托克逊县雨田煤矿采空区火区回填治理实施方案.docx

1、托克逊县雨田煤矿采空区火区回填治理实施方案前 言2014年11月11日国土资厅函20141172号国土资源部办公厅关于同意河北省张家口市探矿权设施方案等22份矿业权设置方案备案的函同意新疆托克逊县克布尔碱矿区煤炭矿业权设置区划（以下简称矿业权设置）进行备案，矿业权设置将原伊拉湖乡联合煤矿二号井、雨田一号井（托克逊县雨田煤业有限责任公司1号井）、雨田煤业有限责任公司煤矿（原伊拉湖乡联合煤矿三号井）、伊拉湖乡联合煤矿五号井划归为四号井田，设置类型为探转采，四号井田范围拐点坐标详见表0-1-1，各井田及矿业权设置划定范围相对位置关系详见图0-1-1。表0-1-1 四号井田范围拐点坐标(80坐标)编号

2、YX编号YXS1 29585041.2 4776336.0 S4 29585525.1 4771000.5 S2 29586289.1 4774454.0 S5 29581470.1 4770389.7 S3 29585785.4 4773509.2 S6 29581348.4 4773484.1 本次采空区火区回填治理范围主要分布在原雨田一号井（托克逊县雨田煤业有限责任公司1号井）、雨田煤业有限责任公司煤矿（原伊拉湖乡联合煤矿三号井）范围内南部，其中：雨田一号井（托克逊县雨田煤业有限责任公司1号井）：采矿许可证证号：6500000622584；生产规模：11.00万t/a，矿区面积：1.22

3、99km2，有效期限自2006年12月至2012年12月；开采深度由1159.4m至950m标高。雨田煤业有限责任公司煤矿（原伊拉湖乡联合煤矿三号井）：采矿许可证证号：6500000422406；生产规模：9.00万t/a，矿区面积：1.0498km2，有效期限自2004年9月至2014年5月；开采深度由1200m至1060m标高。本次采空区火区回填治理范围内一号井、三号井均为仓储式采煤方法，回采率在30%以下。根据矿方提供相关资料，治理区范围内地表采空区塌陷坑、缝隙、着火点及火山岩随处可见，煤层露头煤长期自燃氧化，地面裂隙向井下采空区不断供氧，引起井下工作面着火，严重威胁矿井下阶段开发建设。

4、托克逊县雨田煤业有限责任公司重组以后，中泰集团成为控股股东，大力提倡安全环保的发展理念，为保障矿井下一步开发建设，避免采空区残煤自燃发火引发更大规模火灾，同时本着保护资源、治理环境的原则，将投入相应的整改治理资金，对该矿采空区塌陷、裂隙、自燃发火区等灾害隐患进行治理。受托克逊县雨田煤业有限责任公司委托，新疆煤炭设计研究院有限责任公司根据相关规程规范编制托克逊县雨田煤矿采空区火区回填治理实施方案。一、编制设计的依据1设计委托书。2煤矿提供的火区资料。3新疆维吾尔自治区煤田地质局一五六煤田地质勘探队2008年3月编制完成的新疆托克逊县克尔碱煤矿区雨田井田勘探报告；4新疆维吾尔自治区煤田地质局一五六

5、煤田地质勘探队2003年4月编制完成的新疆托克逊县布尔碱煤矿区四建煤矿生产地质报告；5煤田火区灭火规范试行；6煤炭工业露天矿设计规范（GB50197-2015）；7煤矿安全规程（2016年版）等与煤炭行业有关的其他规程规范。二、设计指导思想1执行“安全第一，预防为主”的安全生产方针。2贯彻执行火区治理原则：“统一规划，统筹安排，整体推进，综合治理，先易后难，科学有序，先控制，后灭火”。3执行“因地制宜，综合治理，技术可行，经济合理，施工安全”的灭火设计原则。4优先考虑采用露天开挖并回填方式进行灾害治理，对该区域火区进行开挖，彻底根治火源，回填覆土、适当进行绿化。5选择适合本矿地质灾害特点开挖工

6、艺，节省治理费用，提高工效。6根据地形、地质等条件，合理选择剥离物堆放场地，缩短汽车运距，便于排弃和回填，缩短治理工期。三、采空区火区治理工程的必要性及紧迫性1地质灾害的危害性井田范围内北槽煤和中南小槽煤经长期开采，下部形成较大面积采空区，地面形成众多塌陷坑。采空区残煤漏风不断氧化、冒烟、最终自燃，造成了宝贵煤炭资源的损失；煤层火烧又产生了大量的CO、SO2，H2S等有毒有害气体，污染环境。另外由于火区内温度高，岩石受烘烤后物理化学性质发生变化，导致岩石破碎，形成大量的裂缝，容易导致上部的岩石冒落形成更多的地表塌陷；地表裂缝和塌陷坑又进一步沟通了燃烧的煤层与外界空气的接触，为煤层继续燃烧发展提

7、供了更充分的通风供氧条件，导致火区条件进一步恶化，同时也向深部发展，进而燃烧更深部位的煤炭资源，形成不可控制的更大范围的火区，严重影响本矿的后续开发建设。另外，井田范围内煤层直接出露地表，由于长时间与空气接触氧化，煤层露头也发生氧化自燃现象，露头自燃不仅损失国家宝贵的煤炭资源，而且在地表将产生的大量热气、烟雾及CO、H2S、SO2等有害气体、严重污染周边的环境。2治理工程的必要性及紧迫性只有采取经济、合理、有效的采空区火区治理工程，才能控制灾害进一步蔓延，减少煤炭资源损失，使煤矿下阶段生产安全及周边农牧民的生命财产得到保障，经济上不再受损失，保护环境。考虑到将来井工矿后续开采，如不彻底清除火区

8、，则将影响到将来矿井的安全生产，给人员及设备等带来安全风险。因此，本矿采空区火区治理工程的实施迫在眉睫。四、地质灾害治理方案的确定现阶段对煤田塌陷区和火烧区等地质灾害常采用地表黄土覆盖方案、钻孔灌浆方案、地面开挖回填方案以及上述几种方案的综合使用。根据井田内地质灾害特征、范围以及地形、水源条件等，最终确定采用地面开挖回填治理方案，该治理方案不仅可以彻底根除火源，同时也能回收采空区部分残煤，以冲减部分投资，降低治理工程成本和费用。五、开挖工程量采空区火区治理范围开挖工程总量为4373万m3，其中剥离量3979.61万m3，可回收残煤503.54万t（约393.39万m），用于充减工程投资。第一章

9、 煤矿概况第一节 交通位置矿田位于托克逊县克尔碱矿区向斜南翼的中西部，行政区划属托克逊县管辖。矿田距托克逊县城约70km，向南12km为南疆铁路的望布火车站，向东22km通往托克逊火车站、克尔碱镇。由该站出发向东80km至吐鲁番车站与兰新铁路接轨，向西南经阿拉沟车站穿觉罗塔克山可达库尔勒，区内有多条简易公路与乌鲁木齐喀什314国道相通，目前克尔碱镇到托克逊县有柏油公路相通，总之，本区交通方便。矿田交通位置详见图1-1-1。第二节 地理经济一、自然地理地形地貌：本区位于吐鲁番盆地西北边缘低山丘陵地带，区内海拔高程在+1070m+1370m，高差为300m，邻近最高山峰海拔+1900m。西北高，东

10、南低，地面坡度2540，全区南北边缘为剥蚀山地，中间为斜平地，部分为晚更新世倾斜冲洪积台地复盖，断续有中生代地层出露。南部有零星小片沙丘和泉水，附近生长低矮的红柳和芦苇等。有的泉水附近形成小片沼泽，此外均无植被，呈现岩漠，砾漠地貌景观。气象：属大陆性气候，冬季干燥少雪，夏季酷热少雨。气温年度变化幅度59.9(-17.7+42.2)，年平均气温13.8，夏季地面温度可达+59.3。多年平均降水量仅20.3mm，多年平均年蒸发量5826.2mm。冰冻期为12月翌年1月，年最大冻土深86cm。该区属多风地区，风向多为北西，北北西，经常是狂风怒吼，飞沙走石，最大风速可达40m/s以上。2006年4月9

11、日21时30分，托克逊县至吐鲁番公路艾丁湖段、312国道小草湖段发生大风险情，风力超过12级以上，最大瞬间风速达32m/s以上。且这次大风扬沙天气持续时间之长、风力之大，是当地1984年以来首次遇到。该地区45月为风季，经常造成大风灾害。水文：区域内水系很不发育，常年水流仅有潘吉塔格苏河，流量0.0680.2m3/s，源自西部高山区末日齐克山东端北坡，经黑山与喀坑艾代山之间流入本区，年迳流量445.54万m3，春季融雪期水量较大，最高洪峰出现在78月，推测最大洪水量88.73m3/s。克尔碱村用潘河水灌溉，余量于红山口汇入白杨河。本区以东的克尔碱(镇)泉群流量为45.8973.41L/s。沼和

12、泉群流量3.627.43L/s，此外在东部本区外原12线、13线南端附近的泉群(泉2)流量为0.810.93L/s、单泉(泉1)0.350.42L/s。四号井田吐红布拉克泉群，位于2号井东北边界地区，该泉群流量稳定，流量在5L/s左右。吐鲁布拉克泉群，位于D线中部，该泉群流量稳定，流量在23L/s左右。二、经济概况托克逊县位于天山南麓，吐鲁番盆地西部，东邻吐鲁番市，南接尉犁县，西与和静县、和硕县相连，北隔天山与乌鲁木齐县相邻。全县总面积17342km2，下辖四个乡、三个镇，45个行政村，总人口10.5万人，有维吾尔、汉、回等十二个民族。托克逊县是历史上著名的“丝绸之路”上的重镇之一。自然资源优

13、势：托克逊县光照时间长，光热资源丰富，年光照率达69%，无霜期276天，年平均气温13.8，现有耕地面积24.18万亩，盛产棉花、小麦、白高粱、花生、绿 豆、葡萄、哈密瓜等农副产品。托克逊县的棉花以色白、绒长、弹性好著称，生产的红心脆甜瓜(哈密瓜)远销香港，出口国外，由于独特的地理条件，所产孜然品质优良，色香味纯。矿区一带为半农半牧经济模式，经济发展水平较低，除煤炭、膨润土资源开发外，没有其它的工业。目前仍为自治区级贫困县。矿区内新构造运动较发育，据新疆地震局资料，矿区地震动峰值加速度为0.10g，地震裂度值为度。第三节 煤层及煤质区内含煤地层为侏罗系下统八道湾组（J1b），控制的地层平均厚约

14、422.53m，共见煤层10层，其中可采、局部可采及零星可采、不可采煤层8层（由浅到深编号依次为5-2、5-0、4-3、4-2、4-1、3-5、3-4、（3-3）上、3-3、3-2煤层），稳定煤层2层(即4-2、3-3号煤层)。煤层平均总厚度20.07m，含煤系数约4.75%（煤层平均总厚与地层平均厚度之比）。可采煤层平均总厚16.29m。本次采空区火区回填治理实施方案主要针对矿田内3-3号煤层浅部。一、煤层3-3煤层厚度、层位稳定，属全区可采(21线至E线)。共有23个钻孔控制此煤层，煤层厚度、结构的变化情况是：倾向上在煤层浅部、深部薄，中部厚，在走向上东西两头薄中部厚。其中23个工程点控制

15、的勘查面积为8.99km2，可采面积为8.99km2，分布连续，面积可采性指数100；总厚度变化系数为30.34%，二级差变化指数为41.65%；可采厚度4.6516.76m，平均厚10.97m，可采厚度总厚度变化系数为31.74%，二级差变化指数为35.30%；资源量估算厚度4.6516.76m，平均厚10.97m，厚度变化系数为31.74%；含夹矸0-1，结构简单，为一全区可采的稳定煤层。本煤层结构较简单，含夹矸0-1。3-3煤层的顶板以浅灰-灰白色砂砾岩及粗砂岩为主，硅质胶结，致密坚硬，而底板则多为粉、炭泥岩类。3号煤组总的变化规律是东部地层、煤层西部比厚，岩性也较粗，煤层发育较好。而西

16、部地层、煤层均薄，煤层发育较差。3-3煤层特征见表1-3-1。表1-3-1 3-3煤层特征表煤层号煤层总厚有益厚度可采煤层厚度平均值夹矸数结构稳定性及控制程度两极值平均值两极值平均值3-34.65-18.6711.76（23）4.65-16.7610.97（23）4.65-16.7610.97（23）0-2简单23个孔见煤全区可采稳定二、煤质1物理性质3-3号煤层颜色呈黑-褐黑色，褐黑或深褐色条痕。煤的坚硬程度为较硬，煤芯多呈块状及柱状。具条带状均一结构，局部为叶片状结构。煤层光泽为沥青光泽及弱玻璃光泽，参差状、平坦状断口，局部呈贝壳状断口，裂隙较发育，煤芯易风化染手，局部含黄铁矿薄膜及鲕粒状

17、黄铁矿结核，3-3煤层视相对密度1.28t/m。煤简易燃烧试验：易燃、烟浓、焰长，有熔融或膨胀的现象。根据野外肉眼鉴定资料，煤岩组成均以亮煤为主，丝炭及暗煤次之，亮煤多呈条带状分布，丝炭组份呈线理透镜状分布，宏观煤岩类型以半亮型煤及暗淡煤为主，半暗型煤少量。根据试验室显微镜下观察，煤层显微煤岩类型以亮暗煤及暗煤为主，暗亮煤次之，其显微煤岩组成主要以镜质组分、惰质组分为主，壳质组分较少，半镜质组分为零，无机质中以粘土类矿物为主，碳酸盐类矿物及硫化物类矿物成分较少。3-3煤层主要煤岩组分为镜质组分，其组分含量平均为61.3%，其次为惰质组分含量为37.8%，壳质组分含量很少，平均仅为0.9%，镜质

18、组分主要以无结构镜质体中的基质镜质体和碎屑镜质体为主。惰质组分以丝质体中的氧化丝质体为主要成分，可见少的碎屑惰质体。壳质组分主要为小孢子体，多呈蠕虫状分布。未见焦块含量。煤的无机组分含量较低，主要成分为粘土类矿物，其含量平均为6.9%，呈浸染状呈薄层状分布，其次为结核状黄铁矿矿物质。煤岩鉴定成果详见表1-3-2。表1-3-2 煤岩鉴定两极值及平均值表煤层编号有机质各组%煤总成分%无机质各类%反射率变质阶段镜质组半镜质组惰质组壳质组有机质无机质粘土类硫化物类炭酸盐类3-317.6-75.3061.3(14)0(14)23.6-81.537.8（14）0.4-1.30.9(14)89.2-96.1

19、93.1(14)3.9-10.86.9(14)3.9-10.86.9(14)0.2-0.80.5(2)0.30-0.550.41(13)0-13-3煤层的镜质组最大反射率平均为0.41，变质阶段均为0-1阶段，属低变质的褐煤阶段。由以上结果可知该煤层是在沼泽积水较深的还原环境中形成。2化学性质（1）水分3-3煤层原煤分析基水分Mad在2.003.96%之间，平均为3.00%，浮煤分析基水分Mad在1.594.11%之间，平均为3.07%，属低水分煤层。（2）灰分产率3-3煤层原煤干燥基灰分产率在4.7711.58%之间，平均为7.28%，浮煤干燥基灰分产率在2.564.88%之间，平均为3.5

20、9%。根据GB/T15224.1-94煤炭灰分分级标准，3-3煤层原煤灰分产率属特低灰为主的煤层。（3）挥发分产率3-3煤层原煤干燥无灰基挥发分产率Vdaf在40.0046.44%之间，平均为43.80%，浮煤干燥无灰基挥发分产率在41.3144.99%之间，平均为43.13%。属高挥发分煤层。（4）元素分析3-3煤层干燥无灰基碳元素含量一般在78.7584.29%之间，平均为80.29%，其次为氧加硫的含量，其成份在8.5214.49%之间，平均为12.97%，氢元素含量在5.145.56%之间，平均为5.27%，氮元素含量在1.071.63%，平均为1.47%。（5）有害元素本区有害元素含

21、量总体较低，尤其是煤层中硫的含量、砷含量均属于特低之列，完全可以满足工业及民用煤的需要，使用时无需对原煤进行脱砷硫、脱砷处理。3工艺性能（1）发热量3-3煤层的原煤干基弹筒发热量Qb.d一般在28.1630.69MJ/Kg之间，平均为29.90MJ/Kg。干燥无灰基弹筒发热量Qb，daf一般在31.6934.02MJ/Kg之间，平均为30.98MJ/Kg，分析基高位发热量Qgr，ad一般在27.2429.84MJ/Kg之间，平均为28.78MJ/Kg。干基高位发热量Qgr，d一般在28.0730.64MJ/Kg之间，平均为29.68MJ/Kg。根据GB/T15224.3-2004煤炭发热量分级

22、标准属高热值-特高热值为主的煤层。（2）煤灰成分及灰熔融性3-3煤层灰成份主要以酸性的SiO2、Al2O3和碱性的CaO、Fe2O3等成份为主，其中SiO2含量平均为29.97%，Fe2O3含量平均为19.20%，CaO含量平均为18.00%，Al2O3含量平均为14.78%，这四种成份占煤灰成份的80%以上，其次为MgO、SO3、TiO2等成份，其灰成份的含量均在10%以下，灰熔融性软化温度平均在1215，属于低熔灰分的煤。4低温干馏（1）煤层焦油产率（Tar，ad）在10.7-15.1%之间，属富油-高油煤的煤层，半焦产率平均在65.970.8%之间，煤气及损失在9.410.0%之间。（2

23、）本区各煤层的热稳定性均较差，3-3煤层热稳定性（TS+6）值为68.0%。（3）煤的可磨性：本区对采取的煤样进行可磨性试验，由试验资料可知，煤层可磨性在4651%之间，属较易粉碎的煤。三、煤类及利用方向本次工作，对所有可采煤层均做了粘结指数、挥发份产率，3-3煤层挥发份(Vdaf)平均为43.13，由测试结果可知：3-3煤层以42号长焰煤为主，有少部分为41号长焰煤。3-3煤层煤质变化较小，其煤质特征为低水分为主，灰份产率为特低灰，高挥发份，特低硫，特低磷低磷，低熔灰份，高-特高发热量，富油高油，较易粉碎，不具粘结性的长焰煤。3-3煤层厚度较大，结构简单-较简单，属稳定-较稳定，煤层煤质变化

24、较小，发热量高，有害元素含量较低，是优质的火力发电和动力用煤，也可做工业锅炉用煤及民用煤。煤层焦油产率较高，也可作为低温干馏用煤之原料。四、风氧化带区内煤矿多为顺煤层倾斜方向开采的斜井，煤层倾斜一般多为6545左右，据调查，煤矿斜深2730m，垂深1921m以上的煤多为沫煤，质量很差，斜深大于30m，垂深大于20m的煤，采出块煤，且都做为高品质煤出售，斜深大于30m，垂深20m以下的煤都属正常煤。因此确定本区风化带深度为煤层沿露头向下垂深20m。第四节 岩性特征一、基岩岩石物理力学性质依据勘探区钻孔揭露段岩石及岩体工程力学性质，含煤性、划分工程地质岩段，详见表1-4-1。表1-4-1 工程地质

25、岩段划分及稳固性评价一览表地层时代岩段编号岩段名称稳固性评价Q2pl +Q4aplE1第四系松散岩段结构松散稳固性差J2t- J2xE2侏罗系中统头屯组至西山窑组底粗粒相中夹细粒相岩段J2x底界 J1b（41）煤层煤层下部粉砂岩E3三工河组顶界八道湾（41）煤层下部粉砂岩含主采4-2号煤层细粒相岩段岩体分类为岩体质量差围岩稳固性差J1b（4-1）煤层下部粉砂岩以下（3-3）下部E4八道湾组（4-1）煤层下部粉砂岩以下至（3-3）煤层下部以粗粒相为主中夹细粒相含主采3-3煤层岩段岩体分类为岩体质量差围岩稳固性差二、煤层顶板岩石的稳定性勘探区侏罗系中统八道湾组赋存主采4-2、3-3号煤层，多发育直

26、接顶板及直接底板，老顶、老底、伪顶及伪底只限于局部地段。4-2煤层直接顶及直接底板多为粉砂岩，3-3顶板多为老顶板砂粒岩、砾岩；3-3底板多直接底板粉砂岩及老底粗砂岩。结合勘探区实际施工情况，并依据含煤岩系岩性特征，3-3号煤层顶、底板的稳定性评述如下：3-3号煤层顶板(10组样品)：砂粒岩。自然块体天然容重2.472.66g/cm3，平均值2.55g/cm3；吸水率1.203.38%，平均值2.52%；天然状态抗拉强度1.878.8Mpa，平均值33.8Mpa；饱和状态下单轴抗压强度957.1Mpa，平均值24.05Mpa29.42Mpa，为不稳定型顶板；软化系数0.270.74，平均值为0

27、.500.75，岩石质量等级为易软化的较软岩。3-3号煤层顶板导水裂隙带最大高度为314.09m。3-3号煤层底板(10组样品)：粗、粉、细砂岩类。自然块体天然容重2.412.68g/cm3，平均值2.57g/cm3；吸水率0.926.11%，平均值2.34%；天然状态抗拉强度2.186.6Mpa，平均值50.71Mpa；饱和状态下单轴抗压强度3.729.17Mpa，平均值29.17Mpa29.42Mpa，为不稳定型顶板；软化系数0.060.75，平均值为0.440.75，岩石质量等级为易软化的较软岩。综上所述，根据矿区水文地质工程地质勘探规范（GB12719-91）本区工程地质条件属层状岩的

28、工程地质条件中等型，即类二型。第五节 矿区开发历史及现状区内小窑一般分布于井田南部3号煤组沿走向分部，现分别由西向东叙述如下：一、伊拉湖乡联合煤矿二号井该井位于雨田一号井（托克逊县雨田煤业有限责任公司1号井）以西，位于本次勘查南部相毗邻，该井距离雨田一号井生产斜井约0.31.4km，建于1978年，井型为斜井，开采面积0.70km2，年产量约9万t。主巷道长325m，由浅入深坡度-34至-27。共延深13个水平，第十三水平标高963m，涌水量约150m3/d，且基本稳定。主斜井+963水平向东开采300m、向西243m已全部开采完。主斜井+985水平向西开采695m已全部开采完，主、副斜井东西

29、各留有20m的井筒保安煤拄。由于主斜井2006年坍塌，目前该井已停止开采。二、雨田一号井（托克逊县雨田煤业有限责任公司1号井）（1）生产井开采33号煤层，主井筒沿33号煤层底板开拓斜长309m，坡度3032，断面高2.30m，宽2.602.80m，井口安置JT1200/1028型，主绞车、电机功率55KW，风机功率18.5KW，ZK50NO12.5机型，在井筒煤柱中另开拓有通风井及人行巷。年生产规模2006年12月核定为11万t/a，2001年度煤炭产量约4万t，2002年度煤炭产量约7万t。2003-2006年均为7万t，2006年12月-2007年产量为11万t。煤矿共共延深七个水平，第七

30、水平开采深度约155m，高程为+964+981m，七水平向西开采至井田边界，该水平以上已全部开采完。+1023（五水平）向东掘进到700m，+988.00（六水平）向东掘进到500m，由于目前矿井正在进行技术改造，故还未回采，生产工作中共了解到的煤层厚度点6个，+1023（五水平）主井筒以东600m处煤层厚10.00m，700m处煤层厚10.10m，+988.0（六水平）主井筒以东380m处煤层厚10.01m，500m处煤层厚9.89m，+964运输巷主井筒东110m煤层厚9.62m，245m煤层厚度9.85m。生产矿井经自治区煤炭科研所鉴定为低瓦斯矿井。本井采用后退式方式开采33煤层，采仓长40m，宽8m，留5m安全煤柱，煤巷大部为裸巷，部分木支护。顶板为砂砾岩，坚硬，在垮落前封闭，现场调查发采空、塌陷及裂隙已发育到地表；底板为细、粉砂岩较稳定，井下有水，地下水位为1134m，出水点为集中在主井筒东600m左右的底板中，该处煤层及岩层均较破碎，给地下水的排泄提供了涌水通道。抽水设备在四、六水平安装，六水平安装QJ4080/2水泵，四水平安装QJ32104/8型水泵，每日排水约625m3/d，且基本稳定。（2）废井在井田西部为一号废井，开采42号煤层，主井筒沿42号煤层底板开拓，斜长354m，共开采16水平，坡度25-26，已采到井田边界；在井田中部为二