泰山煤矿防隔水煤柱专项设计1.docx

1、泰山煤矿防隔水煤柱专项设计1矿井防隔水煤（岩）柱专项设计二0一三年三月矿井防隔水煤（岩）柱专项设计设计编制单位：枣庄市薛城区泰山煤矿技术科设计主编：许敦山 总工程师 工程师设计编制人员：徐恩深 副总工程师 高工胡乐刚 副总工程师 工程师张延亮 技术科长 助工 前 言一、概述（一）企业位置及隶属关系矿井东距枣庄10 Km、西距薛城约15Km，南邻有泰山火车站，枣薛公路在井田南部1km处，交通十分方便。隶属于枣庄市薛城区政府直属企业，原属薛城区泰山镇集体企业，根据省政府要求淘汰乡镇办矿产业政策及省煤炭局2009112号，按薛城区薛政200969号文件精神于2009年12月16日改制后隶属于区政府管

2、理。（二）矿井生产建设情况泰山煤矿于1994年10月开工建设，1998年3月投产。1998年由山东省煤炭工业局煤碳设计院进行开采设计，设计开采煤层14、16、17层，矿井设计生产能力为9万t/a，2003年核定为12万t/a。矿井“五证一照”齐全、有效、合法。目前，14层煤开采已经结束，现开拓开采16、17层煤，6、18层煤未开采。2008年10月委托山东科技大学资源与环境工程学院编制了资源整合后的南翼采区建筑物下开采设计方案。该矿采用一对立井开拓，暗斜井下山开采。主井进风，风井回风，中央并列抽出式通风方式。主井担负提升煤炭、矸石、物料、人员提升。采用走向长壁采煤法，全部垮落法管理顶板。第一章

3、 采区概况及地质特征第一节 采区概况一、井田位置及范围泰山煤矿位于枣庄市薛城区泰山镇庄头村西，陶枣煤田的中部，北与陶庄煤矿为邻，东与甘霖煤矿接壤，南面和西面分别是天然焦煤矿和山家林煤矿。 二、地形地貌区内地形较平坦，地面标高一般在+62+66m，最大高差约4m，属第四系山前地势北低南高，冲积平原地形。与地面对应的村庄有龚庄、第五中学、镇政府及西泰山村，采区回采时将对其产生不同程度的影响，按设计方案加强对地表移动观测，严格控制下沉量。三、主要河流及水体井田北部山区为天然分水岭，有一条季节性南北向冲沟，成为雨后向南泄洪的自然渠道。蟠龙河支流从采区内穿过，属季节性河流，洪水期一般发生在每年的七月份。

4、积水流入井田西部约18 Km有南四湖中的昭阳湖和微山湖，湖面辽阔，常年积水。四、区内煤矿开采情况采区东、西与甘霖矿、山家林矿相接，两矿均未开采16煤；南侧与关闭的市中区利民矿相邻，已开采16层煤，距本采区500m；北侧为本矿北翼161采空区。第二节 地 质 构 造一、相邻采区地质及水文地质情况与南翼163采区相邻的采区为北翼161采区，北翼161采区现在正在开采，从实际揭露的地质及水文地质情况看，16层煤厚度稳定在0.55m左右。与下层的17层煤（厚0.5-0.8m）之间距12-16m，平均13m，上距14层煤45-58m，平均55m。地质构造条件简单，无褶皱构造，断层多以小断层出现，落差最大

5、均在0.5m以下。构造发育相对简单，仅在洪支二断层附近区域，遇见断层0.6m，煤层顶板以十层灰岩为其顶板，厚约5.7m，较完整，仅在采区中下部见二处断裂，但断裂带不连0.3m破碎带。煤层瓦斯含量较低，瓦斯涌出量少，相对瓦斯涌出量0.31m3/t，煤层倾角较小，近水平5-8左右，地质条件简单，在采掘过程中，有煤层顶板二合顶时有少量涌水，再者是断裂带裂隙水，但一般在二月内疏干，最大涌水8m3/h，采区最大涌水量8m3/h，正常5m3/h。二、地质构造1、地层泰山井田地层属华北平原型沉积，矿井范围内均被第四系冲积层覆盖，地层自老到新依次有：奥陶系、石炭系、二叠系和第四系。石炭、二叠系是本区的含煤地层

6、。按岩石地层划分，依次为：奥陶纪马家沟组、石炭二叠纪月门沟群（包括本溪组、太原组、山西组）、二叠纪石盒子组和第四纪监沂组，现将岩石地层由下到上简述如下：（1）奥陶纪马家沟组（OM）马家沟组（OM）为含煤地层基底，岩性为厚层状灰岩和中厚层白云岩组成，岩溶裂隙发育，厚约800m。（马家沟组以下地层不再叙述）。（2）石炭纪本溪组（CYB）本溪组（CYB）厚24.9米，由杂色铁铝质泥岩组成，顶部为青灰色铝质岩，厚0.8米左右，致密状，鲕粒状结构，相当于G层铝土矿层位，为滨海相古风壳残余沉积。本组与下伏马家沟组地层假整合接触。（3）石炭二叠纪月门沟群太原组（C-PYT）太原组（C-PYT）厚约188米。

7、由灰灰黑色泥岩、砂质泥岩、砂岩、石灰夹煤层组成，含灰岩15层（一十五灰），其中三、五、八、十下、十四灰（即徐家庄灰岩）较稳定，是煤岩层对比的标志层；含煤15层，（418层煤）经勘探和采矿生产验证，6、14、16、17、18层煤为可采或局部可采煤层。本组属海陆交互含煤沉积，与下伏本溪组整合接触，属连续沉积。（4）二叠纪月门沟群山西组（PYS）山西组（PYS）厚约110米，主要岩性为浅灰深灰色砂岩，粉砂岩夹煤层组成。含煤3层，其中2层煤是陶枣煤田范围内主要可采煤层，但在本井田范围内，大部已被冲刷缺失，只有井田西部少量2层煤，已被山家林矿开采。与下伏太原组整合接触，过渡沉积。（5）二叠纪石盒子组（P

8、S）石盒子组（PS）厚150180米，平均170米左右。岩性以灰白色砂岩、灰绿、杂色砂质泥岩、泥岩等为主。中部夹一层绿灰色铝质岩（A层铝土矿），厚3.9米左右。中上部偶见一厚0.10.5米的薄煤层。本组为陆相沉积。（6）第四纪临沂组（QL）临沂组（QL）为含煤地层的盖层。厚214米，由黄土、砂质粘土、粘土及砂、砾层组成。含铁、锰质结核。属第四纪冲洪积。2）井田构造1、井田内主要褶曲矿区大地构造位置属于鲁西地块（II）鲁中隆起区（III）枣庄韩庄凹陷（）之枣庄凹陷（）内。褶皱构造：地层走向在矿井北侧为北西南东向，倾向南西。在矿井南侧，地层走向渐变为北东南西向。倾向北西。因而，在本矿井范围，属倾伏

9、向斜构造，向斜轴走向近东西，且倾向西，倾角48。两翼倾角均为410。断裂构造：该井田断裂构造不发育，在井田东北部有一洪村断层，走向52，倾向南东，倾角70，落差1020米，到本井田已基本尖灭。主副井东北有Z1号小断层，走向55，倾向南东，倾角80，落差3米。井田东南部有“洪村支二断层”，走向63，倾向南东，倾角70落差2050米。井田西侧，原邹F2断层在本矿开采中未发现。在16、17、18层煤的南侧开采边界处，有Z2号小断层，走向80，倾向南东，倾角75，落差2.5米。见表3-1表3-1 断裂构造统计一览表名称构造产状性质位置备注走向、倾向，倾角，落差洪村断层NE5275H=1020m正断层矿

10、界东侧Z1号断层NE5580H=3m正断层主副井东北200m处14层煤落差大16层煤未发现洪村支2断层NE6370H=2050m逆断层主副井南300mZ2号断层NE8075H=2.5m正断层16、16、18层煤的南边界处在开采过程中，未发现断距大于3米的其他断层，地层产状单一，很少有波状起伏的褶皱。本井田含煤地层为石炭系太原组和二叠系山西组，本井田开采可采煤层6、14、16、17、18层煤，可采平均厚度3.2m，可采含煤系数1.8%。矿井井田属于隐伏煤田，煤田地层全部被第四系覆盖。近几年来开采资料表明，本井田构造是一个以井田中央为向斜轴部，向西倾伏向斜构造。就地质构造复杂程度而言，本井田属于简

11、单类型。2、采区163采区，为单斜构造，走向北东70度，倾角西北倾角6-8度。本矿开采实际揭露，本采区主要断层为采区北侧洪支二断层。走向北东85，倾向北西，倾向80，落差30-50m。北翼161采区已有1618运巷、1618下材料巷已揭露伴生断层，断层东侧原青年三矿-270米水平石门已揭露此断层，落差50m。第三节煤 层 一、含煤岩系及煤层据以往地质勘探和甘霖、陶庄矿开采资料，区域含煤地层为石炭纪二叠纪月门沟群山西组和太原组，厚度280330m，共含煤18层，含煤系数5.5。山西组含煤3层，即13煤，其中2煤是陶枣煤田的主要可采煤层，俗称大槽煤，但在本区范围内尘灭为不可采煤层；太原组含煤15层

12、，编号418煤。其中，厚度0.5m的可采或局部可采煤层有5层，即6、14煤、16煤、17煤和18煤，其中6、18层煤为不稳定，局布可采。二、可采煤层本区域厚度0.5m的可采和局部可采煤层为6煤、14煤、16煤、17煤和18煤。各可采和局部煤层厚度变化情况详见表1-3-1。表1-3-1 区域可采、局部可采煤层特征一览表煤层名称煤 层夹 石见煤点厚度可采范围平均厚度稳定程度结构间距层数两极厚及岩性最小最大见煤点个数最小最大平 均(m)6 0.4-0.80 (0.5)0.5不稳定简单 39-48 (45)140.7-1.20 (0.98)0.98较稳定较简单0.05-0.1黄铁矿泥岩45-58551

13、60.4-0.77(0.55)0.55稳定简单同上炭质砂岩9.6-1513170.5-0.90(0.66)0.66稳定简单分布0.02-0.068-139180.32-0.84（0.5）0.50不稳定复杂分层夹矸为延平巷（1）6煤层位于含煤层上部，三层灰岩之上7.6m，下距14层煤39-48m。顶板为泥岩，夹薄层石灰岩厚6.9-13.8m，底板为灰色中细砂岩，厚4-8m，平均7.6m。本层为主可采煤层之一，井田内有17点穿过该层，正常见煤10点，其他因钻探技术上没要求，未计算其该层厚度。按点计数，可采系数为54%，按面积计算可采系数81%，全层煤厚度变异系数为30%。煤层厚度0.4-0.8m，

14、平均0.5m，据周边陶庄矿、肖桥煤矿、泰山东矿揭露该层煤，厚度都在0.5-0.8m之间。本煤层结构简单，属稳定-较稳定可采煤层。（2）14煤层俗称小槽煤，位于太原组八灰之下约1.5-3.4m，平均2.7m，上距2煤层（本区尘灭，有层位）82.98141.86 m，平均125.00 m；下距九灰12 m左右，距十上灰约55m左右。区域为主要可采煤层，煤层厚度0.72-1.20m，平均0.98m；该煤层多为上下两个分层，偶见三个分层，结构复杂；下分层为主要可采煤层，夹有一层厚0.05-0.10m串珠状的黄铁矿结核，层位相当稳定，可作为14层煤的对比标志层。顶板为黑灰色页岩及砂质泥岩，含大量植物化石

15、和硫铁矿。底板为黑灰色页岩及砂质泥岩，含较多的植物根部化石、少量硫化铁结核及透镜体。局部见天然焦，岩浆岩对煤层影响不大。（3）16煤层位于太原组十灰之下，上距14煤4558m，平均55m，下距17煤层9.6-15m,平均13 m。是区域主要可采煤层，厚度0.400.77m，平均0.52m，一般稳定在0.500.60m；结构简单，含一层炭质粉砂岩夹矸。底板大多为中粒砂岩，局部直接底板为黑灰色页岩，砂岩为老底。在163采区内全区可见，采用见煤点3个，煤层厚度0.470.68m，稳定在0.500.55m左右；属薄层稳定煤层。矿采区断层北为本矿161采空区，采空区内该层煤厚度稳定在0.55m左右。（4

16、）17煤层位于太原组十一灰之下，上距16煤层13 m，下距18煤层9m左右。区域内主要可采煤层，煤层厚度0.50.9m，平均0.66m。煤层稳定，结构简单。直接顶板为十一灰（局部相变为砂岩或砂质泥岩，偶有黑灰色页岩为顶板）。底板为灰黑色页岩及砂质泥岩。新采区内全区可见，采用见煤点3个，煤层厚度稳定在0.50.72m之间，平均厚度0.66m。在新采区的北部略厚，厚度在0.660.82m，结构简单无夹石。属薄层稳定煤层。（5）18煤层位于太原组底部，上距17煤层平均9 m，下距十四灰（徐家庄灰岩）一般18m左右，距奥陶纪马家沟组灰岩约50m左右。区域上为局部可采煤层，厚度0.320.84m，平均0

17、.50m，有分层现象，结构复杂。顶板为砂岩、砂质泥岩或泥岩，易冒落。底板为粘土岩和页岩，厚2m，遇水膨胀。第四节水 文 地 质一、区域水文地质概况陶枣煤田北部边界为北山断层，断层走向65，倾向155，倾角75，断距15002000m，为正断层。破碎带主要由泥岩、砂泥岩、石灰岩、断层泥等组成，遇水膨胀，具良好的隔水性；南部边界为含煤岩系露头，地下水为接受地表水及大气降水补给，矿井涌水量受降雨量的影响明显。各主要含水层的富水性随埋藏深度的增加而逐渐减弱，含水性受岩溶裂隙发育程度影响明显。陶枣煤田有一百多年的开采历史，区域内古井、老窑密布，矿井开采受老窿积水威胁。区域含水层大部分为厚度不大的第四系松

18、散层所覆盖，降雨及地表水渗透补给各基岩含水层，通过风化裂隙或构造裂隙各含水层间水力联系。奥陶系灰岩从南山至煤田边缘面积约230km2 ，接受大气降水、地表水的补给量最大，在煤田边缘以乘压水形式通过第四纪地层补给其他含水层的风化带，但第四系除局部砂层透水性好、补给条件佳外，一般为粘土及砂质粘土，透水性弱，补给速度慢，故区内含水层一般静储量大而动储量小，从几个矿井对第三、八层石灰岩防水可看出，初期水量很大，但随时间延长水量减弱的趋势明显，以静储量为主。二、井田水文地质条件1、概况各含水层在浅部裂隙岩溶较发育，与地表水、大气降水联系密切，富水性较强，但随埋深增加，其富水性减弱。本井田矿井充水水源主要

19、为大气降水、地表水、地下潜水、老窿水等，通过含水岩层露头、风化裂隙带、灰岩溶隙及未封闭、封闭不良钻孔、采空冒落裂隙等不同通道进入矿井，造成矿井充水。北部边界断层北山断层为阻水断层，井田及其附近区域断层由于NNE向新华夏系扭动影响和多次构造活动，多具扭性和张扭性，总的来说断层导水性较差。2、主要含水层泰山井田主要含水层有：第四系冲积层、二叠纪石盒子组奎山砂岩、太原组灰岩、奥陶系灰岩，对矿井有影响的：第四系松散层、第三层灰岩、第五层灰岩、第八层灰岩、第十层灰岩、第十四层灰岩、中奥陶世灰岩。（1）第四系砂质含水层井田内第四系为河湖相沉积，厚度1-16m。平均9m，假整合于基岩之上，该层以黄褐粘土、砂

20、质粘土及下部砂层组成，组织松散，透水性强，直接受大气降水补给，富水性不均一。抽水试验最大单位涌水量1.732L/S.m，水质类型多为重碳酸盐型。（2）第三层石灰岩厚6.2-16 m，平均约9m，致密坚硬、质纯，含隧石，裂隙溶洞发育，裂隙率9.6%，富水性在浅部较强，随埋深增加而减弱，含水性取决于埋藏深度及裂隙岩溶的发育程度。在裂隙带、破碎带、断层交叉部位及断层影响带，地下水溶蚀作用强烈，利于地下水活动，含水丰富。抽水试验资料，单位涌水量0.005-1.79L/sm，渗透系数 0.095-24.74m/d。水质类型为 HCO3-CaMg，PH值7.1-7.3，含水类型为孔隙裂隙水。（3）第五层石

21、灰岩厚2-3 m,平均约2.3 m,质纯致密，密易赋存隙岩溶水，但含水量较三灰弱，充水含水层为裂隙岩乘压水类型，单位涌水量0.61L/s.m，渗透系数0.026 m /d。该层不是矿井的直接充水含水层，对矿井充水影响微弱。（4）第八层石灰岩厚2.6-5m，平均约3 m，是14煤层的老顶，为矿井的直接充水含水层。在浅部含水较丰富，东黄贝风井浅部揭露此层灰岩见溶洞最大直径达0.8 m，-70 m见溶洞直径不超过0.4 m，-110m以下溶洞渐少，裂隙增多。表明主要以静储量为主。据邻区抽水资料,单位涌水量0.12L/sm，浅层部位裂隙岩溶发育，并与地表水有密切水力联系，其蓄水性随埋深的增加而减弱。本

22、层含水类型为裂隙岩溶乘压水，浅部水质属HCO3-Ca.Mg型。（5）第十八层石灰岩厚4-7 m，平均一般约5.6 m，是16煤层的顶板，致密质纯，为矿井直接充水含水层。据浅部水文资料和矿井揭露资料分析，含水较丰富。黄贝井实测涌水量表明其富水性随埋深增加而减弱，48开孔61m处9=0.68L/sm，涌水量0.337 m3/min，-200m涌以下，第16、20孔9=0.002L/sm。本层含水类型为裂隙岩溶乘压水。（6）第十四层石灰岩厚9-26 m，平均10m，灰白色，致密，此层含水较其它含水层弱，含水类型属裂隙岩溶乘压水。本含水层距煤系最下18煤层仅18 m左右，为本矿重要含水层。（7）中奥陶

23、世马家沟组石灰岩厚约800 m，是井田基底含水层。一般赋存较浅时富水性强，深部裂隙不发育富水性较差。含水类型为裂隙岩溶乘压水。上距煤系最下部的18煤层约50 m。虽然在矿区内埋藏较深，径流和富水性差，但当受构造因素影响，使奥灰与煤系地层间距变小或对口接触时，会使矿井的水文地质条件复杂化。太原组含水层厚度与本组厚度比为0.1，组内各含水层因岩性、厚度、埋深及裂隙岩溶发育程度不同而富水性各异。其共同规律：浅部岩溶裂隙发育，含水丰富，达到一定深度时（补给水平）随着埋藏深度的增加其富水性逐渐减弱。在井田及附近区域，断层交叉部位、破碎带、构造裂隙带、强含水层间一般均有泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、粘土岩等隔水

24、层和弱隔水层相隔，在正常情况下不会发生水力联系。各含水层与主要可采煤层的距离见表1-4-1。 含水层与主要可采煤层间距表含水层名称奎山砂岩6煤三灰14煤16煤18下煤14灰奥灰间距（m）1402807.637552218503、断层导水性（1）洪支二断层从邻区和井巷揭露洪支二断层属压扭性断层，走向，倾向有少量变化，但不透水。4、水文地质类型根据以上井田水文地质条件，按矿井水文地质规定分类标准，综合确定本井田的水文地质类型为中等类型。第五节 防水煤柱的计算根据煤矿安全规程、煤矿防治水规定及做好-矿井防隔水煤柱专项设计-通知要求，我矿在认真总结建矿以来矿井水实际状况的基础上，结合周边矿井的开采、水

25、文资料、及我矿断层、构造类型，认为：最深部矿井边界保护煤柱、断层保护煤柱、14层采空区开采16层煤的安全高度煤柱应认真做好专项设计。具体如下。一、设计依据1、泰山煤矿采掘工程平面图，1:20002、煤矿安全规程3、煤矿防治水规定4、泰山煤矿底层、水文地质综合柱状图二、矿井煤柱设计实际参数1、矿井最低开采深度H=430m;2、 16层煤厚度m=0.67m；3、14层煤距16层煤的层间距h=55m；4、洪村支2断层：5、矿井西邻的山家林煤矿最高水位线为-150m；三、矿井边界隔水煤柱、设计计算分析周边矿煤层、地质及开采情况，唯有矿井西部边界与山家林矿的隔水煤柱是矿井隔水煤柱的重点，（理由：山家林矿

26、积水水位线高在-150m），为此选定16层煤矿井边界防隔水煤柱。采用公式：L=0.5KM =0.550.67 =3.159m式中：L-煤柱留设的宽度mK-安全系数，取5M-煤层厚度（取采高0.67m）P-水头压力，根据出界（临矿）实际16层煤最高点标高为-287m最低点标高-430m最大水头标高为-157m最大水头压力=最大水头标高-煤层最低点标高=-157-（-440）=283m=2.81MP 按采矿手册中：公式L=0.5km(3P/KP)=0.550.6732.81/2.37=5.96m矿井实际留设安全隔离煤柱为20m，满足安全规程要求。四、洪村支2隔水煤柱计算采用公式：L=0.5KM =

27、0.550.67 =3.159m式中：L-煤柱留设的宽度mK-安全系数，取5M-煤层厚度（取采高0.67m）Kg-煤的抗拉强度，取2.37Mpa矿井实际留设安全隔离煤柱为20m，满足安全规程要求。五、14层采空积水区下开采16层煤的安全高度计算根据建筑物、水体、铁路三下开采地面保护规程、煤矿防治水规定及枣陶地区14、16层煤开采、岩（煤）层变形规定，用“三带”设计计算，16层煤开采的安全高度，14层煤田采后，底板松动为12m/实。1、垮落带高度计采用公式：或 2、裂隙带计算:hL:采用公式：或 取最大值hL=19.9m3、14层煤底板变形带hR=12m上述三带之和：即为16层煤的安全开采高度han即：han=hk+hL+hB=5.22m+19.9+12=37.12m实际14层煤与16层煤的层间距为55m即55m37.12m设计演算证明开采14层煤积水压下的16层煤是安全的。综合上述专题设计计算。泰山煤矿现留的矿井保护煤柱均为20m，断层煤柱是20m,是安全的。14层煤距16层煤的层间距为55m，层间距大于安全深度，是安全的。