300水平十采区1315层煤采区设计说明书.docx
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300水平十采区1315层煤采区设计说明书
－300m水平十采区13、15煤层
上山采区设计说明书
Xx煤矿
二O一三年十一月
编写：
校审：
总工程师：
矿长：
前 言
一、企业概况
山东阳光矿业有限公司崖头煤矿原为泰安市崖头煤矿，于1974年由山东煤炭设计院进行设计，1975年经省煤炭管理局批准，于1975年11月建井，1979年7月投产，矿井设计生产能力为21万t／a，2003年6月按照建立现代企业制度的要求，完成企业整体改制，企业名称变更为山东阳光矿业有限公司，企业性质为有限责任公司，崖头煤矿为公司所属下设单位。
崖头煤矿位于新泰市翟镇镇境内，东距新泰市区约14km，西距泰安市区约65km，南距泰（安）新（泰）公路泉沟岭站约2.0km，南距京沪高速公路果都出口约15km，交通十分便利。
崖头煤矿于1974年由山东煤炭设计院进行设计，1975年经省煤炭管理局批准，于1975年11月建井，1979年7月投产，矿井设计生产能力为21万t／a，2003年由新汶矿务局设计院设计改扩建为30万t/a。
2006年经山东煤炭工业局核定生产能力为36万t/a。
2011年经山东煤炭工业局核定生产能力为42万t/a。
崖头煤矿矿区井田为新汶煤田泉沟勘探区二井田，开采2、4、6、11、13、15、16共七个煤层，开采上、下限标高为+10～-450m，井田境界共有19个地面拐点闭合圈定（同时注明南以F20、北以F18断层为界），矿区面积5.508km2。
截止2012年底矿井保有储量2092.5万吨，基础储量998.5万吨，可采储量628.1万吨，累计查明3209.7万吨。
二、矿井开拓开采基本情况
崖头煤矿矿井开拓方式为立井、暗斜井多水平联合布置，采用立井、暗斜井多水平上下山开采方式，共有四个立井。
主立井为主提升井，副立井为辅助提升井，两个回风立井，分别为北风井、东风井。
现东风井已停用。
矿井共有两个水平（-75m、-300m），-75水平已开采完毕，目前开采-300水平。
地面标高+180m，-75m水平上山阶段垂高85m，从+10m开采到-75m，-300m水平上山阶段垂高150m，从-150m开采到-300m，下山阶段垂高150m，从-300m开采到-450m。
全矿井共划分为10个采区，开采顺序原则上为先近后远，即采区前进式，对于不同煤层先采上层后采下层，同一煤层先采上部后采下部。
目前矿井在第二水平（－300m水平）生产，生产采区两个，分别为十采区、三采区。
2012年矿井通风能力核定为50.9万t/年。
三、设计采区基本情况
十采区15煤层上山采区位于矿井第二水平（－300m水平）第一勘探线和第二勘探线之间，其北至矿井北部边界，东至采区上山保护煤柱，西至已开采的九采区采区边界，南至十采区－300m水平运输大巷，东西走向平均长度500m，南北斜向平均长度470m，开采上限-150m，开采下限-340m。
15煤层地质储量为47.4万吨，呆滞煤量为18.3万吨，可采储量为13.04万吨。
采区生产能力为20万t/a，服务年限为0.47年。
十采区13、15煤层上山采区采用联合布置方式，本采区设计于2010年1月28日已上报，泰安市煤炭工业管理局以泰煤字［2010］26号批复了13煤层的开采，15煤层的开采待省煤炭局对15煤层特采设计批准后，重新编制采区设计报批。
现该采区15煤层的特采设计已由省煤炭局以鲁煤搬迁字［2013］159号批复，按照泰安煤炭局的要求，重新上报，批复该采区15煤层的开采。
第一章采区范围及地质特征
第一节采区概况
一、采区位置及范围
十采区13、15煤层上山采区位于矿井第二水平（－300m水平）第一勘探线和第二勘探线之间，其北至矿井北部边界，东至采区上山保护煤柱，西至已开采的九采区采区边界，南至十采区－300m水平运输大巷。
东西走向平均长度500m，南北斜向平均长度470m，开采上限-150m，开采下限-340m。
十采区13、15煤层上山采区采用单翼联合开采方式，整个采区呈矩形状。
本采区设计开采两个煤层，即13煤层、15煤层。
采区内13煤层含煤面积28.1万m2，15煤层含煤面积28.0万m2。
13、15煤层产状：
倾向165°，倾角8～14°，平均12°。
13煤层厚度为1.49m，15煤层厚度为1.40m，埋藏深度330～520m。
该采区所对应地面标高为+178～＋183m，地势较平坦，采区中部上方有迈来河穿过，河床宽度60m，地面东翼上部有陈上旺村庄压覆，本采区开采受地面建筑物影响，需进行特殊开采。
二、与邻近巷道、采区及地面关系
十采13、15煤层上山采区的13煤层上、下山采区已批复，现生产中。
该采区2101301工作面已于2011年6月回采结束，根据接续安排，现正开采2101303工作面。
矿井北部边界保护煤柱，与红旗煤矿相邻；采区东部边界为采区上山保护煤柱；采区西部边界为九采区13煤层人为采区边界；南部边界为Ｆ20断层保护煤柱。
采区附近无小煤窑开采。
15煤层上距13煤层平均10m，下距16煤层平均2.0m。
该采区所对应地面标高为+178～＋183m，地势较平坦，地面北翼有迈莱河流过，采区上部有李上旺村庄压覆，本采区开采受地面建筑物影响，需进行特殊开采，根据特殊开采设计预计变形计算，破坏程度控制在Ⅰ级范围之内。
附图1：
采区位置、范围及相邻关系示意图
第二节采区地质构造及水文地质
一、地质构造
十采13、15煤层上山采区揭露的断层有：
（1）FH1：
该断层位于采区上部，走向正断层，落差0～15m，走向345°，倾向75°，倾角65°，由东向西逐渐歼灭，该断层在施工已多次揭露，属查明断层。
（2）FH2：
该断层位于采区中上部，走向正断层，落差0～15m，走向270°，倾向0°，倾角30°，由东向西逐渐歼灭，该断层在施工已多次揭露，属查明断层。
（3）F23-1：
走向北北西，倾向北东，正断层，落差40～90m，为F23之分支断层，穿过断层的钻孔1个（156号孔），在我矿三采区多处揭露，南部西移，已基本查明。
（4）FA：
位于采区中部，倾向断层，落差30～50m，走向157°，倾向67°，倾角55°。
该断层自然将该采区分为东西两翼，该断层在施工已多次揭露，属查明断层。
表1断层产状情况表
断层名称
走向（°）
倾角（°）
性质
落差（m）
对回采影响程度
FH1
345°
65°
正
0～15
受两条断层影响，该采区中上部不可采，影响严重。
FH2
270°
30°
正
0～15
F23-1
NE
60
正
40～90
该断层为该采区东部边界，已留足煤柱，对回采影响不大。
FA
157
55
正
30～50
受该断层影响，自然将该采区划分为东西两翼，对回采影响不大。
断层对开采的影响表现在：
1、使煤层变薄。
2、使顶、底板整体性、连续性差，工作面矿山压力显现明显。
3、使工作面、采区回采率降低、生产效率降低，采掘接续紧张，成本提高。
4、使原煤灰份增加，矸石增多，煤质变差。
从以上掌握断层情况看，十采区地质构造复杂。
该采区无褶曲构造、砾岩层、陷落柱、风氧化带、火成岩侵蚀、侏罗系及第三系红层侵蚀等情况。
附图2：
采区地质剖面图
二、勘探钻孔情况
十采13、15煤上山采区范围内控制钻孔2个，即154号孔，地面标高181.01m，终孔深度468.09m，穿过层位为13、15、16煤层，钻孔的质量确定为乙级。
K1号孔，地面标高182.80m，终孔深度429.4m，终孔层位为13煤层底板，钻孔的封孔质量良好。
三、水文地质
1、地表水系
该采区区域内地形平坦，地面标高+170～+185m，西北地势高，东南地势低，地表水主要是6～7月份大气降水，但由于第三系巨厚红土层覆盖，与煤系地层无水力联系。
2、第四系含水砂层
第四系全区分布，沉积厚度0.39～9.09m，一般厚6～7m，含水砂层多分布在迈来河以西之古河床范围内（古河床分布范围见地形地质图），沉积成份以石英中粗砂为主。
属渗透性好、富水性强的孔隙潜水，流向南西，补给来源是大气降水。
第四系含水砂层因有下覆第三系红色地层阻隔，与煤系地层无水力联系。
3、煤系内部石灰岩含水层
一灰厚度0.50～3.55m，井巷工程多次揭露，结构致密，裂隙溶洞多被泥质充填，井巷揭露时一般无水或仅有少量淋水，对矿井充水影响不大。
四灰为13煤层直接顶板，厚4.98～11.50m，一般7.00m左右。
黑灰色，顶部质不纯，含较多泥质，底部有燧石结核，具裂隙和小溶洞，但多被方解石脉充填，本采区井巷工程多次揭露，裂隙不发育，一般无水，仅在断层带附近淋水较大，流淌数日即干，对开采影响不大。
但是，由于断层错动，四灰裂隙带易与徐草灰发生水力联系。
防治四灰水害，主要是防止断层破碎带导水。
4、本溪组徐灰、草灰含水层
2013年9月在十采区下山采区轨道下山底部对徐草灰进行钻探，实测徐草灰钻孔涌水量12m3/h，水压1.3MPa，突水系数T=0.044MPa/m，为渗透性强、富水性中等的岩溶裂隙承压含水层。
徐灰厚度4.50m，草灰厚度9.5m，徐灰、草灰相距很近，在该采区间距在4m左右，可视为一个含水层，徐灰上距13煤层29.5m。
上距15煤层19.5m，略有断层错动就可出现煤层与灰岩对口接触。
因此，徐、草灰对13、15煤层的开采构成威胁。
5、奥灰含水层
2013年9月在十采区下山采区轨道下山底部对奥灰进行钻探，实测奥灰钻孔涌水量18m3/h，水压1.65MPa，突水系数T=0.024MPa/m，为渗透性强、富水性强的岩溶裂隙承压含水层。
奥灰在该采区厚度800m左右，与草灰相距很近，间距在25m左右，受断层错动就可出现煤层与灰岩对口接触。
三者的水位标高都基本相近。
因此，奥灰水是开采13、15煤层的主要安全隐患。
6、本矿徐、草、奥灰水情况
我矿对徐草奥灰岩水共实施5个钻探孔，八采区在2002年9月在-300水平下组煤对徐、草灰岩水进行钻探疏放，初见实测水压值为0.8Mpa，初见钻孔出水量为6.0m3/h，现出水量稳定在4.0m3/h；九采区在2005年11月在-300水平下组煤对徐、草、奥灰岩水进行钻探疏放，初见实测水压值为0.5Mpa，初见钻孔出水量为2.2m3/h，现出水量稳定在0.5m3/h；十采11煤层下山区在2010年5月在-366水平下组煤对奥灰进行钻探疏放，初见实测水压值为0.96Mpa，初见钻孔出水量为1.0m3/h，现出水量稳定在0.8m3/h；十采13煤层下山采区2013年9月在轨道下山底部对徐草、奥灰进行钻探疏放，钻孔标高-412.5m，实测徐草灰水压1.3MPa，钻孔涌水量12m3/h，奥灰水压1.65MPa，钻孔涌水量18m3/h；二采区2013年10月在二采进风石门对奥灰进行钻探疏放，钻孔标高-323m，实测水压0.9MPa，钻孔涌水量13m3/h。
根据周围矿井情况看，小港矿奥灰水位降至-230m，红旗煤矿奥灰水位降至-250m。
通过近几年疏水降压，我矿现徐、草灰水位在-270m；奥灰水位在-250m。
通过本矿及周边矿井实际钻探揭露徐、草、奥灰水位情况看，属于高水头压力，徐草、奥灰底板承压水给安全施工带来威胁，施工前必须进行钻探探明。
7、隔水层
1、古近系红色砂质泥岩及石盒子组杂色泥岩、粉砂岩为良好的隔水层，它切断了大气降水、地表水、第四系潜水及古近系砾岩含水层水与煤系地层内各含水层之间的水力联系。
2、分布在煤系各含水层之间的泥岩、炭质泥岩、粉砂岩及煤层等均具有较好的隔水性能，可有效地阻隔煤系中下部薄层灰岩含水层与煤系上部砂岩含水层之间的水力联系。
8、断层导水性
该采区内断裂构造发育，共发育落差大于10m的断层5条，其中正断层4条、逆断层1条，断层带宽度较大，与断层落差呈正比关系。
大断层宽度大，小断层宽度小，断层带多为两盘岩石破碎物，岩块大小参差不齐，有的已被揉擦为粘土，比两侧岩石松软。
在自然状态下断层导水不良，断层带也不含水。
巷道揭露断层时，若断层带不靠近含水层则干燥无水。
若断层两侧为弱含水层（中、粗砂岩，薄层石灰岩）则有少量淋水现象。
开采15煤层时应加强水文地质工作，查明断层确切位置、分支支断的发育情况及断层对盘岩层的富水性，留足断层防水煤柱。
9、水文地质类型
（1）按照受采掘破坏或影响的含水层及水体划分
矿井各含水层补给条件有限，多以静水为主，断裂构造及裂隙发育处富水性较好。
15层煤开采时受采掘破坏或影响时孔隙、裂隙、岩溶含水层补给条件一般，有一定的补给水源，属中等类型。
（2）按照受采掘破坏或影响的含水层及水体单位涌水量划分
第三系砂砾岩干燥无水。
太原组一灰含水层单位涌水量无资料，断层带有淋水。
太原组四灰含水层单位涌水量q=0.0013～0.027L/s.m。
本溪组徐、草灰含水层单位涌水量q=0.038～0.183L/s.m。
奥陶系灰岩含水层原始单位涌水量q=0.00817～0.0163L/s.m。
界于0.1～1.0L/s.m之间。
因此，15煤层开采受采掘破坏或影响的含水层及水体单位涌水量划分，属中等类型。
（3）按照矿井及周边老空水分布状况划分
矿井所有开采煤层中低洼处均有少量老空积水或预计有老空积水，位置、范围、积水量及老空水对今后生产的影响清楚。
崖头煤矿北部与红旗矿为界，北界西部与新泰市翟镇煤矿为界，西部为各煤层侵蚀带自然边界，东部与莲花山和王家寨为界。
北部二、四层受剥蚀，无采空区，6煤层红旗矿进入崖头矿400m撤出后，没有建立永久水闸墙，但崖头留了煤柱。
其他各矿都有少量采空区，但位置、范围、集水量清楚，并留有不少50m的煤柱。
老空区积水位置、范围、积水量均清楚，为中等类型。
（4）按照矿井涌水量划分
近10年矿井平均正常涌水量7.1m3/h，最大涌水量12.2m3/h，矿井地质报告预计矿井正常涌水量为Q1为143.2m3/h＜180m3/h，最大涌水量Q2为179m3/h＜300m3/h，为简单类型。
（5）按照矿井突水量划分
矿井未发生过突水事故，矿井突水量为简单类。
（6）按照开采受水害影响程度划分
开采15煤层时，在-450m水平开采及开拓受水威胁，采用井下物探技术查明徐灰的富水区，施工探放水钻孔，对徐灰实施疏水降压工作，就不会威胁矿井安全，为中等类型。
（7）按照防治水工作难易程度划分
矿井现在及今后3年主要开采地点为-300m水平，10采区11、13、15煤层。
后组煤开采及-450m水平开拓掘进虽受到徐奥灰水威胁，但本矿奥灰水位已降至-250m水平，小港煤矿奥灰水位已降至-230m水平，而该矿对后组煤层开采已实行疏水降压方法，先疏后采，所以后组煤虽有突水危险，但只要严格执行“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，不会威胁矿井安全。
按照防治水工作难易程度划分，水文地质条件为中等。
2013年我矿委托山东信力安全技术有限公司对水文地质类型进行了鉴定分析，崖头矿除矿井突水量及矿井涌水量为简单类型外，其余5项，都为中等类型。
根据《煤矿防治水规定》第11条表2-1注第4款，按分类依据就高不就低的原则确定矿井水文地质类型规定，崖头煤矿水文地质类型的规定崖头煤矿水文地质条件定为中等类型。
10、涌水量预测
我矿实测十采上、下山采区涌水量22m3/h，预测十采15煤层上山采区正常涌水量为3m3/h，最大20m3/h。
11、临近老空积水、小煤窑开采情况及钻孔封孔情况
十采13、15煤层上山采区上部为11煤层采空区，采空区内低洼处局部有少量积水，但因15煤层上距11煤层54m，又加上中间有隔水层阻隔，所以11煤层老空积水对15煤层的开采无威胁。
根据导水裂隙带最大高度计算公式：
Hf=[100M/3.3n+3.8]+5.1
＝〔100×1.40÷（3.3×2+3.8）〕+5.1
=18.6m。
式中：
Hf---导水裂隙带最大高度，m；
M---煤层采厚，1.40m；n---煤分层层数，2。
但是，15煤层上距13煤层10m，15煤层开采时，上部13煤层老空积水对其构成威胁，15煤层开采时，必须对上部13煤层老空积水进行探放。
该采区周围无小煤窑开采情况。
十采13、15煤层上山采区范围内控制钻孔2个，其中154号孔，坐标：
x：
20559174.14，y：
3982108.49，地面标高181.01m，终孔深度404.2m，终孔层位为16煤层底板，钻孔的封孔质量良好。
K1号孔，坐标：
x：
20559307，y：
3982080，地面标高182.80m，终孔深度429.4m，终孔层位为13煤层底板，钻孔的封孔质量良好。
12、今后水文地质工作重点
十采区15煤层开采前对徐、草、奥灰承压水进行打钻孔疏水降压，徐、草、奥灰水位降至安全值，再进行开采。
对十采区随着采区巷道的掘进，要对FH1、FH2、FA、F18-1四条断层实施超前钻探，进一步摸清每一条断层的产状和导水情况。
在巷道掘进中要严格坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则，采取防、堵、疏、排、截的综合治理措施。
防止突水事故的发生,保证安全生产。
④施工中要勤观察、多分析，对出现的滴水、淋水观测要做好记录，掌握第一手资料。
四、保安煤柱留设
采区边界煤柱：
该采区西部边界为九采区边界，留设20m的边界保护煤柱。
北部为矿井边界线，F19断层，留设40m的断层保护及防水煤柱。
采区南部为十采大巷，留设45m保护煤柱。
采区东部为采区两条上山，两侧各留设26m的上山保护煤柱。
第三节 煤层赋存条件及开采技术条件
1、煤系地层情况
该采区主要含煤地层太原组。
太原组含煤12层（5～16层），可采4层（11、13、15、16煤层），煤层总厚5.4m，其中13、15煤层总厚2.89m,煤层赋存稳定，结构简单，局部较复杂。
煤层产状：
倾向165°，倾角8～14°，平均12°，无大的变化。
2、煤层特征
15煤层属结构简单的不稳定煤层，平均厚度1.40m，含有一层泥岩夹矸，厚度0.05～0.3m。
产状倾向1650，倾角8～14°，平均12°，硬度4。
3、煤层顶底板厚度、岩性、强度及顶底板分类情况，煤岩冲击倾向等
15煤层直接顶板以泥灰岩为主，厚度为0.5～1m，致密坚硬，有时变为泥质砂岩。
底板为泥岩、粉砂岩，厚度1～2m。
根据我矿多年开采情况看，15煤层无冲击倾向。
4、各煤层层间距及其变化规律
15煤层上与13煤层平均间距10m，下与16煤层间距1.30～2.73m，平均2.0m。
下距徐灰平均在20.0m左右。
在该采区内各煤层层间距无大的变化。
附图3：
采区煤岩层综合柱状图
5、煤质、瓦斯等级、自然发火倾向及自然发火期、煤层爆炸指数等
（1）煤质
物理性质：
15煤层的颜色多为黑色、深黑色，条痕为褐黑色。
弱玻璃至玻璃光泽。
参差状、阶梯状和贝壳状断口。
煤岩特征；煤层多为线理状、细条带状结构，层状构造特征明显。
以镜煤、亮煤为主，暗煤、丝炭次之。
为半暗、半亮至光亮型煤层。
主要煤质指标;
水份Mad（%）：
原煤：
15煤层平均1.62%。
各煤层原煤水份含量较低，水份对煤炭开采利用影响不大。
浮煤：
15煤层平均2.06%。
灰份Ad%：
原煤：
15煤层钻孔煤芯煤样平均23.28%，为中灰份煤层。
浮煤：
15煤层平均8.59%，经1.4比重液洗选后，均可成为低灰份煤。
浮煤挥发份Vdaf%：
15煤层平均42.70%，为高挥发份煤层。
硫St,d（%）：
15煤层钻孔煤芯煤样平均4.40%，为高硫份煤层。
磷Pd（%）：
钻孔煤芯煤样15煤层平均0.0054%，为特低磷。
粘结指数（GRI）：
15煤层平均89.6。
浮煤胶质层厚度Ymax（mm）：
15煤层平均27.5mm。
原煤低位发热量（Mj/Kg）：
15煤层平均28.72Mj/Kg，为高热值煤。
视密度：
1.41t/m3。
表2可采煤层特征表
煤层
煤种
灰分
Ad%
含硫量
St,d%
发热量（MG）
倾角（°）
厚度（m）
层间距（m）
容重
t/m3
煤层结构
稳定分类
直接顶
直接底
15
原煤
肥煤
23.28
4.40
28.72
11
1.40
上距13煤层10m
下距16煤层1.5m
1.41
较简单
不稳定
泥灰岩
粉砂岩
精煤
8.59
2.28
31.89
11
1.40
瓦斯等级、自然发火倾向及自然发火期、煤层爆炸指数
（2）瓦斯
历年瓦斯等级鉴定均为低瓦斯、低二氧化碳矿井。
表3矿井瓦斯涌出量实测结果表
年度
CH4
CO2
相对量m3/t
绝对量m3/min
等级
相对量m3/t
绝对量m3/min
等级
2005
1.329
1.042
低
4.279
2.864
低
2006
1.763
1.169
低
2.479
1.644
低
2007
0.95
1.39
低
1.6
2.34
低
2008
1.49
1.08
低
2.3
1.67
低
2009
1.33
1.01
低
1.49
1.08
低
2010
1.61
1.61
低
2.19
1.62
低
2011
1.96
1.41
低
2.26
1.63
低
2012
1.66
1.26
低
1.81
1.37
低
（3）煤尘爆炸性（爆炸指数）
地质勘查钻孔煤质分析结果与邻近其他矿井资料相一致，2012年7月委托中煤科工集团重庆研究院检测中心鉴定，15煤层浮煤挥发份平均为42.7%，均为高挥发分煤层，煤尘具有爆炸危险性，应切实做好防尘工作。
（4）自燃发火倾向性
2012年7月年经中煤科工集团重庆研究院鉴定，15煤层为Ⅱ类自燃发火煤层。
矿井无煤层自燃发火史，为预防井下煤层自燃发火，采煤工作面全部采用后退式开采，并采用KSS-2100束管监测系统对井下自燃发火进行预测、预报。
每个工作面结束后，都及时打好密闭墙隔绝空气，以防采空区遗留浮煤自燃发火。
6、不能确定安全开采的，应进行安全开采评价
该采区15煤层已达到安全开采条件，无需进行安全开采评价。
第四节 储量计算
采区储量：
该采区15煤层东西走向长平均500m，南北斜长平均470m，煤层厚度平均1.4m，容重为1.41t/m3；
1、地质储量：
Q15地＝23.5×1.40×1.41÷cos12°=47.4（万吨）
式中：
Q地－－地质储量，万吨；S－－采区含煤面积，m2；M－－煤层平均厚度，m；d－－容重，t/m3； 12°－－煤层倾角。
2、呆滞煤量：
Q15损=9.1×1.40×1.41÷cos12°=18.3（万吨）
3、可采储量：
Q采＝（47.4-18.3）×80%×56%＝13.04（万吨）
由此可知：
15煤层地质储量为47.4万吨，呆滞煤量为18.3万吨，可采储量为13.04万吨。
表4 储量计算表
煤层编号
块号
基础储量（万吨）
采区回采率（%）
可采储量（万吨）
备注
15
1
29.1
80，56
13.04
合计
29.1
13.04
第五节 存在的问题与处理意见
本采区通过钻孔资料及上部煤层开采过程中巷道实际揭露情况看，区内断层基本明确，在巷道掘进时要注意大断层的次生
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