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贵昆铁路盘西支线从井田外围东部经过(井田直距红果火车站7km,沙陀火车站6km),交通方便。
矿井为私营独资企业,隶属盘县煤炭管理局管辖,已取得采矿许可证,是合法矿井,矿井设计生产能力15万t/a。
矿井采用平硐、斜井联合开拓,矿区内含可采煤层6层(1#、3#、12#、17#、20-1#、24#煤层)。
据调查了解,打牛厂煤矿自建矿以来未发生过煤与瓦斯突出现象,但与该矿同位于盘关向斜的月亮田矿、老屋基矿皆为突出矿井,老屋基矿在开采12#、17#煤层的过程中,曾发生过煤与瓦斯突出现象,而且在老屋基矿的生产实践中,12#、17#、20-1#、24#煤层瓦斯含量也相对较大,因此,矿井在12#、17#、20-1#、24#煤层及其它未解放的煤层中进行采掘作业时,要求按突出煤层进行管理。
根据黔煤生产字[2008]150号“对六盘水市煤矿2008年度矿井瓦斯等级鉴定报告的批复”,打牛厂煤矿为高瓦斯矿井,矿井绝对瓦斯涌出量为3.98m3/min,相对瓦斯涌出量为16.80m3/t。
为了贯彻“安全第一,预防为主”的指导思想,提高矿井的防治灾害能力,根据“盘煤通字[2008]45号”文件《关于做好防突设计的补充通知》和《防治煤与瓦斯突出细则》有关规定,必须编制防治煤层突出专门设计。
我院受打牛厂煤矿的委托,对打牛厂煤矿进行矿井防治煤与瓦斯突出设计。
一、设计依据
1、设计委托书;
2、《防治煤与瓦斯突出细则》,原煤炭工业部,1995年;
3、《煤矿安全规程》,国家安全监督管理局、国家煤矿安全监察局2006年;
4、《采矿工程设计手册》,煤炭工业出版社,2003年;
5、《煤矿安全新技术》,煤炭工业出版社,2003年;
6、《煤矿瓦斯抽采基本指标》(AQ1026—2006),国家安全生产监督管理总局,2006年;
7、《矿井瓦斯涌出量预测方法》(AQ1018—2006),国家安全生产监督管理总局,2006年;
8、《煤矿瓦斯抽放规范》(AQ1027-2006);
9、《关于贵州省高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井瓦斯治理方案的通知》(黔煤行管字[2006]158号);
10、盘县红果镇打牛厂煤矿(变更)开采方案设计;
11、打牛厂煤矿提供的其它相关资料。
二、设计原则
1、坚持“安全第一,预防为主、依靠科学、综合治理的方针和管理、装备、培训并重”的原则;
2、实行“四位一体”综合防治煤与瓦斯突出的措施,即实行突出危险性预测、防治突出措施、防治突出措施的效果检验、安全防护措施的综合防治煤与瓦斯突出措施;
3、依靠科技进步,结合本矿井的实际情况,采用比较成熟的技术、设备、仪器、仪表提高矿井的综合防突能力。
三、主要技术经济指标
1、矿井配备专职防突机构人员11人;
2、防突总投资:
54.82万元,其中,防突仪器、仪表和设备投资44.82万元,机构设置及人员培训5万元,其它费用5万元。
四、结论与建议
1、矿井井田内共有可采煤层(1#、3#、12#、17#、20-1#、24#煤层)6层,设计采用开采保护层和预抽煤层瓦斯的综合区域性防突措施,消除突出煤层的突出危险性,确保矿井安全。
2、矿井防突设计主要采用钻屑指标法预测工作面的突出危险性和检验防突措施的效果。
由于矿井无实测的突出敏感指标和临界值相关资料,因此,在今后的防突工作中,应不断摸索和研究其它指标的敏感性情况和临界值,切实搞好矿井的防突工作,防止矿井突出事故的发生。
3、矿井要配备专门的防突机构和专职的防突人员,矿井必须加强防突人员的技术培训。
4、根据调查了解,打牛厂煤矿自建矿以来未发生过煤与瓦斯突出现象,但与该矿位于同一个盘关向斜的月亮田矿、老屋基矿皆为突出矿井,老屋基矿在开采12#、17#煤层的过程中,曾发生过煤与瓦斯突出现象,而且在老屋基矿的生产实践中,12#、17#、20-1#、24#煤层瓦斯含量也相对较大,因此,因此,建议矿井按设计开采顺序进行开采,在同一标高其它煤层未开采,12#、17#、20-1#、24#煤层未得到保护前,暂不要开采12#、17#、20-1#、24#煤层。
且矿井今后的开拓准备巷道,根据《煤矿安全规程》的规定,必须避开1#、3#、12#、17#、20-1#、24#煤层布置。
5、由于矿井共有6层(1#、3#、12#、17#、20-1#、24#煤层)可采煤层,其突出危险性目前只是停留在调查了解阶段。
因此,为确切地掌握矿井可采煤层的突出危险性,建议矿井应尽快组织对矿井井田范围内的可采煤层进行突出危险性鉴定,以便更好地指导矿井的安全生产,防止矿井突出事故的发生。
第一章矿井概况
一、概况
1、交通位置及井田境界
贵昆铁路盘西支线从井田外围东部经过(井田直距红果火车站7km,沙陀火车站6km),交通比较方便。
详见打牛厂煤矿交通位置图(图1-1-1)。
2008年1月,贵州省国土资源厅下发了盘县红果镇打牛厂煤矿采矿许可证(证号:
5200000820038),划定矿区面积:
1.1515平方公里,井田平均走向长1.2km,平均倾斜宽0.6km。
开采深度:
由1800米至1400米标高,共由4个拐点圈定。
矿井井田范围拐点坐标详见表1-1-1。
表1-1-1拐点坐标表
拐点
X
Y
2853030
35443670
2852400
35444500
2851570
35443690
2852225
35442925
开采标高:
+1800米至+1400米
矿区面积:
1.1515平方公里
图1-1-1打牛厂煤矿交通位置图
2、地形地貌、气候
①地形地貌
打牛厂煤矿位于盘关向斜西翼南段。
属构造—剥蚀山地地貌,发育单面山、单面山脊之间组成单斜谷地。
西北部由峨眉山玄武岩组地层构造坡,南东部由三叠系地层构成剥蚀坡,在构造坡与剥蚀坡之间由龙潭组地层组成不对称的单斜谷地。
单面山与单斜谷地走向与地层走向一致,呈北东延伸。
井田内属中切割的中山地形,地面多被第四系坡积物覆盖。
井田内总体地势东高北西低。
最高点位于东部边界,标高1890米左右,最低点二道沟河河床,标高1690米左右,相对高差200米。
②气象及地震
该矿区内属亚热带夏湿春干温暖高原气候,冬无严寒,夏无酷暑,光照充足,雨旱季节明显;
夏季潮湿多雷雨,冬季严寒多风雪。
根据盘县特区气候观测资料:
年平均降雨量:
1393.3mm;
年最大降雨量:
2105.5mm;
年最小降雨量:
791.5mm;
降雨量的季节性变化明显,雨季多出现在5~10月份,雨季降雨量为年降雨量的87.4%,12月~笠年3月为枯季,降雨量仅占年降雨量的6.1%。
年均气温:
15.2℃;
最高气温:
36.7℃;
最低气温:
-7.9℃;
最大积雪深:
23cm;
根据《贵州省地震烈度区划图》,井田范内地震烈度为6度区。
二、矿井地质及煤层特征
(一)地层
井田内及勘及邻近出露地层有二叠系上统峨眉山玄武岩组至三叠系下统飞仙关组,现从老到新分述如下
1、二叠系(P)
1)峨眉山玄武岩组(P2β)
出露于西北部外围。
总厚度约345m。
根据岩性特征分为四段,从上而下为:
第一段(P2β1)深灰色及灰绿色拉斑玄武岩、玄武岩及伊丁玄武岩,夹紫色凝灰岩。
厚约180m。
第二段(P2β2)深灰色及绿灰色凝灰岩、凝灰质角砾岩,夹玄武岩。
下部为不稳定的含煤段,由紫色凝灰岩,铝土质泥岩、泥岩、炭质泥岩及煤层组成,含0~4层不稳定薄煤层。
厚约98m。
第三段(P2β3)灰绿色、灰色致密的凝灰岩岩及玄武岩。
厚度34~67米,平均50m。
第四段(P2β4)灰绿色、紫色凝灰岩、凝灰质泥岩及凝灰质粉沙岩,岩性疏松易碎。
厚度9~27m。
与上龙潭组呈假整合接触。
2)龙潭组(P3l)
为井田内含煤地层,厚度194~245米,平均224米。
岩性由细碎屑岩、泥岩、煤层组成,夹似层状、结核状菱铁矿。
底部有一层厚1~3m的铝土岩或铁铝岩。
根据岩性分下、中、上三段:
下段(P311)龙潭组底界(铝土岩或铁铝岩底界)~24#煤层顶界。
平均厚度42米。
中段(P312)24#煤层顶界~12号煤层顶界。
平均厚度110m。
上段(P313)12#煤层顶界~龙潭组顶界(1#煤层顶板)。
平均厚度72m。
2、三叠系下统(T1)
1)飞仙关组(T1f)
出露于井田东部的大部地段,以砂岩为主夹泥岩。
一般厚度524m。
下部为灰绿色夹紫色的细砂岩、粉沙岩、泥质粉沙岩及粉沙质泥岩。
底部20米左右为灰绿色粉沙质泥岩或泥质粉沙岩,夹钙质条带及透镜体,暗紫及紫色泥岩、粉沙岩,含白色蠕虫状方解石。
夹多层细沙石,并常夹有绿色砂质条带及白色灰岩条带。
具板状交错层理。
含瓣鳃动物化石。
平均厚度379m。
3、第四系(Q)
仅见全新统,在井田内不甚发育,虽覆盖较广,但厚度不大。
为残积、坡积、洪积及冲积物,由砂土、粘土及砾石组成。
厚度0~40m,一段在10m以内。
与下伏地层呈不整合接触。
(二)构造
打牛厂煤矿位于盘关向斜西翼南段,地层总体走向NE,倾向SE,倾角28~55°
,一般35°
。
井田内断层不发育,仅在井田西部见F11-13逆断层、F11-75正断层,在西南边界处见F11-12逆断层,在中部见F11-1斜向正断层,构造复杂程度较中等。
区内无落差大于10m断层。
(三)煤层及煤质
1、煤层
矿井范围内含煤地层为上二迭系龙潭组,煤系地层总厚约为250m,含煤30-42层,煤层总厚度31.4-46.2m,可采及局部可采煤层17层,厚度23.2-33.2m,平均26.8m。
可采煤层6层,分别为1#、3#、12#、17#、20-1#、24#煤层,总厚4.43—6.23m,一般5.41m,占该组总厚的2.5%,采用厚度4.67m,占该组总厚的2.2%。
1#煤层厚度2.00-2.20m,平均2.10m,煤层厚度变化不大,层位较稳定,夹矸0—2层不稳定,结构较简单。
顶板岩性为薄层状粉砂岩为主,局部粉砂质泥岩、泥质粉砂岩,与菱铁矿互层,水平层理,岩性稳定。
3#煤层厚度2.10-2.30m,平均2.20m,煤层厚度变化不大,层位较稳定,含夹矸0—1层,一般不含夹矸,结构较简单。
顶板岩性薄层状粉砂岩,上部见断续斜层理,下部具水平层理,岩性稳定。
12#煤层厚度1.97-2.23m,平均2.20m厚度变化不大,层位较稳定,含夹矸0—1层,结构较简单。
顶板为K4标志层,岩性薄层状粉砂岩、泥质粉砂岩为主。
17#煤层厚度2.00-2.20m,平均2.10m,煤层中部有一层厚0.08m夹矸,层位较稳定,结构较简单,煤层作为对比标依据可靠。
顶板岩性粉砂质泥岩为主,泥质粉砂岩。
20-1#煤层厚度2.00-2.10m,平均2.05m,煤层厚度变化不大,层位较稳定,含夹矸0—1层,一般不含夹矸,结构较简单。
24#煤层厚度2.35-2.50m,平均2.45m,厚度变化不大,层位较稳定,含夹矸0—1层,一般不含夹矸,结构较简单。
因此1#、3#、12#、17#、20-1#、24#煤层全区可采。
厚度变化不大,层位较稳定。
打牛厂煤矿可采煤层特征详见表1-2-1。
2、煤质
矿井开采的原煤,主要用于炼焦、动力、气化和民用,属低—低中灰、特低硫(1#、3#、12#、17#、20-1#)—富硫煤(24#)、高灰熔点、特高热值气、肥煤。
打牛厂煤矿可采煤层煤质特征详见表1-2-2。
3、煤层顶底板
1#煤层顶板岩性薄层状粉砂岩,坚硬,易风化破碎,较易垮落,水稳性差。
底板岩性为砂质泥岩与粉砂岩互层,易风化破碎。
3#煤层顶板岩性粉砂岩为主,坚硬,局部裂隙较发育,易风化破碎。
底板岩性为粉砂质泥岩,易风化破碎。
表1-2-1打牛厂煤矿可采煤层特征表
含煤地层
煤层
编号
煤层厚度
(m)
煤层间距
倾角
(°
)
结构
煤层稳定性
顶底板岩性
顶板
底板
P2
1#
2.10
14.25
36°
含0-2层不稳定,结构简单
稳定
粉砂岩、砂质泥岩
砂质泥岩、粉砂岩
3#
2.20
含—层,一般不含夹矸
较稳定
粉砂岩
粉砂质泥岩
48.80
12#
含—层,结构较简单
19.98
17#
含—层,一般不含,结构较简单
43.20
20-1#
2.05
含—层,一般不含夹矸,结构较简单
泥质粉砂岩
泥岩、粉砂质泥岩
22.35
24#
2.45
含0—1层,一般不含,结构较简单
表1-2-2打牛厂煤矿可采煤层煤质特征表
水分
Mad%
灰分
Ad%
挥发分
Vdaf%
焦渣
特征
全硫
Std%
发热量Qgr,adMJ/Kg
原煤
0.75
17.55
33.56
7
1.69
29.36
浮煤
0.68
6.18
32.73
0.71
33.19
0.82
16.80
34.13
0.14
29.02
1.22
6.94
36.49
0.13
33.24
0.69
17.30
35.36
29.60
0.86
5.75
38.16
34.31
1.16
10.55
31.64
77
0.15
31.50
1.07
4.54
33.63
34.25
12.78
32.37
0.37
31.08
0.79
458
33.27
0.35
34.52
0.92
16.53
32.70
28.98
1.66
2.77
35.01
8
34.40
12#煤层顶板岩性细砂岩,坚硬,局部裂隙较发育,易风化破碎,易垮落。
底板岩性为粉砂岩,易风化破碎。
17#煤层顶板岩性泥质粉砂岩、与薄层菱铁矿。
有0.80厚伪顶,岩性泥质粉砂岩,层间滑动较强烈,与煤大都呈角度接触,与煤层无明显的分界面。
节理、裂隙较发育,层面光滑极易冒顶。
底板岩性泥岩或粉砂质泥岩,易风化破碎。
20-1#煤层顶板岩性为泥岩,无层理,强度较低,水稳性差。
底板岩性为泥岩,强度较低,易风化破碎,水稳性差。
24#煤层直接顶板岩性为0.50厚泥岩,抗压强度自然状态,强度较低,易风化破碎,以上为粉砂岩,坚硬,局部裂隙较发育,易风化破碎,易垮落。
底板岩性泥岩或粉砂质泥岩,强度较低,易风化破碎,水稳性差。
(四)水文地质情况
1、水文地质条件
矿区内的主要地层为龙潭组,飞仙关组,第四系。
地层富水性简述如下:
飞仙关组(T1f):
岩溶水含水层,出露范围小,位于飞仙关组下部,厚约10m,薄层状灰岩、泥灰岩,富水性弱,涌水量0.01~0.025L/S,属溶蚀裂隙含水层。
龙潭组(P3l):
基岩裂隙水含水层,厚约237m,砂泥岩夹煤层。
含水段由细砂岩、粉砂岩及少许碳酸盐岩组成,其分层厚0.50~20m,上、下为泥质岩、煤层相隔,使地下水具承压性。
一般泉流量为0.1~1.0l/s。
玄武岩组(P2β):
玄武岩,厚约345m。
出露于打牛厂煤矿矿区外西北部,多呈北东向陡坡。
泉点稀少。
流量约0.1~1.0l/s,富水性弱,为含煤地层相对隔水层。
第四系松散岩类孔隙水含水层:
矿区内覆盖的第四系,为孔隙水含水较弱,有一定的厚度,在矿区分布较广,有一定的蓄水量,对煤矿开采有影响。
在地下大面积采空塌陷区形成后,本层的松散岩类孔隙水对下伏基岩裂隙水含水层补给量有所增加,成为矿坑充水间接充水水源。
矿井地下水主要接受大气降水的补给。
降落在矿区的大气降水,其流量、水质变化均与降水的季节和强度相对应,雨季流量增大,枯季流量减小。
井田内各含水层无直接的水力联系,且地下水动态变化显著,周期性较明显,并具滞后现象。
综上所述,本区水文地质类型属裂隙充水矿床,水文地质条件中等~复杂。
2、老窑积水
矿区内老窑和小煤矿分布广泛,且开采历史悠久,矿井范围内煤层露头浅部山已形成大面积采空区,废弃老窑多有积水,甚至与大气降水有水力联系,老窑积水将给矿井开采浅部煤层构成威胁。
因此,开采浅部煤层,应预防老窑水涌入。
3、矿井充水因素
大气降水、矿井直接充水含水层、老窑积水及第四系潜水是矿井浅部开采主要的充水因素,一般沿裂隙渗入井下。
裂隙发育地段或滑坡体下矿井充水将有所增加。
4、矿井涌水量
由于该矿煤层露头浅部存在小煤窑,其开采深度及采空区范围调查不清,其采空区及采空区汇水面积不祥,建议业主对井田内的小煤窑开采范围和积水情况进一步探查,做到“预测预报,有掘必探,先探后掘,先治后采,有疑必停”防治水原则。
根据2007年8月由贵州省地质矿产勘查开发局一○五地质大队提交的《储量核实报告》,其采用比拟法进行估算未开采区域的矿井涌水量。
根据计算结果,矿井大面积开采后最后涌水量为1843~4916m3/d,水文地质条件为中等~复杂程度。
(五)瓦斯、煤层自燃及煤尘爆炸特征
1、瓦斯
2、煤层的自燃特性
根据贵州省煤田地质局实验室2003年12月提交的《盘县打牛厂煤矿煤炭自燃倾向等级鉴定报告》,打牛厂煤矿井田范围内1#煤层自燃倾向为三类,即属不易自燃煤层。
根据云南省煤炭地质勘查院实验室检测/检验报告表,煤矿井田内煤层自燃倾向等级为不自燃煤层。
3、煤尘的爆炸特性
根据贵州省煤田地质局实验室2003年12月提交的《盘县打牛厂煤矿煤尘爆炸性鉴定报告》,打牛厂煤矿井田范围内1#煤层煤尘有爆炸危险性。
根据《重庆煤田地质研究所重庆市煤炭质量监督检验站检测报告表》,盘县红果镇打牛厂煤矿3#煤层煤尘有爆炸危险性。
其它煤层未作鉴定,建议业主尽快请有资质的单位作出鉴定。
三、矿井开拓与开采
1、开拓方式
根据贵州煤安工程技术咨询服务有限公司二00七年十月提交的《盘县红果镇打牛厂煤矿(变更)开采方案设计》,矿井采用平硐、斜井联合开拓,划分一个水平(+1579),两个采区。
各水平设回风、运输石门揭穿各煤层。
辅助平硐穿层布置至1#层,随开采进度沿各煤层布置材料上山至+1579水平,完成该水平以上各煤层开采时的材料运输。
二采区在平硐内沿17#底板布置材料运输下山至+1440水平,分区段布置材料运输石门完成各阶段的材料运输。
改造原主斜井为矿井专用回风斜井。
改造原+1665运输石门为一采区专用回风石门。
二采区沿17#底板布置回风下山至+1440水平,分区段布置回风石门完成各区段的回风。
沿20-1#底板新掘主井(皮带斜井)至+1579水平,倾角16°
在+1579水平布置运输石门完成一采区各煤层开采时的煤炭运输。
二采区沿17#底板反向布置(倾角16°
)皮带运输下山至+1440水平,分区段布置煤炭运输石门完成各区段的煤炭运输。
2、采煤方法与顶板管理
矿井煤层平均倾角为36°
,采用走向长壁后退式采煤方法。
回采工作面采用放炮落煤,全部垮落法管理顶板。
回采工作面采用搪瓷溜槽运输,运输顺槽采用SGB420/30型刮板运输机一台和二台SPJ—800吊挂式输送机配合运输。
采煤工作面采用DZ25—250/100单体液压支柱配合DHJA—1000铰接顶梁支护顶板,柱距0.8m,排距1.0m,“三四”排支护,最大控顶距4.2m,最小控顶距3.2m,放顶步距为1.0m,在顶板不稳定地段柱距缩小到0.6米。
四、矿井设计生产能力及服务年限
根据贵州煤安工程技术咨询服务有限公司二00七年十月提交的《盘县红果镇打牛厂煤矿(变更)开采方案设计》,打牛厂煤矿设计生产能力为15万吨/年,服务年限为17.2年。
五、矿井通风、瓦斯及抽放
1、矿井通风
矿井采用中央并列式通风,回采工作面采用上行U型通风,掘进工作面采用局部通风机接风筒压入式通风。
矿井主要通风机和备用通风机型号均为FBCDZ-No16-6-(Ⅰ)型对旋轴式通风机,其电机功率为150kW,通风机风量3768~1698m3/min,负压为702~2650Pa;
掘进工作面使用的局部扇风机为YBT-11型,功率为11kW,风量228~90m3/min,负压为150~210Pa。
矿井未提供通风系统现状图,根据《盘县红果镇打牛厂煤矿(变更)开采方案设计》,矿井总风量29m3/s,其中,回采工作面风量为12m3/s,每个掘进工作面配风量5.16m3/s。
2、瓦斯情况
3、矿井瓦斯抽放
该矿井已安装有瓦斯抽放系统,瓦斯抽放泵为2BEA-253型水环式真空泵两台,一台工作,一台备用,瓦斯抽放泵最大抽气量为35m3/min,极限压力为33kPa,转速为660r/min,配套电机为YB2-250M-4型,功率55kW。
第二章煤与瓦斯突出危险性预测
矿井突出危险性预测分为区域突出危险性预测和工作面突出危险性预测。
一、区域性突出危险性预测
1、区域突出危险性预测方法
煤层区域突出危险性预测方法有“煤层突出危险性指标法”、“瓦斯地质统计法”和“综合指标法”。
分述如下:
(1)煤层突出危险性指标法
煤层突出危险性指标法,即利用煤的破坏类型、瓦斯放散初速度指标(△P)、煤的坚固性系数(f)和煤层瓦斯压力(P)四个指标对煤层的突出危险性进行判断。
判断煤层突出危险性的临界值,应根据矿井的实测资料确定,如无实测资料时,则按照《防治煤与瓦斯突出细则》和《煤与瓦斯突出鉴定规范》的规定,参考表2-1-1所列数据确定,当全部指标达到或超过其临界值
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