放顶煤专项设计.docx

1、放顶煤专项设计前 言2014年5月，XXXXX煤矿委托我院开展该矿的采煤方法设计。矿井为生产矿井，地面生产系统、辅助设施和井下开拓、开采系统均已形成，现煤矿在B4煤层布置1个回采工作面进行生产。矿井现采用“两斜一立”开拓方式，井筒分别为主、副斜井和立风井。矿井采矿证规模为0.09Mt/a，现生产的B4煤层采用走向长壁综合机械化放顶煤采煤方法。根据XX煤矿安全监察局关于“转发国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局关于加强煤矿放顶煤开采安全管理工作的通知(新煤安监发2008111号）要求，结合XXXXX煤矿委托，我院组织开展该矿B4煤层工作面放顶煤专项设计。在介绍井田概况、井田开拓、开采等基

2、本情况的基础上，重点分析了放顶煤工作面开采存在的安全问题、开采工艺特点及采取的安全防治措施。一、编制设计的依据1国家安全生产监督总局、国家煤矿安全监察局关于加强煤矿放顶煤开采安全管理工作的通知（监总煤行2008130号）；2XX煤矿安全监察局关于“转发国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局关于加强煤矿放顶煤开采安全管理工作的通知(新煤安监发2008111号）”；3XX准南煤田呼图壁县白杨沟矿区丰源井田勘探报告；4现行的规程、规范、煤炭行业有关法律法规、技术政策和技术标准，主要有：煤炭工业小型矿井设计规范（GB 50399-2006）、煤矿安全规程（2011）、建筑物、水体、铁路及主要井巷

3、煤柱留设与压煤开采规程、煤矿防治水规定、矿井通风安全装备标准(GB/T50518-2010)、国家其它有关煤炭工业建设的技术、经济政策和法律、法规；5煤矿提供的相关资料、现场调查了解收集的资料；6丰源煤矿“设计委托书”。二、设计指导思想1重点分析本矿井放顶煤工作面开采存在的安全问题及采取的安全防治措施。2贯彻安全生产方针，安全设施和设备配备齐全，改善工作面生产环境。3工作面按设计施工，在满足安全生产的前提下，利用现有设施和设备，做到投资少、见效快。三、存在的问题及建议1根据国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局“安监总煤行【2008】130号”关于加强煤矿放顶煤开采安全管理工作的通知精神

4、要求。煤矿应按照该文件要求加强放顶煤开采安全管理，按规定建立安全监控、防尘供水和防灭火等系统，加强顶板管理；完善工作面通风、防煤尘、防瓦斯、防火等措施。2B4煤层顶板、底板为不稳定顶板、底板，（工作面顶底板多为砂岩，岩性较软，极不稳定）顶板可能发生块体塌落，易产生顶板冒落工程地质问题，未来开采过程中底板易发生底鼓，片帮等工程地质问题。故在未来的矿井生产中，应采取有效的顶板、底板管理措施，确保矿井安全生产。3根据丰源煤矿采掘工程平面图以及相关地质资料显示，目前井筒西翼的B4煤层已采空，白杨沟河从井田南部流过，地下水补给条件好。为保证矿井日后生产安全，生产期间需设置专业的防治水人员，设置专业的防治

5、水队伍，配备专用的防治水设备，对矿井水进行探放。掘进工作面必须坚持做到“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的原则，落实“防、堵、疏、排、截”综合治理措施。防止矿井发生透水事故，保证安全生产。4建议在工作面投产前做好工作面生产人员的技术培训工作，掌握类似开采条件下的开采技术，必要时在工作面投产时请相关技术人员来矿指导。5区内虽然所采集样品的瓦斯含量不高，但对瓦斯应有足够的重视。在未来的矿井生产中，对瓦斯还应作进一步的测定和积累资料。对通风系统和瓦斯应进行科学的管理。以有效的措施，严防由局部瓦斯聚集造成的瓦斯爆炸和二氧化碳窒息事故，确保矿井安全生产。第一章 井田概括及地质特征第一节 井田概括

6、一、交通位置井田位于呼图壁县城西南90km处的天山北麓，行政区划属XX昌吉回族自治州呼图壁县雀尔沟镇管辖。井田东西长约1.6km，南北宽约0.7km，面积1.146km2。地理中心坐标：东经862803，北纬434639。由乌鲁木齐市伊宁市312线国道从大丰镇向南（经雀尔沟镇）61km即可到达井田，国道312线在88km处可上乌奎高速公路。其中大丰镇至雀儿沟镇约38km为柏油路面，雀儿沟镇至井田约23km为砂石路面。井田至外部仅有一条原林场修的盘山简易公路，路窄道险，交通条件较差。详见交通位置图(图1-1-1)。图1-1-1 交通位置图二、地形地貌井田位于天山北麓的低中山区，地形复杂，山势陡峻

7、，切割强烈，白杨沟河近东西向横贯矿区南部，强烈切割岩层。白杨沟河南为松树林带，沟北为陡峻的哈拉巴斯陶特力斯嘎山脊，沟底至山脊顶部坡角达30以上，部分地段为陡崖。井田最高处海拔+1930m，最低处为白杨沟河底，海拔+1605m，相对高差一般在100250米间，最大高差325m。三、河流水系白杨沟河发源于天山雪峰，为常年性河流。从井田南部流过，河谷底是井田的最低侵蚀基准面，在井田以西较窄，为V字型河谷，流出井田河床变宽缓，多形成U字型河谷，向东汇入呼图壁河。据呼图壁河水文站1994年在白杨河出口处观测计算资料，洪水期为6月、7月，月平均流量4.34m3/s6.44m3/s，最大洪水流量20m3/s

8、30m3/s，枯水期为11月至次年4月，月平均流量为0.27m3/s0.43m3/s。四、气象及地震井田位于天山北坡，受山区气候的影响，井田气候较湿润，属中温带半干旱气候区。410月份为雨季，月平均降水量在31.4mm85.7mm，年蒸发量为1317.1mm；年平均气温摄氏5.4，78月最高，最高气温达摄氏34.1，元月份最冷，最低气温零下摄氏23.9。每年10月底至11月初封冻，次年4月中、下旬解冻，白杨沟内风力不大，一般34级，最大冻土深1m。井田位于沙湾县玛纳斯县呼图壁县地震带上。根据国家质量技术监督局2001年2月2日发布中国地震参数区划图（GB 18306-2001）标准，井田地震动

9、峰值加速度为0.15g。根据XX地震局1978年出版的地震图册，对烈度等级的划分，井田的地震烈度在7度。据XX地震局资料，本世纪近百年间临近区50km范围内共发生MS4.7级的中、强震14次，故本区是地震多发区。五、矿井开采历史矿区内及邻近一带煤矿的煤炭资源开发于八十年代中期，丰源煤矿现为0.09Mt/a矿井。周边现有XX呼图壁县白杨树煤矿、XX呼图壁县白杨沟煤矿等，详见图1-1-2。1白杨树煤矿：有主井375m、风井219m；东巷150m、西巷200m，均为斜井，形成完整的回风系统，现为0.09Mt/a煤矿。1980年5月开始建井，主井口坐标：X=4849340.32m，Y=29456148

10、.33m，Z=+1669m。开采B2、B1煤层。2丰源煤矿一号井：主井280m；东巷158m、西巷250m，均为斜井。1986年5月建井，年产量0.09Mt/a。主井口坐标：X=4849264.37m，Y=29456827.97m，Z=+1640.88m。开采煤层B4煤层，开采了五个水平，最低水平标高+1548m水平，西313m、东288m以浅已采空。1993年因冒顶事故死亡一人，回采率在25%30%，2008年由于技改关闭该井。3呼图壁县白杨沟煤矿：主井158m，东巷254m，西巷120m，均为斜井。1987年1月建井。主井口坐标：X=4848594.67m，Y=29457940.99m，Z

11、=+1597.40m。现开采B4煤层，回采率75%。第二节 地质特征一、区域地层及构造（一）区域地层井田及外围位于准噶尔盆地乌鲁木齐市山前凹陷带西段中，区域地层系统表见表1-2-1，区域出露的地层由老到新分述如下：表1-2-1 区域地层表界系统组（群）代号厚度（m）沉积相新生界第四系全新统Q4al+pl冲洪积相中生界白垩系下统吐谷鲁第一亚群K1tga150河流相侏罗系上统喀拉扎组J3k130300山麓河流相齐古组J3q600900湖泊相中统头屯河组J2t450520河流相、湖泊相西山窑组J2x400450湖沼相含煤碎屑沉积下统三工河组J1s400600湖相沉积八道湾组J1b50100河流相湖沼

12、相含煤碎屑沉积古生界中统前峡组C2qx1000浅海滨海相沉积1古生界（1）中石炭统前峡组（C2qx）该组地层广泛分布在区域南部，岩性为一套浅海一滨海相细粒火山碎屑岩夹少量的酸性火山灰凝灰岩和灰岩，含头足、腕足及植物化石，该组是中生代沉积的基底地层，厚度1000m。2中生界（1）下侏罗统八道湾组（J1b）该组出露于区域东南部和西南部，为一套河流相、湖沼相含煤碎屑沉积，主要岩性为灰白色、灰绿色粉砂岩、泥岩夹砂岩和薄煤层，局部夹砂砾岩、砂岩。出露厚50m100m，与下伏中石炭统前峡组（C2qx）地层呈角度不整合接触或断层接触。（2）下侏罗统三工河组（J1s）该组地层出露于区域南部及中部的沟谷中为一套

13、不含煤的以湖相为主的碎屑沉积。地层岩性在区域上稳定。主要为深灰色、灰绿色、灰黄色泥岩、粉砂岩、细砂岩互层夹砂砾岩、叠锥灰岩、泥灰岩及炭质泥岩薄层，含植物化石碎片，厚400m600，与下伏地层八道湾组为整合接触，部分地段与中石炭统前峡组（C2qx）呈角度不整合接触。（3）中侏罗统西山窑组（J2x）该组地层广泛出露于矿区中部南部及区域中部，为一套以湖沼相为主的含煤碎屑沉积，主要岩性为灰白色、灰绿色砂岩、泥质粉砂岩互层夹泥岩、煤层、炭质泥岩薄层，出露厚度400m450m左右，与下伏地层三工河组整合接触。（4）中侏罗统头屯河组（J2t）该组地层出露于区域中北部，位于西山窑组地层北侧，为一套河流相、湖泊

14、相为主的半干旱条件下的杂色碎屑沉积，主要岩性为灰白色、灰黄色、灰紫色粗砂岩、砂砾岩、砾岩与泥质粉砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩互层，底部以一层灰黄浅灰色砾岩、砂砾岩、砂岩与下伏西山窑组分界，与西山窑组呈平行不整合接触，出露厚度450m520m。（5）上侏罗统齐古组（J3q）出露于区域中北部，位于头屯河组地层的北侧，呈1km3km宽的带状近东西向横跨区域，为一套湖泊相为主的半干旱条件下的杂色碎屑沉积，主要岩性为灰色、紫红色、紫褐色泥岩、粉砂岩、细砂岩互层，不含煤，下部有12层2m3m的玫瑰色凝灰质砂岩（区域标志层），该组与下伏头河组整合接触，一般厚600m900m。（6）上侏罗统喀拉扎组（J3k）该组

15、地层出露于区域北部，位于齐古组北侧，呈400m600m的狭长条带跨越区域，为一套山麓河流相的不含煤沉积，主要岩性为灰色、灰黄色巨厚角砾岩，与下伏齐古组为整合接触，一般厚130m300m。（7）下白垩统吐谷鲁第一亚群（k1tga）该套地层出露于区域北部，位于喀拉扎组北侧，主要岩性为棕色、褐色砾岩夹砂岩，局部夹有砂质泥岩与下伏地层喀拉扎组（J3k）角度不整合接触，厚度大于150m。3新生界第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）分布于区域各河流沟谷内，为现代河床冲洪积砾石层，厚2m20m。（二）区域构造1褶皱区域大地构造位置归属准噶尔盆地南缘乌鲁木齐山前拗陷西段的中部，处于三屯河宁家河单斜构造带上。

16、中新生代地层由南向北，从老至新依次排列，区域呈倾向为北北东向单斜构造，倾角1025。其中，南部及北部地层倾角略陡，中间地带（含煤地层西山窑组分布区）地层倾角略缓，区域东南部见有小型褶曲，对井田构造无影响。2断裂区域内断裂构造不甚发育，仅在区域西南部和东南部见有几条小断裂，对井田构造无影响。二、井田地层及构造（一）井田地层井田内出露地层为侏罗系三工河组（J1s）、西山窑组（J2x）及第四系（Q4），现由老到新将各地层单元主要特征分述如下：1下侏罗统三工河组（J1s）仅出露于井田内南侧河谷中。主要岩性为灰色、深灰色粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩互层夹灰白色粗砂岩、中砂岩，含湖相动植物化石碎片。控制地层厚

17、度40m。与上覆地层西山窑组（J2x）整合接触。2中侏罗统西山窑组（J2x）出露于井田中部、南部及北部部分地区，含煤地层。为一套以湖相、湖滨三角洲相、泥炭沼泽相为主夹有河流相，覆水沼泽相的含煤碎屑沉积。主要岩性为灰白色、深灰色、灰色砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩互层夹煤层、泥岩及炭质泥岩薄层，含植物化石碎片，井田范围内含九层煤，其中主要可采煤层7层，钻孔控制该组地层厚度为354.44m451.61m，井田范围内该组厚度变化不大，与下伏三工河组整合接触。根据岩性、岩相特征及含煤性变化规律，将该组地层划分为上、中、下三个岩性段，详见表1-2-2，各段特征如下：表1-2-2 井田内各地层厚度统计表孔号Q4

18、（m）J2tJ2xJ1s（m）J2x3（m）J2x2（m）J2x1（m）ZK1017.22132.896.13ZK102147.58178.19105.53ZK115.368.55116.151.25ZK20141.66103.7159.83112.22ZK60314.9290.9114.76ZK3017.6218.63146.06189.4106.99统计值15.3641.66103.7146.06124.88(2)159.83189.40175.81(3)90.91116.15103.53(2)14.76（1）西山窑组下段（下含煤段J2x1）该段为井田内主要含煤段，出露于井田中南部，地表露

19、头均火烧，呈红褐色、砖红色烧变岩条带。地表被第四系全新统冲洪积物、坡积物覆盖，总体岩性为灰色，灰白色粗砂岩、含砾粗砂岩、中粗砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩与煤层互层夹泥岩、炭质泥岩薄层。泥岩、粉砂岩具水平层理和微波状层理，砂岩中见不规则平行层理和小型楔状交错层理。含丰富的植物叶片化石。含编号煤层5层（B4、B3、B13、B2、B1）均可采，控制可采厚度30.88m，该段地层厚度90.91m116.15m，平均厚103.53m。其底部以一厚层粗砂岩、含砾粗砂岩与三工河组接触，与下伏三工河组地层呈整合接触。（2）西山窑组中段（中含煤段J2x2）在井田中部出露，为西山窑组次要含煤段。煤层露头地

20、表火烧形成砖红色条带。总体岩性为：灰色、深灰色、灰白色粗砂岩、中砂岩、细砂岩与泥质粉砂岩、粉砂质泥岩互层夹含炭泥岩、炭质泥岩、煤层，泥岩、粉砂岩中见有水平层理，含植物叶片化石，该段地层厚度为159.83m189.40m，平均厚度175.81m，编号煤层三层（B7、B6、B5），含可采煤层2层（B6、B5），控制可采厚度4.64m。以B4煤层顶板的一套含砾粗砂岩、粗砂岩为J2x1与J2x2的界线，整合接触。（3）西山窑组上段（上含煤段J2x3）在井田北部出露。岩性为灰色、灰白色含砾粗砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩互层夹煤线，炭质泥岩，顶部有冲刷剥蚀现象，该段地层控制厚度103.70m146.06m，平

21、均124.88m。不含可采煤层。与J2x2为一套粗砂岩分界。与上伏头屯河组为平行不整合接触。3新生界第四系全新统洪冲积砂砾层（Q4pal）分布于白杨沟河河谷两侧，为现代河床冲洪积砾石层，灰白色、浅灰色砾石、砂混杂堆积，砾石成份主要由岩浆岩、烧变岩及少量变质岩组成，砾径0.2m2m，分选差，磨园为次棱角圆状，无胶结，厚度14m18m。4新生界第四系全新统残坡积物（Q4edl）分布于哈拉巴斯陶力斯嘎山白杨沟达坂北坡以及白杨沟河两岸山坡上，主要为浅黄色砂土、砾石等，地表有少量腐植土层植被，厚约4m7.07m。（二）井田构造受区域单斜构造的影响，井田构造形态总体为一北倾的单斜构造，倾向236，倾角71

22、4。井田内未发现断层，属一类简单类型。井田内未发现有岩浆岩。三、煤层1含煤性井田内厚度大于0.3m的煤层39层，全层厚度13.48m44.53m，平均32.72m。其中编号煤层8层，自下而上依次为B1、B2、B31、B3、B4、B5、B6、B7。其中的B7煤层无可采点，其它的B1、B2、B31、B3、B4、B5、B6等7层煤均为可采、大部可采煤层，煤层可采总厚13.38m38.67m，平均总厚30.71m。井田内含煤地层为侏罗系中统西山窑组地层，根据岩性、岩相特征及含煤性变化规律，该组地层划分为上、中、下三个岩性段，其中上段不含煤，煤层主要赋存于中段和下段地层中，现分述如下。（1）西山窑组上段

23、（J2x3）为西山窑组不含可采煤层段，未见有大于0.80m的煤层或煤线，本段地层控制厚度103.70m146.06m，平均124.88m，含煤系数为0。（2）西山窑组中段（J2x2）该段地层为次要含煤段，B7、B6、B5含编号煤层3层和3条煤线，煤层厚度3.84m8.02m，平均4.98m。本段地层控制厚度159.83m189.40m，平均175.81m，含煤系数2.79%；含B6、B5可采煤层2层，可采厚2.7m7.00m，平均可采厚4.64m，可采系数2.64%。（3）西山窑组下段（J2x1）为主要含煤段，含B1、B2、B31、B3、B4可采编号煤层5层和2条煤线，全层厚度在30.86m3

24、4.47m，平均厚度32.64，本段地层控制厚度90.91116.15，平均103.53m，含煤系数31.53%。含B1、B2、B3、B4四层全区可采煤层和B31一层大部可采煤层，可采厚在29.74m34.04m，平均可采厚31.93m，可采煤系数30.84%。2煤层特征井田内共含编号煤层8层，其中可采煤层7层，各可采煤层特征见插表1-2-3。现分述如下。（1）B6煤层井田内上含煤段（下部）可采煤层，东西两侧煤层地表露头已火烧，沿煤层走向火烧总长度1100m，火烧深度21m76m，火烧面积0.11km2。煤层较稳定，沿走向厚度较大，但总体以中厚煤层为主，由西向东，煤层有薄变厚，西部煤层变厚并具

25、有分岔特征。煤层全层厚度1.33m2.88m，平均2.26m；可采厚度1.33m2.52m，平均厚度1.95m。煤层结构简单。顶板为粉砂岩，底板为粉砂岩。与下部B5煤层间距7.19m26.75m，平均16.97m。（2）B5煤层井田内上含煤段（下部）可采煤层，东西两侧煤层地表露头已火烧，沿煤层走向火烧总长度1100m，火烧深度20m67m，火烧面积0.11km2。煤层较稳定，沿走向厚度较大，但总体以中厚煤层为主，由西向东，煤层有薄变厚，西部煤层变厚并具有分岔特征。煤层全层厚度1.37m6.33m，平均3.31m；可采厚度1.37m4.48m，平均厚度2.69m。煤层结构简单。顶板以粉砂岩为主，

26、局部为细砂岩；底板以粉砂岩为主，局部为细砂岩。与下部B4煤间距在41.32m48.12m，平均在45.20m。（3）B4煤层井田内未见煤层露头及火烧。煤层较稳定，沿走向厚度较大，但总体以厚-巨厚煤层为主，由西向东，煤层有薄变厚，西部煤层变厚并具有分岔特征。煤层全层厚度11.39m15.17m，平均12.89m；可采厚度10.69m14.35m，平均厚度12.41m。煤层结构简单。顶板以粉砂岩为主，局部为高炭泥岩；底板以粉砂岩为主，局部为炭质泥岩和粉砂质泥岩。与下部B3煤间距在3.15m13.82m，平均在10.02m。（4）B3煤层井田内未见煤层露头及火烧。煤层较稳定，沿走向厚度较大，但总体以

27、中厚煤层为主，该煤层北部略厚，沿倾向向南西有变厚的趋势，走向由西向东略减薄。煤层全层厚度0.97m3.94m，平均2.71m；可采厚度0.97m3.41m，平均厚度2.62m。煤层结构简单。顶板以粗砂岩为主，局部为粉砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩；底板以粉砂岩为主，局部为炭质泥岩、含炭泥岩、泥岩。与下部B31煤间距在3.08m3.99m，平均在3.60m。（5）B31煤层井田内未见煤层露头及火烧。煤层较稳定，沿走向厚度较大，但总体以中厚煤层为主，该煤层南部略厚，沿倾向向南有增厚的趋势，走向由西向东逐渐渐灭。煤层全层厚度0.81m2.30m，平均1.28m；可采厚度0.81m2.30m，平均厚度1.2

28、8m。煤层结构简单。顶板以粉砂岩为主，局部为含炭泥岩、细砂岩；底板以粉砂岩为主，局部为炭质泥岩、泥质粉砂岩。与下部B2煤间距在5.15m35.19m，平均在17.14m。（6）B2煤层井田内未见煤层露头及火烧。煤层较稳定，沿走向厚度较大，但总体以中厚煤层为主，该煤层南部略厚，沿倾向由南向北有减薄的趋势，走向东西较稳定。全层厚度5.11m7.20m，平均6.36m；可采厚度5.11m6.95m，平均厚度6.17m。煤层结构简单。顶板以粉砂岩为主，局部为粗砂岩、细砂岩、粉砂质泥岩、泥岩；底板以粉砂岩为主，局部为粗砂岩、细砂岩。与下部B1煤间距在9.86m32.82m，平均在15.95m。（7）B1

29、煤层井田内未见煤层露头及火烧。煤层较稳定，沿走向厚度较大，但总体以中厚煤层为主，该煤层南部略厚，沿倾向向南有增厚的趋势，走向上较稳。全层厚度7.40m10.35m，平均8.53m；可采厚度7.30m10.35m，平均厚度8.40m。煤层结构简单。顶板以粗砂岩为主，局部为含砾粗砂岩、细砂岩；底板以粗砂岩为主，局部为含砾粗砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩。与上部B2煤间距在9.8632.82，平均在15.95。综上所述，井田内的B1、B2、B4煤层属全区可采的稳定的巨厚煤层，B3、B5、B6煤层属全区可采的稳定的中厚厚煤层，B31煤层属大部可采的较稳定型的中厚煤层。因此井田内煤层稳定程度总体属稳类型

30、（一型）。四、煤质（一）煤的物理性质和煤岩特征1煤的物理性质井田内各煤层的物理性质基本相同，各煤层为沥青光泽，黑色，条痕黑褐色。节理较发育，断口以参差状为主，局部呈贝壳状和平整状，煤层呈条带状结构，层状构造，煤的质地较硬，但较脆，易破碎。井田内编号煤层为B6、B5、B4、B3、B31、B2、B1，平均视相对密度分别为1.38t/m3、1.36t/m3、1.34t/m3、1.20t/m3、1.33t/m3、1.35t/m3、1.37t/m3。2煤岩特征煤层宏观煤岩组份以亮煤为主，暗煤次之。宏观煤岩类型为半亮型煤。（二）煤的化学组成1煤的工业组成各煤层工业分析详见表1-2-4。表1-2-3 煤层特征表煤层号全层厚（m）可采厚（m）层间距（m）夹矸层数结构数据统计稳定性面积可采指数可采性控制程度顶、底板及夹矸岩性两极值平均值（点数）两极值平均值（点数）两极值平均值（点数）标准差变异系数（%）控制范围最低水平（米）顶 板底 板夹 矸B61.332.882.26(3)1.332.521.95(3)7.1926.7516.97(2)0-1简单0.6031稳定0