煤矿灭火专项初步设计.doc

-1- 前前 言言 内蒙古 xx 集团有限公司 xx 煤矿（以下简称 xx 煤矿）位于内蒙 古自治区 xx 市 xx 旗 xx 乡 xx 村境内。 2005 年自治区进行资源整合时，该矿因资源枯竭被关闭。xx 人 民政府以 xx 政函2005385 号文肯定了 xx 集团与 xx 科技大学合作 开发煤柱回收技术，xx 煤矿具备了煤柱回收条件。 xx 煤矿关闭后，经年透气导致采空区煤柱自燃。2008 年 6 月 xx 省安全工程技术研究中心编制内蒙古 xx 集团有限公司 xx 煤矿 煤层自燃火源位置探测报告 。xx 煤炭设计研究院有限责任公司受 该矿委托，为该矿编制了本次灭火专项初步设计。 一、目的及必要性一、目的及必要性 火区的存在，造成采空区煤柱自燃的同时排放出的大量一氧化 碳、二氧化碳和其它有毒气体，污染了环境，影响周围居民的健康。 为消除危害、采出自燃煤柱、减少资源损失、保护环境、创造 和谐社会，对该矿采空区灭火工程的实施尤为必要和紧迫。 本设计为该火区治理提供合理、有效、安全的灭火方法。 二、设计依据二、设计依据 （一）设计委托书； （二） 内蒙古自治区人民政府关于加强煤田（煤矿）火区专项 治理工作的实施意见 （内政字2007234 号） ； （三）xx 人民政府 xx 政函2005385 号文； -2- （四）xx 省安全工程技术研究中心于 2008 年 6 月提交的内 蒙古 xx 集团有限公司 xx 煤矿煤层自燃火源位置探测报告 ； （五） 煤田火灾灭火规范（试行） 能源安保1992952 号； （六） 煤炭工业露天矿设计规范 （gb 50197-2005） ； （七） 煤矿安全规程 （2006 版） ； （八）其它相关法律、法规和规范； （九）矿方提供的 6-2 煤层关闭时的开采现状图，储量计算图、 地形图等。 三、设计指导思想三、设计指导思想 （一）认真贯彻执行国家有关方针、政策、法律、法规； （二）治理环境，造福于民，保护资源，走可持续发展之路； （三）因地制宜、综合治理、技术可行、经济合理、施工安全。 四、主要技术经济指标四、主要技术经济指标 （一）火区治理面积：608348m2； （二）剥离灭火工程采剥总量：2146.84 万 m3； （三）估算工程总投资为 16778.54 万元； （四）回收工程煤 134.73 万吨； （五）剥离灭火总工期 2 年。 五、存在的问题及建议五、存在的问题及建议 （一）6-2 煤层没有做过资源储量核实工作，这给灭火治理带 来了困难，加之活火区是时间的变量，因此在具体实施过程中，应 按实际情况进行调整。 （二）本方案工程量是依据有关部门提供的 1：5000 地形图计 -3- 算的具体工程量依据实际施工数量为准，工程投资应根据实际工程 量进行调整。 （三）被关闭的矿井，井巷平面图没有标高，这给采残煤挖火 源带来一定的困难。 -4- 第一章第一章概概 况况 第一节第一节 矿田矿田位置及交通位置及交通 一、位置一、位置 xx 煤矿位于东胜煤田东南部，xx 旗 xx 乡 xx 村境内。行政区划 隶属于 xx 旗 xx 乡 xx 村。 二、交通二、交通 矿区位于 xx 旗 xx 乡 xx 村境内，距 xx 煤矿 1km 处的弓 （家塔）边（家壕）公路为该矿的主要运输干线，公路全长 21km，直接与包（头）府（谷）公路（135km 处）相接，南北 分别通达陕西大柳塔和东胜。包（头）神（木）铁路位于矿区 西 38km。铁路、公路四通八达,交通十分便利。 第二节第二节 自然地理自然地理 一、地形、地貌一、地形、地貌 勘查区位于东胜煤田区域性分水岭“东胜梁”之南侧，区内地 形总体呈北高南低，东高西低。最高点位于勘查区北部的 cy10 号孔 附近，海拔标高为 1393.4m，最低点位于勘查区西部的也来色太沟 边，标高为 1304.2m，最大地形标高差为 89.2m，一般地形海拔标高 -5- 在 13291376m 之间，相对高差为 47m 左右。 勘查区属高原侵蚀性丘陵地貌特征，地形纵横切割，形成梁峁、 沟谷。基岩裸露，植被稀少。 二、水系二、水系 勘查区内南北向形成的高地为区内一小型天然分水岭，西南边 界处有较大沟谷也来色太沟，区内所有沟谷为束会川支流，为间歇 性河流，只在丰雨期间形成短暂洪流，向南汇入束会川后再向南与 勃牛川交汇，经陕西省窟野河最终注入黄河。 三、气象三、气象 （一）气温 区内属干燥的半沙漠高原大陆性气候，昼夜温差较大，最高气 温 35，最低气温-29.8。 （二）降水 年降水量 198.5709.7mm，且多集中于 7、8、9 三个月，年蒸 发量 1850.52660.5mm。日最大降水量 147.9mm，小时最大降水量 58.6mm。 （三）风 春秋两季多风，最大风速 20m/s。 （四）冻结期 每年 910 月开始结冰，翌年五月初解冻，霜冻期 200 天左右， 最大冻土深度 1.50m。 四、地震烈度四、地震烈度 -6- 根据中国地震动参数区划图 （gb-18306-2001） ，该区地震动 峰值加速度（g）为 0.05g，比照中国地震烈度区划图（1990） 对 照烈度为 6 度。 第三节第三节 火区地质及煤层火区地质及煤层 一、区域地层一、区域地层 东胜煤田地层沉积序列与华北石炭二叠纪各煤田基本相似，地 层区划属于华北地层区、xx 地层分区。区内地层由老至新有：上三 叠统延长组（t3y） 、中下侏罗统延安组（j1-2y） 、中侏罗统直罗组 （j2z） 、安定组（j2a） 、上侏罗下白垩统志丹群（j3-k1zh） 、第三系 （n2） 、第四系马兰组（q3m）黄土层、第四系（q4） 。其区域地层特 征见表 1-3-1：区域地层表。 二、区域构造二、区域构造 东胜煤田位于 xx 台向斜东胜隆起之东南边缘地带基本构造形态 表现为一单斜构造，地层走向 n25w,倾向 s65w,倾角 13，具 有宽缓的波状起伏，断层不发育。 三、三、 矿区地层矿区地层 根据矿区出露及钻孔揭露，地层由老至新为：三叠系上统延长 组（t3y） ，侏罗系中下统延安组（j1-2y） ，第三系上新统（n2）及第 四系（q） 。现由老至新分述如下： -7- 表 1-3-1 东胜煤田区域地层表 系统组 厚度（m） 最小最大 岩 性 描 述 全新统（q4）为源泊相沉积层、冲洪积层和风积层 第 四 系 上更 新统 马兰组 （q3m） 068.24 浅黄色含砂黄土，含钙质结核，具柱状节 理。不整合于一切地层之上。 第 三 系 上新统 (n2)010.14 上部为红色、土黄色粘土及其胶结疏松的 砂质泥岩，下部为灰黄、棕红、绿黄色砂 岩、砾岩，夹有砂岩透镜体。不整合于一 切老地层之上。 白 垩 系 下统 志丹群 k1zh 30230 浅灰、灰绿、棕红、灰紫色泥岩、粉砂岩、 砂质泥岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩、细 砾岩、中夹薄层钙质细砂岩。斜层理发育， 下部觉见大型交错层理。与下伏地层呈不 整合接触。 安定组 （j2a） 1080 浅灰、灰绿、黄紫褐色泥岩、砂质泥岩、 中砂岩。含钙质结核。 中统 直罗组 （j2z） 1278 灰白、灰黄、灰绿、紫红色泥岩、砂质泥 岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩。下部夹薄 煤层及油页岩，含 1 煤组。下伏地层呈平 行不整合。 中下统 延安组 （j1-2y） 78247 灰-灰白色砂岩，深灰色、灰黑色砂质泥岩， 泥岩和煤。含 2、3、4、5、6、7 煤组。与 下伏地层呈平行不整合接触。 侏 罗 系 下统 富县组 （j1f） 110 上部为浅黄、灰绿、紫红色泥岩，夹砂岩。 下部以砂岩为主，局部为砂岩与泥岩互层， 底部为浅黄色砾岩。与下伏地层呈平行不 整合。 三 叠 系 上统 延长组 （t3y） 35312 黄、灰绿、紫、灰黑色块状中粗砂岩。夹 灰黑、灰绿色泥岩和煤线。与下伏地层呈 平行不整合接触。 -8- 下统 二马营组 （t2er） 87367 以灰绿色含砂砾岩、砾岩、紫色泥岩、粉 砂岩为主。 （一）上三叠统延安组 为含煤层地层基底。出露在哈拉界沟以 北勃牛川，暖水川东侧及其各主要支沟两侧。岩性组合为一套灰绿 色中粗粒砂岩，局部地段为含砾砂岩，夹绿色薄层状砂质泥岩和粉 砂岩。出露厚度在 1040m 之间。普通发育大型板状。槽状交错层 是延安组的一个显著沉积特征。结合区域性的沉积规律，说明本区 延安组仍是典型区流河沉积体系。 （二）中下侏罗统延安组 为区内含煤地质层。在暖水川，勃牛 川东缘及枝状沟谷两侧广泛出露，在 xx 以南由于大面积风沙覆盖， 仅零星出露。岩性组合为一套浅灰色细砂岩，少量中细砂岩，灰色 至深灰色粉砂岩，砂质泥岩，泥岩和黑色煤层，含有少量的钙质沙 泥岩。据地表地质填图及钻探控制，北部仅残存一段岩，向南残存 厚度增大，出现二段岩，最多含 4，5，6 三个煤组。据 10 个钻孔统 计，延安组残存厚度 81.70112.01m，且北薄南厚，西薄东厚。与 下伏地层延安组假整合接触。 （三）第三系上新统 东部坝梁一带广泛分布。岩性组合为一套 浅红色砂质泥岩和泥岩，含有丰富的呈层状发育的钙质结构。基本 处于未完全固结成岩的较疏松状态，在局部地段与黄土有相似特征。 由于沉积后期剥蚀改造作用的强弱差异，出露范围及现存厚度变化 均比较大。就钻探控制情况及地表地质填图成果来看，从几米至数 十米。靠东部坝梁一带出露地段连续性好，厚度也比较大。与下伏 -9- 地层延安组不整合接触。 （四）第四系 按成因可分为风积砂，冲洪积物，残坡积物及少 量次生黄土。 第四系地层厚度变化比较大，据钻探结果为 0.4571.04m。不 整合于一切下伏地层之上。 四、矿区地质构造四、矿区地质构造 井田位于东胜煤田南部，其构造形态为向南西倾斜的单斜 构造。据地面产状测量结果，倾向一般为 245左右，倾角 13， 以 6-2 煤层底板等高线来看，沿煤层走向发育有较宽缓的波状起伏， 未发现有明显的断层和褶皱，亦无岩浆侵入活动，井田内构造属简 单。根据以上资料，本区构造复杂程度确定为简单类型，即类型。 五、含煤地层煤层及煤质五、含煤地层煤层及煤质 （一）含煤地层 本煤区含煤地层为侏罗系中下统延安组（j12y） ，其含煤岩系主 要由陆缘碎屑岩组成的陆相沉积地层，沉积环境为泥炭沼泽相和湖 泊相为主的大型内陆盆地。本区含煤地层上部剥蚀，下部残存。含 有 6、5、4 三个煤组，共含煤 114 层，一般含煤 36 层。其中可 计算的煤层有 5 层。其中 6-2 煤层为全区可采煤层，其余均为局部 可采煤层。煤层总厚 2.6511.76m，一般为 68m。可采含煤系数 为 13.76%。煤层稳定程度为较稳定类型。 （二）煤层 -10- 区内共有可采煤层为 6-2。4-1、4-2上和 4-2 煤层可采范围极有 限且区段上的完整性被沟谷切割破坏，为不稳定煤层。煤层仅发育 在乌兰不拉沟以北，自北向南厚度逐渐变薄至湮灭，厚度比较稳定， 可采范围小，为不稳定煤层。6-2 煤层在详查区内为稳定煤层。各 可采煤层发育特征如下： 1、4-1 煤层：分布在普查勘探区南部，内部剥蚀作用强烈，残 存范围极有限。钻探控制见煤点 6 个，仅 4 个点达到可采厚度。煤 厚 0.42.71m，平均 1.82m。可采煤厚 1.752.19m，平均 1.98m。 一般含 34 层夹矸，夹矸岩性为砂质泥岩。与 4-2 煤层间距平均 13.89m，变化不大。顶板岩性以细砂岩为主，底板岩性为粉砂岩及 砂质泥岩。 2、4-2上煤层：分布在普查区南部中段，厚 0.541.50m，平均 0.89m。可采厚度 0.951.50m，平均 1.14m。煤层厚度变化不大， 一般为单一无结构煤层，个别点有一层夹矸。顶层岩性为细砂岩、 粉砂岩，底板为砂质泥岩。 3、4-2 煤层：与 4-2上煤层分布范围大致相同，煤厚 0.261.43m，平均 0.98m。可采煤厚 0.831.43m。平均 1.20m。 不含夹矸，结构简单。顶底板均为砂质泥岩为主。 4-2上煤层与 4-2 煤层在 b12、b16、b21 和 b26 一带层间距小于 0.80m，即两层煤在该地段合并为一层煤。向西随层间距加大，逐渐 分开为两层独立煤层，层间距的变化规律经露头追索及钻探控制非 常明显。4-2 煤层与 6-2 煤层间距为 67.01m，比较稳定，间距变化 -11- 不大，即 4-2 煤层层位亦比较稳定。 4、6-2上煤层：分布在普查区北部 b4-b5-b8-b10 一线及其以北 地段。切割强烈的枝状沟谷破坏了该煤层在地段上的完整性，就钻 探控制及地质填图结果，该煤层向南相变为炭质泥岩后自然变薄湮 灭。煤层厚度 0.513.02m,平均 1.85m。可采煤厚 0.992.55m， 平均 1.76m。一般不含夹矸或只含一层夹矸，结构简单，与 6-2 煤 层间距 5.9117.75m，平均 13.00m。顶板岩性为砂质泥岩、粉砂岩， 底板岩性为细粒砂岩。 5、6-2 煤层：全区发育，除汇编区南端出现不可采点外，其余 含煤地区全部可采。详查区煤层厚度 4.209.78m，平均 6.44m，可 采煤厚 4.208.76m，平均 6.34m。除 b19 号钻孔顶部出现三层夹矸 外，一般不含夹矸，少数底部含一层厚度小于 0.20m 夹矸。煤层结 构简单。详查区以北煤层厚度、结构均发生了明显的变化，且枝状 沟底的破坏也相当严重，地段上的完整性已被破坏。煤层自然厚度 1.389.48m，平均 4.42m。可采煤厚 1.308.08m，平均 4.31m。 一般含 12 层夹矸，最多 34 层，夹矸总厚自 0.08m 至 1.04m， 变化较大。煤层结构中等。在汇编区，就以往的勘探结果，6-2 煤 层自详查区向南自然分叉变薄至三界塔一带出现不可采区，分叉变 薄规律比较明显。顶底岩性均以砂质泥岩为主。 （三）煤质 1、物理性质 首采区内煤呈黑色，风化后呈褐色，条痕褐黑黑褐色，呈暗 -12- 淡的沥青光泽，局部可见油脂光泽，丝炭发育的层段显丝绢光泽。 常见贝壳状及参差状断口，外生和内生裂隙不发育，脆性差。节理 中局部充填有黄铁矿及方解石薄膜。由于煤岩组分的差异，常见条 带状结构，块状构造。燃点一般为 300左右，燃烧试验为剧燃。 残灰呈粉状块状，灰白灰色。煤风化后煤质疏松，呈土状，燃 烧时火焰不大。 2、煤岩特征 （1）宏观煤岩特征 煤的煤岩组分以暗煤和亮煤为主，丝炭分布于层面，局部含镜煤 条带，属半暗型半亮型煤。 （2）显微煤岩特征 显微组分定量鉴定结果表明，区内可采煤层有机显微煤岩组分以 丝质组和镜质组为主，丝质组含量52.8%60.2%，平均56.5%，镜质 组含量28.7%35.6%，平均为32.15%，二者之和占有机显微煤岩组 分的88.65%。煤中矿物质以粘土类含量最高，在13.818.9%之间； 其次为硫化物和碳酸盐类，前者含量0.06%5.6%，后者含量 1.0%1.3%之间。矿物杂质在煤中多以侵染状、链条状态赋存，难以 洗选。 六、水文地质特征六、水文地质特征 （一）矿田水文工程地质条件 矿区具有典型的高原丘陵剥蚀区地貌特征，属半荒漠地区，无 常年地表迳流，区内南北向形成的高地为区内一小型天然分水岭，西 -13- 南边界处有较大沟谷也来色太沟，区内所有沟谷为束会川支流，为间 歇性河流，只在暴雨期间形成短暂洪流，向南汇入束会川后再向南与 勃牛川交汇，经陕西省窟野河最终注入黄河。 （二）含水层 根据地下水的赋存条件，煤田内的含水岩组可归纳为两大类： 新生界第四系松散岩类孔隙水含水岩组和中生界碎屑岩类空隙、裂 隙潜水承压水含水岩组。现分述如下： 1、新生界第四系松散岩类孔隙水含水岩组 该含水岩组潜水在煤田内主要赋存于三类成因不同的地层之中， 可分为以下三种含水层段： （1）第四系全新统冲洪积潜水含水层 该含水层为煤田内分布较广且普遍含水的地段。岩性为各种粒 级的砂、砂砾石、分布于“东胜梁”南、北的各沟谷中。据现有钻 探资料，含水层厚度在“东胜梁”以北最大为 15.98m，q=0.11570.5787l/sm，水质类型以 hco3camg 型为 主；以南最大为 36.1m，q=0.000610.361 l/sm，水质类型以 hco3ca 型为常见。其富水性南部比北部大。 （2）第四系全新统风积沙潜水含水层 主要分布在煤田南部及西北部的毛乌素沙漠及库布其沙漠之中。 为黄色的粉细沙，较强的透水性，其富水性受基底围岩地形的影响 而差异较大。富水性的风积沙含水层，在沟谷深切地段以泉群的形 式出露。如在勃牛川东岸的卡坝儿沟及各锁沟，其流量可达 -14- 2.55540.9l/s，水质类型以 hco3ca 型，矿化度为 0.2070.38g/l。泉的流量受降水影响，动态变化大。 （3）第四系上更新统莎拉乌素组潜水含水层 该含水层组均发育在“东胜梁”以南，且在煤田西南一带厚度 较大，富水性相对较强。在其他地段一般富水性弱或不具富水性。 岩性以粉细砂为主，西南部最厚 107.03m（吉呼尔其） ，q=0.0016- 3.714l/sm，水质类型以 hco3na 型为主，矿化度 0.8g/l。 2、中生界碎屑岩类孔隙、裂隙潜水承压水含水岩组 依据地下水赋存情况的不同，该含水岩组在煤田内一般由以下 四类岩组组成： （1）侏罗系上统-白垩系下统志丹群孔隙、裂隙潜水承压水 含水岩组(j3-klzh)该含水岩组在煤田内分布广泛，除煤田的东南部 外其他地段均有分布。岩性以砾岩及粗砂岩为主，局部夹细砂岩及 泥岩。一般呈东薄西厚之势，最厚可达 500m 以上，q=0.00782.17 l/sm，水化学类型以 hco3kna、hco3camg 型为主，矿化度 0.2490.300g/l。在浅部多为潜水，向深部可逐渐过渡为承压水。 （2）侏罗系中统孔隙、裂隙潜水承压水含水岩组 该含水岩组由安定组、直罗组地层构成。主要分布在煤田的中 部深部地区，在浅部及东部均遭后期剥蚀。含水层岩性以中、粗砾 砂岩为主。一般由东向西，由南向北逐渐加厚，最大厚度约为 358m，q=0.004370.0274 l/sm，水化学类型以 clhco3kna 型为主，矿化度 0.7140.95g/l。水利性质多为承压水，局部为潜 -15- 水。 （3）侏罗系中下统延安组孔隙、裂隙潜水承压水含水岩组 该含水岩组在煤田内广泛发育，岩性变化大，岩性组合主要为 灰色泥岩、粉砂岩与灰白、浅灰色各种粒级的砂岩互层，含 6 个煤 组。延安组总厚 133.28279.18m，q=0.002700.02611 l/sm， 水质类型以 clhco3kna 为常见，矿化度 0.10175.4g/l。富 水性弱。 （4）煤层基底三迭系延安组含水岩组 该含水岩组在煤田内广泛分布，岩性以灰绿色中、粗砾砂岩为 主，夹泥质粉砂岩及泥岩。钻孔最大揭露厚度 78.75m，q=0.0003080.253 l/sm，水化学类型为 clkna 型 及 hco3clso4na 型，属孔隙、裂隙承压水。由于其岩性胶结 较致密，裂隙发育一般较差，富水性在煤田内的大多数地段较弱。 （三）矿田水文地质类型 本区最低侵蚀基准面位于煤田东南的勃牛川内，标高 1090.8m，煤田内各主要可采煤层在浅部区多位于其之上，而在中深 部则位于其之下，直接弃水含水层碎屑岩类侏罗系中下统延安 组孔隙、裂隙含水岩组富水性微弱（q=0.1 l/sm） ，其补给源以贫 乏的大气降水为主。据此，将煤田水文地质类型划分为第一至第二 类第一型，即孔隙至裂隙弃水矿床，水文地质条件为简单型。 七、工程地质七、工程地质 本区各主要可采煤层顶板岩性以粉砂岩、砂质泥岩为主，底板 -16- 岩性主要为砂质泥岩、粉砂岩，局部为细粒砂岩。该矿无岩石力学 样测试资料，建议煤矿在生产中加强工程地质方面的工作，采集一 定数量的力学测试样品；查明各煤层顶底板工程地质特征，为煤矿 安全生产提供可靠依据。 第四节第四节 火区矿井火区矿井 火区附近有属 xx 股份有限公司的富华煤矿、富安煤矿、致富煤 矿、李家梁煤矿和被关闭的小煤矿及 xx 旧井。这些被关闭的煤矿为 平硐开拓，炮采，四轮运输，电石灯照明。但从未发生过瓦斯爆炸 事故。 富华煤矿、富安煤矿、致富煤矿和李家梁煤矿，其设计能力均 为 120 万吨/年，采煤方法为综采。这些现代化矿井距火区治理均在 2km 以外，与灭火工程在生产建设互不干扰。 第五节第五节 水、电、土水、电、土 一、一、 水源水源 探测区内南北向形成的高地为区内一小型天然分水岭，西南边 界处有较大沟谷，为间歇性河流，只在丰雨期间形成短暂洪流，向 南汇入束会川后再向南与勃牛川交汇，经陕西省窟野河最终注入黄 河。据矿方介绍，勃牛川距矿 1km，有常细流水，年均流量为 4.03m3/s,可为火区治理降温用。 -17- 二、电源二、电源 火区治理电源由神山镇变电所 10kv 侧不同母线配出。 三、土三、土 第四系地层，有风积砂，冲洪积物，残坡积物及少量次生黄土。 风积砂在乌尔兔沟以南广泛分布，以北地区仅零星分布。尤其在 xx 沟北侧及其以南大面积分布，为地貌构成之主体。 冲洪积物分布在枝状沟谷谷底，由季节性的洪积砂，砾石和少 量的冲洪积细砂，粘土混杂堆积构成。残坡积物在山梁及缓坡处广 泛分布，由残积的砾石及坡积的砂和粘土组成，局部地段有少量的 次生黄土。 第四系地层厚度变化比较大，据钻探结果为 0.4571.04m。不 整合于一切下伏地层之上。火区治理，封闭到界的端帮采煤平台及 煤壁，所用土源丰富。 -18- 第二章第二章 火火 区区 第一节第一节 火区火区块段的划分块段的划分 根据 xx 省安全技术研究中心编制的 xx 煤矿煤层自燃位置探 测报告及平面图，该矿 6-2 煤层的自燃高温火区有 2 块，详见火区 平面图。本设计按其燃烧现状分布为块段和块段。为抢救资源 两块段同时施工灭火。 第二节第二节 火区燃烧状况火区燃烧状况 该矿区的自燃煤层为 6-2 煤层。煤层平均厚度 6.34m，煤类以 不粘煤为主，煤层为中灰、低中硫、低磷，中高热值煤。由于煤层 厚度较大，形成采空区也大，8m8m（房柱 8m 宽，采空间 8m）导 致采空区塌陷引起地表塌陷坑，造成采空区漏风、煤层自燃。如不 采取必要的措施加以治理，则其燃烧速度加快，会造成更大的资源 -19- 损失和环境污染。 该矿煤层自燃火区有两块，其着火面积及火势发展方向如下： （一）a 区面积为 89508m2，为一高温火区，发展方向为近南北 方向； （二）b 区面积为 117916m2，为一高温火区，发展方向为北西 方向。 第三节第三节 煤炭损失储量煤炭损失储量 一、高温火区面积一、高温火区面积 依据报告治理区内高温火区面积为 89508m2；治理区内 高温火区面积 117916m2。 因为灭火是抢救资源，故两个火区同时用露天剥离方法灭火。 由于两个高温火区距离近，分区治理的结果，最终将连成一体。如 最终平面图所示。 二、火烧区的深度二、火烧区的深度 2 个火烧区都是 6-2 煤层露头或浅部空巷的燃烧，其深度与该 区 6-2 煤层埋藏深度一致。 三、高温火区煤层厚度和容重的确定三、高温火区煤层厚度和容重的确定 （一）燃烧煤层厚度 燃烧的 6-2 煤层厚度确定的依据： -20- 1、 内蒙古 xx 集团有限公司 xx 煤矿煤层自燃火源位置探测报 告为 6.34m。 2、又据内蒙古自治区煤田地质局东胜煤田宏景塔矿区详查地 质报告zk 钻孔柱状图，煤层厚度为 5.7m。 3、向矿方技术人员调查 62 煤层厚度为 5.7m。 4、矿方于 2008 年 7 月末在 x=436400，y=37503500 补钻距地 表 40m 深见煤，其厚度 6m。设计取该层煤的厚度 5.7m。 （二）煤层容重 根据内蒙古 xx 集团有限公司 xx 煤矿煤层自燃火源位置探测 报告煤层容重为 1.4t/m3。但设计核查相邻矿井 6-2 煤层容重为 1.26 t/m3，设计采用 1.26 t/m3。 四、燃烧资源储量估算方法四、燃烧资源储量估算方法 火区煤层呈层状展布，产状接近水平，煤层稳定。据此选择地 质块段法进行资源储量损失估算。估算公式为： q=smdk 式中 q残煤储量（t） ； s残煤层块段面积（m2） ； m自燃的煤层厚度（m） ； d煤的容重（t/m3）1.26t/m3； k残煤剩余量系数 50%。 燃烧资源储量损失估算结果： 通过同位素测氡法探测，xx2 处 6-2 煤层火烧区面积 207424， -21- 按 6-2 煤层平均厚度为 5.7m、平均容重为 1.26 t/m3；原矿井回采 率 50%，剩余 50%的煤量为计算，损失资源储量 2074245.71.260.5=74.48 万吨。 高温火区储量损失估算见表 2-3-1。 表 2-3-1 高温火区储量损失储量估算表 i 治理区高温火区 计 计算参数 a 区b 区 面积(m2)89508117916 6-2 煤厚(m)5.75.7 容重(t/ m3)1.261.26 查临近李家梁煤矿 6-2 煤层容重 剩余煤量（%）5050 损失储量万吨32.1442.3474.48 高温火区影响面积储量损失见表 2-3-2。 表 2-3-2 高温火区影响面积储量损失表 煤层 影响面积 （m2） 煤层厚度 （m） 剩余煤量 （%） 容重 （t/m3） 损失 （万吨） 6-21492095.7501.2653.6 第四节第四节 火区探测报告的评价火区探测报告的评价 -22- 内蒙古 xx 集团有限公司 xx 煤矿煤层自燃火源位置探测报告 是由 xx 省安全工程技术研究中心提交的。xx 省安全工程技术研究 中心采用“国际领先”水平的地面同位素测氡法探测火源位置，该 方法具有操作简便、成本低、精度高、抗干扰能力强，对地形适应 性广泛等优点。探测结果给出高温火区，高温氧化区，反映了煤层 的燃烧程度；给出了火源位置、范围及发展趋势，给出了探测结果 平面图及立体图，可作为灭火专项初步设计的依据。 火源探测报告主要完成以下任务： 一、详细查明了 xx 煤矿火区平面分布位置、面积、燃烧深度、 燃烧状况、发火原因、燃烧损失煤炭储量；火区总面积 0.207424km2，推断火区影响面积 0.149209km2,燃烧深度垂深 2030m，燃烧损失煤炭资源储量和影响资源储量分别为 74.48 万吨 和 53.6 万吨。 二、详细了解了含煤地层及其地质构造；含煤地层为侏罗系中 下统延安组，火区所处地质构造为单斜。 三、转载了煤田煤层层数、层位、厚度、煤层分布范围及着火 煤层 6-2 层。 四、转载了解了煤质特征和煤种：煤层煤质优异，属低灰煤、 低硫煤、中高发热量的不粘煤（bn31） 。 五、转载了解了自然地理气象条件、地质、地貌特征及水文地 质情况；本区属干旱半干旱气候，降雨蒸发强烈；第四系发育，典 型的侵蚀性黄土高原地貌，水文地质条件简单。 -23- 六、探测报告，计算储量损失大，其原因是 6-2 煤层厚度取值 偏大而矿井回采率取值偏小，即应为 5.7m 和 50%，而不是 6.34m 和 40%； 七、查阅相临矿井，6-2 煤层，煤的容重是 1.26t/m3，而不是 1.4t/m3。 第三章第三章 灭火方案灭火方案 第一节第一节 灭火方法的确定灭火方法的确定 一、灭火的必要性一、灭火的必要性 （一）由于矿井采空区地表出现塌陷、裂隙与老窑火区相连通， 有害气体通过裂隙往外散发，严重影响该矿区的空气质量，危害周 边地区人们的健康。只有通过露天剥离方法灭火，进行彻底根除火 源，才能达到现代环境保护的要求。因此灭火是环保的需要，是保 护人们健康提高生活质量的需要。 （二）露天剥离灭火是回收煤炭资源、减少资源损失的需要， -24- 是可持续发展的需要。 二、灭火目标二、灭火目标 由于该矿的火区一直在蔓延，资源每天都在无代价损耗的同时， 又给周边生态环境构成威胁。按照抢救国家煤炭资源、改善本地区 的生态环境。所以本次灭火专项初步设计，是在该矿火区范围内将 火源彻底挖除、熄火，为最终目标。 三、灭火方法的确定三、灭火方法的确定 为达到灭火标准，设计采用露天剥离方式灭火，以彻底根除火 源。 剥离灭火就是在火区范围内自上而下分台阶开采剥离，超前注 水，降低燃体温度，挖除火体，其后用黄土覆盖煤层到界的平台及 煤壁，随后通过内部排土，利用灭火剥离物，回填灭火采场，最终 在内部排土场的平盘上再覆盖 0.51.0m 厚的黄土，即复垦绿化。 其特点是灭火效果彻底，但前期投资大，只要自燃煤层埋藏较浅均 可用，该方法灭火并可回收部分煤炭资源，以抵补项目投资。 第二节第二节灭火方法的实施灭火方法的实施 灭火方法实施的工序为： 注水降温自燃的煤层剥离覆盖的岩层排弃采火区 的残煤运输挖除火源后用黄土封闭端帮，采煤台阶到界的平台 及煤壁内排回填、整平覆土绿化。 -25- 第三节第三节 灭火灭火边坡稳定计算边坡稳定计算 一、治理区采掘场边坡稳定一、治理区采掘场边坡稳定 （一） 原始资料分析与计算数据选择 1、工程地质条件 参照附近富华煤矿储量核实报告提供的 z2号钻孔岩石物理力学 性质试验结果，见表 3-3-1。 表 3-3-1 z2钻孔岩石物理力学试验成果汇总表 中砂岩细砂岩粉砂岩泥岩类 真密度 kg/m326612704 2672 2651270825262716 视密度 kg/m320682527 2365 2162233919222434 孔隙率 %5.9223.15 11.49 12.9218.444.3723.91 含水率 %0.050.36 1.28 0.822.401.063.11 吸水率 %1.538.41 3.55 3.915.903.279.33 天然容重 kg/m320712541 2371 2185235321402456 吸水状态21.622.6 抗压强度 自然状态8.924.2 22.1 18.127.99.230.7 -26- 普氏系数0.912.47 2.25 1.852.840.943.13 软化系数 0.85 抗拉强度 mpa0.72.00.81.10.71.4 正应力7.7821.78 9.33 19.9421.6410.2415.98 45 反应力7.7821.78 9.33 19.9421.6410.2415.98 正应力3.6711.24 5.17 8.959.187.349.87 55 反应力5.2416.05 7.38 12.7813.1110.4914.09 正应力1.014.56 2.03 2.202.702.623.55 抗剪 强度 mpa 65 反应力2.189.79 4.35 4.715.805.627.61 内摩擦角（度分） 31 1441 38 3351 39 1340 01 354738 13 凝聚力 mpa1.77.8 3.3 3.84.44.45.1 弹性模数 et 5.291031 .73104 1.14104 1.131041. 42104 6.911031.1 1104 泊松比0.180.23 0.18 0.170.220.150.23 3、计算数据选取 对岩层、煤层凝聚力减弱系数取值如下： （1）对于长期暴露，3 年以上的边坡岩体，减弱系数取值为 0.045。 （2）对于刚刚揭露的工作帮台阶，存在半年左右，考虑原来在 地层中受黄土接触面风化影响的上部岩层（20m 范围内），减弱系 数取值为 0.2；考虑原来赋存深部非风化带，减弱系数取值为 0.3。 表 3-3-2 岩石物理力学性质指标表 凝聚力 岩石名称容重（t/m3） mpa/m2t/m2 内摩擦角 （） -27- 黄土 1.960.0454.525 砂岩 2.370.220.43030 砂质泥岩 2.30.1313.328 （3）对于黄土、暂不考虑岩体凝聚力减弱系数。 （二）灭火采掘场预想滑动模式及计算方法选择 1、计算剖面位置的选取治理区东北帮，其边坡总高度76m详见 a-a剖面即从1230水平至1154水平，有下滑的危险，故计算剖面选取 治理区的东北帮。 2、预想滑动模式 未来边坡潜在的滑动模式主要是切割岩层产生的近似圆弧滑动。 见图3-3-1。另外，由于边坡岩体内存在一些软弱夹层，因此也存在 沿弱层结构面产生平面滑动的可能。 3、计算方法选择 适合本治理区边坡预想滑动模式的稳定性计算方法，有条分法 理论，设计采用fellenius方法对边坡稳定性进行计算。该法将滑体 视为刚性块。滑动面绕圆心o点并以r为半径所画出的圆弧。如图 3-3-2所示。 按滑动面上抗滑力矩 mr 与下滑力矩 ms 之比导出安全系数 k 的 关系式。即按m=0，条件：kms-mr=0；k= （3-3-1） mr、ms 的表达式推导计算过程如下： 将圆弧滑体划分为 n 个垂直分条，研究第 i 分条的受力情况， 不考虑分条间的力的传递关系，这时分条的下滑力矩 msi 为： ms mr -28- msi=widi di=rsini wi 第 i 分条的岩体自重； i第 i 分条滑面中点的滑面切线与水平轴夹角。 因此 msi=rsin siniw=rti 式中 ti=wsini 整个圆弧段的下滑力矩为： ms= msi=r ti (3-3-2) 式中 n分条总数。 第 i 分条的抗滑力矩 mri，包括滑面上的摩擦力矩 rfini 和粘 结力 cili 的力矩 rcili，即 mri=r(fini+cili) 当条块的 ci， 值相同时； mr= mri=rf ni+c li (3-3-3) 式中：fi=tg； ni=wicosi 将式（3-3-2）和式(3-3-3)的值代入式(3-3-1)中得： n i=1 n i=1 n i=1 n i=1 n i=1 n f ni+ i=1 n i=1 ti mr ms =k= 942370 593965 =1.58 n c li i=1 -29- 采场滑体滑面上力的计算见表 3-3-3。 表 3-3-3 采场滑体滑面上力的计算 下滑力抗滑力 m:=r(fn+cl1) rsin d= rsinq wms=dw cos f=tgnf.n c(t/ ) l() c.l fn+cl 1 130 sin68 0.927 121 455.25. 1.96 1079670.375 0.466335 1564.5 55.37 249405 2 130 sin48 0.743 97 8062.3 7 1852700.669 0.579 1278 740 20.4 32.43 662 1402 3 130 sin35 0.574 75 833.48 2.37 1481250.819 0.579 1618 937 20.4 26.39 538 1475 4 130 sin24 0.407 53 712.77 2.37 89517 0.914 0.579 1544 894 20.4 23.6 481 1375 5 130 sin14 0.242 31 488.92 .37 35929 0.97 0.579 1124 651 20.4 22.17 452 1103 6 130 sin5 0.087 11 180.36 2.3 4565 0.996 0.589413 243 13.3 21.55 287530 75939653550 7249 942370 通过上述计算当火区采掘边坡总高度 90m，边坡角 40时，其 稳定系数数 1.58。设计采用边坡角 38，而 xx 火区采场边坡高度 85.7m，其稳定性更大。 （三）火区外排土场稳定计算 1、火区排土场特点 火区外排土场不同于露天矿的外排土场，它要将灼热的矸石和 过火的煤摊开、散热，因此排弃高度低，台阶较少。该矿火区排土 场的排弃高度为 20m30m 一个段。 （先排弃沟谷地带，整平后再涨 高 20m） 。 -30- 2、火区外排土场不稳定的滑坡模式：一为排土场坡底隆起；二 为沿弱层整体下滑；三为排土段垮落。 排土场的滑坡模式有 3 种： （1）排土场坡底隆起，引起下滑，这种情况都发生在排土场基 底软，受其上部排土场物料的重力所致。但该地区无此种地质条件。 （2）排土场的基底有弱层受其上部的物料重力，先压断上层， 随之沿弱层整体下滑，如平朔安太堡露天矿南排土场滑坡，但该地 区无弱层。 （3）段坡滑落一般都发生在多雨地区的露天矿排土场，物料着 雨后摩擦系数降低，其排土段高过一定程度，便垮落，如广东茂名 油页岩露天矿，当排土段8m 时便垮落,但本地区雨量少，也无此 条件。 根据以上分析，该矿灭火区外排土场：选在矿田界内西南角沟 谷中，排弃在沟谷西南两侧物料的下滑力相互抵消，物料不可能往 外滑移。排弃物料有可能沿原地形表面，顺坡平面滑落。如图 3-3- 3 所示。其稳定系数： k= 下滑力 t=w.sin20= rsin20= 1.960.342 =313.6t 抗滑力 抗滑力 下滑力 l.h 2 73.112.8 2 -31- t=fn=fw.cos20=f rcos20=0.6 1.960.94=517.2t k= =1.65 式中 l排土段斜坡长 73.1m h排土段斜坡长度上的垂高度 12.8m r排弃物料的平均容重 1.96t/m3 q原地形坡面角 20 f摩擦系数 0.6 二、灭火采场排土场稳定性评价二、灭火采场排土场稳定性评价 灭火区采场非工作帮边坡暴露时间不超过 2 年，按煤炭工业 露天矿设计规范规定，非工作帮坡暴露时间小于 10 年其稳定系数 允许在 1.11.2 范围之内。本设计稳定系数为 1.58。故该矿灭火 区的采场边坡设计的稳定系数较高。 外排土场选在火区矿界内西部的沟谷中，剥离灭火拉沟的物料， 先填平沟谷，其后的剥离物再沿斜坡地面排弃，由于原地形缓,只有 20,所以稳定系数高达 1.65，因此滑移的可能性小。 第四节第四节 剥离灭火范围的确定剥离灭火范围的确定 一、剥离灭火境界确定的依据一、剥离灭火境界确定的依据 （一）依据 xx 省安全工程技术研究中心为内蒙古 xx 集团有 限公司 xx 煤矿煤层自燃火源位置探测报告及附图； 517.2 313.6 l.h 2 73.112.8 2 -32- （二） 煤层的赋存条件及露头位置； （三） 依据采场边坡稳定所确定的边坡角度 38； （四）按所确定的剥离灭火工艺，对底部和地表境界的几何形 状作适当的调整。 二、剥离灭火境界的具体圈定二、剥离灭火境界的具体圈定 （一）底部境界的确定 1、因为该矿两个火区的煤层自燃都是 6-2 煤层，所以灭火采场 底部，以 6-2 煤层底板为境界。 2、工作帮和非工作帮最终位置的底部界线，以同位素测氡法圈 定的火区地表界线或影响地表界线，为其深部界线。 （二）地表境界的确定 以确定的底部界线为基线，按确定边坡角度 38上推至地表， 与地面的交线作为地表的剥离灭火境界线。 三、境界圈定的结果三、境界圈定的结果 因为该矿两火区直线距离 61m，其两区同时拉沟，发展期两火 区的采场将连成一体，直到最终位置。其地面拐点和深部拐点坐标 详见表 3-4-1 和 3-4-2。 表 3-4-1 露天剥离灭火治理区地面拐点坐标 座 标 治理区拐点 xy d14364816.6737450345.73 d24364797.1937450561.52 d34364512.0237450718.68 d44364222.8837450703.04 -33- d54364209.637450861.9 d94364151.3237450044.98 d104364349.23 37450041.34 d114364547.2237450094.08 d94364151.3237450044.98 d54364209.637450861.9 d64363939.8937450843.83 d74363773.0737450789.31 d84363921.2737450107.54 表 3-4-2 露天灭火治理火区深部拐点坐标 座 标 治理区拐点 xy k14364708.4137450389.24 k24364705.3637450492.09 k34364485.0837450615.38 k44364135.2237450615.38 k94364138.4637450144.64 k104364335.2237450144.64 k114364495.2237450187.13 k94364138.4637450144.64 k44364135.2237450615.38 k54364135.2237450789.8 k64363826.4837450782.33 k74363826.6837450594.76 k84363949.5937450144.64 四、剥离灭火境界特征表四、剥离灭火境界特征表 表 3-4-3 剥离灭火境界特征表 治理 地表最大 长度 （m） 地表最大 宽度（m） 灭火采场最 大深度（m） 边坡角度 治理面积 （m2） 计 67564475.738352528 76140355.738255820 608348 -34- 第五节第五节 剥离灭火工艺剥离灭火工艺及设备选型及设备选型 一、灭火工艺选择原则及考虑因素一、灭火工艺选择原则及考虑因素 开采工艺的选择需要考虑的因素很多： （一）要充分考虑到治理区自然条件、地形特点、埋藏条件及 煤岩性质等； （二）所选择的工艺要与治理区灭火工程规模相适应； （三）设备型号、规格与灭火年度工作量（能力）相匹配； （四）优先选择通用设备，实现生产的灵活性与社会化； （五）力求投资少、成本低、效益好； （六）设备选型要技术先进、性能稳定可靠、经济合理； （七）设备应高效节能、易于修理； （八）采、运、排设备规格匹配合理。 二、灭火工艺选择二、灭火工艺选择 该治理区煤层赋存平稳，覆盖物主要为第四系表土松散物与第 三系上新统和侏罗系软岩。从技术角度考虑所适应的开采工艺较多， 但从该矿治理区范围、规模，初期投资及拉沟位置等条件权衡，单 斗铲卡车工艺最合适。从技术经济上考虑，轮斗一胶带，吊斗铲倒 堆，半连续