21102工作面回采地质说明书修改.docx
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21102工作面回采地质说明书修改
工
作
面
情
况
煤层
名称
2-1煤
水平名称
+640水平
埋深（m）
626~647
637
工作面
名称
21102工作面
地面标高
（m）
+1304~+1328
＋1316
工作面标高（m）
+673~+694
＋683.5
地面
位置
本工作面位于葫芦素煤矿工广东侧，工作面地面主要为丘陵沙地，无明显参照物。
井下位置
及四邻采
掘情况
21102工作面为葫芦素煤矿首采工作面，工作面北部是为整个东翼服务的三条大巷，南部为葫芦素煤矿五盘区，西部为21101工作面，东部为21103工作面。
目前21103工作面正在掘进主运及辅运顺槽，21101工作面及五盘区（尚未开掘）。
回采对地
面设施的
影响
本工作面地面有葫芦素一社、二社、四社六处民房以及两处鱼塘，一个水源井，回采后可能导致地面沉陷，地表水位下降，对房屋、鱼塘及供水井造成一定影响。
民房：
从主切眼至2-1煤辅运大巷划分各处民房，第一处位于主切眼以北3321m左右，第二处位于主切眼以北约3686m处，第三处位于主切眼以北约3744m处，第四处位于主切眼以北约3995m处。
第五处及第六处位于停采线以北约273.5m。
鱼塘：
第一处鱼塘对应井下位置在21102工作面运输顺槽上方，距主切眼约3187m，鱼塘形状近似矩形，面积约10520㎡；第二处鱼塘对应井下位置靠近回风顺槽一侧，距主切眼约3787m，鱼塘形状近似矩形，面积约1315㎡。
水源井：
水源井位于主、副切眼之间，距主切眼约15.5m，靠近运输顺槽一侧。
水源井井深约300m。
推进长度（m）
4150
工作面长（m）
4676.8
面积（m2）
1328000
煤
层
情
况
煤层总厚
（m）
1.7-3.0
2.59
煤层结构
整体简单局部含1层夹矸1.7（0.5）0.8
煤层倾角（°）
1～3
2
可采指数
1.0
变异系数（%）
8.76
稳定程度
稳定
2-1煤呈黑色，条痕为褐黑色，强沥青光泽，阶梯状断口，内生裂隙较发育，常为黄铁矿及方解石薄膜充填，煤层中见黄铁矿结核。
宏观煤岩组分以亮煤为主，次为暗煤，见丝炭，属半亮型煤。
煤厚约为1.7m-3.0m，该煤层结构简单，一般不含夹矸或局部含1层夹矸。
煤质情况
Mad
（%）
Ad
（%）
Vdaf
（%）
Qnet,v,ad
（MJ/kg）
St，d
（%）
G
工业牌号
4.74
8.21
34.42
31.04
0.58
2.2
不粘煤
概况:
（1）煤质牌号：
按《煤炭质量分级》（GB/T15224.1-2010）标准2-1煤层属于特低灰、低硫、低磷、高发热量的不粘煤和弱粘煤。
（2）工业用途:
煤的工业用途主要用作动力用煤，适用于火力发电、各种工业锅炉，可在建材工业、化学工业中作焙烧材料，也可作低温干馏原料煤。
（3）由于21102工作面内煤层夹矸（局部含有，平均厚度约为0.5m）以及F3断层（318°∠50°H=2m）的影响，在回采过程中可能导致煤质灰分增加。
煤
层
顶
底
板
及
其
变
化
情
况
顶底板名称
岩石名称
厚度（m）
岩性
老顶
细砂岩/中砂岩
13.8～23.3
浅灰白色，成分以石英为主，含少量云母及黄铁矿结核。
直接顶
粉砂岩/泥质砂岩
2.53～7.8
浅灰色，致密状，以石英为主，长石次之，平坦状断口，钙质胶结，具水平层理，含大量植物化石碎片。
伪顶
砂质泥岩/泥岩
0.2～0.5
灰黑色，具水平层理，含少量植物化石碎片，泥质胶结，局部夹粉砂岩及煤线。
直接底
粉砂岩/砂质泥岩
3.4～8.9
灰色，以石英为主，长石次之，泥质胶结，水平层理，含植物化石及云母碎片。
老底
细砂岩/中砂岩
12.16～24.37
浅灰白色，以石英为主，长石次之，泥质胶结，分选中等，含植物化石碎片。
2-1号煤顶底板岩石物理力学性质试验成果表
层位
岩性
软化系数
饱和抗压强度
（Mpa）
抗拉强度
（Mpa）
凝聚力
（Mpa）
2-1
号
煤
顶
板
粉砂岩
细粒砂岩
0.21
10.57
3.75
2.41
中粒砂岩
2-1
号
煤
底
板
粉砂岩
砂质泥岩
细粒砂岩
0.41
11.81
1.56
1.92
注：
资料来源于《葫芦素井田补充勘探地质报告》
地
质
构
造
情
况
概述：
断层
1、2013年葫芦素煤矿进行了地面三维地震勘探工作，主要为探明井田范围内的地质构造情况，根据本次勘探成果显示，葫芦素煤矿21102工作面内未发现断层。
2、21102工作面回风顺槽及运输顺槽在掘进过程中共计揭露断层1条，其中落差大于/等于2m断层1个，小于2m的0个。
F3断层首次揭露于21102工作面主运顺槽，距2-1煤东翼辅运大巷415m左右（回撤通道附近），断层走向为228°，倾角50°，落差约为2m，断层在副回撤通道也有揭露，判断其对回采影响较小。
断层
名称
走向
（°）
倾向
（°）
倾角
（°）
性质
落差
（m）
断层至切眼距离（m）
对回采的影响程度
备注
F3
48°
318°
50°
正断层
2
4206
较小
巷道掘进时揭露
工作面瞬变电磁解释
冲刷带：
21102工作面两条顺槽掘进过程中，仅在21102工作面主运顺槽揭露一条冲刷带，该冲刷带位于YH44导线点以北15m（距设计停采线3902.87m，距内切眼247.13m），冲刷侵入煤层高度约为0-0.6m，冲刷带内沉积岩性为粉砂岩，南北向延伸约为15m，冲刷带处煤层厚度约2.3m，对回采的影响较小。
揭露位置
走向
岩性
侵入煤层深度
煤层受影响最小厚度
对回采影响程度
备注
YH44导线点以北15m
210°
粉砂岩
0.6
2.3
较小
煤层变化规律：
根据对比21102工作面主回风顺槽及主运顺槽实测各见煤点得出以下结论：
1、煤层情况综述：
21102工作面内2-1煤，煤层结构整体简单局部含一层夹矸，煤层最厚处达3.0m，最薄处达1.7m，煤厚平均约为2.59m，总体上南部煤厚要大于北部。
夹矸最厚处达1.1m，最薄处约0.1m，平均厚约0.5m，且主回风一侧厚度要大于主运一侧。
1.1、根据钻孔及实际揭露见煤点特征将首采面煤层划分为五个块段，具体如下：
第一块段为主切眼以北0-806m，该段煤层平均厚度约2.56m，最厚处在主运顺槽一侧，煤厚约3.0m，最薄处位于主回风顺槽一侧，煤厚约1.7m，煤层顶板以下1.7-2.0m左右含有一层夹矸。
第二块段为主切眼以北806m-1797.6m，该段煤层平均厚度约为2.48m，煤厚总体上变化较小，最厚处煤层约为2.7m，最薄处约为2.1m。
第三块段为主切眼以北1797.6m-2807m，该段煤层平均厚度约为2.62m，煤厚总体上变化较小，最厚处煤层约为2.8m，最薄处约为2.3m。
第四块段为主切眼以北2807m-3805.6m，该段煤层平均厚度约为2.57m，煤厚总体上变化较小，最厚处煤层约为2.8m，最薄处约为2.1m。
第五块段为主切眼以北3805.6m-4150m，该段煤层平均厚度约为2.73m，煤厚总体上变化较小，最厚处煤层约为2.8m，最薄处约为2.4m。
1.2、煤层起伏情况：
根据21102工作面主运顺槽及主回风顺槽实测见煤点，21102工作面煤层总体上呈大型的宽缓波状起伏。
、从主切眼至主切眼以北1908m段，煤层总体上呈上升的趋势，最高点煤层顶板标高约为+694m；从主切眼以北1908m至停采处，煤层总体上呈下降的趋势，最低点煤层顶板标高约+680m。
、在距2-1煤辅运大巷相同距离的测点处，煤层标高总体上主运一侧要高于主回，但两者相差较小，仅在YH42导线点以南33m左右（距设计停采线3722m，距内切眼428m），标高差值达8m左右。
在以下区段内主运顺槽煤层顶板标高要低于主回风顺槽：
、2-1煤东翼辅运大巷以南1850m-1972m段（距内切眼2658m-2780m）；
、2-1煤东翼辅运大巷以南2966m-3225m段（距内切眼1405m-1664m）；
、2-1煤东翼辅运大巷以南3359m-3893m段（距内切眼737m-1271m）；
、B1背斜：
根据21102工作面主运顺槽及主回风顺槽实测剖面图判断，21102工作面煤层总体上呈大型的宽缓波状起伏，为背斜构造，结合前期三维地震勘探提供的资料分析，该背斜为B1背斜，背斜走向为北西西。
背斜轴部在21102工作面主运顺槽一侧揭露于主切眼以北1908m左右，煤层顶板标高约为+694，主回风顺槽一侧位于主切眼以北1665m左右，煤层顶板标高约+693。
该背斜幅高约14m，幅宽约2000m，背斜南翼的倾角要略大于北翼，倾角小于1°。
1.3、本工作面内2-1煤局部区域含有一层夹矸，夹矸岩性为砂质泥岩/粉砂岩/细砂岩，平均厚度约为0-0.5m。
、夹矸岩性情况：
该层夹矸总体上可分为上中下三部分，上部岩性主要为灰黑色砂质泥岩/粉砂岩，厚约0.2m，夹矸内夹有煤屑及长约0.5m-1.5m的炭质泥岩条带；中部为灰色、灰白色粉砂岩/细砂岩，颗粒相较于上部及下部有明显的增大；下部岩性与上部岩性近似，主要也为灰黑色的砂质泥岩/粉砂岩。
、夹矸的展布情况：
该层夹矸在主回风顺槽一侧初始揭露位置在距2-1煤辅运大巷约3815m处（即距主切眼内帮约814m），夹矸位于煤层顶板以下约1.7-2.1m处，岩性为粉砂岩/砂质泥岩，且该层夹矸越向南厚度越大，最厚处达1.1m，对回采有较大的影响。
在主运顺槽一侧初始揭露位置位于主运顺槽与主切眼交叉口处，夹矸的厚度及南北方向上的延展长度要远远小于主回风顺槽。
根据21102工作面主运顺槽及主回风顺槽实测见煤点内夹矸位置及产状特征，同时结合古河床径流方向分析，该层夹矸是由西北向东南展布，推断其成因可能为煤层在沉积过程中受古河流冲刷的影响，煤层纵向上出现沉积间断，形成上下部具煤屑及炭质泥岩条带的砂质泥岩，中部岩性为高一粒级的粉砂岩/细砂岩特点。
水文
地质
情况
及防
治水
措施
水文
地质
情况
及防
治水
措施
水文
地质
情况
及防
治水
措施
1、本矿区气候特征属于干旱的温带大陆性气候。
据乌审旗气象局1985～2011年历年资料：
当地最高气温为35.2℃，最低气温为-30.1℃；年降水量为150.2～429.2mm，平均为324.58mm，且多集中于7、8、9三个月内；年蒸发量为2297.4～2833mm，平均为2534.2mm。
图1-1历年年降雨量直方图
2、根据《中天合创能源有限责任公司葫芦素井田水文地质补充勘探报告》提供的数据，取首采面各钻孔计算出的最大值，21102工作面回采顶板覆岩冒落裂隙带发育高度约为80.83m。
表1-1顶板覆岩冒落裂隙带发育高度
孔号
冒落高度（m）
孔号
冒落高度（m）
H07
73.76
HK23
70.84
HK44
80.83
H17
75.31
3、顶板含水层分析
2-1煤巷道掘进期间主要的充水水源为2-1煤顶、底板砂岩裂隙含水层以及煤层本身含水；回采阶段，由于导水裂隙带的发育，导通了上部直罗组底部砂岩含水层，直罗组底部砂岩含水层成为直接充水水源。
3.1、水文补堪成果分析
2-1煤顶板回采的直接充水水源为直罗组砂岩裂隙水；间接充水水源主要包括：
安定组砂岩裂隙水、白垩系孔隙—裂隙水、第四系孔隙水。
2-1煤顶板距安定组砂岩裂隙含水层约179～216m，距直罗组含水层约0.3～6m。
根据地层的岩性岩相特征判断，安定组地层岩性由细～粗砂岩、砂质泥岩、粉砂岩组成。
埋藏较浅，裂隙发育。
含水层富水性不均，富水性弱～中等，与上覆白垩系含水层有水力联系的地段富水性中等。
直罗组砂岩裂隙含水层主要由细、中、粗砂岩组成，厚度一般在30～90m，存在有分布不均匀，厚度变化较大的情况，富水性弱～中等。
如图3-1所示，首采工作面内的相对富水区在南部、中部。
工作面整体上处于富水中等——相对好的分区内。
只有在工作面北部处于富水性相对较差——差区。
图3-12-1煤顶板侏罗系含水层富水性分区图
3.2沉积研究成果分析
根据《葫芦素矿井沉积相与富水规律研究报告》中沉积研究分析，按照钻孔揭露地层的砂地比数据，进一步对21102工作面顶板85m范围内的直罗组下段、延安组含水层富水性进行了分区，见图3-2、图3-3。
由图3-2可以看出，21102工作面整体延安组三段含水层富水性属于中等，只有在运输顺槽附近，HK23号钻孔以北300m范围富水性属于强富水性，其影响范围较小。
图3-2基于沉积地质研究的延安组三段富水性分区图
由图3-3可以看出，21102工作面整体直罗组下段含水层富水性属于中等~强，其中H07钻孔和H17钻孔之间的范围富水性属于强富水性，总体上位于工作面中部偏北的位置，在运输顺槽一侧，该富水区位于距离切眼1790m~3800m的范围内，在回风顺槽一侧，该富水区位于距离切眼2290~3900m的范围内，富水区长度为1800m左右。
工作面其他范围富水性中等。
图3-3基于沉积地质研究的延安组三段富水性分区图
3.3顶板放水孔成果分析
根据钻孔施工以及疏放水情况分析，在试验钻孔中，H5、H6和H8终孔涌水量较大，为45-60m³/h，水压较高，为4.2-4.6MPa，主要原因可能是2B16富水异常区的影响，有可能沟通上部含水层，导致水量和水压均较大；H7、Y5、Y7、Y8、Y9、Y10这6个钻孔的水量在10~30m³/h之间，水压均在1~3Mpa之间；H4和Y6两个钻孔，由于终孔垂深小于80m，终孔时水量小于5m³/h。
根据钻孔涌水量随垂高的变化情况，绘制钻孔涌水量随垂高的变化曲线图，见图3-4。
由图可知，垂高小于80m时，钻孔涌水量绝大多数小于20m³/h，最大为28m³/h（Y9钻孔）；垂高大于80m时，钻孔涌水量较大，为45-60m³/h（H5和H6钻孔）。
图3-4钻孔涌水量随垂高的变化曲线图
根据试验钻孔的钻探资料可初步推断，2-1煤层顶板以上0-92.5m范围内分布有2-3个含水层，第1个含水层位于直罗组与延安组界面附近，单个钻孔揭露出水量大部分均在1m³/h以内，个别钻孔水量相对较大，Y9孔垂高33m时出水量8m3/h。
第2层含水层位于2-1煤层顶板以上40-80m段，所有钻孔水量均在20m³/h以内。
第3层含水层位于2-1煤层顶板以上80m-94m段，富水性较强，水压较大。
H5孔终孔水量60m³/h，终孔压力4.6MPa；H6孔终孔水量45m³/h，终孔压力4.2MPa。
具体情况如下所述：
表3-1顶板疏放水钻孔分析含水层情况表
含水层编号
距离煤层顶板高度
富水性
第1层含水层
12-33m
弱
第2层含水层
40-80m
较弱
第3层含水层
80m-94m
较强
3.4顶板放水孔实验成果综合分析
为了研究21102工作面顶板含水层富水性以及各含水层之间的水力联系，获取水文地质参数。
葫芦素煤矿于2015年10月29日至11月10日开展了首采工作面放水试验。
此次放水试验为群孔叠加放水试验，顶板延安组、直罗组砂岩含水层混合放水。
整个过程历时11天22小时。
试验过程中，设置放水钻孔三个，H5、H6、H8。
观测钻孔（含地面孔）6个。
试验放水总量6026.3m³。
试验结果表明，21102工作面运输巷一侧与回风巷一侧地层渗透性差异较大，连通性弱，煤层顶板含水富水性极不均一，富水性分区条带性明显。
4、首采工作面涌水量预计
根据《中天合创能源有限责任公司葫芦素矿井首采工作面放水实验总结报告》提供的数据，葫芦素煤矿21102工作面回采各阶段涌水量情况如下：
表4-12-1煤顶板砂岩含水层涌水量大井法计算成果一览表
回采步距
Q正常
（m3/h）
Q最大
（m3/h）
K平均
（m/d）
K最大
（m/d）
H
（m）
R0平均
（m）
R0最大（m）
M（m）
S
（m）
300
99
180
0.0549
0.1188
480
1344
1874
26.6
480
600
115
207
0.0549
0.1188
480
1427
1957
26.6
480
900
120
213
0.0549
0.1188
480
1507
2038
24.4
480
1200
154
270
0.0549
0.1188
480
1585
2115
28.3
480
1500
171
299
0.0549
0.1188
480
1610
2141
28.3
480
1800
186
322
0.0549
0.1188
480
1685
2216
28.3
480
2100
201
346
0.0549
0.1188
480
1760
2291
30.6
480
2400
216
368
0.0549
0.1188
480
1835
2366
30.6
480
3000
245
413
0.0549
0.1188
480
1985
2516
30.6
480
4200
302
500
0.0549
0.1188
480
2285
2816
30.6
480
根据本次放水试验，进一步计算了2-1煤顶板砂岩含水层的渗透系数K平均=0.0549m/d，K最大=0.1188m/d，根据最新取得的参数初步计算首采工作面回采300m的稳定涌水量为Q正常=99m³/h，Q最大=180m³/h；回采600m的稳定涌水量为Q正常=115m³/h，Q最大=207m³/h；回采4200m的稳定涌水量为Q正常=302m³/h，Q最大=500m³/h。
5、根据前期勘探报告所提供的资料、掘进期间超前探放水资料以及巷道揭露的实际情况判断，2-1煤底板富水性弱，局部区域存在有富水异常。
6、首采面周边无小煤窑及老窑。
7、工作面内共有4个前期勘探钻孔，自南向北分别为HK44（X：
4320964.41；Y：
370961.74）、H17（X：
4321954.79；Y：
370952.42）、HK23（X：
4322963.62；Y：
370950.48）、H07（X：
4323966.49；Y：
370956.40），4个钻孔均进行了地面启封工作，各孔具体启封情况如下：
（1）、HK44号钻孔原孔深为906.08m，启封深度为908.5m。
该孔为全孔启封，对回采无影响。
（2）、H17号钻孔原孔深为908.83m，启封深度为715.5m。
从468.50m至715.50m取出岩心全部为水泥芯，且水泥芯胶结质量完好，原孔此段封孔质量可靠；启封深度在3煤底板以下3.70m，且根据连续取出水泥芯胶结质量情况，判断下部
水泥封闭质量可靠。
同时，该孔重新封孔后，已将2-1煤顶板主要含水层封闭，据此判断H17号钻孔对工作面回采无影响。
（3）、HK23号钻孔原孔深901.71m，启封深度为420.5m。
该孔在启封过程中从406m至420.5m取出长约13.5m的新鲜岩石样，据此推断该孔为假孔，对回采无影响。
（4）、H07号钻孔原孔深为893.01m，启封深度为419.67m。
该孔在启封过程中从352.23m至419.67m揭露的全为水泥，且水泥胶结致密完好，据此判断该孔下部也已封堵，且该钻孔已在井下进行过探查工作，未发现其存在有富水异常情况，对回采无影响。
8、根据前期掘进揭露情况以及地面地物调查情况，21102工作面有一油气田钻孔，钻孔编号为“大53”，施工于2004年7月至10月，钻进深度3072.0m，钻孔坐标为X：
4321349.8；Y：
370662.26。
2015年4月26日中班该钻孔于21102工作面主回风顺槽被揭露，由于钻孔的外环状空间未进行处理，导致井下发生突水现象，最大突水量约为200m³/h，稳定突水量约为150m³/h，后经井下注浆及地面射孔注浆，油气孔及其外环状空间已封堵至2-1煤顶板以上约455m的位置，据此判断，该油气钻孔对回采无影响。
9、2011年葫芦素煤矿针对首采区开展了地面瞬变电磁工作，初步圈定了2-1煤顶板砂岩富水异常区。
其中，21102首采工作面存在有4处富水异常区，2B1两处，2B16和2B22各一处，富水性中等。
在回采过程中，第一个富水异常区为2B22，距内切眼内帮以北1014m-1127m；第二个富水异常区域为2B16，距内切眼内帮以北1563m-1723.8m；第三个富水异常区域为2B1，距内切眼内帮以北2749m-3213m；第四个富水异常区也为2B1，距内切眼北帮以北4036m-回撤通道。
（详见附图）
二、防治措施：
1、根据《中天合创能源有限责任公司葫芦素矿井首采工作面放水实验总结报告》提供的涌水量数据分析，四条顺槽及工作面应建立健全完善的排水系统，确保排水设防能力不低于750m3/h。
、现阶段辅运巷敷设一趟Φ219mm排水管路，主运巷敷设一趟Φ159mm排水管路，总排水能力约441m³/h，工作面辅运-主运巷16、12、9、6联巷作为中转水仓，每个水仓容积为150m³，配备2台75KW水泵，并使用专用电源专用变压器进行供电。
排水管路和排水设备匹配后的主、辅运巷综合排水能力约为441m³/h。
、目前，副回风巷作为工作面泄水巷道，敷设Φ219mm排水管路两趟，主回敷设Φ108mm排水管路一趟，总排水能力约为638m³/h。
副回-主回风巷20、17、13、5联巷作为中转水仓，每个水仓容积为150m³，配备75KW水泵2台，并使用专用电源专用变压器进行供电。
排水管路和排水设备匹配后的主、副回风巷的综合排水能力约为638m³/h。
、一盘区泄水巷排水泵房及水仓
一盘区泄水巷排水泵房及水仓目前已开挖完成，水仓设计容积约为1245m³，水仓内设有200kw水泵四台，每台水泵额定排水能力200m³/h，其中两台工作，两台备用，敷设Φ219mm排水管路两趟，单泵单管运行。
21102工作面巷道排水能力简表
巷名称
管路布置（mm）
排水能力（m3/h）
排水功效
（%）
水仓布置、水泵配置
副回巷
219*2
565
60
联巷水仓4个,75KW水泵4*2台
主回巷
108
73
60
辅运巷
219
283
60
联巷水仓4个
共75KW水泵4*2台
主运巷
159
158
60
综合总排水能力
647.4m3/h
目前四条顺槽及一盘区泄水巷排水泵房及水仓敷设的排水管路、水泵，已完全满足排水能力不低于750m³/h的要求
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