采煤工作面放顶煤开采设计方案.docx

1、采煤工作面放顶煤开采设计方案 11110采煤工作面 放顶煤开采设计 登封市宏鑫煤业有限责任公司 二OO九年七月11110采煤工作面放顶煤开 采设计 为认真贯彻落实“安全第一，预防为主，综合治理”的方针，加强我矿放顶煤开采安全技术管理，遏制较大及以上事故的发生，保障煤矿安全生产，根据煤矿安全规程、国家安全监管总局、国家煤矿安监局关于加强煤矿放顶煤开采安全管理工作的通知安监总煤行2008130号）等要求，结合我矿实际，特编制11110采煤工作面开采设计。 1、编制依据、原则及要求 设计根据初步设计、安全专篇及回采地质说明书和开采技术资料为依据，以保证安全生产为前提，符合煤矿安全规程和有关技术管理规

2、定，最大限度回收煤炭资源，实现安全高效开采。 2、放顶煤开采设计 2.1 工作面简况 矿井采用三立井单水平上下山开拓，由于三个立井均位于井田西北部，且中东部采区的采空区面积大，故矿井分前后期开采，前期以开采西北部采区为主，后期开采东翼采区，前期利用原宏鑫矿的主井作为技改主井，直径1 / 89 3.8m，井深142m，采用双箕斗提升，并安装梯子间作为安全出口。原宏鑫煤矿的风井作为技改副井，直径2.6m，井深138m，采用单罐笼提升。原宏鑫煤矿的副井为作技改风井，直径2.4m，井深128m，安装梯子间作为矿井另一安全出口。主、副井之间由轨道运输巷连通，主、副井通过运输上山和轨道上山分别与风井连通，

3、形成完整的运输、通风系统。井下采用单水平上、下山开拓。井田划分为：中部上山采区、东部下山采区。首采区为中部上山采区，二煤层赋存于山西组下部，煤层厚度1.9613.171，平均厚度7.25，煤层结构简单，不含夹矸,首采11110工作面位于副井南部，开采水平标高在+260-+280M之间，工作面走向长度60m，工作面长度60m。 2.1.1工作面位置、周边关系及开采情况 11110首采工作面位于副井南部,系首采区中部上山采区，其它相邻采面还未开采。 2.1.2地形地物 为低山丘陵地形。区内地势呈西北高、东南低，最高海拔标高为336.0m，最低海拔标高为268.0m，相对高差68.0m。地面冲沟发育

4、，有利于大气降水的迳流和排泄。全区被黄土覆盖，有树木，本区地表水系不发育。采掘将2 / 89 造成地面塌陷或产生裂隙，但村庄及建筑物已搬迁，对回采无影响。 2.1.3工作面参数、开采技术条件及煤层赋存特征 2.1.3.1工作面倾斜长度60m，工作面走向长度60m，工作面煤层倾角伪倾角平均为8，每天三班作业，循环进度为1m。正规循环率70%，月循环21个，原煤容重为1.35t/m。 32.1.3.2开采技术条件及煤层赋存特征 2.1.3.2.1 区域地质背景 本区位于华北板块南部之嵩箕构造区的篙箕断隆南部颍阳-芦店向斜南翼。 区域地层划分属华北地层区嵩箕小区，主要发育地层为前震旦系、震旦系、寒武

5、系、奥陶系中下统、石炭系中上统、二叠系、三叠系、新近系和第四系，其中石炭系和二叠系为主要含煤地层。本区及周围无岩浆岩。 区域构造形态为一轴向近东西向-北东向的向斜构造颍阳-芦店向斜），断裂构造较发育，以正断层为主，主要有东西向、北西向、北东向三组。 区域矿床以煤矿床为主，局部发育铝土矿、石灰岩等矿床。区域主要可采煤层为赋存于山西组下部的二煤层，13 / 89 为层位稳定、全区普遍可采的中厚-厚煤层；下石盒子组的五煤层为大部可采煤层。 3 2.1.3.2.2矿区地质 区内基岩大部被第四系覆盖，仅在矿区西部及北部有零星出露。据钻孔揭露，发育地层有寒武系上统、3奥陶系中统O）、石炭系中上统C）、二叠

6、系P）2+32和第四系Q），现由老至新分述如下： 2.1.3.2.2.1 寒武系上统） 3以灰色、浅灰色厚层状白云质灰岩为主，含少量燧石团块，底部夹薄层灰岩，矿区钻孔揭露最大厚度为11.62m。 2.1.3.2.2.2 奥陶系中统马家沟组Om） 2为煤系地层沉积基底，在区外南北两侧有零星出露。以浅灰色石灰岩为主，隐晶质结构，局部还夹泥质灰岩及薄层泥岩，上部具溶蚀现象及缝合线，下部夹角砾状灰岩。本组厚38.22m。 2.1.3.2.2.3 石炭系C） 1）中统本溪组Cb） 2在区外南北两侧有零星出露，以浅灰色铝土质泥岩为4 / 89 主，局部为铝土矿，具鲕状和豆状结构，含黄铁矿结核及团块，局部呈

7、层状出现。在HG曲线上呈下低上高的异常反映，主要是该组地层中镓元素含量较高所致。该层铝土质泥岩是对比一煤层的主要标志层。本组厚度为4.00m以滨1海泻湖相沉积为主。 本溪组与下伏马家沟组为平行不整合接触。 2）上统太原组Ct） 3为区内主要含煤地层之一，由灰、深灰色中-厚层状石灰岩、深灰色泥岩、砂质泥岩、砂岩和煤层组成，厚56.50m，平均69.99m。共含煤7层，仅底部的一煤层为1局部可采煤层，其它煤层均不可采。依据其岩性组合和沉积特征可分为三段。 下部灰岩段 自太原组底界至L石灰岩顶界，厚度为21.20m。主要4由灰-深灰色石灰岩、黑色泥岩、砂质泥岩和煤层组成，含石灰岩4层L-L），常合并

8、为12层，中夹泥岩或砂质泥41岩薄层，具燧石团块和黄铁矿结核，含蜓类、介形类、海百合、腕足类等动物化石及其碎屑，其中L石灰岩特征明1显，在DLW曲线上异常挺拔直立，宽大圆滑，为本区一良好标志层，局部与L石灰岩合并，厚度为3.7915.00m，25 / 89 平均11.21m。本段含煤3层一、一、一、），其中一1134煤层为大部可采煤层，一、一煤层不可采，该段石灰岩43与泥岩和煤层DLW曲线呈高低相间，曲线组合形态似“高山峡谷”状，为区内主要物性标志层。 中部碎屑岩段 自L石灰岩顶界至L石灰岩底界，厚度22.50m。由深74灰色中细粒砂岩俗称胡石砂岩）、灰黑色砂质泥岩、泥岩组成，夹薄层石灰岩L、

9、L）及煤层一、一、一6655），煤层均不可采。泥岩中含植物化石碎片和黄铁矿结7核，具水平层理和波状层理，砂岩以石英为主，呈正粒序，为区内辅助标志层。 上部灰岩段 自L灰岩底至L石灰岩局部为菱铁质泥岩）顶界面。97厚度为12.80m。以深灰-灰色石灰岩为主，夹深灰色泥岩、砂质泥岩、砂岩和煤层。该段含石灰岩3层L、L、87L），石灰岩具方解石脉和少量黄铁矿结核，含蜓类植物9化石。其中L石灰岩厚3.13-4.65m，平均3.95m，发育稳8定，特征明显，为本区主要标志层之一；L石灰岩不稳9定，常相变为菱铁质泥岩，为太原组与山西组分界标志层。含煤1层一），不可采。 86 / 89 据太原组岩性组合、沉

10、积特征及生物组合规律，在晚石炭世，本区为滨海地带，上段和下段的碳酸盐建造，标志着开阔的陆表海环境，中段的碎屑岩沉积则为海水动荡退出时形成的海湾潮坪环境，薄煤层则反映短期的泥炭沼泽组，沉积旋回显示海陆交替环境。 太原组与下伏本溪组为整合接触。 2.1.3.2.2.4 二叠系P） 本区二叠系保留厚度为162.68m，分为下统山西组和下石盒子组，共含煤2层，其中二煤层为本区主要可采煤1层，其它煤层均不可采。 1）下统山西组Psh） 1自L石灰岩局部相变为菱铁质泥岩）顶至砂锅窑砂岩9底，厚75.00m。为一套灰-深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩及中细粒砂岩为主组成的含煤地层，即二煤组。与下伏太原组为整合接

11、触。根据其岩性组合特征可分为四段。 二煤段 1自L石灰岩局部相变为菱铁质泥岩）顶至大占砂岩9底，厚度为20.00m。由深灰色泥岩、砂质泥岩、粉d砂岩、细中粒砂岩和煤层组成，具水平层理、脉状层理和透镜状层理，含菱铁质结核和黄铁矿散晶，富含植物根部7 / 89 化石及有机质条带。本段上部的二煤层，为全区普遍可采1煤层。 大占砂岩段 自大占砂岩段S）底至香炭砂岩S）底，厚度为xd26.00m。由深灰-灰黑色泥岩、砂质泥岩、砂岩组成，含煤1层二），不可采。下部为本区标志层之一的大占砂2岩S），厚5.32-15.95m，平均10.38m，为深灰、灰色d细中粒砂岩，成分以石英为主，次为长石，层面含丰富的白

12、云母碎片和炭屑，物性特征明显，在DLW曲线上呈中高阻反映，是对比二煤层的重要标志层。泥岩和砂质泥岩具1水平层理和波状层理，含大量植物化石及碎片。 香炭砂岩段 由灰色、深灰色泥岩、砂质泥岩和中细粒砂岩组成。下部为香炭砂岩S），厚0-13.85m，平均5.94m，为中x细粒砂岩，局部为粗粒砂岩，成分以石英为主，层面含白云母片和炭质薄膜，可见重矿物包体，为本区主要标志层之一。本段厚18.00m。 小紫泥岩段 由泥岩、砂质泥岩及粉砂岩、细粒砂岩组成，顶部泥岩含铝质，具紫斑及菱铁质鲕粒，俗称小紫泥岩，为本区8 / 89 一辅助标志层。本段厚11.00m。 山西组底部为大面积稳定的潮坪沉积，向上演变为泻湖

13、沉积，中、上部则以三角洲沉积为主。 2）下统下石盒子组P） 1x本组在区内仅仅保留下部三煤组，厚度为厚90.95-112.20m，平均101.58m，与下伏山西组为整合接触。底部为细中粒砂岩俗称砂锅窑砂岩S），厚5.14-sh12.40m，平均8.71m，含黑色泥岩包体和泥岩条带，局部见石英细砾，硅钙质胶结，交错层理，在DLW曲线上呈高阻反映，HGG、HG曲线上呈高密度、低伽玛值反映，特征明显，为下石盒子组与山西组的分界标志层。下部为浅灰-紫灰色铝土质泥岩俗称M村泥岩），具鲕状结构，鲕粒成分为菱铁质，易于辨认，为本区辅助标志层。中上部为深灰色泥岩、砂质泥岩与砂岩互层，含少量植物化石及菱铁质鲕粒

14、。 三煤组以三角洲平原湖泊相沉积为主。 2.1.3.2.2.5 第四系Q） 以角度不整合覆盖于各地层之上，上部为黄土，下部为黄土夹砾石，厚度为15.00-32.00m。 2.1.3.2.3 构造 9 / 89 2.1.3.2.3.1 总体构造特征 本区总体构造为一向南西倾伏的向斜构造。区内共发育2条正断层，结合箕山勘探区构造发育情况，确定构造复杂程度属中等。 2.1.3.2.3.2 主要构造 1）朱家沟向斜 轴部位于矿区东部，轴向北东-南西，向南西倾伏，为一对称向斜。东南翼被F断层切割，地层走向20左右，倾05向290，倾角8左右；北西翼被F、F断层切割，断层上00109盘地层走向65-75，

15、倾向155-165，倾角8左右，断层下000盘地层走向38-50，倾向308-320，倾角7-9。该向斜由000原登封市告成镇王窑村新星煤矿采掘工程揭露，已查明。 2）F断层 10位于本区中部，延伸长度大于2km。断层走向50，倾0向140，倾角70左右，落差30-70m，为南东盘下降，北00西盘上升的正断层。地表有出露，区外有11505、11307钻孔控制，本矿在生产中揭露，已查明。 3）F断层 9位于本区中部,延伸长度大于1.5km,断层走向27-56，0倾向117-146，倾角70左右，落差10-30m。为北盘下0010 / 89 降、南盘上升的正断层。该断层由地表露头控制，已查明。 4

16、）F断层 5位于本矿东南部，走向58，倾向328，倾角70左000右，落差20-80m，该断层由区外11711钻孔及地表露头控制，已查明。 2.1.3.4 开采技术条件 2.1.3.4.1 工程地质 据以往勘探资料，二煤层顶板局部具伪顶，岩性多为1炭质泥岩或砂质泥岩，厚度一般小于0.2m，随采随落。直接顶为砂质泥岩、泥岩或粉细粒砂岩，呈互层状发育；老顶为中细粒砂岩。二煤层底板无伪底，直接底板多为粉细1粒砂岩或中粒砂岩。 区内一煤层局部具泥岩或炭质泥岩伪顶，厚度一般小3于0.3m，随采随落，直老顶岩性为厚层石灰岩和粉细粒砂岩，厚度为5m左右。底板岩性多为铝土矿或铝土质泥岩。 2.1.3.4.2

17、工程地质条件评价 矿区内以往未进行过岩石物理力学性质实验工作，但从新登煤矿及本矿二煤层开采实践经验，除泥岩的抗压强1度偏低外，其余岩石的抗压强度均比较高，按其岩性组合11 / 89 特征，应属II-III类顶底板，其顶底板稳定性较好，生产中易于维护和管理，偶而可出现掉块或冒顶等不良工程地质现象。 2.1.3.4.2 环境地质 2.1.3.4.2.1 煤层瓦斯 本矿井瓦斯相对涌出量为6.92m/t，绝对涌出量为31.03m/min，属低瓦斯矿井。 32.1.3.4.2.2 煤尘与煤的自燃 根据国家安全生产洛阳矿山机械检测检验中心2008年6月30日检验报告。煤自燃倾向性等级分类为：III类，有煤

18、尘爆炸性。 2.1.3.4.2.3 地温 据登封煤田新登煤矿改扩建地质勘探报告）核查资料，垂深300m以浅地温为19.34-20.28，平均为19.8，地温梯度平均1.07/百M，低于地壳的平均值3-3.3/百M，核查区矿井煤层底板温度小于31，属正常地温区，无热害影响。 2.1.3.4.2.4 地震 依据河南省地震局资料，本区地震列度为VI度，设防12 / 89 烈度VII度。 2.1.3.4.2.5 环境地质现状及预防 区内由于采矿生产所造成的不良环境地质现象，即生产地质灾害主要表现为地裂缝、地表沉陷和煤粉）尘大气污染。 本矿煤矿床埋藏较浅，井巷回采落顶后，可在地表形成地裂缝和沉陷凹地，使

19、地表岩土）体失稳，产生崩塌，雨季可形成滑坡、泥石流、岩体崩塌等地质灾害，地表沉陷是矿井采掘生产过程中引起的较大的环境地质问题，它不仅破坏道路、房屋等地表建筑和设施，而且破坏农田、积滞洪水或地表水回灌矿坑；煤粉）尘大气污染，主要是煤场、矸石山、采石厂和运输通道附近的煤尘扬尘，以及工业锅炉排放的烟尘污染。 地表沉陷和煤尘大气污染破坏了生态环境和加大了煤矿经营成本，故在生产过程中，在地表沉陷区应开挖排洪渠道、及时回填塌陷凹地和地裂缝及其它防、排水设措）施，并要加强地表地质环境的监测、预报物理性质和煤岩特征 二煤为黑色，粉状间夹块状、粒状煤，粉状煤的原114 / 89 生结构、构造不清，块状煤具似金属

20、光泽。煤岩组分以亮煤和镜煤为主，暗煤次之，间夹微量丝炭和少量镜煤条带，宏观煤岩类型以半亮型煤为主，兼有少量光亮型及半暗型，二煤的视密度为1.35t/m。 31(2化学性质 水分 原煤水分(Mad为0.711.28%，平均1.00%。 灰分(Ad 原煤灰分(Ad为12.0718.06%，平均14.64%属低灰煤。 硫分(St,d 原煤全硫含量(St,d为0.210.31%，平均0.25%，属特低硫煤。 挥发分(Vd 浮煤挥发分(Vd为11.90%。 高位发热量(Qgr,vd为29.1729.31MJ/kg。 ，以浮煤干燥无灰基挥发分(Vdaf、粘结指数(G和胶质层最大厚度(Y为主要指标，确定煤层

21、煤类结果，见下表。 煤层煤类确定结果表 指标特征 煤类 煤层Y(mm Vdaf(% G 0 11.90 0 贫煤 二15）煤质综合评价 区内二煤为低灰、特低硫、高热值之贫煤，热稳定1性较好、易分选、结渣性中等为主要特征，但是，煤的机械强度特低，化学活性弱，一般可作为动力用煤和民用煤为主。 2.1.4储量情况 11110采面走向去掉护巷煤柱平均可采长度为40M，倾斜长度60M，煤层厚度平均为5.0m,煤容重为1.35T/m，可采储量为1.68万吨。 32.1.5 水文地质及水害评价 2.1.5.1 水文地质资料 2.1.5.1.1 区域水文地质简况 本区区域上处在登封煤田箕山勘探区东部，地质构造

22、上处在嵩箕山间颍阳-芦店向斜南翼东段浅部。区内地层走16 / 89 向近东西，向北倾斜的单斜汇水构造，南部为寒武-奥陶系灰岩及二叠系碎屑岩组成的低山丘陵区，中、北部为新近系冲洪积谷地。 根据地层岩性、厚度、含水空间特征及埋藏条件，区域上将含水岩组主要划分为：寒武-奥陶系和石炭系灰岩岩溶裂隙含水岩组，二叠系及三叠系砂岩孔隙裂隙含水岩组，新近系砂、卵砾石孔隙含水岩组。 地下水的补给水源有大气降水、地表水和含水层之间及其侧向补给，另处还有工农业生产及废水的渗入补给等，其中降水补给是本区地下水的主要补给水源。地下水在运移过程中，一部分在地质构造及地形适宜地段溢出地表，构成天然排泄点；一部分则继续向深部

23、迳流排泄；而区内各矿井的疏排水则为主要的人工排泄点。由于近年来矿井大量疏排地下水，而造成区域地下水位呈逐年下降趋势。 2.1.5.1.2 矿区水文地质单元位置及边界 地质构造上本区位于嵩箕山间颍阳-芦店向斜南翼东段，区内总体构造为一向南西倾伏的向斜构造。 区域水文地质上，本区属嵩箕山间向斜构造水文地质17 / 89 单元，核查区处在向斜蓄水构造南缘箕山水文地质亚单元浅部补给区。区内地层走向近东西，向北倾斜，南部为寒武-奥陶系灰岩裸露区，北部为二叠系碎屑岩组成的低山丘陵区，中部为新近系坡、洪积坡地。区内断裂构造不发育。2.1.5.1.3主要含水层 1）二煤层顶板含水层 1在二煤层之上60m范围内

24、，发育3-5层细-粗粒砂岩，1累计厚度20m左右。砂岩岩性致密坚硬，裂隙不甚发育，且多被方解石脉充填，据矿井生产情况，该含水层水主要以顶板淋水形式向矿坑充水，但水量较小，而西邻新登煤矿矿坑正常涌水量500m/h，最大为800m/h，水量较33大。另据登封煤田白坪井田地质资料，钻孔单位涌水量为0.0062-0.0181l/s.m,渗透系数为0.141-0.297m/d。所出露之泉水其流量雨季增大，旱季则干涸，动态随季节性变化明显。说明该含水层补给、迳流条件差异性较大，富水性也并不均一。 寒武-奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层 区域内揭露该层厚度为50m，具有自西向东逐渐增厚的趋势，岩性主要为石灰岩、白云

25、质灰岩，白云岩夹薄层或厚层石灰岩组成，其中部分溶洞、裂隙中充填有铝土质泥岩或粘土，主要出露于南部山区，岩溶发育，但极不均一。浅部勘查中漏涌）水钻孔的遇溶洞钻孔占揭露钻孔的5.8%,据野外调查和以往钻孔揭露，该层顶界面以下20-50m范围内发育有古岩溶，溶洞高0.1-1.0m。勘探中漏水钻孔的遇溶洞钻孔均分布于浅部风化带和断裂带两侧附近；垂向上在上部古剥蚀面以下10M内及下部与寒武系接触面为两个岩溶发育带，同时也是两个较强富水带。据以往资料记载，出露泉水流量均小于0.5l/s，多为季节性下降泉，含水层潜入深部后，地下水变为承压水，在地表冲沟内，可见季节性自流性泉水出露，据浅部钻孔抽水资料记19

26、/ 89 载，单位涌水量0.0096-1.86L/s.m,渗透系数为0.1567-5.85m/d,最高水位一般出现在每年的10-11月份，最低水位出现在次年的4-5月份，水位年变幅在30M左右，水位呈逐年下降之势，水化类型为HCO-Ca.Mg型水，矿化度30.3-0.4g/L，PH值为7.1-7.3。说明寒武-奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层水量充沛，水循环交替性好，水质优良，但其含富水性极不均一。该岩溶裂隙含水层段为一煤层底板直1接充水含水层，也是区内重要含水层。 2.1.5.1.4 主要隔水层 1）二叠系石盒子组隔水层 自二煤层之上60m起，上至基岩面的二叠系石盒子组1地层，岩性主要由泥岩、砂质泥

27、岩、粉砂岩、砂岩等组成，间夹薄层中粗粒砂岩，残留厚度一般大于50m，层位稳定，裂隙不发育，透水性差，隔水性能较好。该层上覆于二煤层之上，为其顶板的相对隔水层。 12）二煤层底板隔水层 1自二煤层底下至C/t上段灰岩顶之间的碎屑岩段，厚31度一般15m左右，岩性以砂质泥岩、粉细粒砂岩为主，底部夹一薄层灰岩或灰岩透镜体），分布连续，层位稳20 / 89 定，裂隙不发育，透水性差，隔水性良好。 3）太原组中部砂泥岩段 自L石灰岩顶至L石灰岩底，本段地层厚22.50m，岩74性主要由泥岩、砂质泥岩、砂岩等碎屑岩组成，以泥岩、砂质泥岩为主，间夹薄层灰层灰岩及胡氏砂岩含水层。但由于其夹持于厚层泥质碎屑岩之

28、间，且距开采煤层较远，又因含水层砂岩及灰岩致密坚硬，在该段中可起到骨架作用，相对增强了泥质碎屑岩层的抗压强度。该层段在地表呈零星出露，补给条件不佳，裂隙不发育，透水性差，正常情况下，隔水性能良好，能够阻隔太原组上、下部含水层之岩溶裂隙水充入矿坑，是太原组上、下段灰岩含水层之间的良好隔水层。 4）本溪组铝土质泥岩段 由浅灰色铝土岩及铝土质泥岩组成，具鲕状和豆状结构，含黄铁矿结核及团块，局部呈层状，平均厚10.00m，岩性细腻致密，透水性差，隔水性能良好，正常情况下能够阻隔太原组含水层与下部奥灰含水层之间的水力联系。 2.1.5.1.5 矿床充水因素分析 邻近开采二煤的矿井主要为新登二矿和新山煤1

29、21 / 89 矿。最低开采水平在0m左右，以顶板渗水为主，底板亦有涌水点，矿井涌水量随季节性变化，旱季最低水量为180m/h，雨季最高时可达550mh。 33大气降水、地表水及第四系砂砾石孔隙水 本区大气降水多集中于79月份，此时矿井涌水量较平时一般涌水量增大13倍，说明大气降水对矿井充水有直接影响。区内马窑沟、苇园沟均为季节性冲沟，自西南向东北横穿矿区中部，该沟仅在雨季有短暂水流，旱季大多干涸。东北部的颍河水，水流经过的地段岩层多为薄层第四系松散层和石盒子组风化碎屑岩类，其透水性较强，又因地表水及第四系孔隙水距西部二煤层露头较l近，煤层顶板无稳定的隔水层段，回采落顶后，塌陷破裂带即与上部颍河水及第四系孔隙水相沟通，在雨季或在局部地段，会对矿床产生直接或间接的充水作用。因此，大气降水、地表水及第四系砂砾石孔隙水是本矿主要的充水因素之一，生产中应做好地面和汛期的疏排水工作，以策安全生产。 砂岩裂隙水