蒙西鑫盛煤矿钻孔设计.docx
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蒙西鑫盛煤矿钻孔设计
钻孔设计
钻孔设计
1设计依据
1.1矿区地形简易平面图及有关文件资料。
1.2国家颁布的有关技术及安全规范文件。
1.5类似工程的成功经验。
1.7开采方案与安全技术措施。
1.8山体的地理位置和结构形式。
2矿田概况
2.1交通位置
2.1.1位置
新胜煤矿位于内蒙古自治区桌子山煤田棋盘井详查区东北部,行政区划隶属于鄂托克旗阿尔巴斯苏木。
其地理坐标为:
东经:
107°02′19″~107°03′35″;
北纬:
39°25′31″~39°26′29″。
;2.1.2交通
新胜煤矿西距海勃湾区—棋盘井三级柏油公路0.5km、北距海勃湾53km、南距棋盘井4km。
棋盘井有109国道和鄂海公路穿过,可通往乌海市,鄂尔多斯市等地,包兰铁路的乌海市、碱柜、新地及铁路支线的拉什仲庙、拉僧庙、公乌素等车站均有煤炭集装站,是本区煤炭外运的主要车站。
煤矿对外交通运输条件较为便利。
2.2地形地貌
本区属半荒漠低山丘陵地貌特征。
地势西高东低,北高南低,一般标高在海拔1342~1480m,相对高差138m左右,地形起伏较大。
2.3水文
矿田南东部可见石炭系,二迭系地层出露,东部沟谷及缓坡上为第四系覆盖,呈高原侵蚀性荒漠、半荒漠地貌特征。
区内大小沟谷内干枯无水,只在洪水期间才有地表迳流,最大沟谷为棋盘井沟。
2.4气象
本区属干旱大陆性气候,冬季寒冷漫长,夏季干燥炎热,春秋季节少雨多风,昼夜温差大。
年最高气温38.6℃,年最低气温-28.4℃。
年平均降雨量247.7mm,且集中在7、8、9三个月内;年蒸发量3525.7mm,为降雨量的12倍之多。
冬春季节多西北风,夏秋季节多东南风,最大风力8级,最大风速24s/t。
每年11月至翌年5月初为结冻期,最大冻土深度为1.50m。
2.5地震
根据《中国地震动参数区划图》(GB-18306-2015),本区地震动峰值加速度(g)为0.20,对照地震烈度Ⅷ度,属强震区预测范围。
2.6矿田地质
2.6.1矿田地层
新胜煤矿位于棋盘井逆断层东侧,矿区地层由老到新为:
奥陶系中统(O21-2)
分布于核实区西部棋盘井逆断层的上盘,呈长条状展布。
上部灰色厚层状石灰岩,质纯、坚硬,是当地烧制石灰的良好原料,含动物化石。
下部灰色薄层状灰岩与石英岩互层。
厚度不详。
石炭系(C)
(1)石炭系上统太原组一岩段(C2t1)矿田南侧出露,上部含三层薄煤层,灰白色细砂岩,下部为铁质砂岩,中部多为软质粘土岩和泥岩。
(2)石炭系上统太原组二岩段(C2t2),又划分为两个亚岩段。
①第一亚岩段(C2t2-1)
在地形地质图上东南部有出露,为主要含煤地层。
灰、灰白色石英质细砂岩,在矿田北部常为16号煤层顶板。
顶部黑色泥岩或钙质泥岩,含腕足类动物化石。
底部砂岩中夹1~2层深灰色粘土岩,含14、15、16、17号煤层,统称丙煤组,其中16号煤层厚度大,全区发育良好,是主要可采煤层。
本层厚度9.96~30.77m,平均21.22m。
与下伏奥陶系呈不整合接触。
②第二亚岩段(C2t2-2)
矿田南部有出露,黑灰色、黑色砂质泥岩、泥岩、夹灰白色细砂岩,局部出现厚层状粗砂岩,含动植物化石及1—2层菱铁矿结核。
含11、12、13号煤层,全区发育,但仅局部达可采厚度。
厚度18.34~41.06m,平均31.32m。
二叠系(P)
依据本区地层、岩性组合及含煤性等特征与邻区对比结果,将二叠系下统山西组(P1sx)自下而上划分为四个岩段:
第一岩段(P1s1):
岩性由灰、灰黑色砂质泥岩和细砂岩组成。
地层最小厚度8.00m,地层最大厚度47.50m,平均厚度28.46m。
含7、8、9、10号煤层,其中9号煤层为区内可采煤层。
第二岩段(P1s2):
灰白色砂岩、灰、灰黑色砂泥岩夹粘土岩。
富含植物化石,含4、5、6号煤层,本区均不可采。
本层厚15.08~49.58m。
第三岩段(P1s3):
灰绿、深绿色砂泥岩,中部夹透镜状细砂岩,含植物化石及2、3号煤层,矿田内不可采。
本层厚1.34~15.50m,平均8.23m。
第四岩段(P1s4):
灰绿色、绿色带紫色的砂泥岩、泥岩及灰白色砂岩组成。
砂岩中含云母较多,中部含1号煤,矿田内不可采。
下部夹1~2层绿色粘土岩,谓之标志层。
本层厚19.17~53.15m。
四个岩段均为整合接触,并整合与石炭系之上。
第四系(Qh)
风积、残坡积、冲洪积层,由砂土、亚砂土、砾石、风积砂等组成,一般厚度0~14.52m,与下伏老地层呈不整合接触。
2.6.2地质构造
矿田内基本构造形态为一向南西倾斜的单斜构造,倾向240°~290°,倾角5°~14°左右(局部大于14°)。
因构造影响,致使沿走向及倾斜方向有比较宽缓的波状起伏,局部倾向南或南东。
但对煤层开采影响不大。
主要构造有:
①棋盘井逆断层:
位于矿田西侧,走向N25°~30E°,倾向NW,倾角60°~70°,断层长度大于6km,核实区内二叠系与奥陶系直接接触,断距大于300m。
②F11逆断层:
位于矿田南东侧,长约1500m,断层走向由N30°E向南渐转为近SN,西倾,倾角40°~55°,断距约40m。
③F14正断层:
该断层位于矿田中部。
断层走向N40°W,倾向NE,倾角70°—80°,断距7~15m,长700m,无工程控制。
矿田内F14正断层将5、8、9号煤层错断。
④F15逆断层
位于矿田范围外的西南方向,断层走向近EW,倾向N,倾角70°~80°,断层落差3—50m,长300m。
F15正断层将5、8、9号煤层错断。
区内未见岩浆岩,矿田地质构造复杂程度为中等。
2.6.3煤层
2.6.3.1含煤地层及含煤性
新胜煤矿含煤地层为上石炭统太原组(C2t)和下二叠统山西组(P1sx)。
含煤地层平均厚度为149.58m,共含煤8层,即5、8、9、10、、12、15、16、17号煤层。
其中可采煤层有3层,即9、15、16号煤层。
可采煤层总厚5.57m,可采含煤系数为3.7%。
2.6.3.2可采煤层
新胜煤矿范围内含可采煤层3层(9、15、16煤层),其它煤层在本区不发育或不可采(各煤层特征见表1)。
现将9、15、16号煤层分述如下:
①9号煤层
9号煤层赋存于下二叠统山西组(P1s)地层中部。
煤层自然厚度0.70~6.90m,平均3.32m,煤层采用厚度0.70~5.23m,平均2.54m,全区发育良好,均达可采厚度,该煤层结构简单~复杂,一般含矸1~6层,夹矸岩性为泥岩或炭质泥岩。
该层顶底板均为灰黑色泥岩,属矿田内局部可采、对比可靠的较稳定煤层。
9号煤层覆盖层厚度为18.78-96.83m,平均57.81m,覆盖层厚度资料来源于补101、ZK102钻孔。
各煤层特征表
表1
煤层
编号
埋深(m)
自然厚度(m)
最小-最大
平均(点数)
采用厚度(m)
最小-最大
平均(点数)
煤层结构(m)
夹矸厚度(m)
夹矸层数
煤层间距(m)
最小-最大
平均(点数)
可采
程度
稳定性评价
9
18.78-96.83
57.81
(2)
0.70-6.90
3.32(10)
0.70-5.23
2.54(10)
0.10-1.67
1-6
局部
可采
较稳定
22.43-27.87
25.15
(2)
12
0.33-0.87
0.51(3)
0.33-0.87
0.51(3)
0
0
不可采
不稳定
15.88-18.92
17.44(3)
15
31.18-145.77
80.99(3)
1.12-1.70
1.33(3)
0.90-1.18
1.08(3)
0-0.54
0-1
全区
可采
较稳定
1.94-15.02
6.22(3)
16
34.24-157.64
91.55(3)
1.40-3.47
2.05(11)
1.24-3.47
1.95(11)
0-0.5
0-1
全区
可采
较稳定
1.82-6.65
4.58(3)
17
0.62-0.70
0.66
(2)
0.62-0.70
0.66
(2)
0
0
不可采
不稳定
②15号煤层
赋存于上石炭统太原组(C2t)地层上部。
煤层自然厚度1.12~1.70m,平均1.33m,煤层采用厚度0.90~1.18m,平均1.08m,15号煤层结构较简单,含0-1层夹矸,顶、底板为细砂岩。
全区发育,属对比可靠的较稳定煤层。
与16号煤层层间距1.94~15.02m,平均6.22m。
15号煤层覆盖层厚度为31.18-145.77m,平均80.99m,覆盖层厚度资料来源于补101、ZK102、ZK138钻孔。
③16号煤层
本层赋存于上石炭统太原组(C2t)地层中部。
煤层自然厚度1.40~3.47m,平均2.05m,煤层采用厚度1.24~3.47m,平均1.95m,该煤层厚度大,全区发育良好。
结构复杂,含矸1~5层,为泥岩、碳质泥岩。
煤层厚度变化有一定规律,核实区中、南部厚,北部薄。
层位稳定,属对比可靠的较稳定煤层。
顶底一般为细砂岩,只在矿田南部顶板为灰黑色泥岩或砂泥岩。
16号煤层覆盖层厚度为34.24-157.64m,平均91.55m,覆盖层厚度资料来源于补101、ZK102、ZK138钻孔。
2.6.4工程地质特征
本区各煤层顶底板均以软弱~半坚硬岩石为主,再加上断层的破坏,因此区内煤层顶底板岩石的稳固性较差,特别是在断层带附近岩石的稳固性更差。
根据上述现象以及邻区资料分析,该区工程地质条件按构成露天边坡岩层的岩性、物理力学性质和结构面的发育程度衡量,应为三类一型,即:
岩层倾角平缓,各类结构面不发育,地下水位深,含水不丰富,软弱夹层(面)较少。
如果按剥离岩层的岩性和物理力学性质划分,应为第三类硬岩类,即:
岩层的抗压强度值一般均在15Mpa以上,不能采用连续开采工艺。
综合上述,矿区工程地质勘探类型为三类二型,即以层状岩类为主,工程地质条件中等类型。
3钻孔设备选型及台数确定
3.1设备选型
根据本矿条件,选择适用于露天矿开采的石方工程爆破孔的凿岩履带式潜孔钻机。
爆破选用KY100J型露天潜孔钻机。
KY100J型露天潜孔钻机的技术参数见附表3.1。
KY100J型潜孔钻机技术参数表
表3-1
序号
项目
参数
1
钻孔直径(mm)
90-130
2
钻孔深度(m)
30
3
钻孔角度(°)
俯仰角(°)
-118.5-23.5
偏摆角(°)
-11.5-36.5
4
驱动方式
机械
5
工作气压(MPa)
0.63
6
爬坡能力(°)
30
7
捕尘方式
湿式
8
整机重量(t)
3.1
9
外形尺寸(mm):
长×宽×高
4100×2030×2010
本矿钻机现有10台,满足施工要求。
4钻孔
4.1钻机平台修建
无论是一次性爆破,还是台阶式爆破,都应为钻机修建钻孔平台。
平台的宽度不得小于6—8米,平台要平整,便于钻机行走和作业。
在施工时,可采用浅孔爆破,推土机整平的方法。
对于分层台阶式爆破平台,从上到下逐层修建,上层爆破后为下层平台的修建创造了条件,上一层的平台是下一层的上平台。
4.2钻孔方法
4.2.1钻孔要领
司机应掌握钻机的操作要领,熟悉和了解设备的性能、构造原理及使用注意事项,熟练的操作技术,并掌握不同性质岩石的钻凿规律。
钻机的基本要领:
“软岩慢打,硬岩快打;小风压顶着打,不见硬岩不加压;勤看勤听勤检查”。
4.2.3钻孔基本方法
4.2.3.1开口:
对于完整的岩面,应先吹净浮渣,给小风不加压,慢慢冲击岩面,打出孔窝后,旋转钻具下钻开孔。
当钻头进孔后,逐渐加大风量,至全风全压快速凿岩状态。
对于表面有风化得碎石层,或由于上层爆破使下层表面裂隙增多甚至松散时,若开口不当,会形成喇叭口,碎石随时都可能掉进孔内,造成卡孔或堵孔。
因此,开口时应掌握一定的技术。
首先,应使钻头离地给高风高压,吹净浮渣,按“小风压顶着打,不见硬岩不加压”的要领开口;其次,为了防止孔口坍塌应采用泥浆护壁技术,即将黄泥浆注入孔内,旋转钻具下钻,用一压一转的方法将黄泥挤入石缝,然后上下提放钻杆,使黄泥牢固,孔口圆顺,孔口上部可人工用黄泥护壁,使松散的碎石牢固,不会受到振动影响而掉进孔内。
4.2.3.2钻进技巧:
孔口开好后,进入正常钻进时,也应掌握一定的技巧。
对于硬岩,应选用高质量高硬度的钻头,送全风加全压,但转速不能过高,防止损坏钻头;对于软岩,应送全风加半压,慢打钻,排净渣,每进尺1.0~1.5m提钻吹孔一次,防止孔底积渣过多而卡孔;对于风化破碎层,应风量小压力轻,勤吹风勤护孔。
为了防止塌孔现象,每进尺1m左右就用黄泥护孔一次。
4.2.3.3泥浆护孔方法:
对于孔口岩石破碎不稳固段,应在钻孔过程中采用泥浆进行护壁,一是避免孔口形成喇叭状容易影响钻屑冲出,二是在钻孔、装药过程中防止破碎岩石掉落孔内,造成堵孔。
泥浆护壁的操作程序是:
钻孔凿岩2~3m,在孔口堆放一定量的含水粘黄泥;用钻杆上下移动,尽量能将岩粉吹出孔外,保证钻孔深度,提高钻孔利用率。
4.2.3.4穿孔基本要求:
①1个穿孔区只允许留2个以下的出入口;
②设备操作人员应按规定持证上岗;
③钻孔不合格率小于5%;
④孔深与设计误差不应超过0.5米;
⑤布孔参数与设计误差不应超过0.3米;
⑥钻机距坡顶线距离与设计误差不应超过0.3米。
5安全技术措施
5.1钻机进入工作面穿孔时,钻机纵轴线与台阶坡顶线之间的夹角不得小于45°;按照布孔要求作业,布孔与要求之间误差不得大于200mm,且不得误差于本台阶坡顶线方向。
5.2钻机沿台阶坡顶线行走时,外侧履带距坡顶线最小距离不得小于3m。
5.3钻机起落大架子时,10m以内无关人员不得停留。
5.4钻机行走必要时使用装载机牵引以及放下钻架;在高压线下通过时,钻架顶端与高压线的最小垂直距离不得小于1m;在作业和行走时,钻架与高压线的水平距离不得小于2m。
5.5遇原井工采空区,应停止工作向上级汇报;如有塌陷可能必须将钻机移动到安全地点,防止塌陷使钻机倾覆甚至掉到下一平盘。
5.6二次破碎穿孔
5.6.1在大块上部穿孔找好站立位置,防止失稳。
5.6.2风线捆扎要牢,两头连接处要有连线,防止脱落造成风线飞舞伤人。
5.6.3大块穿孔处应与挖掘机、矿用自卸卡车留有安全距离,防止倒车失误、挖掘机斗杆旋转带来车辆伤害和物体打击。
5.6.4须佩带安全帽穿戴好工作服、劳保鞋。
5.6.5进行根底穿孔前应将台阶上部浮石清理干净(找吊),穿孔时设专人观察上部台阶情况(观山),并在事先确定紧急时的联系方式(凿岩机的噪声使穿孔工听不到喊声,而紧急情况时观山人员又不允许上前)。
5.6.6找吊时不得单独作业,首先保证自身站立安全,防止用力过猛掉下台阶,必要时采取安全带、安全绳措施。
5.6.7打冻顶时须找好安全站立位置,钻杆朝台阶坡顶线处倾斜。
6钻孔验收与保护
6.1钻孔验收主要内容有:
6.1.1检查钻孔深度和孔网参数
6.1.2复核前排各钻孔的抵抗线;
6.1.3查看孔中含水情况;
6.1.4钻孔合格率
6.2钻孔深度的检查是用软尺(或测绳)系上重锤(球)来测量钻孔深度,测量时要做好记录。
为防止堵孔,应做到:
6.2.1每个钻孔钻完后立即将孔口用木塞或塑料堵好,防止雨水或其他杂物进入钻孔。
6.2.2孔口岩石清理干净,防止掉落孔内;
6.2.3一个爆区钻孔完成后尽快实施爆破。
表6.1钻孔验收统计表
编号
孔径
孔深
孔距
行距
坡顶距
高温孔
水孔
合格
不合格
备注
K1
K2
K3
K4
K5
K6
K7
K8
K9
K10
合格孔数
不合格孔数
合格率
验收人
验孔时间
复查人
复查时间
不合格原因
补孔记录
复查结果
备注:
1、孔深:
与设计误差不超过0.5m。
2、孔距:
与设计误差不超过0.3m。
3、行距:
与设计误差不超过0.3m。
4、坡顶距:
钻孔距坡顶线与设计误差不超过0.3m。
5、作业区为高温区时,应逐孔进行验收;作业区为常温时,且处于同一平盘时,进行抽查验收。
6.2.4在钻孔验收过程中发现堵孔、深度不够,应及时进行补钻。
在补孔过程中,应注意周边钻孔的安全,必须保证所有钻孔在装药前全部符合设计要求。
7钻孔平面布置图
图7.1煤层钻孔布置示意图
图7.2岩层钻孔布置示意图
表7.1钻孔设计
钻孔位置:
设计时间:
台阶高度
(m)
钻孔面积
(㎡)
总进尺
(m)
排数
(排)
前排最小抵抗线
(m)
孔距
(m)
孔倾角
(°)
孔深
(m)
坡顶距
(m)
钻孔数量
(个)
孔径
(mm)
布孔方式
布孔示意图:
钻孔基本要求:
①1个钻孔区只允许留2个以下的出入口。
②设备操作人员应按规定持证上岗。
③钻孔不合格率小于5%。
④孔深与设计误差不应超过0.5米。
⑤布孔参数与设计误差不应超过0.3米。
⑥钻机距坡顶线距离与设计误差不应超过0.3米。
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