安泰能源矿井区域性防突治理技术方案.docx
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安泰能源矿井区域性防突治理技术方案
安泰能源矿井区域性防突治理技术方案
为严格执行《煤矿安全规程》、《防治煤与瓦斯突出规定》等有关规定,消除煤与瓦斯突出,有效治理瓦斯,确保矿井生产安全,根据安泰公司2月10日安全办公会议安排以及安泰能源矿井的实际情况,由总工程师组织有关人员编制了矿井区域性防突治理技术方案。
一、区域性防突治理技术方案编制依据
1、《防治煤与瓦斯突出规定》
2、《煤矿安全规程》
3、《煤矿瓦斯抽采规范》
二、井田概况
1、位置与交通
安泰能源有限公司位于山东省罗庄区黄山镇境内安头村北,临沂市南25km处,行政区划隶属罗庄区管辖。
矿区东临205国道约4km,西距临黄公路约3.5km,向北30km为临沂火车站,向南56km为陇海线新沂火车站,区内有多条乡镇公路相连,交通十分便利(图1-1)。
矿山企业性质为有限责任公司,属开采矿山。
地理坐标为:
东经:
118°20′25.30″—118°21′22.30″
北纬:
34°50′00.14″—34°50′30.03″
自2010年11月由省国土厅核发了采矿许可证,采矿范围由6个座标拐点圈定,开采深度-140m至-500m,矿区面积为5.1997km2。
开采方式为井下开采。
其拐点坐标见表见表1-1。
表1—1安泰能源煤矿矿区范围拐点坐标及开采标高表
拐点编号
1954年北京坐标系
1980年西安坐标系
X
Y
X
Y
1
3861560.00
20622978.00
3861515.37
39622924.89
2
3861522.00
20624000.00
3861477.38
39623946.90
3
3857935.00
20624000.00
3857890.35
39623946.93
4
3857210.00
20623015.00
3857165.33
39622961.93
5
3857746.00
20622610.00
3857701.33
39622556.92
6
3861210.00
20622766.00
3861165.36
39622712.89
开采深度
-140m至-500m
矿区面积
5.1997km2
2、矿井建设及生产规模
安泰能源煤矿始建于1985年。
1988年投产,矿井设计生产能力为9万吨/年,2007年技术改造生产能力为15万吨/年。
3、地质构造情况
井田地层走向近南北,倾向东,倾角28°~48°左右,F23断层附近有偏转和扭曲现象,倾向东南,断层较发育,有高角度的斜交正断层和逆断层,构成了南翼复杂地质条件,但总的看是一断块状向东南倾斜的单斜构造。
南翼共有5条断层(表3-2-1),其中走向3条,斜交2条,落差皆在50m以上;按查明程度,查明的1条,基本查明的3条,推断的1条,现将扩界区内主要断层简述如下:
1)、F1-15-5断层
该断层分布于24线以南,为走向正断层,走向北西-南东,断层倾向南西,倾角10~45°,落差15~90m,长0.70km,有3个孔穿过,2个孔相对控制,为查明断层。
2)、F9断层
该断层走向近南北,呈弧形自由弯曲。
向南和F23相交,向北经4线出井田。
断层倾向西,倾角15~30°,落差40-180m,长4km,14、8线有8个孔穿过,两端控制差,为基本查明断层。
3)、F10断层
该断层分布于18线以南至边界,为走向正断层,走向近南北,倾向西南,倾角45°,落差0~70m,长度1.4km,有1个孔穿过,3对孔控制和平巷揭露,为基本查明断层。
4)、F18断层
该断层为斜交逆断层,走向北东,倾向北,倾角55°,落差70~150m,长度1.2km,有2个孔穿过,3607平巷及下山揭露,分布于22线与23线之间,为一基本查明断层。
5)、F23断层
该断层为斜交正断层,走向近东西,倾向北西,倾角70°,落差220m,长度4.0km,有1个孔穿过,为矿区边界断层,为一推断断层。
6)、岩浆岩
矿区内岩浆岩非常发育,除个别孔(23-3)无岩浆岩外,几乎所有孔均见到,经实际揭露及有关资料,岩浆岩多为燕山晚期侵入的中酸性岩体。
F3、F9、F9-2、F9-3、F10断层为岩浆岩侵入提供了通道,受其影响,十采区、十一采区、十二采区、十五采区位于岩浆岩上冲区、侵蚀区,采区范围内不可采。
4、水文地质情况
地表水:
井田内地表水系发育,东有沂河,西有武河,沂河发源于鲁山,经矿区流入江苏至燕尾港。
地表水与井下没有水办联系,但矿井雨季三防是管理的重点。
岩层含水性:
井田含煤地层的含水性是微弱的,但奥灰水为富含水层,应防范断层。
老窑水:
井田内无老窑。
断层导水性:
根据矿井生产实际揭露情况,均为极弱至不导水,
根据《煤炭资源地质勘探规范》规定,矿井水文地质为简单型。
矿井最大涌水量为85m3/h,最小为64m3/h。
5、开采条件
矿井属煤与瓦斯突出矿井,烟煤层有自燃倾向性,有煤尘爆炸性。
安泰能源矿井3煤层瓦斯参数表
序号
参数名称
单位
数值
1
煤的坚固性系数
0.36-0.44
2
瓦斯放散初速度△P
8
3
真密度TRD
t/m3
1.36
4
孔隙率F
%
2.2
5
瓦斯吸附常数a
m3/t
9.392
6
瓦斯吸附常数b
MPa-1
0.502
7
煤层瓦斯含量X
m3/t
3.52
8
煤层透气性系数λ
m2/MPa2·d
1.30
9
钻孔流量衰减系数α
d-1
0.994
10
煤层瓦斯压力P
MPa
0.07-0.22
11
爆炸指数
Vdaf
26.56
12
自燃倾向性
二类自燃
6、矿井资源条件
矿井主要可采煤层是山西组2煤层和3煤层,(见表3-2-2)。
含煤岩系厚172.20~384.49m,平均261.31m,煤层总厚10.38m,含煤系数3.95%。
太原组:
90.79~233.00m(21—4孔),平均151.32m,煤层总厚3.5m,含煤系数为2.3%,共含有10层煤,编号分别为18煤层、17煤层、16煤层、15煤层、14煤层、12煤层、11煤层、10煤层、9煤层和6煤层,其中14煤层、16煤层和17煤层为零星可采煤层。
山西组:
本组厚81.41~151.49m,平均109.99m,煤层总厚5.77m,含煤系数为5.2%。
共含5层煤,其编号从下至上为5煤层、4煤层、3煤层、2煤层和1煤层(主要是2、3煤层),平均厚5.77m。
2煤层位于山西组中段,上距紫色层36~100m,平均60.13m,下距3煤层6~45m,平均18.81m。
2煤层和3煤层层间距变化呈波状起伏,北大南小。
2煤层为肥煤,厚0.55~1.30m,平均0.93m,面积可采性指数为0.67,厚度变异系数为32.83%,为不稳定煤层。
2煤层底板多为砂泥岩或泥岩,厚度2.64~35.05m,平均厚18.81m;顶板为中细砂岩或粉砂岩,厚度为0~35.10m,平均厚16.10m,伪顶多为泥砂岩、泥岩、厚度不均。
2煤层结构复杂,不稳定。
总体来看,南部煤层可采性好,中部煤层较薄,北部煤层无可采性。
3煤层位于山西组中段底部,上距2煤层6~45m,平均18.81m,下距一灰5.91~28.46m,平均22.36m,下距14煤层59~124m,平均90.25m。
3煤层为钢灰色无烟煤、天然焦。
厚度0.44~1.50m,平均厚1.05m。
面积可采性指数为0.75,厚度变异系数为43.18%,为不稳定煤层。
井田内3煤层受岩浆岩影响严重,底板多为细粒砂岩,厚度12.6~32.50m,平均厚22.00m。
顶板(即2煤底板)由一套细砂岩和砂泥岩组成,厚度较大,一般厚度2.64~35.05m,平均厚18.81m。
本井田内岩浆岩活动剧烈,对煤层煤质的影响严重,特别是二叠系煤层,大部分变质成无烟煤,只有在岩浆活动轻微的地方,保存了一小部分烟煤。
另外,在岩浆岩与煤层接触带附近,常有不规则的天然焦出现。
本井田煤质为低到高灰,低到富硫,高发热量的肥煤到无烟煤、天然焦。
肥煤:
在岩浆岩活动较轻微块段,保存有小部分肥焦煤。
该种煤为玻璃光泽,条痕棕褐色或灰褐色,层状构造,条带状结构明显,垂直节理发育,断面平坦,石炭系煤层的层理和节理面上有黄铁矿薄膜(一般厚都小于1mm),硬度小,易碎。
无烟煤、天然焦:
呈钢灰色或灰色,光泽暗淡,条痕灰褐色或深灰色条痕,垂直节理发育,煤层结构致密,硬度大,比重大,断口不平坦,多成块状,与岩浆岩直接接触或与岩浆岩互相渗透溶为一起,煤岩难分。
该煤层为中灰、低硫、低磷,高发热量,低挥发分。
经实际揭露,2煤层受岩浆岩侵蚀稍轻,多为肥煤。
3煤层受岩浆岩侵蚀严重,煤层多为无烟煤,局部为天然焦。
2层煤为肥煤,水分:
0.44~1.87%,平均0.82%,灰分:
7.03~43.45%,平均22.24%,挥发分:
15.28~33.14%,平均27.39%,硫分:
0.12~4.24%,平均1.3%,低位发热量:
17~33MJ/Kg,平均26MJ/Kg,高位发热量:
33~36MJ/Kg,平均34MJ/Kg。
3煤层为肥煤、天然焦,水分:
0.51~3.89%,平均1.5%,灰分:
8.75~44.09%,平均22.61%,挥发分:
0.33~13.51%,平均8.71%,硫分:
0.05~2.5%,平均0.41%,低位发热量:
16.4~33MJ/Kg,平均24.6MJ/Kg,高位发热量:
31~36.1MJ/Kg,平均33.3MJ/Kg。
3煤层原煤灰分为低至高灰,平均为中灰,浮煤灰分为特低至低灰。
浮煤挥发分产率14.41~35.76%。
2煤层原煤硫分特低至高硫,平均为中硫,3煤层原煤硫分特低至中高硫,平均为低硫。
各煤层原、浮煤磷分均为特低至低磷。
原煤分析基弹筒发热量(Qb,ad)16.4~33MJ/kg,为中高至高热值的肥煤到无烟煤。
本区煤类划分结果为:
3层为无烟煤、天然焦,2煤层为肥煤。
肥煤为炼焦用煤,无烟煤主要用于水泥、化肥行业及民用。
截止2010年末保有资源储量如下:
矿区保有资源储量为385.3万吨,其中可采储量为187.62万吨。
7、矿井抽采系统
2008年,矿井建立了井下移动瓦斯抽放泵站,安装了一台抽放泵,型号为YD-3型,电机功率为30千瓦。
抽放主管径为110mm,抽放支管径为80mm,最大抽气量为13.3m3/min。
8、矿井通风系统
矿井通风系统为两翼对角式,主通风机工作方法为机械抽出式,主井进风,南风井和北风井回风。
北风井地面主要通风机房安装2台FBCDZ-6-№15型轴流式通风机,配用电机额定功率2×45kW,一台工作,一台备用。
南风井安装2台BDK62-6№14轴流通风机,配用电机功率为2×37kW,一台工作,一台备用。
9、监测监控系统
矿井设置KJ70N型安全监控系统,目前已经覆盖包括风井在内的全部井下施工现场,形成了一个监控网络。
在调度室建立了标准的安全监控机房,储存备用设备。
在南风井、北风井、各个采煤工作面、掘进工作面、井下变电所、回风巷和主排水泵房等地点建立了监控分站。
安装包括甲烷、风速、负压、水压、水位、一氧化碳、主风机、备用主风机、局扇、备用局扇、风筒、风门、馈电、提升机、绞车、水泵等类型的各类传感器。
10、矿井开拓情况
矿井现采用立井、多水平集中运输大巷、集中上山、分区石门开拓方式。
现使用的井筒有三个,分别为:
主井、南风井、北风井。
主井担负提升煤炭、物料、人员与进风;南、北风井担负回风;主井和北风井井筒均安设了梯子间作为安全出口。
一水平井底车场位于主井两侧,标高-140m,按环形车场布置;二水平井底车场位于暗斜井南侧,标高-370m,方向与主要运输大巷方向相同,为南北方向。
一水平大巷位于3煤层底板,其法线距离为5~15m,方向南北,标高-140m,巷道净高2.5m,净宽2.5m,净断面4.9m2。
井下主要峒室有:
一水平前期中央变电所,其规格为净高3.0m,净宽4.0m;一水平泵房,其规格为净高4.2m,净宽4.2m。
主要提升斜井、采区集中运输巷、水平主要石门、矿井总回风巷、水平回风巷、利用时间较长的采区回风巷、主回风石门等均布置在3煤底板稳定的岩层中
二水平大巷位于3煤层底板,其法线距离为5~10m,方向南北,标高-370m,巷道净高2.5m,净宽2.5m,净断面4.9m2。
井下峒室有:
采区变电所,其规格为净高3.9m,净宽5.4m;采区充电室,其规格净高5.5m,净宽5.0m;二水平中央泵房,其规格为净高4.5m,净宽4.5m。
矿井现划分为二个水平,一水平标高为-140m,二水平标高为-370m。
目前-140m水平已开采结束,主要生产水平为-370m。
现生产采区有十五采区、十二采区,十六采区作为接替采区目前正在开拓。
其他采区已开采结束。
水平开采由上而下开采。
煤层由上而下分层错茬开采。
采区开采即里向外依顺序后退开采,采区内阶段由上而下开采。
工作面由里向外后退开采。
矿井采煤方法为走向长壁后退式采煤法,回采工作面布置均以走向长壁为主;回采工作面顶板管理为自然垮落法。
回采工艺为放炮采煤。
矿井掘进采用炮掘,巷道支护方式为锚网支护和金属棚支护。
11、煤层开采顺序
矿井目前开采煤层有2煤层和3煤层,先采2煤层,作为保护层开采,再采3煤层。
从上往下进行开采。
三、防治突出技术措施
(一)、区域突出危险性预测
根据重庆煤科院区域预测报告,北翼十采区3煤层具有突出危险性,需要进行区域防突措施,南翼现有生产采区十二采区、十五采区、十六采区无突出危险性,可以不采取区域防突措施,但需进行安全防护。
根据矿井采掘工程布置,需要采取区域防突的地点为北翼十采区,北翼十采区已与2005年5月份关闭。
矿井2煤层为无突出煤层,可以作为保护层进行提前开采。
(二)、区域防突措施
1、根据《防治煤与瓦斯突出规定》第四十条的要求,区域防突措施应当优先采用开采保护层,北翼十采区3煤层无保护层可采,加上储量不多,暂时关闭。
南翼各采区有可采的保护层,2煤层正规,煤层厚度约为2米左右,距离3煤层20米左右,具备开采保护层的条件。
首先进行保护层开采。
2、石门揭煤区域防突措施
根据《防治煤与瓦斯突出规定》第四十九条第四项的要求,石门揭煤工作面掘进的过程中要边探边掘,确保在距离3煤层法线距离不小于7m时停止掘进,打穿层钻孔进入煤层,必须穿透煤层全厚并进入顶板不少于0.5m。
钻孔选取2.8m的抽采半径,孔径75mm,均匀分布,在煤层顶板的钻孔间距不得大于5.6m。
孔的最小控制范围是石门揭煤处巷道轮廓线外12m,同时保证整个控制范围的外边缘到巷道轮廓线的法线距离不得小于5m。
3、钻孔的封孔要求
根据《防治煤与瓦斯突出规定》第五十条规定,所有的穿层钻孔封孔段长度不得小于5m,顺层钻孔的封孔段长度不得小于8m。
封孔管可采用抗静电的工程塑料或铁管,抽采管在孔内端钻10~20个直径10mm的小孔,并用双层铁筛网扎好。
为避免抽采管因晃动而影响封孔质量,孔口处用水泥沙浆将抽采管封固,或用木楔楔好。
封孔后抽采钻孔孔口负压不小于13kpa,预抽瓦斯浓度不小于30%,移动抽放泵工作负压达到60kpa,且保证足够的抽放时间。
(三)、区域性防突措施效果检验
区域性检验主要采用检验残余瓦斯压力和吨煤残余瓦斯含量的方法及石门揭煤时采用钻屑瓦斯解吸指标。
1、保护层区域性防突效果检验
(1)、工作面进入该区域时,立即连续进行2次区域性效果检验。
(2)、工作面每推进10-50m,至少再进行2次区域性效果检验。
(3)、构造破坏带连续进行区域性效果检验。
(4)、在煤掘工作面还应至少打一个超前距不小于10m的超前孔,探测地质构造和观察突出预兆。
2、石门区域性防突措施效果检验
根据《防治煤与瓦斯突出规定》第五十二条规定,石门揭煤区域防突措施可以采用钻屑瓦斯解吸指标进行措施效果检验,第五十五条第三项规定,进行检验时,至少布置4个检验测试点,分别位于预制区域内的上部、中部和两侧,并且至少有1个检验测试点位于要求预抽区域内距边缘不大于2m的范围。
同时检测孔不能与抽放孔互通,发生串孔现象。
采用钻屑瓦斯解吸指标对穿层钻孔预抽石门揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施进行检验时,只有当△h2<200Pa或K1<0.5,且S<6kg时为无突出危险区,否则,即为突出危险区,预抽防突效果无效。
检验期间在煤层中进行钻孔等作业时发现了喷孔、顶钻及其他明显突出预兆时,发生明显突出预兆的位置周围半径100m内的预抽区域判定为措施无效,所在区域煤层仍属突出危险区。
3、经区域性防突措施效果检验发现仍为突出危险区应继续进行抽放,或补充新的区域防突措施,直到区域措施效果检验为无突出危险区后方可进入区域验证阶段。
(四)、区域验证
1、保护层开采区域验证
(1)、工作面进入该区域时,立即连续进行2次区域性验证。
(2)、工作面每推进10-50m,至少再进行2次区域性验证。
(3)、构造破坏带连续进行区域验证。
(4)、在煤掘工作面还应至少打一个超前距不小于10m的超前孔,探测地质构造和观察突出预兆。
当区域验证为有突出危险或超前钻孔等发现了突出预兆,则该区域以后的采掘作业均应当执行局部综合防突措施。
如果区域验证为无突出危险时,应当采取安全防护措施后进行采掘作业。
但若采掘工作面为该区域进行的首次区域验证时,采掘前还应保留足够的突出预测超前距。
2、石门揭煤区域验证
根据《防治煤与瓦斯突出规定》第五十七条的规定,可以使用综合指标法、钻屑瓦斯解吸指标法进行石门揭煤区域的验证。
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