夾江縣華頭煤礦開采保護(hù)層設(shè)計(jì)方案

1、夾江縣華頭煤礦開采保護(hù)層設(shè)計(jì)方案前 言根據(jù)2009年8月四川省經(jīng)濟(jì)委員會(huì)川經(jīng)煤炭函2009959號(hào)文四川省經(jīng)濟(jì)委員會(huì)關(guān)于同意認(rèn)定夾江縣樂(lè)華工貿(mào)總公司華頭煤礦為煤與瓦斯突出礦井的批復(fù)，華頭煤礦被認(rèn)定為煤瓦斯突出礦井。由于歷史原因，在礦井井田范圍內(nèi)，法定開采煤層為K7煤層，距離K7煤層部法向間距約10米的K6煤層沒(méi)有劃定。華頭煤礦在升格為煤與瓦斯突出礦井后，一直把防突工作作為煤礦安全工作的重中之重來(lái)抓，2009年成立防突機(jī)構(gòu)、組建防突專業(yè)隊(duì)伍、建立防突規(guī)章制度、進(jìn)行防突知識(shí)培訓(xùn)考核，建設(shè)完善瓦斯抽采系統(tǒng)、新建壓風(fēng)自救系統(tǒng)、采區(qū)避難硐室和構(gòu)建安全防護(hù)設(shè)施。2010年完成施工采區(qū)“三條上山”井巷工程、

2、礦井防治煤與瓦斯突出設(shè)計(jì)、二采區(qū)防突設(shè)計(jì)，工作面也編制了防突專項(xiàng)設(shè)計(jì)，委托中國(guó)礦大對(duì)礦井+754m水平進(jìn)行了煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性鑒定，采掘工作面實(shí)施“四位一體措施”，安全管理采取安全防護(hù)措施。按照煤礦安全規(guī)程193條、防治煤與瓦斯突出規(guī)定40條要求，煤與瓦斯突出礦井防突工作堅(jiān)持區(qū)域防突措施先行、局部防突措施補(bǔ)充的原則，實(shí)施區(qū)域防突措施要先開采保護(hù)層，有保必保。在開采須家河組K7突出煤層的川主礦區(qū)，通過(guò)專家考察結(jié)論意見和相鄰礦多年開采經(jīng)驗(yàn)，K7下層K6煤層為非（弱）突出煤層，其產(chǎn)狀位置符合開采保護(hù)層條件，從治理突出災(zāi)害角度，把K6煤層作為下保護(hù)層進(jìn)行開采，是最經(jīng)濟(jì)也是最有效的措施。華頭煤礦受法定開

3、采煤層的限制，從2010年6月開始進(jìn)入擴(kuò)充資源、增劃K6保護(hù)層的實(shí)質(zhì)性工作，前后陸續(xù)完成了儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告、劃定礦區(qū)范圍、占用儲(chǔ)量登記、開發(fā)利用方案、環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告等工作，2011年10月，已向省國(guó)土廳提出進(jìn)行資源價(jià)款評(píng)估的申請(qǐng)。礦區(qū)范圍內(nèi)K6煤層的開采計(jì)劃已提到議事日程。為此，根據(jù)礦井現(xiàn)有開拓開采設(shè)計(jì)、采掘生產(chǎn)布署和采掘抽關(guān)系，將本年度下半年掘進(jìn)計(jì)劃和2012年采掘抽計(jì)劃調(diào)整到開采K6煤層井巷工程布置上來(lái)。依據(jù)防治煤與瓦斯突出規(guī)定第四十條，突出礦井首次開采某個(gè)保護(hù)層時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)被保護(hù)層進(jìn)行區(qū)域措施效果檢驗(yàn)及保護(hù)范圍的實(shí)際考察。目前礦井?dāng)M定的首采保護(hù)層工作面為二采區(qū)南翼+667m水平K6工作面，本

4、設(shè)計(jì)針對(duì)該區(qū)域提出開采保護(hù)層和被保護(hù)層的巷道布置、開采順序、抽采鉆孔設(shè)計(jì)、抽采方式選擇和效果檢驗(yàn)等方案。并通過(guò)實(shí)際采掘生產(chǎn)過(guò)程，獲取相關(guān)的技術(shù)參數(shù)作為依據(jù)，綜合分析保護(hù)效果和保護(hù)范圍。由于二采區(qū)+667m水平南翼為礦井已開拓范圍的突出危險(xiǎn)區(qū)，開采水平最低，瓦斯含量和瓦斯壓力相對(duì)較大，試驗(yàn)和考察結(jié)果對(duì)開采保護(hù)層治理礦井突災(zāi)害具有代表性和典型意義，其他區(qū)域可以此拓展。一、采區(qū)概況1、采區(qū)位置：二采區(qū)位礦井水平運(yùn)輸大巷（+750m水平）以下，現(xiàn)最最低標(biāo)高+667m。采區(qū)內(nèi)沿傾向（傾角25度）布置有軌道下山和人行下山，為南北兩翼開采，南北兩翼分別布置有回風(fēng)巷，通風(fēng)方式為兩進(jìn)兩回。向北1202運(yùn)輸巷已掘

5、至川主背斜邊界，約950米。向南+667m南翼底板抽采巷已掘550m（接近F4斷層），與+715m底板抽采巷貫通形成通風(fēng)系統(tǒng)。二采區(qū)沿主要下山南北區(qū)域煤層產(chǎn)狀變化較大，煤層傾角由北向南逐漸變陡，北翼區(qū)域從15度逐漸變化至32度，而南翼區(qū)域受F4斷層及F2斷層影響，傾角由35度變化到41度。2、煤層頂?shù)装鍘r性如下圖華頭煤礦二采區(qū)地層綜合柱狀圖2.85灰色細(xì)粉砂巖，局部富含小型動(dòng)物化石：云南蛤1.00灰色細(xì)粉砂巖，水平層理7.50中厚層深灰色細(xì)粉砂巖0.30薄層灰白色石英中砂巖，斷續(xù)波狀層理0.40薄層灰色粉砂巖，含楔狀層理0.18薄層砂質(zhì)粘土巖，水平層理1.70淺灰色厚層粉砂巖，底部有小型菱鐵礦

6、結(jié)核0.90灰色細(xì)粉砂巖，厚層，頂部有3黃褐色泥巖1.85粗粉砂巖，薄層，底部10為黃褐色2.25厚層灰色細(xì)砂巖0.16砂質(zhì)泥巖12.00灰色細(xì)砂巖夾幾層粉砂巖，中厚層，含大型同質(zhì)結(jié)核，富含水1.44深灰色細(xì)粉砂巖，局部變成褐色條帶0.40薄層砂質(zhì)粘土巖，水平層理0.80灰黑色砂質(zhì)炭質(zhì)泥巖，中夾3煤線，夾大量植物化石碎片0.32厚層深灰色粉砂巖，下部21是灰黑色，局部有根土巖0.61煤：從上到下約10一個(gè)分層，煤為亮煤暗煤，夾矸為灰黑色砂質(zhì)炭質(zhì)泥巖1.72深灰色粉砂巖，厚層狀，上部33較軟，團(tuán)塊構(gòu)造，下部夾密集根土巖，有大型新蘆木樹干化石0.95灰色薄層粉砂巖，底部有大型新蘆木樹干化石2.05

7、深灰色泥質(zhì)粉砂巖6.25淺灰色細(xì)粉砂巖夾石英砂巖，局部有根土巖0.55砂質(zhì)，巖質(zhì)粘土巖夾兩條10煤線0.90薄層灰色砂質(zhì)泥巖，夾大量植物化石，有同質(zhì)結(jié)核，20-10，結(jié)構(gòu)亂1.90泥質(zhì)粉砂巖，下部50有根土巖5.10淺灰色石英砂巖，有瓦斯異常0.90灰色粉砂巖底夾粉砂巖結(jié)核，多數(shù)扁平狀10-15/3-50.40深灰色薄層砂質(zhì)粘土巖，夾大量劍形或長(zhǎng)卵形化石蘇鐵杉完整及碎片化石，及少量格子蕨葉和尼爾桑葉完整植物化石，底部有大型新蘆木樹干形成的包體0.14灰黑色細(xì)砂巖與炭質(zhì)泥巖互層，軟夾煤線0.26灰黑色高嶺石粘土巖，上部6半暗煤與炭質(zhì)泥巖互層0.72K7：8暗煤或炭質(zhì)泥巖，8灰黑色高嶺石夾矸，58

8、亮煤1.05深灰色泥質(zhì)粉砂巖，夾零星植物化石碎片（蘇鐵杉或新蘆木）0.12黑色砂質(zhì)炭質(zhì)泥巖，底部夾5煤線，偶見黃鐵礦結(jié)核（長(zhǎng)柱形）2.40細(xì)砂巖，底80有一條1煤線，上部有根土巖，90-120有波狀層理0.12黃褐色泥巖夾1-3煤線2.30灰色厚層粉砂巖，局部夾有樹干型煤體1.30灰黑色砂質(zhì)粘土巖，薄層，上下部碎片，中部完整蘇鐵杉長(zhǎng)卵形化石0.65灰黑色砂質(zhì)粘土巖夾大量新蘆木葉部及根部化石，頂有1-3煤線0.65灰黑色高嶺石粘土巖，偶見似層狀黃鐵礦結(jié)核，底部10煤或炭質(zhì)泥巖0.65泥質(zhì)砂巖，內(nèi)夾1-2煤線不連續(xù)0.63K6：47亮煤，成塊性好，16高嶺石粘土巖偶見似層狀黃鐵礦結(jié)核1.00灰色厚

9、層砂巖3、運(yùn)輸系統(tǒng)礦井采用5噸蓄電瓶機(jī)車串車運(yùn)輸至二采區(qū)上部車場(chǎng)，采區(qū)斜巷用絞車串車提升（運(yùn)煤矸和材料等），區(qū)段內(nèi)運(yùn)輸平巷采用2.5噸蓄電瓶機(jī)車運(yùn)輸，采煤工作面采用刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸。采區(qū)提升設(shè)備：采用JYB41.25絞車，電機(jī)型號(hào)YB280M6B35,功率55KW。4、供電系統(tǒng)井下二采區(qū)配電室位置設(shè)在中央配電室內(nèi)，按照掘進(jìn)磧頭局扇的三專要求，選用專用變壓器、專用開關(guān)、專用線路向各掘進(jìn)磧頭局部通風(fēng)機(jī)供電，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)主線與備用線分離。5、排水系統(tǒng)礦井只有一個(gè)下山采區(qū)即二采區(qū)，正常涌水量為80立方米/天，最大涌水量為120立方米/天。水泵型號(hào)為100D16型，額定流量QN39.6米3 /時(shí)，一級(jí)額定楊

10、程為19.4米，最大允許吸上真空高度HS為6.9米。兩趟管路，沿二采區(qū)人行下山安裝，一趟工作，一趟備用。二、二采區(qū)南翼下保護(hù)層開采布置1、二采區(qū)南翼開采現(xiàn)狀：二采區(qū)最低水平+667m與礦井水平運(yùn)輸大巷+750m垂高相差83m，針對(duì)二采區(qū)南翼，沿傾斜方向減去運(yùn)輸大巷和回風(fēng)大巷保安煤柱后約90米，剛好形成一個(gè)區(qū)段位置。從二采區(qū)軌道下山+667m和+715m開口，沿K6煤層走向往南施工運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷，巷道掘進(jìn)至采區(qū)邊界F4斷層附近停止，施工開切眼形成通風(fēng)系統(tǒng)。2、回采方式：已形成的二采區(qū)南翼K6工作面參數(shù)：走向500米，傾向80米，傾角3541度，采高0.80.9米。工作面采用走向密集府偽斜后退式開

11、采，支柱單體支柱加鉸接頂梁，采空區(qū)管理為全部垮落法，工作面煤矸自溜或塘瓷溜槽輔助運(yùn)輸，機(jī)巷采用刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸，大巷蓄電瓶機(jī)車運(yùn)送。3、開采布置：K7煤層機(jī)巷（運(yùn)輸巷）沿K7煤層走向布置，比K6運(yùn)輸巷+667m高6.5米垂高，中間采用2530度溜眼連接，K7回風(fēng)巷與K6回風(fēng)巷在同一水平位置上，沿K7煤層布置。由二采區(qū)南翼生產(chǎn)系統(tǒng)情況、地質(zhì)狀況，同時(shí)為加強(qiáng)防治煤與瓦斯突出治理，計(jì)劃開采K6保護(hù)層，通過(guò)首采保護(hù)層工作面開采，摸清開采保護(hù)層的規(guī)律和有關(guān)參數(shù)，為礦井全面實(shí)施保護(hù)層開采計(jì)劃提供準(zhǔn)確可靠的資料，現(xiàn)提出如下采掘施工順序：石門揭煤K6運(yùn)輸巷及回風(fēng)巷K6工作面切眼K6關(guān)聯(lián)溜煤眼和機(jī)巷回采K6A段煤

12、層施工K7A段溜眼、機(jī)巷、開切眼及K7煤層風(fēng)巷（形成系統(tǒng)）回采K7A段煤層回采K6B段煤層施K7B段機(jī)巷回采K7B段煤層，如此類推。見華頭煤礦二采區(qū)南翼+667m水平開采布置圖。三、保護(hù)層確定的依據(jù)礦區(qū)內(nèi)可采煤層K7、K6產(chǎn)出于三疊系上統(tǒng)須家河組第二段地層，在川主礦區(qū)K7煤層為突出煤層，K6煤層經(jīng)專家考察結(jié)論意見和相鄰礦多年開采經(jīng)驗(yàn)為非（弱）突出煤層，由綜合柱狀圖可知K6煤層位于K7煤層下部層間距為10米左右，開采K6下煤層后，對(duì)消除K7煤系地層地應(yīng)力，增加K7煤層瓦斯放散條件很有幫助，是非常理想的治理突出災(zāi)害的措施。依照煤治煤與瓦斯突出規(guī)定附錄D，開采下保護(hù)層的最小間距如下：當(dāng)時(shí)， 當(dāng)時(shí)，

13、式中：允許采用的最小層間距，m；保護(hù)層的開采厚度，m；煤層傾角，度；頂板管理系數(shù)。冒落法管理頂板時(shí)，取10，充填法管理頂板時(shí)，取6。H=100.9cos40=6.8910顯然，K6煤層的層間距符合保護(hù)層開采條采。四、保護(hù)范圍的確定1、傾斜方向保護(hù)范圍保護(hù)層工作面沿傾斜方向的保護(hù)范圍按卸壓角劃定，卸壓角與煤層傾角劃定，如下圖所示。由沒(méi)有本礦井實(shí)測(cè)的卸壓角，參考表1的數(shù)據(jù)確定。A保護(hù)層；B被保護(hù)層；C保護(hù)范圍邊界線圖 保護(hù)層工作面沿傾斜方向的保護(hù)范圍表1 保護(hù)層沿傾斜方向的卸壓角煤層傾角（o）卸 壓 角 （o）08080757510778375752073877575306990777040659

14、080705070908070607290807070729080728073907875907580758O根據(jù)礦井+667m水平二采區(qū)南翼區(qū)域煤層賦存條件，K6及K7煤層傾角為3641，開采下保護(hù)層K6煤層，確定卸壓角為65。由此可見，開采K6煤層后，計(jì)劃施工的K7機(jī)巷不在保護(hù)范圍內(nèi)，故需要在完成K6煤層工作面回采巷道后，在K6運(yùn)輸巷內(nèi)施工頂板穿層鉆孔，預(yù)抽K7機(jī)巷掘進(jìn)條帶煤層瓦斯。（見二采區(qū)+667m水平南翼頂板穿層鉆孔設(shè)計(jì)圖）2、沿走向方向保護(hù)范圍按抽掘采布置順序（如華頭煤礦二采區(qū)南翼+667m水平開采布置圖），K6保護(hù)層采煤工作面開始回采到2#溜眼位置停采，走向160米，回采時(shí)間需5

15、個(gè)月，預(yù)抽掘進(jìn)條帶有較充分時(shí)間，從預(yù)設(shè)的K7煤層始采線到1#溜眼范圍，卸壓比較充分，由防治煤與瓦斯突規(guī)定附錄D，K6保護(hù)層采煤工作面對(duì)被保護(hù)層K7煤層沿走向的保護(hù)范圍對(duì)應(yīng)于始采線、采止線及所留煤柱邊緣位置的邊界線可按卸壓角5660劃定，參照下圖。BEECADDFFEEFBA保護(hù)層；B被保護(hù)層；C煤柱；D采空區(qū)；E保護(hù)范圍；F始采線、采止線保護(hù)層工作面始采線、采止線和煤柱的影響范圍圖五、抽采方式選擇1、頂板穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯：1.1、設(shè)計(jì)思路：K6煤層運(yùn)輸巷及風(fēng)巷已施工完成并形成全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)，在K6煤層運(yùn)輸巷內(nèi)（+667南翼底板抽采巷）施工頂板穿層鉆孔，預(yù)抽K7機(jī)巷掘進(jìn)條帶煤層瓦斯。為減小鉆

16、孔工程量，要求控制設(shè)計(jì)K7機(jī)巷上幫8米，下幫10米，機(jī)巷傾斜上部未控制部分條帶依靠開采K6保護(hù)層解決突出問(wèn)題。1.2、布孔方式：孔徑65mm,長(zhǎng)度要求穿透K7煤層，抽采半徑2米，每4米為一組，每組5個(gè)孔，按終孔位置控制K7機(jī)巷上幫8米，下幫10米。（見二采區(qū)南翼K6運(yùn)輸巷穿層鉆孔布置圖）1.3、鉆孔工程量及施工組織：按500米走向巷道，共施工125組，合計(jì)625個(gè)鉆孔按平均13米/孔計(jì)算，共8125米。根據(jù)現(xiàn)階段人員編制情況，每天完成1組鉆孔，需4個(gè)月工期。若增加人員，每天完成2組，除去已施工的35個(gè)孔，預(yù)計(jì)70天可完成鉆孔施工。每30個(gè)鉆孔封孔并連管抽放，工期2天，共42天。由此從施鉆到首批

17、鉆孔封孔投抽，直至最后一批鉆孔投抽，至少需要110天時(shí)間。2、順層鉆孔：包括K6順層孔和K7順層孔預(yù)抽煤層瓦斯，鉆孔布置如下圖布孔方式為沿煤層傾向施鉆，孔徑110mm,從運(yùn)輸巷向回風(fēng)巷施工，長(zhǎng)度要求施工至距回風(fēng)巷15米位置，抽采半徑2.5米，每5米為一個(gè)孔，每層煤施工110個(gè)孔，兩層220個(gè)孔，平均70米。3、高位頂板穿層鉆孔抽采卸壓瓦斯。3.1、“K7煤層采后裂隙帶”預(yù)計(jì)該區(qū)域k7煤層厚度約0.55m，采高0.8m，根據(jù)k7煤層頂板巖性，預(yù)計(jì)采后冒落帶高度812m；裂隙帶處在冒落帶以上，高度1230 m。預(yù)計(jì)K7煤層開采后，冒落角55，卸壓角75。K7煤層采后裂隙帶預(yù)計(jì)3.2、鉆孔布置原則：

18、鉆孔要進(jìn)入采空區(qū)裂隙帶內(nèi)，終孔位置不能太高，也不能太低，鉆孔還不能被冒落巖石所切斷。只有選擇合理的鉆孔參數(shù)，才能抽出較高濃度的采空區(qū)瓦斯，并能有效解決上隅角瓦斯超限等問(wèn)題。鉆孔布置：在工作面回風(fēng)巷中，沿回風(fēng)巷方向， 從開切眼開始退后30m位置布置第一個(gè)鉆場(chǎng)，然后每間隔20m布置一個(gè)鉆場(chǎng)。每個(gè)鉆場(chǎng)向工作面采空區(qū)施工35個(gè)煤層頂板穿層鉆孔(鉆孔終孔于裂隙帶內(nèi))，接管抽采采空區(qū)瓦斯。鉆孔終孔點(diǎn)距開采煤層頂板垂距：設(shè)計(jì)暫取20m，終孔間距為510m。最優(yōu)數(shù)據(jù)在瓦斯試抽中確定。 工作面開切眼高位頂板孔布置圖工作面回風(fēng)巷高位頂板孔布置圖4、采空區(qū)埋管抽采瓦斯。在采煤工作面回風(fēng)巷抽采管的末端設(shè)一彎管，使抽采

19、管口抬高至回風(fēng)巷頂，并設(shè)木垛對(duì)其管口進(jìn)行保護(hù)，以此形成埋管口。接替管安裝長(zhǎng)度大于10m，并在工作面的后部抽采管上每隔30m（合理數(shù)據(jù)需在試抽中考察）安裝一組三通、控制閥門及埋管口組件，在工作面推進(jìn)過(guò)程中，將埋管口保留在工作面的采空區(qū)，通過(guò)抽采系統(tǒng)對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采。當(dāng)工作面推進(jìn)至下一個(gè)埋管口三通處，埋管口已經(jīng)埋在采空區(qū)內(nèi)35m時(shí)，將埋在采空區(qū)里的前一埋管段控制閥門關(guān)閉，打開下一循環(huán)的埋管口閥門，以此達(dá)到利用埋管不斷抽放采空區(qū)瓦斯的目的。見下圖：采空區(qū)埋管布置示意圖6、石門揭煤時(shí)采用預(yù)抽（排）煤層瓦斯方法作為石門揭煤的防突安全技術(shù)措施。抽（排）放瓦斯鉆孔布置在石門工作面和巷道兩幫，鉆孔布置見下

20、圖石門揭煤抽（排）鉆孔布置圖 鉆孔直徑為65mm；鉆孔各終孔點(diǎn)間距不大于4m；鉆孔必須穿透全煤并進(jìn)入煤層頂（底）板至少0.5米。石門工作面鉆孔控制范圍：巷道斷面輪廓線外不小于12米；鉆孔終孔間距4米。采用預(yù)抽煤層瓦斯措施時(shí)，必須保證封孔質(zhì)量，封孔長(zhǎng)度不小于5米。石門應(yīng)避免布置在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜和破壞地帶。在未被保護(hù)范圍內(nèi)距主斷層小于20米的斷層影響帶內(nèi)不得布置石門；條件許可時(shí)，可利用已有的煤層巷道先掘至石門揭煤地點(diǎn)，然后再以石門與之貫通。五、抽掘采施工計(jì)劃安排根據(jù)二采區(qū)南翼系統(tǒng)系統(tǒng)情況、地質(zhì)狀況提出抽掘采計(jì)劃安排：石門揭煤K6運(yùn)輸巷及回風(fēng)巷K6工作面切眼頂板穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯K6順層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)段煤層瓦斯回采K6保護(hù)層溜煤巷K7機(jī)巷及回風(fēng)巷K7工作面切眼K7順層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)段煤層瓦斯回采K7采煤工作面。六、安全有關(guān)規(guī)定1、開