西周矿业深部安全开采技术论证报告

山东鲁能泰山西周矿业有限公司深部安全开采技术论证报告鲁能泰山西周矿业2008年7月1日1编制人：孟海翔牛玉岭滕文行杨廷军审查人：王奎举鲍继厚尹训国总工程师:黄进喜2目录1、矿井基本概况………………………………………………………………31.1矿井开采的基本情况…………………………………………………31.2矿井地质及水文地质…………………………………………………51.3开采煤层的顶底板特性和冲击地压…………………………………111.4矿井通防的基本情况…………………………………………………122、深部开采顶板控制及冲击地压……………………………………………132.1采煤工作面顶板岩层运动规律及矿压观测…………………………132.2深部巷道掘进与支护存在的问题与解决方案………………………182.3冲击地压问题…………………………………………………………212.4地应力测试……………………………………………………………212.5顶板安全开采评价……………………………………………………213、深部开采火、瓦斯灾害及其预防控制……………………………………223.1矿井通风系统…………………………………………………………223.2深部开采瓦斯灾害及其预防…………………………………………323.3深部开采内因火灾及其预防控制……………………………………353.4深部开采地温及其预防控制…………………………………………383.5安全开采评价…………………………………………………………384、深部开采水害及其预防控制………………………………………………384.1矿井含水层……………………………………………………………394.2矿井涌水特征…………………………………………………………444.3矿井水害特征分析……………………………………………………444.4矿井深部开采水害措施及其有效性分析……………………………474.5矿井深部开采水害预防与治理方案…………………………………494.6安全开采评价…………………………………………………………505、矿井综合安全开采评价结论………………………………………………505.1矿井安全开采的开采深度警戒线、可靠性总体分析论证结论……505.2矿井开采深度警戒线以上开采需采取的安全技术措施……………5131矿井基本概况1.1矿井开采的基本情况1.1.1矿井地理位置山东鲁能泰山西周矿业有限公司位于新汶煤田羊村、翟镇勘探区的深部，位于新泰市西北约5km，行政区划属于新泰市青云办事处。新汶煤田位于莲花山和蒙山之间，属半丘陵地貌区。区内丘陵、冲沟呈东西走向相间排列，地形总体为东高西低，南、北高而中央低，从山间河谷(小汶河)向南北两侧可依次分为三个明显的河谷阶地。西周井田内地势由北而南逐渐平缓，地面海拨标高在+197.03～+227.87m之间，为北高南低的丘陵地形，地表被第四系冲积层及耕植土所覆盖，在冲沟处可见古近系官庄组(俗称红层)出露地表。矿井东北以拐2、拐3点连线为界，西南部以拐1、拐4点连线为界与山东良庄矿业有限公司为邻，西北部以拐1、拐2点连线为界与山东泰丰矿业集团有限公司王家寨煤矿为邻，井田面积为1.6804km2。混合井井口坐标为X=3977313.000、Y=20564324.000、Z=199.20，风井井口坐标为X=3977357.230、Y=20564295.010、Z=199.00。井田地理极值坐标为东经117°41′54″～43′44″，北纬35°55′21″～56′16″。山东省国土资源厅2004年3月首次核发的采矿许可证(证号：3700000420040)确定其矿区范围由拐1、拐2、拐3、拐4、拐5、拐6共6个拐点闭合垂切圈定，开采山西组2、4煤层及太原组11、13、15煤层，开采上限标高-450m，下限标高-1000m。1.1.2矿井开拓方式西周矿井采用立井+暗斜井联合开拓方式，混合井担负提升煤、矸石、升降人员、设备和材料等提升任务；风井担负回风任务。1.1.3开采方法矿井采用走向长壁后退式采煤法开采，回采工艺为炮采，全部垮落法管理顶板。1.1.4开采水平、开采深度矿井划分为-650m、-1000m两个水平，-280m为辅助水平。西周矿井为新建设矿井，现开采水平为-650m，生产煤层为2、4煤。目前，开采深度最深已超600m（最深位置是-650m轨道大巷，标高-650m，地表标高+199.0m，埋深849m）。1.1.5矿井服务年限、设计能力矿井于2004年5月恢复建设，于2008年6月19日通过泰安市煤炭工业局试生产验收，设计生产能力21万t/a。1.1.6矿井主要可采煤层的厚度、稳定性等参数西周煤矿的含煤地层为石炭～二叠纪海陆交互相煤系，煤系假整合于中奥陶统石灰岩基底之上，主要含煤地层为太原组和山西组，平均厚度264.36m，共含煤17层，煤层累计4平均厚度为11.39m，含煤系数为4.31%。主要可采煤层有5层(2、4、11、13、15)，可采总厚度8.08m左右。各可采煤层埋藏稳定。西周矿业各可采、局部可采煤层特征一览表煤层采用厚度(m)最小～最大平均煤层间距(m)最小～最大平均结构煤层顶板岩性煤层底板岩性备注21.65～2.802.1926.46～29.6528.14较简单粉砂岩细砂岩41.64～2.702.03简单细砂岩细砂岩95.55～128.3115.55110.60～1.721.33较简单细砂岩粉砂岩43.23～44.2444.55130.75～1.401.08较简单石灰岩粉砂岩9.48～11.3410.41151.30～1.601.45较简单石灰岩粉砂岩西周矿业各煤层稳定性评价结论一览表煤层编号24111315可采性指数(Km)1.001.001.001.001.00变异系数(γ)22.9921.3037.3042.5614.63平均厚度(m)2.192.031.331.081.45煤层稳定性稳定稳定较稳定较稳定稳定1.1.7矿井采、掘工作面的个数、名称1.1.7.1采煤工作面情况目前，矿井开采2煤，共布置1个回采工作面，即1201工作面。1.1.7.2掘进工作面情况目前，矿井共有4个掘进工作面：（1）-650水平1401运输顺槽；（2）-600水平1401轨道顺槽；（3）-650水平四层轨道上山；（4）-510水平1202回风上山。1.1.8储量情况5截止2007年底，根据《建井地质报告》全矿井共获得查明资源储量1620.0万吨，储量455.1万吨，经济基础储量569万吨，资源量1051万吨。其中：-650m以上查明资源储量300.1万吨，储量155.8万吨，经济基础储量194.8万吨，资源量105.3万吨。-650～-1000m之间查明资源储量1319.9万吨，储量299.3万吨，经济基础储量374.2万吨，资源量945.7万吨。1.2矿井地质及水文地质1.2.1矿井地质1.2.1.1地层矿井位于新汶煤田羊村、翟镇勘探区的深部，含煤地层为华北型石炭～二叠系海陆交互相沉积，煤系基底为中奥陶统石灰岩，煤系上覆地层为古近系红色砂岩、泥岩和第四系松散沉积物，井田地层自上而下分别为第四系、古近系、二叠系、石炭系和奥陶系。地层情况如下：1.2.1.1.1第四系（Q）厚度为0.00～2.00m，平均0.70m，其厚度与地面标高呈反比，沿冲沟两侧分布稍厚，主要为河流相未胶结的冲积、坡积次生性黄土和含水流砂层，流砂层主要分布在葛桥沟等冲沟附近。与下伏古近系官庄组呈不整合接触。1.2.1.1.2古近系（E2）官庄组残厚119.67～634.28m，平均残厚534.43m，主要由砖红色粉砂岩、细砂岩、杂色粘土岩、间夹薄层砾岩组成，矿物成分以石英为主，粘土质胶结，结构较松散。砾岩砾石成分以片磨岩、石灰岩、闪长岩为主，分选性差，砾石大者几十厘米，小者几厘米。与下伏地层呈不整合接触。1.2.1.1.3二叠系（P）包括下石盒子组（P12）和山西组（P11）。下石盒子组残厚36.99～84.94m，平均残厚55.11m，为一套河湖相的碎屑岩沉积，主要由浅灰色、灰绿色及杂色粘土岩、粉砂岩及砂岩组成。总观本组地层沉积物的颜色，由下部的灰色、灰绿色逐步变为上部的紫褐色、黄绿色等杂色沉积，明显反映了由潮湿向干旱转变的古气候环境，沉积盆地常处于一种氧化环境，当时虽有植物生长，但由于构造、气候等原因，未能形成长期稳定的泥炭沼泽，故此组不含可采煤层。本组地层的顶部发育一层横向分布较稳定的铝土岩，呈致密块状，常具鲕粒结构，该层铝土岩之顶面为上下石盒子组的分界线；与下伏山西组的分界为山西组1号煤层上部之一层厚度在10m左右的灰白色粗粒、中粒长石石英砂岩的底面。与下伏地层呈整合接触。6山西组（P11）厚度71.95～101.30m，平均84.36m，其下界为4煤层和5煤层之间一层厚度约在5m左右的石英砂岩。主要由灰色、灰白色中细粒砂岩、深灰色粉砂岩、泥岩及煤层组成，煤层顶板粉砂岩、泥岩中含植物叶片化石苛达树、羊齿类。本组为矿井主要含煤地层，共含煤4层（1～4煤层），其中2、4煤层为可采煤层。与下伏太原组呈整合接触。1.2.1.1.4石炭系（C）包括上石炭统太原组（C3）和中石炭统本溪组（C2）。太原组厚度在180m左右，下界为下伏本溪组徐灰之上一层泥岩的顶面。以深灰色粉砂岩、泥岩、细砂岩为主，间夹石灰岩和煤层。海陆交互相沉积，旋回结构和粒度韵律明显，一灰、四灰全区稳定，是主要标志层。本组为主要含煤地层，共含煤13层（5～17煤层），其中11、13、15煤层为可采煤层。煤层底板一般为高岭土泥岩，往往呈团块状构造，煤层顶板粉砂岩中常可见到苛达树、轮叶和楔叶木化石。与下伏本溪组整合接触。本溪组厚度在40m左右，底部发育一层杂色、铁含量较高的铁铝质岩，富含菱铁矿鲕粒，与区域性山西式铁矿层及G层铝土岩层位相当，可作为本组地层底部的重要标志；中上部由泥岩、石灰岩（徐灰、草灰）组成。在石灰岩中含有海百合茎、腕足类动物化石，徐灰富含燧石结核，是本溪组的重要标志层之一。与下伏地层呈假整合接触。1.2.1.1.5奥陶系（O）厚度800余米。上部除下段含有厚层状灰岩及泥岩互层外，其它均为厚层致密块状灰岩，中部含燧石条带结核，下部为棕色、灰色白云质厚层状结晶灰岩。顶部裂隙及溶洞发育。1.2.1.2含煤地层矿井的主要含煤地层为山西组和太原组。1.2.1.2.1山西组山西组平均厚度84.36m，主要由灰、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩和灰白、灰黄、黄绿色中细砂岩组成，含煤1～4层，其中2、4煤层为可采煤层。组成2、4煤层顶板的浅灰色至灰白色中细粒长石石英砂岩为正粒序结构，层位和厚度较为稳定，可以作为煤层对比的辅助标志。山西组是一套以三角洲体系为主的沉积，煤层形成于三角洲平原泥炭沼泽环境。砂岩成熟度高，层理类型多，煤层厚度大。2煤层与4煤层间距26.46～29.65m，平均28.14m。1.2.1.2.2太原组太原组平均厚度在180m左右，主要由灰色、深灰色、灰黑色泥岩、粘土岩、粉砂岩和灰绿、灰白色中细粒砂岩组成。底部具一层厚约5.0m左右的浅灰色细砂岩，层位稳定，此层砂岩之上为一套以深灰色泥岩为主的沉积，发育13层（5、6、7、8、9、10、11、12、713、14、15、16、17煤），其中11、13、15层煤为可采煤层。15煤层顶板为厚度在2.0m左右，富含生物碎屑的深灰色泥灰岩，其厚度和分布较为稳定，可以作为煤系地层对比的辅助性标志层。15煤层之上约10m左右，发育全区可采的13煤层，13煤层顶板即为厚度较大，分布稳定的细晶生物碎屑灰岩（四灰），是本区煤系地层对比的主要标志层。四灰之上为一套砂泥岩相间出现的沉积组合，11煤层位于该套砂泥岩组合之上，其底板为分布不稳定，横向上常相变为泥质粉砂岩或泥岩的三灰，老顶为厚约20m的厚层状、结构和粒度成熟度较高的细粒石英砂岩，可作为煤系地层对比的辅助性标志。二灰为有机质含量较高的深灰色泥晶生物碎屑灰岩，但分布不稳定，横向上常相变为泥灰岩或粉砂岩。一灰全区稳定，与二灰平均间隔在50