xxx矿保护层选择方案论证

xxx矿保护层转层方案论证自2008年7月27日xxx矿K4煤层5409工作面运输巷掘进过程中发生打钻突出事故以来，又连续发生了“10.27”、“8.5”、“8.30”3次K4煤层打钻突出事故，特别是2009年“8.30”K4采煤工作面发生打钻突出事故后，又相继采取掘进抬高底板巷、增打工作面中段穿层钻孔，将上、下向本层孔间距分别缩小至2m、1m等措施。可采取了以上措施后，到2011年6月份我矿5409、6402两个K4工作面校检相继大面积超标，且在孔深达到4m以上的情况下大多有喷孔现象，表明K4煤层随开采深度的增加，其突出危险性增大，安全威胁越来越大，而我们现有的瓦斯治理措施不能消除以上威胁。为此K4煤层作为保护层开采的技术方案，不能解决我矿保护层开采问题，因此为了矿井开采合法性、安全性，为了矿井的生存，重新选择保护层是我们当前迫切需要论证解决的问题。一、矿井基本情况xxx矿位于xxx市合川区三汇镇，南距xxx市市中区约85km。井田北以18-1勘探线（即xxx矿平硐）为界，南到12勘探线（即龙家湾背斜末端），上部以旧采区为界、深部至-200m为界。井田平均走向长6.9km，平均倾斜宽0.75km，面积5.2km2。矿井设计生产能力30万t/a，2011年核定生产能力39万t/a。矿井开拓方式为平硐+斜井+暗斜井综合开拓。矿井平硐水平为+310mxxx矿保护层转层方案论证1水平，现生产水平+20m水平，-60m水平，延深水平为-130m水平。因部署调整2010年生产原煤43.1万t。二、煤层的赋存情况矿区内可采及局部可采煤层4层，即K1、K3、K6煤层，其中K1为中厚煤层，K3、K4、K6为薄煤层。（一）各煤层赋存情况1．K1煤层K1煤层（大连子）：为半亮至半暗型复合煤层，位于龙潭煤组第一段（P2l1）下部，煤层疏松破碎，呈粉末状，含黄铁矿结核。煤层厚0.05～7.17m，平均厚2.30m。且含夹矸（泥岩）1～3层，层厚0.03～0.95m，不稳定，呈透镜状、条带状。其中15勘探线（主石门）以北～井田边界极少数区段煤厚0.05～1.72m，平均厚1.26m，绝大部分区域煤厚特别薄。15线以南煤层厚0.20～4.53m，平均厚2.59m，煤岩层走向N35°～55°E，倾向南东，倾角24°～40°。其中+20m水平以下15勘探线（主石门）以南煤岩层走向N35°～40°E，倾向南东，倾角30°～37°，平均倾角34°。煤层顶板为黑色致密泥岩，性脆，含黄铁矿结核和晶粒，厚3.40～9.00m，平均厚6.10m，老顶为黑色细砂岩及砂质泥岩，厚1.32～3.10m，平均厚2.39m。煤层底板为浅灰色粘土泥岩。含植物根部化石，呈土状，遇水膨胀。厚0.20～1.40m，平均厚0.75m。K1煤层厚度变化的主要原因是由于沉积环境不稳定，基底不平；xxx矿保护层转层方案论证2井田北翼局部可采，煤层变化特别大，极不稳定，南翼煤层较稳定。2．K3煤层K3煤层（双连子）：为矿井局部可采煤层，位于龙潭煤组第一段（P2l1）中部，为半暗至半亮型煤，单一结构，煤层较硬，厚0.05～3.08m，平均煤厚0.70m。其中15线以南煤厚0.10～3.08m，平均厚0.98m；+20m水平主石门至南一石门煤厚0.10～1.75m，平均厚0.68m；+20m水平南一石门以南煤厚0.20m～1.86m，平均厚1.08m，煤层较稳定。但逐部地段仍有一定变化和不稳定，且有薄化带和小构造出现。15勘探线（主石门）以北（15～18-1）～井田边界煤层厚0.05～0.70m，平均厚0.45m，煤层变化极大，为表外储量。煤层顶板为黑色泥岩、砂质泥岩，含硅质结核，厚2.00～3.00m，平均厚2.45m。开采过程中顶板缓慢跨落。煤层底板为黑色泥岩，含硅质结核，厚1.00～2.00m，平均厚1.30m。K2、K3煤层时而分叉，时而合连（其中K2、K3煤层在南二石门以南均以合连）及K3煤层厚度变化的主要原因是沉积环境的不稳定，为极不稳定煤层。3．K4煤层K4煤层（楼板）：为矿井主采煤层之一，位于龙潭煤组第一段（P2l1）上部，为半暗至暗淡型煤，少数半亮型煤，单一结构，煤层较松软，含黄铁矿结核。煤层厚0.20～3.20m，平均厚0.90m，煤层较稳定。煤岩层走向N35°～55°E，倾向南东，倾角25°～40°。其中+20m水平以下15勘探线（主石门）以南煤岩层走向N35°～40°E，xxx矿保护层转层方案论证3倾向南东，倾角31°～37°，平均倾角35°。煤层顶板为黑色泥岩，性脆，含黄铁矿结核和晶粒，厚0.90～1.80m，平均厚1.56m。煤层底板为浅灰色粘土泥岩，呈土状，含植物根部化石碎片，遇水膨胀。厚0.29～0.96m，平均厚0.51m。K4煤层为较稳定煤层。4．K6煤层揭露资料：矿井+240m水平南一石门以北煤厚0.20m～0.92m，平均煤厚0.55m；南一石门以南煤厚0～1.19m，平均煤厚0.40m。K6煤层于1988年在+170m水平北二石门附近开采了约400m范围后，至今未进行任何开采，其它均无钻孔控制，揭露资料。根据+240m水平以上勘探资料和生产实际揭露资料分析，K6煤层分为上下分层，赋存极不稳定，煤厚变化大。推断K6煤层矿井全区域分布，层位稳定，煤层厚度变化极大，分为上下两个分层。K6－2为上分层，在15#～16#勘探线之间（主石门至北三半石门），煤厚0.05m～1.6m，平均煤厚0.55m；其它区域0.3m～0.5m；K6－1为下分层，整个区域煤厚在0.06m～0.4m，平均厚度0.29m；上下分层之间夹矸为泥岩，厚度在0.19m～0.82m，平均厚度0.65m。各煤层开采及资源情况详见储量图。（二）K1、K3、K4、K6煤层层间关系（详见煤系柱状图）1．层位关系：从上到下依次为K6、K4、K3、K1煤层。2．层间距：（1）K4～K6煤层：垂距32.00m～42.0m,平均36.5m。中间夹石灰岩6层，其中K4煤层老顶石灰岩厚10.0m～14.5m,平均12.5m。另xxx矿保护层转层方案论证4有2层中厚层状灰岩，厚1.0m～2.0m；其它灰岩厚0.15～0.55m。（2）K3～K4煤层：垂距17.5m～23.5m，平均垂距19.4m。中间夹石灰岩3层,其中标志层（B3）小铁板石灰岩，距K3煤层垂距7.4m～9.5m,平均8.4m；距K4煤层垂距9.57m～10.66m,平均10.0m。小铁板厚度2.5m～4.5m,平均3.0m。另2层石灰岩厚0.3m～0.7m。（3）K3～K1煤层：垂距6m～12m,平均垂距9.5m。(介绍K3与K1之间岩层)三、主要开采技术条件简述由于K1煤层为中厚煤层，且赋存变化较大，本次不作为保护层研究对象，所以以下不作主要介绍。1．水文地质条件K3煤层：几乎无水影响。K4煤层：老顶为龙谭组第2段石灰岩（大铁板）含水层，对工作面开采有一定影响。K6煤层：老顶为龙谭组第4段石灰岩含水层，根据以往开采经验，工作面涌水量达12～63m3/h，对开采影响极大。2．瓦斯（1）瓦斯赋存情况xxx矿现采K1、K3、K4煤层均具突出危险性，其中测得K1煤层最大瓦斯压力为8.7MPa，煤层原始瓦斯含量K1煤层为21.24m3/t，K3煤层为14.48m3/t，K4煤层为19.53m3/t。根据矿井上部小矿开采情况，K6煤层曾在+450m标高发生过煤与xxx矿保护层转层方案论证5瓦斯突出事故，故K6煤层也具突出危险性。根据2008年鉴定资料，矿井绝对瓦斯涌出量为37.73m3/min，相对瓦斯涌出量为50.01m3/t。（二）煤与瓦斯突出情况矿井自投产以来，共发生煤与瓦斯突出81次，最大突出强度为1956t。其中打钻突出6次，均发生在K4煤层。具体情况见表1。表1xxx矿历年突出统计表煤层次数巷道类别总煤量(t)最大煤量(t)平均煤量(t)突出工序石门掘进采面放炮打钻风镐其他K11458137891956270644K3942392740310372K45815163774.461067.4266224合计811061108490.4396288四、保护层开采方案（一）保护层开采方案根据xxx矿煤层与岩层赋存情况，矿井保护层有以下三种方案可供选择：方案一：以K3煤层作为保护层。其开采顺序为K3→K4→K1。方案二：K4煤层底板砂质泥岩作为保护层开采。即开采小铁板（B3标志层）石灰岩顶板的浅灰色薄层状砂质泥岩，该砂质泥岩厚2.41m，取其下部即小铁板以上0.8m厚度作保护层开采。该采高上距K4煤层7.8m，下距K3煤层10.8m。开采顺序为：岩石→K4→K3→K1。方案三：以K6煤层作为保护层其开采顺序为K6→K4→K3→K1。（二）方案选择利弊分析xxx矿保护层转层方案论证61．K3煤层作为保护层开采（1）主要优点：①K3煤层有地质构造影响工作面的布置，但根据地勘资料及上部采区揭露证实，并结合多年来开采经验分析，K3煤层及顶底板相对较稳定，变化不大，且工作面的地质构造也比较小（走向和倾斜都不长），并不会造成很大的影响开采。②煤层较硬，在施工钻孔时钻孔成型较好，不易垮孔，喷孔，瓦斯涌量较小，安全威胁不大。③K3煤层顶底板不易来水，有利于下向钻孔瓦斯抽采。④有利于K3煤层本层瓦斯治理。根据煤层原始瓦斯含量，K3煤层较K4煤层低近5m3/t。（2）主要问题：①K3煤层属严重突出煤层，突出危险性较大。据统计，xxx矿在K3煤层共发生9次突出，突出威胁大，其巷道掘进与回采防突工作量大。同时，K3煤层距K1煤层较近，目前瓦斯底板巷只能布置K4煤层底板巷，需施工反向钻孔对K3煤层进行穿层预抽。钻孔需穿过坚硬致密的小铁板石灰岩，施工困难，区域综合防突措施实施难度大。②对K4煤层保护不完全。K3煤层位于K4煤层下部约19.4m，K3煤层开采后，其上覆K4煤层本水平以上斜长41m不能受到保护，K4煤层的开采防突工作量仍然较大，巷道布置复杂（详见保护关系图）。不过可通过抬高K4运输巷22m（倾斜长41m）进行布置即可解决K4保护问题。③K3煤层赋存不稳定，一定程度上制约保护范围和效果。在南一xxx矿保护层转层方案论证7石门以南可开采厚度0~3.08m，平均0.7m，为单一煤层，层位稳定，但厚度极不稳定，矿井北翼K3煤层和南翼最南一个采区基本平均厚度为0.45m。不过也可通过采K3底板来弥补，但对煤质影响极大。④可能误穿K1严重突出煤层。正常情况下K3煤层距K1煤层8.4m，但若遇构造或沉积变化煤层间距减小，在掘进K3煤层巷道过程中，可能误K1严重突出煤层。从-60m主石门、南二石门掘进揭露地质资料看，K1至K3煤层层间距最近不足3m。⑤瓦斯管理难度大。K3煤层掘进或开采过程中，工作面临近K1、K4煤层卸压瓦斯涌出量较大，增大K3煤层采、掘作业瓦斯管理难度。⑥南翼出现过K3在K4保护后的情况下，5m钻孔喷孔的情况，在南翼作为保护层开采效果不敢确定。2．K4煤层底板岩石作为保护层开采（1）主要优点①保护层工作面不采取防突措施，可提前进2年入保护层开采。②对煤层保护效果好，有利于煤层安全掘进、回采。（2）主要缺点：①易误穿K4煤层，瓦斯管理难度大。根据煤系地层综合柱状图和-60m主石门、南二石门掘进揭露地质资料，开采岩石层位上距K4煤层仅7.8m，遇断层可能误穿K4煤层。同时，经计算，当采高为0.8m时，允许采用的最小层间距为H=KMcosαH=10*0.8*cos35=6.6mH：允许采用的最小层间距，mxxx矿保护层转层方案论证8K：顶板管理系数，冒落法取10M：保护层开采厚度，m因此若沉积稍微变薄，岩石采空区顶板垮塌可至K4煤层位置，造成K4煤层垮落后无法开采，损失矿井K4煤层储量，同时会引发瓦斯事故。②工作面采空区顶板跨落缓慢，再加上K4、K3煤层的泄压瓦斯，采空区容易积聚瓦斯，对采空区瓦斯管理带来很大的困难。③推进度缓慢。采用炮采方式，每月推进度应在20m左右。将导致矿井保护煤量不足，矿井产能大幅度下降，部署处于紧张状况。但有条件也可形成南北对采，月推进4