三河口煤矿三采区防突设计.docx

1、三河口煤矿三采区防突设计山东省三河口矿业有限责任公司三采区3煤防突设计 编制人：隋金峰 科 长： 总 工： 矿 长：山东省三河口矿业有限责任公司二 0 一 一 年 六 月山东省三河口矿业有限责任公司三采区3煤防突设计一、采区概况该采区为纸房支断层以南至井田边界之间的块段，北以纸房支断层与三采区分界，东以纸房断层与许楼井田分界，南以大屯断层与微山井田分界，西以欢城断层与付村井田分界。地面标高+31+40m，为鱼塘、河流、沟渠、公路等。本采区设计为三采区接替采区，与三采区搭配开采。以山东煤田地质局2002年颁发的“鲁煤地地200255号文”为标准，区内有67-120、F15-3、F15-4、F13

2、-1四个钻孔封闭质量不合格，其余补6、补7、补8、补9、补10、补11钻孔封闭质量合格。区内钻孔均为见煤钻孔。由于本区内部、边界断层规模较大，区域内小断层较多，裂隙较发育，所以水文地质条件复杂。从近采区揭露断层带看，充填较好，多数断层为隔水层与隔水层对口或含水层与隔水层对口，说明断层富水性不强，导水性较弱。但对具体一条断层的导水性并不是简单地定性为导水或不导水，在不同地段、不同时期在构造、开采活动影响下，都有可能由不导水转变成为导水断层，或由富导水性好的断层转变为富导水性弱的断层。邻近七五生建煤矿为查明断层的导水性，在精查勘探时专门布置一组水文孔进行孔组抽水试验，以查明纸房断层的导水性。在6勘

3、探线X6-17和X6-11号孔进行两次抽水试验，互换抽水，互换观测。X6-17抽奥灰水，单位涌水量为7.8 L/s.m，而X6-11号孔抽3 下煤顶部砂岩水抽干，且观测孔水位均不因主孔的抽水而发生变化，表明奥灰与煤系含水层无直接水力联系，纸房断层是阻水的。二、煤层赋存条件及区域地质三河口矿业有限责任公司井田主要含煤地层为山西组和太原组，共含煤19层。其中，山西组含煤23层（自上而下编号为2、3上、3下煤层），主要可采者为3上、3下煤层，可采煤层总厚度为7.87m，可采含煤系数为6.91。太原组含煤16层（自上而下编号为4、5、6、7、8、9、10、11、12上、12上、12下、14、15上、1

4、6、17、18上煤层）。12下煤层全区大部可采，14煤层全区局部可采，16煤层全区大部可采，可采煤层总厚度为2.53m，可采含煤系数为1.58。三采区内可采和局部可采煤层有5层，即3上、3下、12下、14、16煤层。其中3上煤层结构简单，为全区可采的较稳定煤层，3下煤层结构较简单，为大部可采的较稳定煤层，12下煤层全区大部可采，14煤层全区局部可采，16煤层全区大部可采。3上煤层：煤层厚度1.217.05m，平均厚度4.53m。局部含02层夹石，岩性多为泥岩、粉砂质泥岩。煤层顶板为砂质泥岩、泥质粉砂岩及泥岩，老顶常为中、细粒砂岩；底板一般为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩。3下煤层：煤层厚度0.275.

5、50 m，平均厚度3.34m。含夹石03层，岩性一般为泥岩、炭质泥岩。煤层顶板多为粉砂岩、泥岩，少见中、细粒砂岩，往往有泥岩、砂质泥岩伪顶；底板一般为粉砂岩、砂质泥岩。12下煤层：煤层厚度0.101.38m，平均厚度1.00m，含夹石02层，岩性多为泥岩、炭质泥岩。该煤层顶板为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，局部细粒砂岩，底板为石灰岩（八），局部相变为泥岩、粉砂岩。14煤层：煤层厚度为0.320.89m，平均厚0.63m，有2点含一层夹石，岩性为泥岩。顶板一般为石灰岩（八），局部相变为泥岩、砂质泥岩和粉砂岩，多见泥岩伪顶。底板岩性以泥岩、砂质泥岩为主，次为细粒砂岩、粉砂岩。16煤层：煤层厚度为0.40

6、1.48m，平均厚度1.00m。一般含夹石12层，岩性为泥岩或炭质泥岩。局部有泥岩伪顶；底板多为粉砂岩、砂质泥岩、泥岩。我公司计划开采三采区的3上和3下煤层，其它煤层短期内没有开采计划。三、突出煤层情况2010年9月经煤炭科学研究总院重庆研究院鉴定，山东省三河口矿业有限责任公司三采区3上煤层-555区段处具有煤与瓦斯突出危险性，因此我矿3上煤层属煤与瓦斯突出煤层，矿井属于煤与瓦斯突出矿井。山西组3上煤层位于山西组中下部，上距石盒子组底部分界砂岩52.30115.22m，平均厚80.89m，下距3下煤层底板8.1045.32m，平均厚17.42m。井田内有63个点穿过3上煤层层位，见正常煤55点

7、，全部可采，断薄1点，断缺7点。可采性指数为1，煤厚变异系数为28.6。从平面上看，在井田中东部约0.20km2的范围内，3上煤层受岩浆岩影响变质成为天然焦。通过井下巷道实际揭露，在F10-16、补1及64-38号钻孔之间，3上煤层被岩浆岩完全吞蚀，面积达0.16km2。在井田南部煤层局部有分叉现象。3上煤层呈黑色、弱玻璃光泽、性脆、平坦状断口，具有明显规则线理状、条带状结构。煤岩类型为半亮半暗型。四、三采区3煤突出危险性分析（一） 三采区基本概况三采区为生产采区，现有一个备用采煤面3上310采面（原三采区3下311采煤面已于2011年六月上旬回采完毕，现在正处于撤面阶段），预计2011年7月

8、份投入生产，有2个掘进面，即3下2313上顺槽、3下2313下顺槽掘进工作面。三采区3煤层开采布置情况如通风系统图所示。根据山东科技大学为我公司所作三河口矿业有限责任公司三、四采区煤层瓦斯突出防治技术研究表明，“通过三采区3上、3下煤层开拓的比较分析，由于三采区3上煤层基本已经采完，对于三采区3下煤来说是属于受影响煤层开采的范畴，相当于开采了3下煤层的解放层，所以3下煤层瓦斯赋存条件等都受到三采区3上煤层的影响，三采区3下煤层的部分瓦斯将会释放”。（二）三采区3下煤上邻近层采动影响范围的确定1、沿倾斜方向的影响范围工作面沿倾斜方向的影响范围应根据卸压角划定，如图5.3所示。在没有本矿井实测的卸

9、压角时，可参考表5.1的数据。A影响层；B受影响层；C影响范围边界线图5.3 工作面沿倾斜方向的影响范围表5.1 沿倾斜方向的卸压角煤层倾角（o）卸 压 角（o）0808075751077837575207387757530699077704065908070507090807060729080707072908072807390787590758075802、沿走向方向的影响范围若影响层采煤工作面停采时间超过3个月且卸压比较充分，则该层采煤工作面对被影响层沿走向的影响范围对应于始采线、采止线及所留煤柱边缘位置的边界线可按卸压角5660划定，如图5.4所示。由图5.1和5.2可知，目前在三采区

10、3上煤层基本采完，大部分的3下煤都处于3上煤层的影响区域内，就是开采的3下311工作面的上部也采用了选择性的跳采，形成了一定的卸压影响区。A影响层；B被影响层；C煤柱；D采空区；E影响范围；F始采线、采止线图5.4 影响层工作面始采线、采止线和煤柱的影响范围（三） 三采区3下煤突出危险性评价根据重庆煤科院对我公司四采区3上煤层的突出鉴定，鉴定结果说明四采区3上煤层属于突出危险性煤层。而三采区煤层距离四采区较近，所以首先要对三采区3下煤的突出危险性进行预测，选用的预测指标主要有瓦斯压力P和瓦斯放散初速度，煤层坚固性系数f，并以综合指标D为辅助指标。1）瓦斯压力指标P瓦斯压力P的测定参见第三章瓦斯

11、压力的测定可知三采区3下煤层瓦斯压力变化范围为：0.070.35MPa，通过第三章的分析与测定，可知三采区3下煤层瓦斯含量为：2.6955 m3/t。2）煤的坚固性系数f煤的坚固性系数是煤颗粒本身力学强度的一种相对指标，其数值的大小也是煤层物理力学性质的重要反映。在现代的煤与瓦斯突出动力现象分析中，煤的坚固性系数是煤与瓦斯出现象所涉及到的重要参数之一。通常情况下，在相同的瓦斯压力和地应力条件下，煤的坚固性系数越大，越部容易发生突出。因此，在煤与瓦斯突出危险性分析、预测中，煤的坚固系数是一个重要的测试指标。煤样强度越大，其坚固性系数就越大；反之，煤越软，其坚固性系数就越小。在三采区3下煤层采集煤

12、样，利用落锤法对其坚固性系数f值进行了测定，测定数据结果为f=1.29。3）瓦斯放散初速度煤的瓦斯放散初速度，也是预测煤与瓦斯突出危险性的指标之一，该指标反映了含瓦斯煤放散瓦斯快慢的程度。值的大小与煤的瓦斯含量、孔隙结构和孔隙表面性质和大小有关。在煤和瓦斯突出的发展过程中，瓦斯的运动和破坏力，在很大程度上取决于含煤瓦斯在破坏时的解析和放散能力。取三采区3下煤样，粉碎后筛取0.20.25mm的煤样3.5g，装入测定仪中，通过测量，可得瓦斯放散初速度p为6.2mmHg。4）综合指标D、K三采区回采工作面平均埋深约为450m，煤的坚固性系数为1.34。从第三章瓦斯压力测定可以看出：三采区3下煤层的4

13、个测定地点对应的瓦斯压力最大值为0.35MPa。因此，将上述数据带入相关公式，根据MT/T 1037，不论D值多大，均为防突措施有效。计算得到的评价综合指标值为：=4.627通过实验室测试和现场测定，三采区3下煤层突出危险性单项指标如表5.2所示。表5.2 三河口煤矿3下煤层瓦斯单项指标测定结果煤层瓦斯放散初速度P坚固性系数f瓦斯压力P/MPa三采区3下6.2 1.290.35临界值100.50.74综合指标D、K的突出临界指标值如表5.3所示。表5.3 用综合指标D和K预测煤层区域突出危险性的临界值煤层煤层突出危险性综合指标D煤层突出危险性综合指标K无烟煤其它煤种临界值0.252015三采区

14、3下0.1884.267据试验室测定和三采区3上煤采动影响分析可以确定：三采区3下煤最高瓦斯压力为0.35MPa；残余瓦斯含量为2.6955m3/t；综合指标D为0.188；K为4.267；以上指标均未超过临界值，因此三河口煤矿受3上煤采动影响范围内的三采区3下煤不具有突出危险性。根据以上结论，所以对三采区3下煤层，我公司只落实安全防护措施，并在煤航掘进、采煤时作区域预测。本设计不进行区域和局部访突措施设计。（四）三采区3上煤突出危险性分析三采区3上煤回采期间未发生任何瓦斯动力现象，且目前三采区3上煤已基本回采完毕，可判定三采区3上煤无突出危险性。但是为了确保安全起见，我公司对三采区3上煤层做

15、区域、局部综合防突设计。四、开拓方式三采区现布置有轨道进风巷、行人进风巷、皮带回风巷、专用回风巷（三采二皮段）。其中，轨道巷与皮带巷、轨道巷与专用回风巷等都通过联络巷相连，以上巷道均布置在岩巷中。轨道进风巷、行人进风巷与-320进风大巷直接或间接相连。回风巷则直接与-270回风大巷相连。目前，三采区开拓巷道已经全部形成。具体见通风系统图。五、煤层开采顺序三采区现有可采煤层有五层，分别为：3上、3下、12下、14、16层煤。开采顺序为：自上而下开采。六、采区巷道布置三采区现布置有轨道进风巷、行人进风行、皮带回风巷、专用回风巷。其中，轨道巷与皮带巷、轨道巷与专用回风巷等都通过联络巷相连。轨道巷为进

16、风巷，兼轨道运输巷和行人巷；行人巷道为进风巷，行人兼进风； 皮带巷为回风巷，三采二皮回风巷道专用回风。七、采煤方法 三采区3上可采煤层厚度在1.217.05米，平均厚度为4.53米。比较适合布置综采放顶煤或者综采面，即采用综采放顶煤和综采的采煤方法。但是，煤矿安全规程第一百八十三条规定：突出煤层中的突出危险区严禁采用放顶煤采煤法采煤。所以我公司在三采区只采用综采采煤方法。八、通风系统：该采区轨道进风巷为进风巷，北部的三皮延深下山为回风巷，南部的三采二皮为专用回风巷。正式回采时有一个回采面、一个备用面、两个掘进工作面。根据最新的三采区实际情况，有一个备用面，准备于2011年7月份正式回采，原3下

17、311综采面正在撤面。见最新通风系统图（以目前三采区状况为例）。以下是风量计算：（一）3下311采煤工作面风量计算：1、 按瓦斯涌出量计算需要风量Q采瓦125q采瓦K采瓦 式中：Q采瓦采煤工作面稀释瓦斯所需风量，m3/min；125瓦斯浓度为0.8%时的倒数；q瓦采采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min； K采瓦采煤工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，机采工作面可取 1.21.6，炮采工作面可取1.42.0，综采工作面和综放工作面备用风量系数，可根据现场实测取值。根据矿井实际情况， 311采面瓦斯涌出情况参考已采相邻工作面3上2315采面鉴定结果，预测该采面瓦斯绝对涌出量为1.32 m3/m

18、in, q取1.6，则风量Q1251.321.6264m3/min。2、按二氧化碳涌出量计算需要风量Q采碳67q采碳K采碳 式中：Q采碳采煤工作面稀释二氧化碳所需风量，m3/min；67二氧化碳浓度为1.5%时的倒数；q采碳采煤工作面二氧化碳绝对涌出量， m3/min，311采面二氧化碳涌出情况参考已采相邻工作面3上2315采面鉴定结果，预测该采面二氧化碳绝对涌出量为0.63m3/min, q采碳取值为0.63m3/min；K采碳采煤工作面因二氧化碳涌出不均匀的备用风量系数，机采工作面可取1.21.6，炮采工作面可取1.42.0；对311采面取1.6。则风量Q采碳670.631.667.5m3

19、/min。3、按工作面温度计算需要风量采煤工作面应有良好的劳动气象条件，其温度和风速应符合下表1之要求。表1采煤工作面进风流气温（）采煤工作面风速（m/s）煤厚1.5m煤厚1.5m厚煤层150.3-0.40.30.515180.5-0.70.50.80.818200.8-0.90.81.00.8-1.020231.0-1.21.01.31.0-1.523261.5-1.71.51.81.5-2.026282.0-2.22.02.52.0-2.5Q采温=60V采S有效K长 。式中：Q采温采煤面保持良好气候条件所需风量，m3/min；60秒与分钟之间的换算系数；V采 采煤面适宜风速，m/s，按表1

20、选取，按照20-23计算，采面风速取1.0m/s，； S有效回采工作面平均有效断面，按最大和最小控顶有效断面的平均值计算，m2；即：S有效K有效hb。式中：h回采工作面采高，不包括放顶煤高度，311采面的采高为3.2m；b回采工作面平均控顶距，311采面的最大、最小控顶距分别为4.25m、3.65m，b=3.95m；K有效有效通风断面系数，随采高不同在0.550.8之间选取，若采高大于2.0m，可按0.70.8选取，对3下311采面取0.8；K长工作面长度系数，可按表2选取，对311采面取1；表2 采煤工作面长度风量系数表采煤工作面长度（m）工作面长度风量系数1801.31.4采面通风有效断面

21、积S采为0.8（4.25+3.65）23.210.11m2。风量为Q=60VS采K长601.010.111.0=606.6m3/min。（采面面长为110m，但k取1.0）4、按人数计算需要风量Q采人4N采 。式中：Q采人采煤面人员呼吸所需风量，m3/min；4每人每分钟供给的最低风量标准,m3/（min.人）;N采 采煤工作面同时工作的最多人数，人；311采面最多工作人数为57人。则风量Q采人457228m3/min。5、按最低风速计算需要风量Q采min 15S有效 。式中：Q采min采面最低需风量，m3/min；15工作面最低允许风速，m/min；S有效回采工作面平均有效断面，对311采面

22、取10.11m2。Q采min 15S有效1510.11=151.7m3/min。6、确定采煤工作面实际需风量Q采MaxQ采瓦 , Q采碳 , Q采温, Q采人 ，Q采min。式中：Q采采煤工作面实际需风量，m3/min；Max求最大值符号，即从括号内各项中，选取一个最大值。其它符号意义同上。根据以上计算结果，考虑311综采面位于瓦斯异常区，工作面瓦斯涌出可能有诸多不确定因素，为加强对瓦斯的管理，决定取311采煤工作面风量为650m3/min。7、按风速验算：根据煤矿安全规程规定，回采工作面最低允许风速为0.25m/s，最高允许风速为4m/s。则回采工作面风量应满足： 15S有效Q采240S有效

23、。 式中：15工作面最低允许风速，m/min； 240工作面最高允许风速，m/min；显然650m3/min满足条件。 8、通风路线三采一轨311采面下顺槽 311采面311采面上顺槽第三皮带延伸下山。如通风系统图所示。（二）3上310综采备用面风量计算先计算该面正常生产时风量，然后去正常生产时风量的一半作为备用面的配风量。1、 按瓦斯涌出量计算需要风量Q采瓦125q采瓦K采瓦 式中：Q采瓦采煤工作面稀释瓦斯所需风量，m3/min；125瓦斯浓度为0.8%时的倒数；q瓦采采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min；K采瓦采煤工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，机采工作面可取1.21.6，炮采工作

24、面可取1.42.0，综采工作面和综采工作面备用风量系数，可根据现场实测取值。 根据矿井实际情况， 3上310采面瓦斯涌出情况参考已采相邻工作面3上311(1)采煤面鉴定结果，预测该采面瓦斯绝对涌出量为2.545 m3/min, q取2.545m3/min，k取1.6，则风量Q1252.5451.6509m3/min。2、按二氧化碳涌出量计算需要风量Q采碳67q采碳K采碳 式中：Q采碳采煤工作面稀释二氧化碳所需风量，m3/min；67二氧化碳浓度为1.5%时的倒数；q采碳采煤工作面二氧化碳绝对涌出量， m3/min，3上310采面瓦斯涌出情况参考已采相邻工作面3上311(1)采煤面鉴定结果，预测

25、该采面二氧化碳绝对涌出量为2.914m3/min, q采碳取值为2.914m3/min；K采碳采煤工作面因二氧化碳涌出不均匀的备用风量系数，机采工作面可取1.21.6，炮采工作面可取1.42.0；对3上310采面取1.6。则风量Q采碳672.9141.6312.381m3/min。3、按工作面温度计算需要风量采煤工作面应有良好的劳动气象条件，其温度和风速应符合下表1之要求。 表1采煤工作面进风流气温（）采煤工作面风速（m/s）煤厚1.5m煤厚1.5m厚煤层150.3-0.40.30.515180.5-0.70.50.80.818200.8-0.90.81.00.8-1.020231.0-1.2

26、1.01.31.0-1.523261.5-1.71.51.81.5-2.026282.0-2.22.02.52.0-2.5Q采温=60V采S有效K长 。式中：Q采温采煤面保持良好气候条件所需风量，m3/min；60秒与分钟之间的换算系数；V采 采煤面适宜风速，m/s，按表1选取，按照20-23计算，采面风速取1.2m/s； S有效回采工作面平均有效断面，按最大和最小控顶有效断面的平均值计算，m2；即：S有效K有效hb。式中：h回采工作面采高，不包括放顶煤高度，3上310采面的采高为3.2m；b回采工作面平均控顶距，3上310采面的最大、最小控顶距分别为4.25m、3.65m，b=3.95m；K

27、有效有效通风断面系数，随采高不同在0.550.8之间选取，若采高大于2.0m，可按0.70.8选取，对3上310采面取0.7；K长工作面长度系数，可按表2选取，对310采面取1.0；表2 采煤工作面长度风量系数表采煤工作面长度（m）工作面长度风量系数1801.31.4采面通风有效断面积S采为0.7（4.25+3.65）23.28.848m2。风量为Q=60VS采K长601.28.8481.0=637.056m3/min。（采面面长为94m，K长取1.0）4、按人数计算需要风量Q采人4N采 。式中：Q采人采煤面人员呼吸所需风量，m3/min；4每人每分钟供给的最低风量标准,m3/（min.人）;

28、N采 采煤工作面同时工作的最多人数，人；3上310采面最多工作人数为57人。则风量Q采人457228m3/min。5、按最低风速计算需要风量Q采min 15S有效 。式中：Q采min采面最低需风量，m3/min；15工作面最低允许风速，m/min；S有效回采工作面平均有效断面，对3上2401采面取11.34m2。Q采min 15S有效1511.34=170.1m3/min。6、确定采煤工作面实际需风量Q采MaxQ采瓦 , Q采碳 , Q采温, Q采人 ，Q采min。式中：Q采采煤工作面实际需风量，m3/min；Max求最大值符号，即从括号内各项中，选取一个最大值。其它符号意义同上。根据以上计算

29、结果，考虑3上2401综采面位于瓦斯异常区，工作面瓦斯涌出可能有诸多不确定因素，为加强对瓦斯的管理，决定取310采煤工作面风量为650m3/min。7、按风速验算：根据煤矿安全规程规定，回采工作面最低允许风速为0.25m/s，最高允许风速为4m/s。则回采工作面风量应满足：15S有效Q采240S有效。式中：15工作面最低允许风速，m/min；240工作面最高允许风速，m/min；显然650m3/min满足条件。 目前310采面为备用工作面，所以配风量为325m3/min。 8、通风路线行人下山310上顺槽与行人下山之间联络巷310上顺槽310综采面310下顺槽310下顺槽与-465皮带回风巷之间联络巷三皮延深下山-270回风大巷。 如通风系统图所示。（三）3下2313下顺槽掘进工作面风量计算1、 按瓦斯涌出量计算Q掘瓦 = 100q瓦掘k掘通=1000.0822=16.4 m3/min 式中：Q掘瓦 掘进工作面稀释瓦斯需要的风量，（m3/mim）；