红星二煤矿采场顶板方法应用研究初稿2.docx

1、红星二煤矿采场顶板方法应用研究初稿2修文县谷堡乡红星煤矿采场顶板控制方法应用研究 编撰人；章卫东 二一四年六月说 明修文县谷堡乡红星煤矿属正常生产矿井，2012年10月25日获得了贵州省煤矿安全监察局颁发的安全生产许可证（编号：（黔）MK安许证字0981），2012年12月14日获得了贵州省能源局颁发的煤炭生产许可证（编号：205201230158），目前的采矿许可证证号：C520000*4360、工商营业执照注册号：520000000017351（1-1）、矿长资格证号：201303013、矿长安全资格证号：12152010100918。证照齐全，生产规模为15万t/a。一、概述1矿井位置、

2、隶属关系红星煤矿位于贵阳市修文县城西方向，直距修文县城约11km，行政区划隶属修文县谷堡乡所辖，矿山交通运输以公路为主，矿山主井口有简易矿山公路与修文至乌栗的县级公路相接，里程为1km，经该县级公路可至修文县城，里程为16km，由修文县可上贵毕高等级公路，经贵毕高等级公路可至扎佐站台和贵阳市城区，矿井距扎佐站台约30公里，距贵阳市城区约65km，交通方便。该矿企业性质属私营，行政管理属贵阳市修文县能源局管辖。二、矿井现状1、矿井设计、审批和证照情况红星煤矿于2008年12月委托贵州正合矿产咨询服务有限公司编制了修文县谷堡乡红星煤矿（技改）开采方案设计，于2009年3月委托贵州正合矿产咨询服务有

3、限公司编制了修文县谷堡乡红星煤矿（技改）安全专篇，并均经评审通过，批复文件分别为黔煤规字2009180号关于修文县谷堡乡红星煤矿（技改）安全设施设计的批复和黔煤安监林字2009138号关于修文县谷堡乡红星煤矿（技改）安全设施设计的批复。矿井设计生产能力为15万t/a，2008年11月取得采矿许可证，2013年8月取得新的采矿许可证，证号：C520000*4360； 2012年10月取得安全生产许可证(证号：黔MK安许证字0981)；2012年12月取得煤炭生产许可证，证号：205201230158。2、矿井建设情况红星煤矿目前为证照齐全的合法生产矿井，建设规模15万t/a，工业广场布置在矿区东

4、部山坡一侧，地面生产、生活、办公设施等均已建成并投入使用。原设计的首采区为一采区，一采区已验收投产2年零2个月，目前正在开采一采区的K3煤层。矿井已掘巷道如下：主斜井、副斜井、回风斜井、井底车场、变电所、一采区运输下山、一采区轨道下山、一采区回风下山、一采区下部车场、采面回风巷、采面运输巷等。3、资源可靠性评价根据贵州省国土资源厅文件“关于贵州省修文县谷堡乡红星煤矿资源储量核实报告矿产资源储量评审备案证明（黔国土资储备字2008621号）”，评审备案的煤炭（标高1200m750m）资源量（332+333+334？）341万吨。其中，（332）83万吨；（333）235万吨；（334？）23万吨

5、。经计算，二采区可采储量73.6万t，可采期3.5年，资源可靠，可采期大于12个月，符合采区开采要求。3用户矿井可采煤层（K3）属优质无烟煤，具有广泛用途，可用于动力用煤、化工用煤及民用煤。该煤矿投产后煤炭销售市场前景广阔，省内市场主要用户有有电厂和其他燃煤用户；省外市场主要销往四川、重庆、湖南、两广及海南等缺煤省份。4外部协作条件交通条件红星煤矿位于贵阳市修文县城西方向，矿山主井口有简易矿山公路与修文至乌栗的县级公路相接，里程为1km，经该县级公路可至修文县城，里程为16km，由修文县可上贵毕高等级公路，经贵毕高等级公路可至扎佐站台和贵阳市城区，矿井距扎佐站台约30公里，距贵阳市城区约65k

6、m，交通方便。详见交通位置图。电源条件矿井采用双回路电源供电，已与修文县供电局签定高压供电合同，一回路来自110kV修文变电站10kV修乌线，供电距离11km，导线规格为LGJ-95；另一回路来自35kv洒坪变电站10KV洒箐线，供电距离11km，导线规格为LGJ-95。上述二回路电源供电方便稳定。矿井电源可靠，供电安全、有保证。水源条件矿井生活用水取自矿区西部边界外约2km处的江林水库，据调查，该水源完全能够满足矿井生活、生产用水需要。矿井目前正常涌水量为5m3/h，最大涌水量15m3/h，预计采终时正常涌水量为65m3/h，最大涌水量163m3/h，生产、消防用水采用经净化处理达标后的井下

7、水。 5、开拓方式利用矿井现有工业场地，设计采用斜井开拓。利用现有主斜井、副斜井、回风斜井。6、矿井通风方式矿井采用中央列式通风，机械抽出式通风方法。7、矿井开采方案的主要技术经济指标（1）矿井设计生产能力：15万t/a；二采区设计服务年限3.5a；（2）矿井开拓方式：斜井开拓。（3）采煤方法：设计采用走向长壁后退式采煤法，炮采落煤。（4）工作制度：年生产日数330天；井下每天三班作业；每班作业时间8h，每天提升时间16h。（5）职工在籍人数：299人；（6）原煤生产人员效率：2.3t/人；（7）二采区建设工期：15.4个月；（8）二采区移交生产时的井巷工程量为6487m（岩巷4892m，煤巷

8、1595m），其中：已有巷道2623.5m，新建巷道3863.5 m。（9）二采区总投资3393.58万元，吨煤投资226.23元；（10）财务内部收益率（税前税后）：102.6196.96%；（11）投资回收期（税前税后）：2.252.58（含建设期）；（12）投资利润率：102.61%、投资利税率：29.15%。第一章 井田概况 第一节 井田概况一、交通位置红星煤矿位于贵阳市修文县城西方向，直距修文县城约11km，行政区划隶属修文县谷堡乡所辖，矿山交通运输以公路为主，矿山主井口有简易矿山公路与修文至乌栗的县级公路相接，里程为1km，经该县级公路可至修文县城，里程为16km，由修文县可上贵毕

9、高等级公路，经贵毕高等级公路可至扎佐站台和贵阳市城区，矿井距扎佐站台约30公里，距贵阳市城区约65km，交通方便。二、井田自然概况1、地形地貌矿区为高原低中山地貌类型,地形起伏较大。地势总趋势为中部高西北低，矿区内最高处为矿井西南坡顶，矿山范围内最高标高1383米，最低点位于矿井西北河渠，标高1148米，相对高差235米。上二叠统长兴大隆灰岩及下三叠统夜郎组灰岩在矿区中西部形成馒头状溶丘。2、气象矿区属中亚热带季风潮湿气候区，冬无严寒，夏无酷暑，年均气温为13.6。最冷为1月，平均气温3.5，最热为7月，平均气温22.5 。年平均降水量1234.9毫m，降水分配不均匀, 510月为971.6,

10、占全年降水量78%，114月为263.3,仅占全年降水量22%。无霜期266天。3、河流矿区地势相对较高，处于细小支流的分水岭地段,区内无河流、水库等地表水体存在，仅分布有数条冲沟，沟水由大气降雨补给，枯季基本无水，雨季随降雨量变化，主要受大气降水的控制。沟水从东南向西北流出矿区并向西南汇入猫跳河，当地侵蚀基准面海拔高程为1150m。4、地震根据建设部、质量监督检验检疫总局2001年7月联合发布的建筑抗震设计规范（GB500011-2001）附录A-我国主要城市抗震设防烈度设计基本加速度，该井田图1-1 红星煤矿交通位置图范围内地震烈度为6度。5、地温及冲击地压本矿应属正常地温区域，无热害影响

11、。修文县谷堡乡红星煤矿资源/储量核实报告中未提供确定冲击地压的基础资料，根据本矿井生产资料未出现冲击地压现象。矿井暂按无冲击地压考虑。但在巷道布置时应尽量避开应力集中区，掘进和采煤时也应注意应力集中影响。三、井田境界根据贵州省国土资源厅于2013年8月颁发的修文县谷堡乡红星煤矿采矿许可证（副本）（证号：C520000*4360），有效期限：自2013年8月至2017年4月；生产规模：15万t/a；矿区面积：1.349 km2。 共由6个拐点圈定，矿区范围拐点坐标见表1-1-1。表1-1-1 矿区范围拐点坐标（西安80坐标系） 拐 点XY12968870.61135646041.64622969

12、661.61735645531.64632970531.61935646591.65442970416.61735647191.65752969651.61435646657.65262968981.61135646515.649开采深度：由1200750米标高矿区面积：1.349平方公里第二节 市场预测我省煤炭产品需求主要有省内和省外市场。十二五期间我省煤炭需求量预测：一、主要耗煤行业规划煤炭需求量（1）电力行业根据贵州省电力规划，“十二五”期间电网统调规划装机容量，见表1-2-1。表1-2-1 贵州省2011-2020年火电规划装机容量表2011年2012年2013年2014年2015年2

13、020年全省火电装机容量（万千瓦）193422642574309435744474其中：统调（万千瓦）181420842274267430943994其它（万千瓦）120180300420480480电煤需求量（万t）5540649071408580991012400（2）化工行业化工用煤主要包括合成氨使用的无烟煤和供热燃料用煤，煤基醇醚替代液体燃料、煤经甲醇制烯烃工产品以及煤炭液化（煤制有油）将是未来化工用煤需求的增长点，但不确定因素诸多。根据贵州省煤电化一体化基地规划，“十一五”以煤基醇醚替代燃料为新型煤化工发展的突破口，“十二五”发展煤经甲醇制烯烃，“十三五”之后，视市场需求、技术发展和

14、国家产业政策的要求发展煤炭间接液化。2011年化工用煤约1170万t，2012年新增煤基合成氨生产能力133万t/a，甲醇（商品或中间产品）42万ta，需增加原煤（含原料煤和燃料煤，以下同）约440万t/a；2015年新增甲醇等煤化产品（商品或中间产品）生产能力648万t/a，需增加原煤1620万t/a；2020年新增甲醇（商品或中间产品）生产能力340万t/a和300万t/a间接液化项目，需增加原煤1600万t/a.。（3）建材行业建材行业水泥和实心粘土砖耗煤占建材行业耗煤的90以上。目前，实心粘土砖占比例水泥生产工艺比较落后，使得水泥生产平均能耗比国际先进水平高近50，节能潜力很大。随着国

15、家对实心粘土砖限制、小水泥厂的关闭、水泥工艺水平和节能水平的提高，行业整体煤炭消耗应呈下降趋势。我省2012年水泥产量预计在3000万t左右，建材行业原煤消费量为1000万t左右，20152020年建材行业原煤消费量将维持在1100万t左右。（4）生活及其他行业主要包括居民生活消费和轻工（造纸、农副产品加工、食品、饮料、纺织等）、机械等行业用煤。随着人民生活水平的提高，生活用能总量和人均生活用呈上升趋势，但主要是优质、清洁能源消费增长，煤炭消费增长。随着我国产业结构调整步伐的加快，以及其他能源的大量使用等因素，其他行业用煤将逐步下降。2、煤炭调出量我省周边省（市、区）多为煤炭资源贫乏的调入地区

16、，由我省调入比“北煤南运”可节省相当可观的运输费用。参照国家大型煤炭基地规划的要求，“十二五”期间逐年煤炭净调出量均按4000万t。3、“十二五”煤炭总需求量表1-2-2 “十二五”贵州省煤炭需求量预测表 万t煤炭消费类别“十二五”（规划）“十三五”（展望）2011年2012年2013年2014年2015年2020年1.电力行业55406490714085809910124002.化工行业1650180022002500323048303.冶金行业1160125015001650190021004.建材行业1000105010501100110011005.民用及其他1380136013001

17、20011001100省内需求合计1073011950131901503017240215306.调出量400040004000400040004000煤炭需求总计147301595017190190302124025530调出量中含焦炭产品调出所折合的原煤调出量（1）电煤仍是未来煤炭需求量增长的重要因素；新型煤化工发展是未来煤炭需求主要的增长点。（2）煤炭需求预测考虑了技术进步带来的节能因素，但留有一定余地，如节能到达预测效果，需求量将会有所减少。（3）新型煤化工发展的不确定因素多，市场需求、技术发展乃至国际政治局势等都将对其构成影响。随着国家西部大开发战略“黔煤外运”重点战略工程的实施，我

18、省煤炭外销将有广阔的市场前景。贵州省煤炭远远不能满足市场需求。该煤矿的建成，对本地区市场而言有电厂和其他燃煤用户，对省外市场来说有四川、重庆、湖南、两广及海南等缺煤省的用煤需要。该矿K3煤层为中灰、中硫、高热值无烟煤，具有广泛用途，可用于动力用煤、化工用煤及民用煤。该矿煤炭储量较丰富，资源较可靠，地质、开采条件较好，电源、水源有保证，交通较为便利，为矿井的建设及其产品的销售提供了有力的保证。因此，该矿煤炭销售市场前景广阔。第三节矿井建设的外部条件一、外部运输条件红星煤矿位于贵阳市修文县城西方向，矿山主井口有简易矿山公路与修文至乌栗的县级公路相接，里程为1km，经该县级公路可至修文县城，里程为1

19、6km，由修文县可上贵毕高等级公路，经贵毕高等级公路可至扎佐站台和贵阳市城区，矿井距扎佐站台约30公里，距贵阳市城区约65km，交通方便。详见交通位置图。二、电源条件矿井采用双回路电源供电，已与修文县供电局签定高压供电合同，一回路来自110kV修文变电站10kV修乌线，供电距离11km，导线规格为LGJ-95；另一回路来自35kv洒坪变电站10KV洒箐线，供电距离11km，导线规格为LGJ-95。上述二回路电源供电方便稳定。矿井电源可靠，供电安全、有保证。三、水源矿井生活用水取自矿区西部边界外约2km处的江林水库，据调查，该水源完全能够满足矿井生活、生产用水需要。矿井目前正常涌水量为5m3/h

20、，最大涌水量15m3/h，预计采终时正常涌水量为65m3/h，最大涌水量163m3/h，生产、消防用水采用经净化处理达标后的井下水。四、主要建筑材料供应条件矿井所需钢铁、水泥、砖、石料和木料等当地市场均有销售。总之，矿井建设外部的交通条件、电源、水源、通讯等基本满足矿井建设需要，加之当地政府的重视和支持，矿井的外部协作条件较好。第四节矿井建设的资源条件一、地质特征1、地层 第四系（Q）:为残积、坡积及冲积物组成，厚0-5米，与下伏地层呈不整合接触。矿区内出露的地层由老到新有上二叠统龙潭组（P3l）、长兴、大隆组（P3c+d）、下三叠统夜郎组（T1y）及第四系（Q）。 夜郎组（T1y）：下部为黄

21、绿色、灰色薄层粘土岩、粉砂岩及灰岩。上部为灰色中-厚层灰岩夹少量粘土岩。未见顶，出露厚度大于120米。与下伏长兴、大隆组呈整合接触。 长兴、大隆组（P3c+d）：分布于矿区的南东外围为灰、深灰色中-厚层燧石团块状生物屑泥晶灰岩，顶部为中厚层硅质岩，厚30-40米。与下伏龙潭组呈整合接触。龙潭组（P3l）：为本区的含煤地层，属海陆交互沉积，以灰、灰黄、黄褐、黄绿色粘土岩、粉砂岩、粉砂质粘土岩、燧石灰岩、泥质灰岩为主，底部偶含黄铁矿及铁锰矿，产有腕足类、蜓类、羊齿类、蕨类及孔虫等动植物化石，一般含煤4-12层，可采煤层1层（K3煤层），总厚约80-120米。与下伏茅口组呈假整合接触。根据岩性可分为

22、上、中、下三段：第一段（P3l1）：岩性为灰色泥质粉砂岩、粉砂岩及粘土岩为主，夹1-2层泥质灰岩、硅质岩、燧石灰岩，含煤2-4层，均不可采，该层厚约40米。与下伏茅口组呈整合接触。第二段（P3l2）：岩性粘土岩、粉砂岩、粉砂质粘土岩、炭质泥页岩及煤层组成，含煤2-3层，含可采煤层一层（K3煤层），其余均不可采，厚约60米。第三段（P3l3）：岩性为粘土岩、泥质粉砂岩、粉砂岩及煤层组成，含煤线1-4层，厚度0.050.23m，均不可采，该层厚度约20米。茅口组（P2m）为煤系地层的下伏地层，上距K3煤层约60m，出露于矿区东南部边界外，为浅灰至灰色，中厚至厚层状生物碎屑灰岩，微晶及细晶结构，含腕

23、足类、珊瑚等动物化石及少量燧石结核，厚度不详。与上覆龙潭组（P3l）地层呈假整合接触。2、地质构造矿井位于扬子准地台黔北台隆遵义拱带，贵阳复杂构造变形区，区域东西向谷堡断层的南侧，腊腮断层的北西面，乌粟向斜南东冀。地层倾向280-320，倾角16-24，平均18，矿区为一单斜构造。二、煤层及煤质特征1、煤层1） 含煤性矿区含煤地层为二叠统龙潭组第二段，总厚约80120m左右，最多含煤层数412层，可采煤层1层（K3煤层），煤层总厚1.78-2.12m，平均1.9m左右，含煤系数1.7%，上距长兴、大隆组（P3c+d）底界53米。分布于龙潭组（P3l）中部。2）可采煤层特征矿区主要可采煤层为K3

24、煤层，叙述如下：K3煤层在坑采及老硐控制范围内，沿走向地段厚度变化在1.87-2.12m；沿倾向厚度变化在1.78-2.12m，就总的来说比较稳定，属较稳定煤层，无夹石，属简单煤层。顶板：直接顶板为粉砂岩，稳定性一般。底板：为粉砂质粘土岩，属软质岩组，遇水易膨胀，稳定性较差。K3煤层容重1.40t/m3。具体详见表1-4-1。表1-4-1 可采煤层特征表序号含煤地层煤层编号煤层厚度(m)煤层结构稳定性煤层倾角(度)顶底板岩性顶板底板1P3lK31.78-2.121.90不含夹矸较稳定16-2418粉砂岩粉砂质粘土岩2、煤质1）煤的物理特性和煤岩特征K3煤层为黑色，具金刚、玻璃光泽，块状构造，部

25、分为粉粒状，比重1.41.45，硬度23度，性脆，具棱角状、不平坦断口，内生裂隙不发育，少有结核状。2）化学特性根据资源/储量核实报告，原煤化学分析结果见煤质特征详见表1-4-2。表1-4-2 矿井可采煤层主要煤质特征表（原煤）煤层水分Mad (%)灰分Ad (%)挥发分Vda(%)硫分S,d(%)发热量Qnet,d (MJ/kg)煤种K30.88-1.4210.04-10.989.44-11.872.32-2.4529.2-30.08无烟煤根据原煤分析结果，按煤炭质量分级标准(GB/T15224.1-2004、GB/T15224.2-2004、GB/T15224.3-2004)，矿区内K3煤

26、层为中灰、中硫、高热值无烟煤。三、开采技术条件一）水文地质条件1、区域水文地质条件红星煤矿地处长江流域，为乌江水系猫跳河南东岸处地形以缓坡为主，境内的燧石灰岩、灰岩广泛分布，地貌如溶丘、洼地、峰丛、溶斗、伏流等分布普遍。猫跳河切割较深，地表水及地下水都至南东向北西排泄，最终流入猫跳河。区域内碎屑岩分布面积较小，主要包括三叠系下统夜郎组、二叠系上统龙潭组等的砂、泥岩。碎屑岩靠近地表时风化作用较强烈，风化裂隙较发育，含风化裂隙水，深部发育构造裂隙地段，含构造裂隙水为主，碎屑岩区地下水运动受地形、地貌、岩性、构造控制，富水性总体较弱，主要依靠大气降水补给，受地势影响，一般为近源补给、就近排泄。区域内

27、岩溶水和碎屑岩裂隙水均以大气降水作为主要补给来源，地下水动态随季节变化明显，一般每年5月地下水流量、水位开始回升，69月为最高值，其间出现13次峰值，1012月份进入平水期，水位、流量开始逐渐递减，到次年三、四月份降为最低值。区域内龙潭组煤层上覆的中强岩溶含水层之间一般具有较好的隔水层，含水层之间水力联系较弱，对煤矿床开采影响较小，只是当导水断层或其它导水通道勾通上覆含水层与矿床水力联系时，上覆含水层才会成为矿井的充水水源，从而威胁到煤矿床的开采。龙潭组煤矿床下伏茅口组灰岩强含水层与煤矿床深部下煤组煤层间隔水层较厚，其地下水间接威胁深部下煤组煤层的开采。2、矿区地层含、隔水性矿区面积1.349

28、km2，矿区地层含、隔水性简述如下（由下至上）：（1）二叠系中统茅口组（P2m）强含水层为煤系地层的下伏地层，上距K3煤层约60m，出露于矿区东南部边界外，为浅灰至灰色，中厚至厚层状生物碎屑灰岩，微晶及细晶结构，含腕足类、珊瑚等动物化石及少量燧石结核，厚度不详。该组为一强含水层。（2）二叠系上统龙潭组 (P3l)弱含水层地层广泛出露于矿区东部较低缓的山坡上，岩性以细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩，泥灰岩等为主，夹数层煤层。该组总厚约120m。龙潭组以碎屑岩为主，岩石含泥质成分多，因而岩石普遍抗风化能力弱，露头区有较厚的强中风化带，易渗入大量大气降水，含浅层风化裂隙潜水，越往深部，岩

29、石裂隙发育程度减弱，岩石含水性相应降低，仅含微弱基岩风化裂隙水和构造裂隙水，该组为一弱含水层。（3）二叠系上统长兴、大隆组（P3c+d）及三叠系下统夜郎组 (T1y)中等含水层该组地层呈条带状出露于矿区中、西部，岩性以燧石灰岩、灰岩为主，在夜郎组的顶、底部为泥岩和粘土岩，总厚在150160m之间。露头灰岩遭受风化作用和岩溶作用较强烈，岩溶裂隙发育，含较丰富的岩溶裂隙水，为区内中等含水层。（4）第四系(Q)弱含水层仅残留于山谷、溪沟、面积小。为碎屑岩的残积、坡积及冲积物，厚度一般小于5m，仅含微弱孔隙潜水。总体上该层为孔隙弱含水层。3、矿区充水因素分析（1）充水水源1) 地表冲沟水区内可采煤层缓

30、倾斜展布全矿区，并在东部的河沟中有露头，季节性的冲沟水沿途接受泉水及煤窑水、山坡紊流的补给，雨季还有较大面积大气降水汇入，水量较大，这些冲沟多位于含煤地层露头地带，冲沟附近的网状、脉状裂隙密集，它们与煤层风化、氧化带直接接触，可能沿风化裂隙、老窑及原矿井浅部采空区渗入或突入矿井，为矿井开采的直接充水水源。2) 第四系孔隙水矿区内覆盖的第四系，含水性弱，加之厚度不大，蓄水量有限，对煤矿开采影响小。3) 龙潭组弱裂隙含水层该组主要为碎屑岩，富水性总体微弱，在构造裂隙带及应力破坏影响的地段，含水量相对会较大，矿床开采到这些地段，矿井出水量会比正常出水量增大。该组为煤矿床开采的直接充水水源。4) 采空区积水红星煤矿上部已形成了38.53万的采空区。由于龙潭组以砂、泥岩为主，深部风化裂隙弱，起一定的隔水作用，使采空区易形成积水。红星煤矿已形成的采空区分布于矿区东南部（老系统）和东部（现开采系统一采区），它们均是矿