国投新集能源公司板集矿副井揭煤设计.doc
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1、密级项目编号 CCRI.FUSHUN BRANCH 国投新集能源公司板集矿副井揭穿9-2、9-1、8、7-2、7-1、6-2、6-1、5、4-2、4-1等煤层防突设计说明书煤炭科学研究总院抚顺分院二八年一月前 言立井揭穿突出煤层具有较大的突出危险性,曾多次发生煤与瓦斯突出事故,对现场作业人员构成极大的威胁。2005年12月7日,安徽淮南矿业集团公司望峰岗煤矿(基建矿井)主井井筒掘进到标高-923 m处(距C13煤层5 m)时,测定瓦斯压力1.8 MPa,打了139个直径105 mm的泄压钻孔。2006年1月3日煤层全部揭开,1月5日13:58井筒进入煤层3 m时,发生一起特大煤与瓦斯突出事故,
2、造成12人死亡,突出煤量2831t,涌出瓦斯量为29.27万m3。直接经济损失483万元。2006年7月29日7:45,义马煤业(集团)有限责任公司孟津煤矿(基建矿井),在副井井底水窝震动放炮安全揭开二1煤层后,在进入煤层2 m时发生一起大型煤与瓦斯突出。突出煤量828 t,突出瓦斯量86 906 m3,并造成8人死亡。以上两起事故的主要原因是揭煤地点复杂的瓦斯地质因素和煤层所受的高应力状态造成的煤与瓦斯突出。 其次就是施工单位所打的排放钻孔控制范围较小,煤层卸压、释放瓦斯范围较小,卸压不充分造成的。调查组认定是重大责任事故。煤炭科学研究总院抚顺分院受国投新集能源股份有限公司板集矿的委托,于2
3、007年6月开始分别对在建中的板集矿三个立井井筒(中央风井、主井、副井)揭穿9-2、9-1、8、7-2、7-1、6-2、6-1、5、4-2等九个煤层安全技术措施进行了设计,并针对各煤层井筒的地质条件和瓦斯赋存状况,分别编制“板集矿中央风井、主、副井井筒揭穿9-2、9-1、8、7-2、7-1、6-2、6-1、5、4-2、4-1煤层防突设计说明书”,“板集矿主、副、中央风井揭穿9-2、9-1、8、7-2、7-1、6-2、6-1、5、4-2、4-1煤层震动放炮设计说明书”等技术措施。 项目承担单位:煤炭科学研究总院抚顺分院项目负责人: 陈大力 室主任、研究员 工作人员: 孙晓军 工程师 张劲松 工程
4、师 石永生 工程师 王辉跃 工程师 技术审核: 王魁军 研 究 员 院总工程师 霍中刚 研 究 员 科研管理部主任姜文忠 高级工程师 瓦斯所所长技术审定: 罗海珠 研 究 员 副院长1矿井概况11位置与交通板集井田位于安徽省阜阳市、利辛县和颍上县的交界处,行政区划隶属利辛县胡集镇管辖。该井田北距利辛县城约25km,南距颍上县城30km左右。地理坐标介于东经11609001163000和北纬325145325615之间。淮阜铁路从井田南部经过;井田附近有多条公路可通往凤台、利辛、颍上、阜阳和淮南等地。交通十分方便。本井田北与展沟井田相连,南与口孜东井田相邻,在其东南、西南分别有刘庄矿井和口孜西井
5、田。12地形与河流本井田地处淮河冲积平原,地形平坦,地面标高一般在+24.00+26.00m左右。井田内沟渠纵横交错,主要有南部的苏沟和中部的乌江。井田外的南部和北部分别有济河和茨淮新河,水位标高为+15+20m,最高洪水位标高为+25.63m(1954.7.29.)。13气候与气象本井田所在地属季风暖温带半湿润性气候,四季分明,冬冷夏热。该地区每年春、夏季多东南风,秋、冬季多东北风及西北风,一般风速在2.83.6m/s;年均气温15.1,最高气温41.4,最低气温-21.7;年均降雨893.74mm,雨期多集中在6、7、8三个月;雪期一般为72127天;土壤的冻结深度一般为412cm。14地
6、震烈度根据建筑抗震设计规范(GB50011-2001)的有关规定,本井田所在地的抗震设防烈度为6度。2地质特征2.1地层本井田为全隐蔽含煤区,钻探所及地层由老到新依次有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系和新生界。2.2构造本井田位于淮南煤田陈桥背斜的北翼西段,总体构造形态为一轴向北西西的复式向斜。地层倾角仅向斜南翼的浅部露头部位和F101与F104二断层之间的局部地段较陡,一般在20左右,其余均较平缓,多在515之间。井田的东部和北部边缘发育有小褶曲和缓波状起伏。井田内共发现断层87条,其中正断层84条,逆断层3条。若按断层的最大落差大小来分,其中大于等于100m的8条,小于100m而大于等于50
7、m的11条,小于50m而大于等于20m的31条,小于20m的37条,另有落差分别为5m和10m的孤立断点各1个。断层的展布方向主要为近东西向和北东向,北西向较少。按勘查控制程度划分,分别有查明断层70条,基本查明断层15条,查出断层2条,查明断层占断层总数的80%以上。本井田未见岩浆岩和陷落柱。总体来看,本井田的构造复杂程度为中等。2.3煤系与煤层本井田的含煤地层为华北型石炭、二叠系,其中二叠系的山西组与上、下石盒子组为主要含煤层段。淮南煤田二叠系的山西组与上、下石盒子组自下而上一般可分为7个含煤段,但本井田上部的六、七含煤段已被剥蚀殆尽,仅存的第一、二、三、四含煤段和部分第五含煤段总厚约46
8、7m,含煤19层,煤层平均总厚28.04m,含煤系数为6.0%。主井煤系地层综合柱状图1。图1 副井煤系地层柱状图全井田共有可采煤层10层,平均可采总厚25.20m。其中主要可采煤层有11-2、8、5和1,平均可采总厚14.79m;次要可采煤层有9、7-2、7-1、6-1和4-2、4-1,平均可采总厚5.90m;13-1煤层尽管平均厚度达4.51m,但受剥蚀严重,保存面积小,又位于煤系的浅部,因而,开采价值极小。本井田可采煤层以大部可采全区可采的中厚厚煤层为主,煤层结构简单较简单,煤层的稳定性属稳定较稳定型。本井田各可采煤层对比可靠。2.4煤质与煤的用途本井田各煤层均以黑色为主,少量灰黑褐黑色
9、;主要具弱玻璃玻璃光泽、沥青和强沥青光泽,少量油脂光泽;以粉状、小块状为主,少量块状及片状;断口一般为参差状、平坦状和粗糙状;性脆易碎,内生裂隙发育,且多为黄铁矿膜充填。本井田可采煤层为低中灰中灰、特低低硫、特低低磷、中高高挥发份、富油、中中高热值的气煤和1/3焦煤,其中精煤为理想的炼焦配煤,中煤和原煤可作动力用煤。本井田煤层风氧化带深度为自基岩顶界面向下垂深30m。2.5水文地质主要含水层水文地质特征新生界本井田新生界松散层厚度介于547.65713.50m之间,总体变化趋势为北厚南薄。按照沉积物的组合特征和含、隔水情况,可将新生界松散层自上而下大致分为一含、一隔、二含、二隔、三含、三隔和四
10、含计4个含水层(组)和3个隔水层(组)。三隔主要由粘土、砂质粘土和薄层细砂等组成,粘土土质细、纯,可塑性较强,具膨胀性,厚度大(平均近142m),但分布不稳定,不能构成稳定的隔水层(组)。四含厚度介于39.80175.70m之间,平均83.66m左右,由上部的厚层中、细砂层和下部的砂砾层组成,砂层间夹薄层粘土和砂质粘土。其中含水砂层厚度大,富水性中等,全井田均有分布,且大部分与基岩直接接触,是基岩含水层的重要补给水源。此外,在井田的西部和中北部尚分布三块厚度小、范围有限的下第三系砂砾岩,其富水性弱,正常情况下对矿井充水无影响。二叠系本井田二叠纪煤系砂岩裂隙含水层(组)位于可采煤层与泥岩之间,按
11、其与可采煤层的相对关系和对矿井充水的影响程度,大致可分为13-111-2煤间含水层(段)和84-2煤层间含水层(段)。砂岩裂隙含水层(段)岩性、厚度变化均比较大,分布不稳定,一般以中、细砂岩为主,局部为粗砂岩和石英砂岩,是矿井开采的直接充水含水层。但因其主要与砂岩裂隙的发育程度、开启大小和延展长度密切相关,故富水性不均一,且以储存量为主。石炭系据区域资料,本井田所在地的石炭系太原组石灰岩岩溶裂隙含水组总厚约100110m,由灰岩与其间的泥岩、粉砂岩和薄煤层组成,其中含自上而下编号的灰岩13层,除3、4和12灰较厚以外,其余均较薄,一般灰岩岩溶裂隙发育不均,且多为方解石充填,富水性弱。该含水组上
12、部的14灰是1煤层底板直接充水含水层,其上距1煤层14.6040.70m,平均26.21m,如果直接开采1煤层,很可能因灰岩水压过高而引发底板突水事故。断层带本井田断层在钻探过程中虽未出现严重漏水现象,且部分断层抽水结果也表明其富水性弱,但当断层切割了坚硬的脆性岩层时,将会造成围岩裂隙发育,尤其是在灰岩与煤层对口部位,极易引发严重突水事故。综上所述,本井田的新生界四含孔隙水、二叠纪煤系砂岩裂隙水和石炭系太原组石灰岩岩溶裂隙水对井下开采均有较大影响。但是,只要在可采煤层的浅部留设适当高度的防水煤柱,四含水一般不致于溃入矿坑而对煤层开采构成大的威胁。这样,二叠纪煤系砂岩裂隙水和石炭系太灰岩溶裂隙水
13、便成为本矿井开采的主要充水因素。本矿井在留设必要的防水煤柱的前提下,开采11-24-2煤层时主要充水因素为二叠纪煤系砂岩裂隙水,水文地质条件简单;后期开采1煤层时主要充水因素为石炭系太灰岩溶裂隙水,因其水压大,很可能以底板突水的方式进入矿坑,故水文地质条件中等。矿井涌水量根据安徽省亳州市板集煤矿地质报告汇编(2006.3.)(以下简称地质报告汇编)提供的资料,本矿井一水平(-735m)以浅开采11-24-2煤层(面积为9.17km)时正常涌水量为578m3/h,最大涌水量为794m3/h。1煤层开采时太灰的正常涌水量为565m3/h,突水量为3630m3/h。3其它开采技术条件3.1煤层顶、底
14、板岩石工程地质特征本井田可采煤层顶板以泥岩、砂质泥岩为主,其次为粉砂岩和炭质泥岩,局部为细、中砂岩;底板以泥岩为主,其次为粉砂岩和砂质泥岩,个别为细砂岩。一般情况下,砂岩的抗压强度为42.70144.10MPa,单向抗拉强度为1.859.03MPa,力学强度较高,岩石坚硬致密,稳定性好,工程地质条件良好;粉砂岩的平均抗压强度为20.2057.00MPa,单向抗拉强度为1.244.01MPa,力学强度次之;泥岩和砂质泥岩的抗压强度为19.6058.70MPa,单向抗拉强度为0.802.23MPa,力学强度相对较低,多属软岩,易坍塌冒落;基岩风化带和断层带均属软弱岩体,工程地质条件不良。总体来看,
15、本矿井的煤矿床属以碎屑岩为主的坚硬半坚硬层状岩类矿床,工程地质条件中等。3.2瓦斯地勘期间本井田采用解吸法共采测瓦斯煤样218个,实际利用122个,瓦斯煤样主要采自8、6-1、5、4-2和1煤层的-577.77-1061.01m深处。根据实测资料分析,本井田煤层中瓦斯成分分带不明显,基本属于CO2-N2带和N2-CH4带的混合带,尚未发现CH4带。总体来看,本井田各可采煤层瓦斯含量普遍较低,绝大多数煤层瓦斯含量小于1m3/t,仅4个样品大于1m3/t,而6-1煤层尚有1个点达7.33m3/t(CH4+C2H6)。就现有资料来看,本井田-735m以浅未见含量大于1m3/t的样点。尽管如此,但并不
16、排除井田内局部有瓦斯富集的可能。3.3煤尘与煤的自燃本井田各可采煤层的自燃倾向性介于不自燃很易自燃之间,并以不易自燃和不自燃为主。其中11-2、7-1、6-1、5和1煤层为不自燃不易自燃,7-2煤层为不易自燃,9、8煤层为不自燃很易自燃,4-2煤层为不自燃易自燃。本井田各煤层的煤尘爆炸指数(K值)均大于15,表明各可采煤层均有煤尘爆炸危险。3.4地温根据淮南九龙岗矿长观孔资料,本井田所在地的恒温带深度为自地表向下垂深30m,相应的温度为16.8。本井田的地温梯度介于2.23.8/hm,其中仅5个孔大于3.0/hm,其余均小于3.0/hm,因此,本井田属于局部有地温异常的地温正常区。根据报告汇编
17、提供的主要可采煤层底板温度与煤层埋深之间的回归方程计算,本井田-735m水平地温介于35.7636.81之间,处于一级高温区但接近二级高温区。4井筒概况4.1副井概况副井为立井。副井位于板集矿工业广场西部,井筒总深度为795.5m,井筒基岩净直径为7.0m,基岩荒断面(掘凿断面)为50.24m2。井筒分别穿过9-2、9-1、8、7-2、7-1、6-2、6-1、5、4-2、4-1等煤层。井筒的基岩段井壁采用现浇混凝土,强度等级C30。副井井筒640m以上为钻井法施工,基岩段为凿井法施工。4.2通风 井筒掘进在过基岩段采用压入式通风,副井井筒内布置一路800mm的强力胶质风筒,井口附近安设二台FB
18、D-7.1/230型风机(一台备用)5.煤层突出危险性评价煤层是否具备煤与瓦斯突出的地质环境和瓦斯条件,仅研究板集矿井田现有资料很难得出正确的结论。基于这种情况,研究范围必须扩大到相邻的淮南潘谢矿区,通过对矿区瓦斯地质规律和各种瓦斯参数的研究相比较,板集矿瓦斯地质条件与其它突出矿井相比,存在相同点和差异性。5.1 邻近矿区煤与瓦斯突出概况据(88)中煤总基字第107号文件,在关于淮南潘二矿按煤与瓦斯突出矿并修改设计的批复中,确定潘二矿为煤与瓦斯突出矿井,相对瓦斯涌出量为27.66 m3/t。新集矿区及淮南的潘谢矿区生产建设以来,据统计,截止2006年12月底,共发生了45次煤与瓦斯动力现象,其
19、中属突出的8次、压出和倾出的21次。按突出强度分:1000吨以上的特大型突出1次;101500吨的次大型突出7次;50100吨的中型突出6次;50吨以下的突出15次。按突出矿井分;潘一矿8次;潘二矿16次;潘三矿5次。按突出煤层分:11-2煤层2次。突出情况见表1。特别值得一提的是2006年1月5日13时48分,淮南矿业集团公司望峰岗矿井主井井筒工作面在揭开C13煤层后继续施工作业过程中,发生了一起造成12名井下作业人员全部遇难的特大型煤与瓦斯突出事故,计算突出煤量2831吨、涌出瓦斯29.27万m3。表 1 瓦斯动力现象统计表矿 井突 出 煤 层C13-1B11-2B8B4B6D17A3合计
20、潘一矿121216潘二矿21111116潘三矿1212谢桥矿11丁集矿22新集一矿224新集二矿33从新集矿区及淮南的潘谢矿区突出资料的统计结果比较来看,经分析研究,上述矿井发生的动力现象主要以倾出、压出为主,突出强度为中、小型,一般为-420m(距基岩面深度182m左右)以下深处。5.2本矿区煤与瓦斯突出概况本井田在井筒检查孔做了瓦斯突出危险性测试,测试指标及评价见表2。从测试资料看,井田内各煤层都具有突出危险性。由于煤层赋存较深及测定煤层瓦斯含量方法是基于500m以上井田建立的,故本井田瓦斯含量测定普遍较低,根据相邻矿井情况推断该井田存在局部富集的可能,根据井筒检查孔煤样测定各煤层均具有瓦
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