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xxx礦保護(hù)層轉(zhuǎn)層方案論證自2008年7月27日xxx礦K4煤層5409工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)過程中發(fā)生打鉆突出事故以來,又連續(xù)發(fā)生了“10?27”、“8.5”、“8.30”3次K4煤層打鉆突出事故,特別是2009年“8?30”K4采煤工作面發(fā)生打鉆突出事故后,又相繼采取掘進(jìn)抬高底板巷、增打工作面中段穿層鉆孔,將上、下向本層孔間距分別縮小至2m、1m等措施??刹扇×艘陨洗胧┖螅?011年6月份我礦5409、6402兩個(gè)K4工作面校檢相繼大面積超標(biāo),且在孔深達(dá)到4m以上的情況下大多有噴孔現(xiàn)象,表明K4煤層隨開采深度的增加,其突出危險(xiǎn)性增大,安全威脅越來越大,而我們現(xiàn)有的瓦斯治理措施不能消除以上威脅。為此K4煤層作為保護(hù)層開采的技術(shù)方案,不能解決我礦保護(hù)層開采問題,因此為了礦井開采合法性、安全性,為了礦井的生存,重新選擇保護(hù)層是我們當(dāng)前迫切需要論證解決的問題。一、礦井基本情況xxx礦位于xxx市合川區(qū)三匯鎮(zhèn),南距xxx市市中區(qū)約85km。井田北以18-1勘探線(即xxx礦平硐)為界,南到12勘探線(即龍家灣背斜末端),上部以舊采區(qū)為界、深部至-200m為界。井田平均走向長(zhǎng)6.9km,平均傾斜寬0?75km,面積5.2km2。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力30萬t/a,2011年核定生產(chǎn)能力39萬t/a。礦井開拓方式為平硐+斜井+暗斜井綜合開拓。礦井平硐水平為+310mxxx礦保護(hù)層轉(zhuǎn)層方案論證水平,現(xiàn)生產(chǎn)水平+20m水平,-60m水平,延深水平為-130m水平。因部署調(diào)整2010年生產(chǎn)原煤43.1萬to二、煤層的賦存情況礦區(qū)內(nèi)可采及局部可采煤層4層,即K1、K3、K6煤層,其中K1為中厚煤層,K3、K4、K6為薄煤層。(一)各煤層賦存情況K1煤層K1煤層(大連子):為半亮至半暗型復(fù)合煤層,位于龍?zhí)睹航M第一段(P211)下部,煤層疏松破碎,呈粉末狀,含黃鐵礦結(jié)核。煤層厚0.05?7.17m,平均厚2.30mo且含夾矸(泥巖)1?3層,層厚0.03?0.95m,不穩(wěn)定,呈透鏡狀、條帶狀o其中15勘探線(主石門)以北?井田邊界極少數(shù)區(qū)段煤厚0.05?1.72m,平均厚1.26m,絕大部分區(qū)域煤厚特別薄。15線以南煤層厚0.20?4.53m,平均厚2.59m,煤巖層走向N35°~55°E,傾向南東,傾角24°?40。0其中+20巾水平以下15勘探線(主石門)以南煤巖層走向N35°~40°E,傾向南東,傾角30°?37°,平均傾角34°。煤層頂板為黑色致密泥巖,性脆,含黃鐵礦結(jié)核和晶粒,厚3.40~9.00m,平均厚6.10m,老頂為黑色細(xì)砂巖及砂質(zhì)泥巖,厚1.32~3.10m,平均厚2.39m。煤層底板為淺灰色粘土泥巖。含植物根部化石,呈土狀,遇水膨脹。厚0.20?1.401,平均厚0.75moK1煤層厚度變化的主要原因是由于沉積環(huán)境不穩(wěn)定,基底不平;

xxx礦保護(hù)層轉(zhuǎn)層方案論證井田北翼局部可采,煤層變化特別大,極不穩(wěn)定,南翼煤層較穩(wěn)定。K3煤層K3煤層(雙連子):為礦井局部可采煤層,位于龍?zhí)睹航M第一段(P211)中部,為半暗至半亮型煤,單一結(jié)構(gòu),煤層較硬,厚0.05?3.08m,平均煤厚0.70加。其中15線以南煤厚0.10?3.08m,平均厚0.98m;+20m水平主石門至南一石門煤厚0.10?1.75m,平均厚0.68m;+20m水平南一石門以南煤厚0.20m?1.86m,平均厚1.08巾,煤層較穩(wěn)定。但逐部地段仍有一定變化和不穩(wěn)定,且有薄化帶和小構(gòu)造出現(xiàn)。15勘探線(主石門)以北(15?18-1)?井田邊界煤層厚0.05?0.70m,平均厚0?45m,煤層變化極大,為表外儲(chǔ)量。煤層頂板為黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖,含硅質(zhì)結(jié)核,厚2.00?3.00m,平均厚2?45巾。開采過程中頂板緩慢跨落。煤層底板為黑色泥巖,含硅質(zhì)結(jié)核,厚1.00?2.00m,平均厚1.30m。K2、K3煤層時(shí)而分叉,時(shí)而合連(其中K2、K3煤層在南二石門以南均以合連)及K3煤層厚度變化的主要原因是沉積環(huán)境的不穩(wěn)定,為極不穩(wěn)定煤層。K4煤層K4煤層(樓板):為礦井主采煤層之一,位于龍?zhí)睹航M第一段(P211)上部,為半暗至暗淡型煤,少數(shù)半亮型煤,單一結(jié)構(gòu),煤層較松軟,含黃鐵礦結(jié)核。煤層厚0.20?3.20巾,平均厚0.90m,煤層較穩(wěn)定。煤巖層走向N35°~55°E,傾向南東,傾角25°?40°。其中+20m水平以下15勘探線(主石門)以南煤巖層走向N35°~40°E,

xxx礦保護(hù)層轉(zhuǎn)層方案論證傾向南東,傾角31°?37°,平均傾角35°。煤層頂板為黑色泥巖,性脆,含黃鐵礦結(jié)核和晶粒,厚0.90?1.80m,平均厚1.56mo煤層底板為淺灰色粘土泥巖,呈土狀,含植物根部化石碎片,遇水膨脹。厚0.29?0.96m,平均厚0.51m。K4煤層為較穩(wěn)定煤層。K6煤層揭露資料:礦井+240m水平南一石門以北煤厚0.20m?0.92m,平均煤厚0.55m;南一石門以南煤厚0?1.194,平均煤厚0.40m。K6煤層于1988年在+170m水平北二石門附近開采了約400m范圍后,至今未進(jìn)行任何開采,其它均無鉆孔控制,揭露資料。根據(jù)+240m水平以上勘探資料和生產(chǎn)實(shí)際揭露資料分析,K6煤層分為上下分層,賦存極不穩(wěn)定,煤厚變化大。推斷K6煤層礦井全區(qū)域分布,層位穩(wěn)定,煤層厚度變化極大,分為上下兩個(gè)分層。K6_2為上分層,在15#?16#勘探線之間(主石門至北三半石門),煤厚0.05m?1.6m,平均煤厚0.55m;其它區(qū)域0.3m?0.5m;K6_1為下分層,整個(gè)區(qū)域煤厚在0.06m?0.4m,平均厚度0.29m;上下分層之間夾矸為泥巖,厚度在0.19m?0.82m,平均厚度0.65m。各煤層開采及資源情況詳見儲(chǔ)量圖。(二)K1、K3、K4、K6煤層層間關(guān)系(詳見煤系柱狀圖).層位關(guān)系:從上到下依次為K6、K4、K3、K1煤層。.層間距:K4?K6煤層:垂距32.00m?42.0m,平均36.5港。中間夾石灰?guī)r6層,其中K4煤層老頂石灰?guī)r厚10.0m?14.5m,平均12.5m。另

xxx礦保護(hù)層轉(zhuǎn)層方案論證有2層中厚層狀灰?guī)r,厚1.0m?2.0m;其它灰?guī)r厚0.15?0.55m。K3?K4煤層:垂距17.5m?23,5m,平均垂距19.4m。中間夾石灰?guī)r3層,其中標(biāo)志層(B3)小鐵板石灰?guī)r,距K3煤層垂距7.4m?9.5m,平均8.4m;距K4煤層垂距9.57m?10.66m,平均10.0m。小鐵板厚度2.5m?4.5m,平均3.0m。另2層石灰?guī)r厚0.3m?0.7m。K3?K1煤層:垂距6m?12m,平均垂距9.5m。(介紹K3與K1之間巖層)三、主要開采技術(shù)條件簡(jiǎn)述由于K1煤層為中厚煤層,且賦存變化較大,本次不作為保護(hù)層研究對(duì)象,所以以下不作主要介紹。1.水文地質(zhì)條件K3煤層:幾乎無水影響。K4煤層:老頂為龍?zhí)督M第2段石灰?guī)r(大鐵板)含水層,對(duì)工作面開采有一定影響。K6煤層:老頂為龍?zhí)督M第4段石灰?guī)r含水層,根據(jù)以往開采經(jīng)驗(yàn),工作面涌水量達(dá)12?63m3/h,對(duì)開采影響極大。2.瓦斯(1)瓦斯賦存情況xxx礦現(xiàn)采K1、K3、K4煤層均具突出危險(xiǎn)性,其中測(cè)得K1煤層最大瓦斯壓力為8.7MPa,煤層原始瓦斯含量K1煤層為21.2Wt,K3煤層為14.48m3/t,K4煤層為19.53m3/t。根據(jù)礦井上部小礦開采情況,K6煤層曾在+450m標(biāo)高發(fā)生過煤與

xxx礦保護(hù)層轉(zhuǎn)層方案論證瓦斯突出事故,故K6煤層也具突出危險(xiǎn)性。根據(jù)2008年鑒定資料,礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為37.73巾3/15,相對(duì)瓦斯涌出量為50.01m3/t。(二)煤與瓦斯突出情況礦井自投產(chǎn)以來,共發(fā)生煤與瓦斯突出81次,最大突出強(qiáng)度為1956t。其中打鉆突出6次,均發(fā)生在K4煤層。具體情況見表1。表1 xxx礦歷年突出統(tǒng)計(jì)表煤層次數(shù)巷道類別總煤量(t)最大煤量(t)平均煤量(t)突出工序石門掘進(jìn)采面放炮打鉆風(fēng)鎬其他K11458137891956270644K3942392740310372K45815163774.461067.4266224合計(jì)811061108490.4396288四、保護(hù)層開采方案(一)保護(hù)層開采方案根據(jù)xxx礦煤層與巖層賦存情況,礦井保護(hù)層有以下三種方案可供選擇:方案一:以K3煤層作為保護(hù)層。其開采順序?yàn)镵3TK4TK1。方案二:K4煤層底板砂質(zhì)泥巖作為保護(hù)層開采。即開采小鐵板(B3標(biāo)志層)石灰?guī)r頂板的淺灰色薄層狀砂質(zhì)泥巖,該砂質(zhì)泥巖厚2.41m,取其下部即小鐵板以上0.8m厚度作保護(hù)層開采。該采高上距K4煤層7.8m,下距K3煤層10.81。開采順序?yàn)椋簬r石-K4TK3TK1。方案三:以K6煤層作為保護(hù)層其開采順序?yàn)镵6TK4TK3TK1。(二)方案選擇利弊分析

xxx礦保護(hù)層轉(zhuǎn)層方案論證.K3煤層作為保護(hù)層開采(1)主要優(yōu)點(diǎn):①K3煤層有地質(zhì)構(gòu)造影響工作面的布置,但根據(jù)地勘資料及上部采區(qū)揭露證實(shí),并結(jié)合多年來開采經(jīng)驗(yàn)分析,K3煤層及頂?shù)装逑鄬?duì)較穩(wěn)定,變化不大,且工作面的地質(zhì)構(gòu)造也比較?。ㄗ呦蚝蛢A斜都不長(zhǎng)),并不會(huì)造成很大的影響開采。②煤層較硬,在施工鉆孔時(shí)鉆孔成型較好,不易垮孔,噴孔,瓦斯涌量較小,安全威脅不大。③K3煤層頂?shù)装宀灰讈硭?,有利于下向鉆孔瓦斯抽采。④有利于K3煤層本層瓦斯治理。根據(jù)煤層原始瓦斯含量,K3煤層較K4煤層低近5m3/t。(2)主要問題:①K3煤層屬嚴(yán)重突出煤層,突出危險(xiǎn)性較大。據(jù)統(tǒng)計(jì),xxx礦在K3煤層共發(fā)生9次突出,突出威脅大,其巷道掘進(jìn)與回采防突工作量大。同時(shí),K3煤層距K1煤層較近,目前瓦斯底板巷只能布置K4煤層底板巷,需施工反向鉆孔對(duì)K3煤層進(jìn)行穿層預(yù)抽。鉆孔需穿過堅(jiān)硬致密的小鐵板石灰?guī)r,施工困難,區(qū)域綜合防突措施實(shí)施難度大。②對(duì)K4煤層保護(hù)不完全。K3煤層位于K4煤層下部約19.4m,K3煤層開采后,其上覆K4煤層本水平以上斜長(zhǎng)41m不能受到保護(hù),K4煤層的開采防突工作量仍然較大,巷道布置復(fù)雜(詳見保護(hù)關(guān)系圖)。不過可通過抬高K4運(yùn)輸巷22m(傾斜長(zhǎng)41m)進(jìn)行布置即可解決K4保護(hù)問題。③K3煤層賦存不穩(wěn)定,一定程度上制約保護(hù)范圍和效果。在南一

xxx礦保護(hù)層轉(zhuǎn)層方案論證石門以南可開采厚度0~3.08m,平均0.7m,為單一煤層,層位穩(wěn)定,但厚度極不穩(wěn)定,礦井北翼K3煤層和南翼最南一個(gè)采區(qū)基本平均厚度為0.45m。不過也可通過采K3底板來彌補(bǔ),但對(duì)煤質(zhì)影響極大。④可能誤穿K1嚴(yán)重突出煤層。正常情況下K3煤層距K1煤層8.4m,但若遇構(gòu)造或沉積變化煤層間距減小,在掘進(jìn)K3煤層巷道過程中,可能誤K1嚴(yán)重突出煤層。從-60m主石門、南二石門掘進(jìn)揭露地質(zhì)資料看,K1至K3煤層層間距最近不足3m。⑤瓦斯管理難度大。K3煤層掘進(jìn)或開采過程中,工作面臨近K1、K4煤層卸壓瓦斯涌出量較大,增大K3煤層采、掘作業(yè)瓦斯管理難度。⑥南翼出現(xiàn)過K3在K4保護(hù)后的情況下,5m鉆孔噴孔的情況,在南翼作為保護(hù)層開采效果不敢確定。.K4煤層底板巖石作為保護(hù)層開采(1)主要優(yōu)點(diǎn)①保護(hù)層工作面不采取防突措施,可提前進(jìn)2年入保護(hù)層開采。②對(duì)煤層保護(hù)效果好,有利于煤層安全掘進(jìn)、回采。(2)主要缺點(diǎn):①易誤穿K4煤層,瓦斯管理難度大。根據(jù)煤系地層綜合柱狀圖和-60m主石門、南二石門掘進(jìn)揭露地質(zhì)資料,開采巖石層位上距K4煤層僅7.81,遇斷層可能誤穿K4煤層。同時(shí),經(jīng)計(jì)算,當(dāng)采高為0.8m時(shí),允許采用的最小層間距為H=KMcosaH=10*0.8*cos35=6.6mH:允許采用的最小層間距,m

xxx礦保護(hù)層轉(zhuǎn)層方案論證1<:頂板管理系數(shù),冒落法取101?:保護(hù)層開采厚度,m因此若沉積稍微變薄,巖石采空區(qū)頂板垮塌可至K4煤層位置,造成K4煤層垮落后無法開采,損失礦井K4煤層儲(chǔ)量,同時(shí)會(huì)引發(fā)瓦斯事故。②工作面采空區(qū)頂板跨落緩慢,再加上K4、K3煤層的泄壓瓦斯,采空區(qū)容易積聚瓦斯,對(duì)采空區(qū)瓦斯管理帶來很大的困難。③推進(jìn)度緩慢。采用炮采方式,每月推進(jìn)度應(yīng)在20m左右。將導(dǎo)致礦井保護(hù)煤量不足,礦井產(chǎn)能大幅度下降,部署處于緊張狀況。但有條件也可形成南北對(duì)采,月推進(jìn)40m。④對(duì)礦井矸石提升運(yùn)輸能力要求高。⑤開采成本太大,制約礦井生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效果。表二 煤層與巖層作為保護(hù)層對(duì)比表(400m比較)保護(hù)層多余工程/工期工程量(m)人工費(fèi)(元)材料費(fèi)(元)費(fèi)用合計(jì)(萬元)多余工期備注運(yùn)輸巷掘進(jìn)7雙向掘金煤層作為開切眼掘進(jìn)5保護(hù)層抬高底板巷400302000357600385.164本層孔4200028560010920004穿層孔4800056640012480006巖石作為保護(hù)層巖層開采4006400000148000078810對(duì)比結(jié)果費(fèi)用巖石比煤層多花費(fèi)403萬,下覆煤層噸煤?jiǎn)蝺r(jià)提高12元3層煤預(yù)計(jì)33.5萬噸工期巖石比煤層提前2年保護(hù)下覆煤層揭K3后可準(zhǔn)備巖石面3.K6煤層作為保護(hù)層開采xxx礦保護(hù)層轉(zhuǎn)層方案論證(1)主要優(yōu)點(diǎn):①K6煤層雖然亦屬突出煤層,但其突出危險(xiǎn)性相對(duì)較小,防突工作量稍小。②可對(duì)下覆K4煤層全面進(jìn)行保護(hù)。(2)主要缺點(diǎn):①作為突出煤層,目前沒有專用瓦斯巷,且進(jìn)入運(yùn)輸巷及工作面的難易程度無法估計(jì),有可能出現(xiàn)K4相同的情況。②K6煤層賦存條件極差,極不穩(wěn)定。根據(jù)勘探資料和生產(chǎn)實(shí)際揭露資料分析,僅15~16勘探線之間走向長(zhǎng)約550m范圍煤層達(dá)可采厚度,部分僅作為渣煤回采。③K6煤層上下均有含水層,工作面涌水量較大,頂板管理困難,安全威脅大。根據(jù)以往開采情況,工作面涌水量達(dá)12~63m3/h。④首采水平K4煤層上部邊界以下傾斜長(zhǎng)約70m范圍不能受到保護(hù),首采水平K4煤層的防突工作量仍然較大(見保護(hù)關(guān)系圖)。⑤對(duì)下覆K4煤層的保護(hù)效果有待考察。K4?K6煤層平均垂距36.50m,距離較遠(yuǎn)且中間夾6層致密石灰?guī)r,其中K4煤層老頂大鐵板石灰?guī)r中12)平均真厚達(dá)12.5m,K6煤層開采后對(duì)K4煤層的保護(hù)效2果不清楚。⑥保護(hù)層轉(zhuǎn)層期間,礦井3年內(nèi)沒有被保護(hù)煤量開采,導(dǎo)致生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)難度大。(三)方案選擇通過上述比較,我們選擇以下方案.礦井南翼采用K4煤層底板巖石作為保護(hù)層開采

xxx礦保護(hù)層轉(zhuǎn)層方案論證該方案雖然增加原煤生產(chǎn)費(fèi)用(噸煤?jiǎn)蝺r(jià)提高12元),推進(jìn)緩慢,采空區(qū)瓦斯管理困難,但在礦井保護(hù)層工作面無法推進(jìn),礦井面臨生死存亡的情況下,通過各方面努力我們能夠彌補(bǔ)該方案缺點(diǎn),在安

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