谷超帆演马庄矿防治煤与瓦斯突出设计-本科毕业论.doc

河南理工大学本科毕业设计目 录0 引言41 概述51.1 矿井概括51.2 煤系地层61.3 地质构造81.4 矿井通风101.5 煤层与煤质101.5.1 煤层101.5.2 煤质141.6 水文地质151.7 煤层安全技术条件171.8 矿井瓦斯182 矿井开拓方式，采区巷道布置及采煤方法192.1 矿井开拓192.2 采区巷道192.2.1 采区巷道布置192.2.2 采区主要巷道支护形式202.3 采煤方法202.4 瓦斯监测203 防治煤与瓦斯突出的一般规定223.1防突管理及培训223.2防突责任制243.2.1矿领导防突责任制243.2.2防突机构的责任253.2.3通风科防突工作责任253.2.4地测办防突工作责任263.2.5生产科防治煤与瓦斯的责任273.2.6机电科防突责任273.2.7调度室防突责任283.2.8回采（掘进）队防突责任283.3防突设备的配备管理294 区域综合防突措施314.1 区域综合防突措施基本程序和要求314.2 区域突出危险预测324.3 区域防突措施344.4 区域措施效果验证354.5 区域验证385 局部综合防突措施405.1 局部综合防突措施基本程序和要求405.2 工作面突出危险性预测425.2.1 石门揭煤工作面突出危险性预测425.2.2 煤巷掘进工作面突出危险性预测435.2.3 采煤工作面突出危险性预测455.3 工作面防突措施455.3.1 石门揭煤工作面防突措施455.3.2 煤巷掘进工作面防突措施465.3.3 回采工作面防突措施485.4 工作面措施效果检验485.5 安全防护措施505.5.1 设置避难所505.5.2 设置反向风门505.5.4 压风自救系统515.5.5 防突挡栏515.5.6 自救器526 安全技术措施及相关规定537 演马庄矿防治煤与瓦斯突出事故专项应急预案567.1 煤与瓦斯突出应急预案概述567.2 事故类型和危害程度分析567.3 应急救援及其原则577.4 组织机构及职责577.4.1应急组织体系577.4.2指挥机构及职责587.5 预防与预警597.6 突出事故报告程序和现场保护607.7 应急处置607.7.1响应分级607.7.2响应程序607.7.3处置措施61结论63致谢64参考文献650 引言煤炭是国民经济和社会发展的基础，在我国一次能源生产和消费结构中始终占70%左右。据预测，到2050年将占50以上，在相当长的时期内，煤炭仍将是我国的主要能源。当前快速增发展的经济，对煤炭工业发展提出了更高的要求。我国煤矿主要是井工开采，生产环境条件复杂，与其它行业相比，煤矿安全尤为重要。安全是煤炭生产的头等大事，安全对煤炭生产起着保证、支撑和推动作用，是煤炭工业可持续发展的前提。目前，随着煤矿开采深度的延伸和开采强度的加大，地压和瓦斯涌出量越来越大，突出危险性也不断加大。在很短时间内，从煤(岩)壁内部向采掘工作间突然喷出煤(岩)和瓦斯的现象，即煤(岩)与瓦斯突出，它是一种伴有声响和猛烈力能效应的动力现象，能摧毁井巷设施、破坏矿井通风系统，使井巷充满瓦斯和煤(岩)抛出物，造成人员窒息、煤流埋人，甚至可能引起瓦斯爆炸与火灾事故，导致生产中断。因此，煤与瓦斯突出是煤矿最严重的自然灾害之一，严重威胁着煤矿的安全生产，制约着我国煤炭工业的发展。从1834年3月22日法国鲁阿尔煤田依萨克矿井发生世界上有记载的第一次突出至今，己发生过突出的国家有法国、前苏联、中国、波兰、日本、美国等20多个国家和地区。据不完全统计，截止1981年发生突出的次数已超过3万次，其中强度最大的一次突出发生在1969年7月13日前苏联顿巴斯矿区加加林矿井，突出煤14200t，喷出瓦斯达25万m3。我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一，其特点是突出矿井分布面广，且分布于不同类型的煤层，突出矿井的始突深度不一，中小型突出占较大多数，大强度突出次数也不少；在区域上的表现为南北都有分布，但南强北弱。建国后，第一次煤与瓦斯突出于1950年4月20日发生在辽源矿务局富国矿的西二坑，此后，随着我国煤炭工业的迅猛发展，老矿井开采的愈来愈深，新矿井又不断增多，突出矿井也日益增多，不仅突出次数大幅度增加，而且其突出强度也在提高，其中最大的一次突出发生在1975年8月8日天府矿务局三汇坝一矿主平铜震动性放炮揭穿6号煤层时，突出煤岩12780t，突出瓦斯140万m3，居世界第二。1988年10月16日南桐鱼田堡煤矿二水平东翼三采区+20m石门，打震动炮眼时发生自行冲破岩柱的突出。突出煤炭8765吨，岩石m3，瓦斯201万m3，煤粉堵塞巷道1388m，瓦斯逆流1846m。近些年来，我国煤矿的安全生产形势日益严峻，煤矿安全事故也层出不穷，80%以上都是瓦斯事故，其中以石门揭煤突出最为严重，造成了大量的人员伤亡和财产损失。截止2004年，国有重点煤矿中，有高瓦斯矿井152处、煤与瓦斯突出矿井154处，高瓦斯、突出矿井数量约占49.8%，煤炭产量约占42%。对于煤与瓦斯突出，特别是石门揭煤突出，各国都投入了大量的人力、物力、财力，许多国家还建立了专门的研究机构，专门研究其机理和防治工作；我国于五十年代成立了抚顺煤炭研究所，主要承担煤和瓦斯突出的研究工作，以后相继有中国矿大、安徽理工、河南理工等高等院校也都进行这方面的研究工作。1 概述1.1 矿井概括演马庄矿位于焦作市东北部约20公里，隶属焦作市管辖，地理座标：东经1132111324，北纬35153517。图1-1演马庄矿交通位置示意图Figure 1-1 Drawing location map of Mazhuang mine区内有煤矿专用铁路，南距新（乡）焦（作）铁路待王车站4公里，东连京广线，西接焦枝线。二级公路及乡村油路相互连通。交通极为方便。见演马庄矿交通位置示意图（图1-1）。井田范围：由1999年河南省地质矿产厅颁发的采矿许可证中核定的19个拐点坐标圈定。采矿证编号为4100009941607，当时批准的开采深度为20-500m标高。井田走向长4.37.5km，倾向宽0.98.1 km，面积约14.8733k m 演马庄井田现开采二1煤层，原设计生产能力0.45Mt，2005年核定生产能力为1Mt，现实际生产能力0.9Mt。演马庄矿主、付井均为竖井，井筒直径均为6m，主井深218m，付井深189m，座落在二1煤顶板大占砂岩中。主井坐标：X=3904710.35，Y=38441369.87；付井坐标：X=3904667.01，Y=38441312.13。目前，一水平已基本采完。一水平面积约3.69 k m，探明储量38.337Mt。平均煤厚6.60m，煤层稳定；二水平现主要25采区和27采区等开采。演马庄井田属太行山山前平原和冲积、洪积扇的边缘地带。地势平坦。海拔83123m，一般在100m左右。全区地势北西高，南东低，最大坡度225。由于浅部煤层开采后地面塌陷，而局部形成低洼带。1） 九里山煤矿九里山煤矿位于焦作市区东18km，矿井于1970年7月开始建井，1983年4月简易投产，设计生产能力0.90Mt/a，2005年核定生产能力1.0Mt/a，开采二1煤层。矿井水文地质条件复杂，属煤与瓦斯突出矿井。2）韩王矿位于演马庄矿东邻，面积约3.6km，1958年10月1日建成投产，原设计生产能力为0.3Mt，1997年核定生产能力为0.21Mt，2004年核定生产能力为0.16Mt。该矿水文地质条件复杂，矿井涌水量为4050 m3/min，自建井以来，共发生几十次突水。该矿与演马庄矿水力联系密切，如果演马庄矿发生突出水水位上升，则该矿涌水量将有明显增加。该矿属于煤与瓦斯突出矿井。该矿与演马庄矿之间留设了约80米宽的煤柱，一般不会对演马庄矿生产造成不利影响，但对演马庄矿水文地质条件有一定的影响，应当重视。1.2 煤系地层 本矿为第三、四系全掩盖区，据钻孔揭露，地层由老至新为：奥陶系中统马家沟组，石炭系中统本溪组，上统太原组，二迭系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组下段、中段及第三、四系。1）煤层顶板岩性 煤层顶板多为砂质泥岩，其次为泥岩或砂岩，局部地段有炭质泥岩伪顶。砂质泥岩为层状，灰黑色，含白云母片，层理明显，产植物化石，就顶板管理而言，此泥岩顶板易维护，砂岩顶板易锈结，是最好管理的顶板。 泥岩常以层状或板状，与砂质泥岩为相交关系，硬度2个级，致密易碎，易冒落，锈结力强，厚度0.76.37m。 砂岩即大占砂岩为老顶，以中、细粒为主，局部直接覆于煤层之上，砂岩为灰色，泥硅质胶结，较坚硬，厚层状，硬度6级左右，厚度6.33m，巷道容易维护，放顶时不易冒落，锈结性能差。总之，二1煤层之各类顶板均较完整，易于管理，属于类顶板。 2） 二1煤层底板岩性 二1煤层底板为砂质泥岩或泥岩，厚度10m左右，局部有炭质泥岩且含炭质较高，厚0.30.5m，质软易碎，与煤层不易分开，其强度很低，支撑力差，对巷道维护不利从而给生产造成困难。 二1煤层底板除极少数钻孔有0.10.7m的炭质泥岩(伪底)外，其余全部为泥岩或砂质泥岩，厚度一般在7m左右，其岩性和厚度稳定，据浅部矿井资料，底鼓现象较频繁，主要原因是底板突水造成，个别是矿压造成。表1-1 主要含煤地层含煤性统计表Table 1-1 Statistic form of main coal stratum coal properties1.3 地质构造1）区域构造焦作煤田位于太行山隆起带南端，地层走向NENNE，倾向SE，倾角414，为单斜构造，区域构造以断裂为主，褶曲不甚发育。该区主要发育有东西、北东、北西向、三组断裂。其中，东西向的凤凰岭断层规模大，把焦作煤田分割为焦南、焦北两大部分；北东向断层最发育，破坏了各井田的连续性，分别切割为大小不等的井田断块；北西向断层不发育，常以中小断层出现。各井田构造均为次一级断裂组成，并受区域主干断裂的严格控制。由于各井田所处区域断层的部位不同，其断层走向、发育程度等各有差异。表1-2区域断层一览表Table 1-2 Regional fault list断层名称性质走向倾向延伸长度一般落差（m）备注朱村断层正NWWSW24公里2000董村断层正80100N30公里1000马坊泉断层正60NW25公里200南张门断层正7090NW30公里400700平陵断层正90120NW20公里5001000百泉断层正3640NW20公里300500峪河断层正100SW30公里200500凤凰岭断层正EWS50公里100400九里山断层正4560SW50公里300600方庄断层正N30WSW10公里120两条平行断层地堑2）井田构造演马庄井田位于焦作煤田中部，具体构造位置处于九里山、凤凰岭、方庄三条断层所形成的（韩王演马九里山等三井田）三角状断块中部，地层走向N5070E，倾向SE，倾角4-14，一般9左右，为单斜构造。区内构造以断裂为主，褶曲仅有宽缓褶曲或波状起伏现象出现。井田内无岩浆岩发育。井田内断裂全为正断层，走向多为NENEE，倾向SESEE，倾角一般为6070。规模以小型断层为主，多分布于井田东部。据钻孔及矿井开采资料，全区共发现断层156条。其中，落差大于100m的断层3条，均在井田南部边界附近，且西部落差大，往东逐渐变小；50100m的断层2条；2050m的断层5条；520m的断层22条；小于5m的断层117条，见表1-3。表1-3 井田断层情况统计表Table 1-3 mine field fault condition list落差（米） 条数代 号1003F212、F216、F21851001F21730503F204、F209、F210、20303F3、F219、F07、10209F1、F3-1、F3-2、F39、F75、F102、F137、F213、西三151013F2、F4、F35、F57、F97、F126、F148、F204-1、F207、F208、F214、F215、F220359F11、F66、F99、F100、F139、F140、F143、F150、F153、1.5339F3-3、F3-5、F4-2、F4-4、F6、F7、F15、F16、F17、F19、F26、F33、F36、F47、F48 、F49、F51、F52、F53、F64、F65、F67、F70、F77、F80、F85、F94、F95、F96、F101、F102-5、F106、F110、F111、F119、F122、F128、F146、F147、1.575F1-1、F1-2、F3-4、F4-1、F4-3、F4-5、F5、F8、F9、F10、F11-1、F11-2、F12、F13、F14、F18、F20、F21、F22、F23、F24、F25、F27、F28、F29、F30、F31、F32、F34、F37、F40、F42、F43、F44、F45、F45-1、F50、F55、F58、F59、F62、F63、F68、F69、F71、F74、F76、F81、F82、F84、F89、F91、F92、F93、F102-1、F102-2、F102-3、F102-4、F107、F108、F109、F112、F114、F115、F116、F118、F120、F123、F127、F128-1、F141、F142、F144、西三3、西三4、合计156该区断裂处在断块的不同部位，表现了明显的规律性，并严格受到区域构造的控制，纵观全区，共发育三组不同方向的断裂，即：北东、东西和北西向，浅部构造简单，深部和东部相对较复杂，西部由于受九里山断层和凤凰岭断层不同方向的构造作用，其构造，水文地质，瓦斯等地质条件的复杂程度表现的更为突出，并给矿井生产带来较大困难，该区断裂主要受凤凰断层的控制。1.4 矿井通风演马庄矿为中央边界与两翼对角混合抽出式通风，主、副井和东四斜井进风，东、西两个风井回风。目前，矿井总进风量14870 m3/min，总回风量为15428 m3/min，矿井有效风量为13809 m3/min，有效风量率89.51%，矿井等积孔5.93 m。东风井安装两台BDK-8-NO28型对旋式通风机，风叶角度均为-3，双级运转，配备南阳防爆集团公司生产的YBF630-8型400kW电动机,工作风量8226 m3/min，负压2600Pa；西风井安装两台FBCDZ-NO28型对旋式通风机，风叶角度均为-6，双级运转，配备南阳防爆集团公司生产的YBF5608型400kW电动机,工作风量7202 m3/min，负压2500Pa。采区通风方式为“两进一回”，即轨道上（下）山和胶带运输上（下）山为进风，回风上（下）山用于专用回风。矿井布置有-75m和-200m水平进风大巷，在矿井上部煤层露头布置有总回风大巷，贯穿矿井东、西两翼，并通过风井联络巷与风井相连，用于矿井回风。二七下段采区布置两条下山，其中轨道下山作为进风巷，回风下山作为回风巷。 新鲜风流： 东大巷27轨道上山、27皮带上山 主、副井、东四进风 21皮带上山、21轨道上山25流水巷 27轨道下山运输顺槽工作面乏风风流：工作面工作面回风顺槽二七下段回风二七回风上山矿井东翼总回风东风井地面。1.5 煤层与煤质1.5.1 煤层1）二1煤层二1煤层为主要可采煤层，现正开采。赋存于山西组底部，煤层厚1.7010.60m，平均6.58m，属厚煤层。煤厚变化不大，薄煤带1.70m，其它煤厚度均在6.00m左右变化。煤层赋存良好，无分叉尖灭现象，仅局部含有1层泥岩或砂岩夹矸，夹矸厚度0.100.70m。二水平煤层厚2.1610.65m，平均6.68m，仅有3孔含夹矸，厚0.050.30m，煤层直接顶板大部为砂质泥岩和泥岩，厚度一般3m左右。少数钻孔为细中粒砂岩（大占砂岩），厚度一般18m左右。仅局部有小面积炭质泥岩伪顶，直接底板为泥岩，砂质泥岩和粉砂岩。（1）煤层厚度变化情况通过对二水平及以深的83孔见煤点统计，2孔断失，2孔未达层位，其余79孔见煤点煤厚在5.008.00m的67孔，占86%，在34m占3%，在810m占10%，2m和10m的占1%，见图2-2。图1-2 二1煤层厚度频率直方图Figure 1-2 Two1 coal seam thickness with rate list纵观全区，煤层厚度变化不大，大于6m或小于6m的煤层厚度呈北西南东向波状展布。从走向上看，煤层厚度也无明显的变化趋势。倾向上煤厚变化趋势也不明显。此外，通过生产矿井调查，煤层顶板稳定且平整，底板在局部有隆起现象，但范围不大，工作面褶曲不发育，但煤层在倾向上有小型的宽缓波状起伏，据此分析，煤厚小幅度变化主要是受煤层基底小型隆起所致。图1-3二1煤层等厚线示意图Figure 1-3 Two1 coal bed of thickness line chart （2）煤层稳定性图1-4 二1煤层-160米左右走向剖面示意图Figure 1-4 Two1 profile -160m coal bed煤层厚度在走向和倾向上变化不大，一般在58m之间，可采性指数为100%，变异系数在20.8以下，二水平及以深，煤厚1.7010.65m，平均6.58m，属稳定煤层。2）一2煤层赋存于太原组底部，直接顶板为L2石灰岩，其厚度稳定，全区发育，大部可采，底板为黑色泥岩或铝质泥岩，且多含黄铁矿结核。一2煤层上距二1煤层63.6075.70m，一般17m左右。全区一2煤层厚度0.702.47m，平均1.20m。煤层中部普遍发育1层泥岩质或炭质泥岩夹矸，厚度0.100.50m，一般0.30m左右（图2-5）。图1-5 一2煤层走向剖面示意图Figure 1-5 One2 coal seam to profile schemes演马庄矿施工的3孔均达可采厚度，据他们统计，一2煤层可采性指数为76.4%，变异系数47.7%，故一2煤层为层位稳定、大部可采之薄中厚煤层，应属较稳定煤层。3）一6煤层赋存于太原组中部L6灰岩之下，上距二1煤层43m左右，一般发育2层薄煤，该煤层层位较稳定，普遍发育，时有尖灭，分叉合并现象，煤与煤间距一般在4m左右，煤平均厚0.56m，煤平均厚0.58m，两层煤总厚01.22m，一般0.90m，仅有11-4孔见到1.22m的可采见煤点，其余均不可采。总之，见煤点质量差，层位对比不清，无煤质等资料，无开采历史。据现有资料：一6煤（二煤）不可采，以往虽然提交储量约3Mt，但可信程度差，依据不足。4）煤层突出危险性及突出特点自建井至今共发生煤与瓦斯突出45次，始突标高-50m，其中顶层煤巷掘进工作面38次，顶层采煤工作面7次。突出煤量在500吨以上的大型突出2次，其中1975年石门揭煤期间发生的突出，是焦作矿区揭煤期间发生的最大突出，突出煤量1500吨、瓦斯44万m3。突出煤量在100t499t之间的次大型突出14次，平均突出煤量216t/次，平均突出瓦斯量26757 m3/次1.5.2 煤质1）物理性质二1煤层为灰黑色，条带状结构，层状构造，上部以块状为主、具贝壳状断口，似金属光泽，局部为粒状，下部则多为粉状，鳞片状。真密度（TRD）1.60，视密度（ARD）1.47，孔隙率8.12%。一2煤层为灰黑色，以块状为主，内生裂隙发育，贝壳状断口，似金属光泽，下部含较多的黄铁矿，真密度1.68、视密度1.49，孔裂隙11.31%。2）煤岩特征（1）宏观煤岩特征二1煤层以亮煤为主，次为暗煤和镜煤，煤层中部可见一薄层具纤维状结构，疏松多孔，光泽较弱丝炭，厚度（0.10m），属光亮半亮型煤。一2煤层煤岩组分和二1煤层相似，属半亮光亮型煤。（2）显微煤岩特征二1煤镜质组具明显的各向异性，基质镜质体、团块镜质体在正交偏光下呈花纹状、云雾状消光，呈似条带状分布，均质镜质体无花纹状消光特征。镜下可见类似焦炭中各向异性的中间相小球体，呈细小团块或条带状。一2煤微观特征大致与二1煤层相同，镜质组亦具明显的各向异性，均质镜质体表现较弱，基质镜质体、团块镜质体组分则出现明显的各向异性，在正交偏光下呈现花纹状消光、十字消光的小球体。二1、一2煤无机组分均以粘土矿物为主，一般呈细分散状，零星粒状、条带状顺层分布，方解石多呈脉状或充填在丝质体胞腔中，菱铁矿仅偶见及，黄铁矿含量较高为一2煤层的明显特征，多菱状、花朵状或条带状等形态出现，有的则呈单晶粒状，二1、一2煤显微煤岩鉴定结果见表2-5。表1-4 显微煤岩鉴定成果表Table 1-4 Microscopic petrographical appraisal results table 煤层有机组分（%）无机组分（%）镜煤反射率R0max(%)粘土类硫化物类碳酸盐类其它二189.291.590.7(3)6.19.67.4(3)微量0.10.1(3)1.22.01.7(3)微量3.633.953.77(3)一289.291.990.45.58.47.0(3)1.62.51.9(3)0.20.80.6(3)微量3.954.084.02(3)注：表格中数据为最小值最大值 平均值(点数)，以下各表类同。1.6 水文地质1）区域水文地质概况焦作煤田地处太行山复背斜隆起带南段东翼，山前倾斜平原地带，地层走向N60E，倾向SE，倾角812，呈地堑、地垒、掀斜断块等组合形式，以断裂构造为主。区内寒武系、奥陶系灰岩中岩溶裂隙发育，为地下水提供了良好的储水空间和迳流通道。另外，在断裂带附近岩溶裂隙相对发育，常常形成强富水、导水带，成为焦作煤田内诸矿区、勘查区的补给边界。2）矿井水文地质特征（1）地表水文特征矿区内无大的河流和水体。东部石门河、西部山门河均为间歇性河流。除雨季外，平时干枯无水。但河床下及其附近有大量砾石层，形成地表水与大气降水补给地下水的良好通道。（2）含水层（组）根据岩性、水力性质、空隙特征和富水程度，区内含水层（组）自下而上有： 3）新生界砂砾石含水组第三、四系地层中夹含水砂砾石17层，总厚4.2352.5m。上部潜水含水层埋深1830m，最大厚度20m左右，水位标高+31m左右，单位涌水量4385L/sm，井简开挖时最大涌水量11.7m3/min；下部40m以下为承压水含水层，含水丰富，尤以“底砾岩”含水性最强，水位标高+80m左右，单位涌水量3.71L/sm，井筒最大涌水量4m3/min，渗透系数9.20m/d，为HCO3CaMg型水。是下伏含水层主要补给源之一。4）二迭系砂岩裂隙含水层由二叠系地层中的砂岩组成。有意义的含水层主要有基岩风化带裂隙含水层和大占砂岩裂隙含水层，现分别叙述如下：基岩风化带裂隙含水层基岩风化带裂隙发育，平均厚度20m左右，为裂隙承压水，单位涌水量0.020.3L/sm，渗透系数0.72m/d，含水性弱。大占砂岩裂隙含水层位于二1煤顶板上导水裂隙带内。最大厚度61.27m，平均20m，单位涌水量0.010.17L/sm，平均0.05L/sm，含水性较弱，为HCO3CaMg型水。5）石炭系灰岩岩溶裂隙含水组石炭系含灰岩8层，总厚一般2035m。其中L8、L2两层灰岩分布较稳定，富水性强，现分述如下：L8灰岩含水层上距二1煤14.1723.90m，一般1820m，平均18.56m，为二1煤底板直接充水含水层。厚810m，岩溶裂隙发育，如井下西翼西底板回风巷380m长，揭露溶洞44个、34勘探线间有20个钻孔见岩溶。据钻孔和井下揭露，溶洞多发育在静水位活动带和断裂破碎带附近，直径0.22.67m，洞内无充填物，尤以标高+10-10m和+45+65m之间最甚，富水性中等偏强，但差异性较大。发育程度随深度增加而有所减弱。据钻孔注水试验和井下突水点反求，单位涌水量0.003455.4L/sm，平均1.32L/sm，渗透系数8.1739.9m/d、平均23.05m/d，导水系数70.18321.3 m/d，平均197.09 m/d。水化学类型为HCO3CaMg水。L2灰岩含水层厚4.8214.34m，一般911m，平均10.81m，一般上距二1煤层7080m、平均73.58m；下距O2灰岩11.7237.52m，一般约20m，平均21.24m；是二1煤底板间接充水含水层。岩溶裂隙发育规律除L8灰岩相似外，还常在断裂破碎带内形成蜂窝状溶孔及溶洞较大之特点，如5-2孔、注6孔所遇溶洞高度分别达7.95m和8.03m。据钻孔注水试验，单位涌水量1.817.15L/sm，渗透系数520m/d。含富水性强，与O2炭岩含水层联系密切。6）奥陶系灰岩O2岩溶裂隙含水层O2灰岩厚约400m，一般上距二1煤层100m左右、平均105.53m。岩溶裂隙发育，富水性强，水头高、水压大之特征，是威胁矿井安全的主要含水层。根据岩性特征、富水程度和对二1煤层开采影响，可分为上下两段：上段O22-2+O23厚220m，单位涌水量1.137.9L/sm；下段O21-2厚7080m、单位涌水量0.51.0L/sm，两段之间被厚5060m灰色角砾状泥灰岩隔断。矿区内具有统一地下水位。据2005年9-14孔观测，最低水位82.15，与60年代最低水位相比，下降了近20m。因该区内存在数层厚度较大的隔水层，在天然状态下以上各含水层之间多无水力联系。受采矿影响，隔水层性能遭到破坏时，可导致各含水层之间发生密切联系。演马庄矿水文地质条件十分复杂，矿井主要含水层有第三、第四系冲积层含水层，二迭系砂岩含水层，L8、L2和O2灰岩含水层，其中L8、L2和O2灰岩含水层富水性强，是矿井突水的主要水源。L8、L2和O2均位于二1煤层底板，L8灰岩上距二1煤1820m，平均18.56m，为二1煤底板直接充水含水层，厚810m，岩溶裂隙发育。据钻孔注水试验和井下突水点反求，单位涌水量0.003455.4L/sm，平均1.32L/sm，目前水位为10-10m，矿井开采标高为 -150-200 m，L8灰岩水压为1.42.1 MPa，突水系数为0.070.116，易于突水。L2灰岩平均厚10.81m，一般上距二1煤层7080m，平均73.58m；下距O2灰岩11.7237.52m，平均21.24m，是二1煤底板间接充水含水层，岩溶裂隙发育规律除与L8灰岩相似外，还常在断裂破碎带内形成蜂窝状溶孔及溶洞较大之特点,富水性强，与O2炭岩含水层联系密切，据钻孔注水试验，单位涌水量1.817.15L/sm，目前水位为 8587 m， L2灰岩水压为2.352.87 MPa，突水系数为0.0290.04。 O2灰岩厚约400m，一般上距二1煤层100m左右，平均105.53m，具有岩溶裂隙发育，富水性强，水头高、水压大之特征，是威胁矿井安全的主要含水层，根据岩性特征、富水程度和对二1煤层开采影响，可分为上下两段：上段O22-2+O23厚220m，单位涌水量1.137.9L/sm；下段O21-2厚7080m，单位涌水量0.51.0L/sm，两段之间被厚5060m灰色角砾状泥灰岩隔断，矿区内O2具有统一地下水位，目前水位为8789 m，水压为2.372.89 MPa，突水系数为0.020.0275。从以上分析来看， L2，O2不易于突水，但当遇到断层破碎带时会和L8灰岩导通，形成L8灰岩的补给水源。演马庄矿自建井以来共发生突水79次，1 m3/min以上的突水60余次，最大突水量达320 m3/min，出现过两次淹地区事故、两次淹井事故1.7 煤层安全技术条件1）煤尘爆炸性二1煤层以块煤为主，煤尘量较小，2002、2003、2005年该矿对二1煤层取样进行了煤尘爆炸性鉴定，该矿二1煤层无煤尘爆炸危险性。结果见表1-5。表1-5 煤尘爆炸性及自燃倾向性鉴定表Table 1-5 Coal-dust explosive and self-ignition orientation appraisal 采样地点、时间样品编号 煤尘爆炸性燃点（）爆炸性指数（%）结论原样氧化还原自燃倾向性1989年9月9-13分1无爆炸危险性387383402不易自燃9-13分9无爆炸危险性不易自燃9-13分10无爆炸危险性392389400不易自燃2002年8月二1煤层7.54无爆炸危险性不易自燃2003年8月二1煤层7.54无爆炸危险性不易自燃2004年12月二1煤层无爆炸危险性不易自燃2）煤的自燃倾向性在钻探过程中进行煤的自燃倾向性测试，该矿二1煤层取样进行了自燃倾向性鉴定，结果见表1-5。自投产以来，从未发生煤的自燃，因此，该矿二1煤层属不易自燃发火煤层。1.8 矿井瓦斯演马庄矿主采二1煤层瓦斯含量11.32 m3/t26.13 m3/t，瓦斯压力0.612.44MPa，煤的坚固性系数0.161.27,煤层透气性系数0.20.457 m2/MPa2d。自建井至今共发生煤与瓦斯突出39次，始突标高-50m，其中顶层煤巷掘进工作面35次，顶层采煤工作面4次。突出煤量在500吨以上的大型突出2次，其中1975年石门揭煤期间发生的突出，是焦作矿区揭煤期间发生的最大突出，突出煤量1500吨、突出瓦斯量44万m3。大型突出平均突出煤量101.6t/次，突出瓦斯量12192 m3 /次；突出煤量在100t499t之间的次大型突出14次，平均突出煤量216t/次，突出瓦斯量26757 m3/次。突出点常位于构造应力集中区，一般构造煤发育、煤厚变化明显。表1-6 演马庄矿瓦斯基础参数表Table 1-6 Yanmazhuang mine gas basis of the parameters采区名称瓦斯含量（m3/t）瓦斯压力(MPa)煤层透气性系数（m2/MPa2d）百m钻孔瓦斯流量（m3/minhm ）钻孔衰减系数（ d-1 ）21下山采区14.9323.861.120.00810.02122采区21.9625.20.950.350.4570.00110.00910.02180.038925采区20.122.780.610.740.20.310.0040.00670.01260.025827采区13.8816.450.30.4570.00650.0540.01970.038922下段采区15.3326.131.390.00570.007927下段采区11.3222.680.512.440.00650.0542 矿井开拓方式，采区巷道布置及采煤方法2.1 矿井开拓矿井开拓方式为立井多水平上下山开拓。矿井总体布置分两个水平开拓，即一水平和二水平。主要生产地区为二水平，现有三个采区生产，即二二采区、二五采区、二七采区。矿井分水平布置运输大巷，采区上、下山连接，一水平大巷标高-75m，二水平大巷标高-200m，每个采区有三条上（下）山，即胶带运输上（下）山、轨道运输上（下）山和回风运输上（下）山，均布置在煤层顶板岩层内，与煤层法线距离614m，其中轨道上（下）山和胶带运输上（下）山为进风，回风上（下）山为专用回风。在矿井上部煤层露头附近布置一条（或两条平行）总回风大巷，贯穿矿井东、西两翼，并通过风井联络巷与风井相连，用于矿井回风。采区接替顺序为：25采区22下段采区、21下山采区；27采区27下段采区、27下山采区。矿井采用倾斜分层走向长壁全部垮落式开采，综合机械化采煤工艺。二七下段采区倾斜长为90943m，根据演马庄矿的生产实践和现有的生产水平，以及二七下段采区的实际情况，采区共划分为两个区段，单向 2个采煤工作面，即27131、27151。27131工作面工作面倾向长度约为110m；27151工作面倾向长度约为90m。二七下段采区开采顺序为下行式，即由浅部向深部开采，工作面为后退式开采顺序。2.2 采区巷道2.2.1 采区巷道布置从二七轨道上山下车场开口开拓二七下段采区，二七下段采区共有两条下山，利用二七轨道上山掘二七轨道下段和二七回风下段、两条岩石下山与煤层留78m保护岩柱。 采区轨道下山绞车房设在采区上车场，采区变电所设在二七轨道上山的底部，在二七下段采区下部设置泵房及水仓联合布置方式。 采区上车场采用顺向平车场，车场长度85米，可同时存放空重车场50辆，该车场车辆运行、调车便利，通过能力大，要求断面较大。 采区2个中车场均采用单侧甩车场，由二七下段轨道甩偏进入中车场，中车场做石门，与煤层巷道联通。设计中车场长度80米，可同时存放空重车辆25辆，该车场提车甩车时间短，车场能自溜，工人摘挂车劳动强度小，提升能力大。 采区硐室主要有变电所，采区泵房、采区煤仓。 在采区开拓掘进期间利用二七下段泵房由二七下段变电所供电，在采区系统形成后在采区下部设立泵房。 采区煤仓设在二七下段轨道的上部。为了实现分区隔离防水的目的，本设计在轨道、回风下段的合适位置各布置一座防水闸门硐室。2.2.2 采区主要巷道支护形式 二七下段采区是煤与瓦斯突出区，回采工作面必须预抽煤层瓦斯，为了满足工作面通风、运输、排水及瓦斯抽放的需要，并根据演马庄矿分层开采工作面的生产实践，每个顶分层回采工作面需布置两条顺槽，均沿煤层顶板布置，采用锚网支护型式；底分层回采工作面上、下两条顺槽采用工钢棚支护型式。工作面上、下端头与两巷满收满回之间的空顶部分采用对棚两梁六柱(3.6m长型钢梁，配合2.5m单体液压支柱)支护；满收满回采用2.5m单体柱与铰接梁支护，1棚4根柱，满收满回必须超前工作面。满收满回以外超前维护不小于20m，锚网支护巷道打叉子棚，叉子棚形式为工钢梁或型钢梁(2.8m长)、单体液压支柱，一梁三柱。轨道、皮带、回风下山均为岩巷，采用锚喷支护形式；2.3 采煤方法二七下段采区煤层赋存稳定，构造简单，平均煤厚5.17m，因该地区为煤与瓦斯突出地区，煤层瓦斯含量高，宜采用分层开采。根据煤层厚度及现有设备情况，经方案比较二七下段采区采用整体顶梁组合液压支架机采采煤法。顶分层顶板管理采用全部垮落法处理采空区。底分层在人工金属网假顶下作业，工作环境安全。2.4 瓦斯监测 根据安全规程规定，对于高瓦斯突出矿井应安装安全监测系统，在井下回采工作面，均应设置瓦斯传感器及风电瓦斯闭锁装置，主要工作场所应设瓦斯断电仪，依据上述原则，该矿已安装型号KJ101N型安全监测监控系统，并增设二七下段采区所需各监测分站。 二七下段采区共设置KJ101-F2型监测分站3个，按每个分站带8个传感器设置，分别对回采工作面、煤岩巷掘进头、绞车提升硐室、采区变电所、采区泵房、各装煤点以及回风流中机电硐室进风侧等处均装设甲烷传感器、一氧化碳传感器、设备开停传感器、风门开关传感器、馈电传感器、烟雾传感器等监测设备，实现对井下各监控点中的甲烷以及各电控设备工作状态相关参量的连续检测。 监控系统地面部分由监控机和通信接口通过传输线路与井下所有监控设备组成监控网络，监控程序运行在Windows平台，完成对井下各种监控数据的采集；显示和存储以及下发各项控制指令与数据报表的打印，同时也可以通过网络方式将监测数据实时发往各终端机，实现监控系统网络化。根据设计规范要求，矿井瓦斯抽放泵站、瓦斯抽放管路、主要通风机及主要风门，局部通风机等处均设监测监控设备。下井人员必须配备便携式甲烷检测设备和隔离式瓦斯自救器。3 防治煤与瓦斯突出的一般规定3.1防突管理及培训表3-1 区域瓦斯治理机构、人员表Table 3-1The personnel of regional gas control agencies 机构名称通风副总地测副总地测科防突科安全区通风区合计人员数量11165207216446管理人员559827工程师以上人员11241）矿井应当成立防突工作领导小组，由矿长任组长，矿技术负责人和各管副矿长任副组长，成员应有技术科、防突科、地测科、安监科、通风科、安全区（或防突队）、机电科和计划、工资财务、供应等业务科室以及采掘区队负责人，下设办公室，办公室设在防突科。2）矿井应当设置防突机构-防突科，建立健全防突管理制度和各级岗位责任制。防突科应设科长、主管技术人员等，负责编制防突措施、管理制度、岗位责任制和矿井年度、季度、月度防突计划，检查防突措施、制度和计划的执行情况。3）矿长应当分别每季度、每月进行防突专题研究，检查、部署防突工作；保证防突科研工作的投入，解决防突需要的人力、财力、物力；确保抽、掘、采平衡；确保防突工作和措施的落实。矿技术负责人对防突工作负技术责任，组织编制、审批、检查防突工作规划、计划和措施；副矿长负责落实所分管的防突工作。矿井各职能部门负责人对本职范围内的防突工作负责；区（队）、班组长对管辖范围内防突工作负直接责任；防突人员对所在岗位的防突工作负责。矿安监科负责对防突工作的监督检查。4）矿井应当设置满足防突工作需要的专业防突队伍。防突专业队伍包括：防突预测预报、瓦斯抽放（包括打钻和抽采）、瓦斯监测监控和通风、瓦斯检查、爆破专业队伍。焦煤集团所管辖矿井的防突队伍设置情况，瓦斯监测监控、通风、瓦斯检查、爆破专业队伍统属通风区管辖，防突预测预报、瓦斯抽采或分别属通风区、安全区管辖，或矿井单独成立防突队负责防突预测预报和瓦斯抽采。专业防突队伍的设置由矿方确定，但各种队伍应当设置齐全，人员配备满足矿井防突工作需要。5）矿井应当编制突出事故应急预案。应急预案主要内容包括：突出事故应急预案概述、突出事故类型及危害分析、应急救援及原则、组织机构及职责、预防和预警、突出事故报告程序和现场保护、应急处置、应急物资和装备保障。6）矿井在编制年度、季度、月度生产建设计划时、同时编制年度、季度、月度防突措施计划，保持抽、掘、采平衡。防突措施计划及人力、物力、财力保障安排由技术负责人组织编制，矿长审批，分管副矿长组织实施。7）各项防突措施按照下列要求贯彻实施：（1）施工防突措施的区（队）在施工前，负责向本区（队）职工贯彻并严格组织实施防突措施；（2）采掘作业时，应当严格执行防突措施的规定并有详细准确的记录。由于地质条件或其他原因不能执行所规定的，防突措施的施工区（队）应当立即停止作业并报告矿调度室，经矿井技术负责人组织有关人员到现场调查后，由原措施编制部门提出修改或补充措施，并按原措施的审批程序重新审批后方可继续施工；其他部门或者个人不得改变已批准的防突措施；（3）矿长和矿技术负责人应当每月至少一次到现场检查各项防突措施的落实情况；（4）矿防突科应当随时检查综合防突措施的实施情况，并及时将检查结果分别向矿长和矿技术负责人汇报，有关负责人应当对发现的问题立即组织解决；（5）矿井进行安全检查时，应当检查综合防突措施的编制、审批和贯彻执行情况。8）突出煤层采掘工作面每班应当设专职瓦斯检查员并随时检查瓦斯；发现有突出预兆时，瓦斯检查员有权停止工作，协助班组长立即组织人员按避灾路线撤出，并报告矿调度室，专职爆破工应当固定在同一工作面工作。9）防突技术资料的管理工作应当符合下列规定：（1）每次发生突出后，矿防突科指定专人进行现场调查，认真填写突出纪录片，提交专题报告，分析突出发生原因，总结经验教训，提出对策措施；（2）每年第一季度将上年度发生煤与瓦斯突出矿井的基本情况调查表（见附表1）、煤与瓦斯突出记录卡片（见附表2）、矿井煤与瓦斯突出总表（见附表3）连同总结资料报省级煤矿安全监管部门、驻地煤矿安全监察机构；（3）所有有关防突工作的资料均应存档。10）矿井管理人员和井下工作人员应该接受防突知识的培训，经考试合格后方准上岗作业。各类人员的培训达到下列要求：（1）井下工作人员的培训包括防突基本知识和规章制度等内容；（2）区（队）长、班组长和有关职能部门的工作人员的培训包括突出的危害及发生的规律、区域和局部综合防突措施、防突的规章制度等内容；（3）矿井防突员属于特种作业人员，每年应接受一次矿三级及以上的安全培训机