山矿防治煤与瓦斯突出专项设计毕业设计.doc

河南理工大学本科毕业设计山矿防治煤与瓦斯突出专项设计毕业设计目 录1引 言11.1选题意义和目的11.2国内外研究现状11.3研究方法和研究路线21.3.1研究方法21.3.2研究路线22 矿井基本情况及瓦斯地质条件42.1 矿井概况42.1.1 井田位置与范围42.1.2 交通条件52.1.3 井田面积52.2 地质条件62.2.1 地层情况62.2.2 含煤地层情况82.2.3煤层厚度及稳定性102.2.4 构造类型及特点112.2.5区域水文地质概况152.2.6煤尘爆炸危险性172.2.7 煤的自燃倾向性172.3 开拓、开采方式192.4 矿井通风192.5 瓦斯涌出量223 矿井瓦斯基本参数与突出危险性223.1 煤与瓦斯突出的煤体结构条件223.1.1煤岩破坏类型及结构类型223.1.2煤的坚固性系数测定283.1.3煤的瓦斯放散初速度P测定283.2煤的瓦斯含量和瓦斯压力293.3煤层瓦斯抽采可行性333.3.1煤层瓦斯抽采半径333.3.2煤层可抽采性分类343.4煤层突出危险性及突出的特点353.4.1煤与瓦斯突出的机理353.4.2 煤层突出的危险性393.4.3突出的一般规律394区域综合防突措施414.1矿井突出区域预测414.1.1区域预测方法及指标414.1.2开拓前区域危险性预测方法的选择及结果434.1.3开拓后区域危险性预测方法的选择及结果434.2区域防治煤与瓦斯突出措施454.2.1开采保护层454.2.2预抽煤层瓦斯474.3区域防治煤与瓦斯措施的效果检验504.3.1顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯效果检验504.3.2穿层钻孔预抽煤层条带瓦斯效果检验514.3.3穿层钻孔预抽石门揭煤区域防突措施效果检验524.4区域验证535局部综合防突措施545.1工作面突出危险性预测545.1.1石门揭煤工作面突出危险性预测555.1.2煤巷掘进工作面突出危险性预测565.1.3采煤工作面突出危险性预测575.2局部防治煤与瓦斯突出措施585.2.1石门揭煤工作面防突措施585.2.2煤巷掘进工作面防突措施595.2.3回采工作面防突措施595.3局部防治煤与瓦斯突出措施的效果检验605.3.1石门（含立井）揭煤的局部防突措施的效果检验605.3.2煤巷掘进工作面局部防突措施效果检验605.3.3采煤工作面局部防突措施效果检验615.4局部安全防护措施626防治煤与瓦斯突出的组织管理体系646.1组织措施、机构建设和人员配备646.2防突责任制646.2.1矿领导防突责任制646.2.2防突科防突责任制656.2.3抽探队防突责任制676.2.4通风监测队防突责任制676.2.5地测科防突责任制686.2.6生产科防突责任制686.2.7机电科防突责任制686.2.8采掘（区）队负责人防突责任制696.3防突设备的配备696.3.1煤层瓦斯基础参数测试仪器设备696.3.2预测和效检仪器696.3.3钻机、钻具设备706.4防突安全培训716.5综合防突措施的程序和要求716.5.1区域综合防突措施的程序和要求716.5.2局部综合防突措施的程序和要求737突出事故应急救援预案767.1组织领导767.2可能发生突出的地点和突出预兆797.3煤与瓦斯突出事故的应急反应与救援797.3.1事故现场应急措施797.3.2地面应急措施797.4其他措施80致 谢82参考文献841引 言1.1选题意义和目的我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国。在一次能源消费结构中，煤炭占到70%以上。我国煤炭生产主要为地下作业，在煤炭开采过程中，瓦斯事故频发。瓦斯事故的发生不仅影响煤炭生产的正常进行，而且使国家的生命财产遭受重大损失。因此要防治煤与瓦斯灾害，保障煤矿安全生产。矿井瓦斯是时时刻刻严重威胁煤矿井下安全生产的自然因素之一，预防瓦斯灾害对矿井建设和煤炭生产具有重要的意义。晋煤集团成庄矿属于高瓦斯矿井。随着采掘深度不断加深，瓦斯突出危险性也不断增加，因此，防治煤与瓦斯突出工作已迫在眉睫。1.2国内外研究现状煤与瓦斯突出现象是怎样发生的？原因何存？过程如何？这些引起人们兴趣的问题称为突出机理问题。本世纪以来人们观察测定从而提出了众多假说。归纳起来可分为三类，第一类瓦斯作用说，第二类地应力作用说，第三类综合作用说。多数人认为突出是地应力，瓦斯，煤的力学性质和重力综合作用的结果。但是，对于这些因素在突出的形成和过程中的作用，则众说纷纭。当开采煤层群时开采解放层是预防突出的最有效方法。例如，英国车海德里煤矿先开采底部煤层和石门突出危险煤层，没有发生过突出，说明应力和瓦斯已成功地释放。在不可能使用开采解放层方法进行大面积卸压时，常用的一种局部卸压方法是大直径钻孔排放或抽放瓦斯。大直径钻孔可取得释放岩层压力和瓦斯压力的双重效果。钻孔直径越大（达300mm），卸压效果也越好。但大直径孔排瓦斯小时有可能诱发突出，因此最优钻孔直径要考虑现场条件。原联邦德国煤矿成功地打95-140mm卸压钻孔，使工作面前方510m范围内经常处于卸压状态。法国普罗旺斯煤矿采用了经过改进的原联邦德国技术。以23m间距向煤层打直径95mm、长2025m的钻孔。观测到明显卸压效果并在钻孔限定的空间内，诱发了小突出。我国有关专家学者和现场工作人员，进过几十年的不断探索、发展和完善，使我国的防突技术走在了世界的前列。有关部门在系统地总结我国防突工作经验的基础上，于2009年5月14日，颁布防治煤与瓦斯突出规定，对防治突出的各个环节都做出了具体的规定。1.3研究方法和研究路线1.3.1研究方法严格按照防治煤与瓦斯突出规定坚持区域防突措施先行，局部防突措施补充的原则对成庄矿三号煤层进行防突设计，切实做到多措并举，可保必保，应抽尽抽，效果达标。充分利用瓦斯地质学、瓦斯防治技术、构造地质学、通风安全学、煤矿开采学及数理统计学等学科的理论与方法，做好本次毕业设计。1.3.2研究路线本论文的研究路线图见1-133图1-1论文研究路线图Figure.1-1 Technology pathway of the paper2 矿井基本情况及瓦斯地质条件2.1 矿井概况2.1.1 井田位置与范围成庄煤矿（以下简称井田），位于沁水煤田南翼，晋城市西北20km处，跨泽州和沁水两县。工业广场位于泽州县下村镇史村,地理坐标为北纬353411353950,东经11236061124349。井田范围：根据中华人民共和国国土资源部于2002年10月14日颁发的成庄矿采矿许可证（副本）证号：1000000220020，有效期限28年9个月（2002年10月至2031年7月），开采深度730420m（标高）成庄矿由以下拐点坐标圈定：1、X=3949827.00，Y=19648262.00； 2、X=3949854.00，Y=19650022.00；3、X=3949024.00，Y=19654336.00； 4、X=3948519.00，Y=19654344.00；5、X=3948097.00，Y=19656221.00； 6、X=3945501.00，Y=19654570.00；7、X=3944787.00，Y=19654961.00； 8、X=3944627.00，Y=19654954.00；9、X=3944074.00，Y=19656773.00；10、X=3943021.00，Y=19655909.00；11、X=3943976.00，Y=19654894.00；12、X=3944226.00，Y=19654900.00；13、X=3944270.00，Y=19654509.00；14、X=3942817.00，Y=19654381.00；15、X=3942891.00，Y=19653970.00；16、X=3942297.00，Y=19653709.00；17、X=3941830.00，Y=19653286.00；18、X=3939437.00，Y=19652462.00；19、X=3941596.00，Y=19645166.00。成庄井田北至大阳井田南界，南至寺河井田北界，东以煤层露头及小窑为界，西与潘庄井田为邻，东西长约10.0km，南北宽约9.7km，面积74.3338km2。山西省煤炭工业局于2005年6月9日颁发的成庄矿煤炭生产许可证（副本）（证号：G040502004G3），矿井生产能力800万t/a，有效期限2005年6月9日至2007年12月30日。2.1.2 交通条件太（原）焦（作）铁路由井田东10余km处通过，侯（马）月（山）铁路从西南约7km处通过。矿井有铁路专用线经古书院矿与太焦铁路接轨，距古书院矿18km。207国道（太原洛阳）在成庄矿东侧约20多km处通过，晋（城）长（治）、晋（城）阳（城）、晋（城）焦（作）、长（治）邯（郸）、太（原）长（治）高速公路已建成通车。交通极为便利（图1-1）。图2-1 成庄矿交通位置图Figure2-1 Map of traffic and situation of Chengzhuang coal mine2.1.3 井田面积1959-1975年曾多次在本井田内及外围进行过地质勘探工作，为矿井开发与建设提供了可靠的地质资料。成庄井田面积为74.3338km2，其中东部49.88km2为精查区，西部24.51 km2为备用区，备用区只进行了详查勘探。2.2 地质条件2.2.1 地层情况本井田由东向西、岩层从老到新。现分述如下：奥陶系中统下马家沟组（O2x）以中厚层状石灰岩为主，下部夹泥质灰岩和含石膏的泥质角砾状灰岩，中下部岩溶发育，呈蜂窝状小溶洞相互连通，一般可见13层，洞内可见黄褐色沉淀物。本组岩溶发育，含水丰富，是矿区水源的重要取水层段。本组厚度约为178.32m。奥陶系中统上马家沟组（O2s）以浅灰深灰色致密性脆的厚层状石灰岩为主，次为泥质灰岩，具方解石细脉。本组厚177.04m254.13m，平均207.96m，富水性弱于下马家沟组。奥陶系中统峰峰组（O2f）以深灰色坚硬致密的厚层状石灰岩及角砾状灰岩为主，砾石成分较复杂。在个别钻孔中见到顶部具薄层状黄铁矿，为本溪组沉积物。本组厚42.79m86.13m，平均68.38m。石炭系中统本溪组（C2b）平行不整合于峰峰组灰岩侵蚀面之上，因受剥蚀面控制，厚度由0m9.76m。平均7.86m。以灰白色铝土质泥岩为主，夹薄层砂质泥岩及细粒砂岩，局部夹薄层灰岩，为一套以泥岩为主的泻湖海滩相沉积。底部为山西式铁矿。在井田东部边界外，有零星出露。石炭系上统太原组（C3t）为井田主要含煤地层之一。K1石英砂岩（相当于晋祠砂岩）底界或相当层位至K7砂岩底。与下伏本溪组成整合接触。由灰色中、细粒砂岩、灰黑色粉砂岩、泥岩、砂质泥岩、石灰岩、煤层组成。属海陆交互相沉积。自下而上K2、K3、K5三层石灰岩普遍发育，层位稳定。含煤10层，一般68层，可采2层（9、15号煤层）。本组厚77.52m112.07m，平均91.98m。在井田东部边界附近有零星出露。二叠系下统山西组（P1s）为井田主要含煤地层之一。K7砂岩底或相当层位的粉砂岩至K8砂岩底，与下伏太原组呈整合接触。由灰白灰色中、细粒砂岩、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层组成，为滨岸过渡相沉积，含煤13层，其中3号煤层为主要可采煤层。本组厚39.45m73.08m，平均49.83m。在成庄、段都、坪头一带有零星出露。二叠系下统下石盒子组（P1x）K8砂岩底至K10砂岩底，与下伏山西组呈整合接触。由灰色、灰绿色砂岩、砂质泥岩、泥岩组成，局部夹12层煤线及铁锰质结核。属淡水浅湖滨湖相沉积。顶部为含铝质泥岩，富含鲕粒，俗称“桃花泥岩”，层位稳定，分布广泛，是良好的标志层。K8砂岩为灰、深灰色细中粒长石石英杂砂岩。本组厚62.70m121.51m平均93.00m。二叠系上统上石盒子组（P2s）以K10砂岩底界与下石盒子组分界，属陆相沉积，全组厚547.60m600.49m，一般567.78m，按岩性组合可分为三段：下段（P2s1）：岩性主要由杏黄、黄绿、灰绿、紫红色细粒砂岩、砂质泥岩、泥岩组成。底部为中粗粒长石石英杂砂岩（K10），泥质胶结，具交错层理。与下伏下石盒子组呈整合接触。本段厚287.60m310.49m，平297.78m。中段（P2s2）：岩性主要由杏黄、黄绿、灰绿色粗、中、细粒砂岩，灰绿色、紫红色粉砂岩、泥岩组成，夹数层中厚层状粗粒长石石英杂砂岩。中部夹厚0m0.50m的锰铁矿层。本段厚200m230m，平均210m。上段（P2s3）：岩性主要由黄绿色、灰绿色、细粒砂岩，灰绿色、暗紫色粉砂岩及泥岩组成。为本区出露的最新岩层，全层出露不全，仅在大尖山、二尖山、方山、李街村一带有零星出露，因受剥蚀，所见厚度60.00m左右。第四系(Q) 沿长河各沟谷，两侧山坡及山梁均有大面积分布，角度不整合于不同岩层之上。中更新统（Q2）下部为浅红色至暗红色砂质粘土，夹铁锰质薄层，半胶结至不胶结，中部为灰黄色砂砾层，上部为红色砂质粘土，含钙质结核。厚0m23.00m，平均16.00m。与下伏地层呈角度不整合接触。上更新统（Q3）灰黄色亚砂土中夹钙质结核，垂直节理发育，孔隙度大，底部有灰黄色未经胶结的砂砾层。厚0m8.90m，平均厚5.00m。与下伏地层呈角度不整合接触。全新统（Q4）为近代河床相堆积，以砂质土，砂砾层为主，厚0m14.00m，一般为10m。本井田含煤地层沉积类型和特征与晋东南其它地区大致相同，主要煤层及标志层可以对比。因此，仍沿用晋东南地区标志层对含煤地层进行划分，其对比程度可靠。本报告仍沿用传统的岩石地层单位划分和对比地层，将太原组与本溪组之界置于晋祠砂岩（K1）及其相当层位之底；山西组与太原组之界置于K6灰岩之上的K7砂岩（相当于太原西山的北岔沟砂岩）底或与其相当层位；下石盒子组与山西组之界置于K8砂岩（相当于太原西山的骆驼脖子砂岩）底或与其相当层位；上石盒子组与下石盒子组之界置于“桃花泥岩”及其相当层位之上的K10砂岩之底。由于本井田太原组3层石灰岩（K2、K3、K5）普遍发育，层位稳定，并且15号煤层为厚煤层全区稳定，因此可作为太原组对比的标志层，有利于正确的对比和确定太原组中的9号和15号煤层，因此说原报告对太原组地层的对比是可靠的。在二叠系地层中，自下到上有7层发育较好的砂岩和一层桃花泥岩，可作为划分二叠系地层的标志层。由于这8层标志层发育比较明显，易于鉴别，因此，原报告对二叠系地层的对比也是可靠的。这里需要指出的是，标志层和煤层编号本次沿用晋东南区域资料之编号，与矿方习惯使用的编号有不一致之处，现将其对应关系列表如下：表2-1标志层和煤层编号对应关系表Table 2-1mark layer and coal seam number corresponding relation table区域资料本报告矿方使用K8砂岩K8砂岩K9砂岩K砂岩K砂岩K8砂岩7号煤层7号煤层6号煤层K4上石灰岩K4上石灰岩K4石灰岩11号煤层11号煤层13号煤层13号煤层13号煤层14号煤层2.2.2 含煤地层情况井田内含煤地层主要为上石炭统太原组（C3t）和下二叠统山西组（P1s）。太原组（C3t）K1石英砂岩（相当于晋祠砂岩）底或相当层位至K7砂岩底。连续沉积于本溪组之上，为主要含煤地层之一。由灰色中、细粒砂岩，灰黑色粉砂岩、泥岩，灰色粘土泥岩、石灰岩、硅质岩、菱铁矿及煤组成。属海陆交互相沉积。自下而上K2、K3、K5三层石灰岩普遍发育，层位稳定，是对比煤层的良好标志层。本组共含煤10层，自下而上编号依次为：16、15、14、13、11、9、8、7、6、5号，5号煤层薄而不稳定，属不可采煤层，虽然9号煤层为较稳定煤层,15号煤层为稳定煤层，但是它们均为高硫煤。根据规范要求，9号和15号煤层为不可采煤层。其余七层煤均为不可采煤层。全组厚77.52m-112.07m，平均91.98m，煤层总厚7.79m。K1石英砂岩：灰灰白色，细粒结构，含少量泥质及星散状黄铁矿，硅质胶结，分选性良好。沉积不稳定。厚0m-5.43m，平均3.30m。K2石灰岩：深灰色、厚层状，致密坚硬，块状，性脆，裂隙充填方解石脉。上部质纯，含有燧石条带，底部含较多的泥质、有机质及星散状黄铁矿。靠下部常夹有薄层钙质泥岩。含小泽蜒、似纺锤蜓及腕足类等动物化石。厚7.10m-14.13m，平均9.85m。位于太原组下部，为15号煤直接或间接顶板。K3石灰岩：为13号煤顶板。灰深灰色，厚层状，致密坚硬，性脆，夹少量燧石条带，含腕足类及蜓类等动物化石。沉积稳定，厚0.20m-6.19m，平均2.80m。K4石灰岩：为11号煤顶板，深灰色，含泥质较多，沉积不稳定，厚0m-0.90m，平均0.49m。K5石灰岩：位于本组上部，为7号煤顶板。深灰色，致密坚硬，质不纯，含星散状黄铁矿及腕足类动物化石，沉积稳定，厚1.00m4.48m，平均2.35m。山西组（P1s）K7砂岩底（或相当层位的粉砂岩）至K8砂岩底，与下伏太原组呈整合接触，为主要含煤地层之一。由灰白灰色，中、细粒砂岩，灰黑色粉砂岩，泥岩及13层煤组成，其中主要煤层一层，编号3号，平均厚度6.44m，是本组唯一可采煤层。本组滨岸为过渡相沉积，在成庄、段都、坪头一带，均有零星出露。本组厚39.45m73.08m，平均49.83m，分上下两层段叙述如下：1）下段：K7砂岩底至K砂岩底，厚20m左右，以灰色、深灰色细粒砂岩，灰黑色粉砂岩、泥岩及3号煤层组成。3号煤层以下岩层常夹有不规则菱铁矿结核，具水平层理及不规则的水平层理，含保存不好的植物化石。K7砂岩：灰色、深灰色细粒砂岩，富含煤粒及暗色矿物，具缓波状层理，夹泥质包裹体，局部为中粒砂岩、粉砂岩。厚0.35m14.09m，平均3.98m。3号煤层：赋存于本段上部，结构简单、沉积稳定，为本区主要可采煤层之一。厚4.75m7.15m，平均厚6.44m。2）上段：K砂岩底至K8砂岩底，一般厚30m左右，以灰白色中粒砂岩，灰色薄层细砂岩，灰黑色粉砂岩及泥岩组成，间夹不稳定的薄煤层12层。K砂岩：为山西组中部的一层砂岩，灰白色、中粒、钙质胶结。斜层理，沉积稳定，厚0.36m29.00m，平均8.04m。2.2.3煤层厚度及稳定性含煤性 井田内主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组，总厚度116.97m185.15m，平均厚度141.81m，含煤11层，煤层总厚度14.23m，含煤系数10%，其中本次计算资源储量和蕴藏量的煤层有3层，总厚度11.33m。山西组厚49.83m，含煤13层，煤层总厚6.98m，含煤系数14.01%其中有2层薄煤层不可采，唯3号煤层为可采煤层，厚6.44m，可采含煤系数12.92%。太原组厚91.98m，含煤10层，自上而下编号为5、6、7、8、9、11、13、14、15、16号，煤层总厚7.79m，含煤系数8.47%。其中9、15号煤为主要可采煤层，厚4.82m，可采含煤系数5.24%。主要可采煤层1）3号煤层位于山西组下部，沉积稳定，上距K8砂岩34.80m左右，下距K7砂岩顶面6.12m左右，下距9号煤层44.82m左右。厚4.30m7.68m，平均6.44m，一般在6m以上，本井田中部3号煤层厚度较大，但分布规律不明显，3号煤层为本井田第一层主要可采煤层。煤层含夹矸0-4层，一般1-3层，夹矸厚度不大，单层厚均小于0.35m，一般小于0.20m，夹矸总厚一般小于0.50m，岩性为泥岩或炭质泥岩，煤层结构较简单。根据统计数据计算可知：其厚度变异系数（）为6%，可采性指数（Km）为1，属全区稳定主要可采的厚煤层，该煤层控制及研究程度较高。煤层顶板多为粉砂岩，少数为泥岩，底板多为泥岩，少数为粉砂岩。2）9号煤层位于太原组中部,下距K3砂岩19.48m左右,下距15号煤层38.78m左右，沉积较稳定。厚0.15m2.00m,平均厚1.09m，只有水1、水2、长25、211、322、521、539、542号等钻孔煤层厚度小于0.8m，其余均大于0.8m。一般不含夹矸，局部含12层泥岩或炭质泥岩夹矸，结构简单。其厚度变异系数（）为29%，可采性指数（Km）为0.96，属较稳定的大部可采煤层。其控制及研究程度较高。顶板为粉砂岩，底板也为粉砂岩，局部为泥岩。3）15号煤层位于太原组下部，下距K1 9.76m左右。厚2.17m5.20m，平均3.73m，一般在3.00m以上，由南向北有变厚趋势,但规律不明显，详见15号煤层等厚线图4-1-2。煤层含夹矸0-7层,一般1-4层,结构复杂。其厚度变异系数（）为16%,可采性指数（Km）为1，属全区稳定的主要可采煤层。其控制程度和研究程度与3、9号煤层比较,相对差一些。顶板为K2石灰岩,个别地段为泥岩,底板为泥岩,局部为粉砂岩。2.2.4 构造类型及特点井田构造井田内构造主要为一走向北北东（北部）逐渐转折为北东向（南部），倾向北西的单斜构造。井田内地层平缓，倾角315，一般在10以内。在此基础上发育着波幅不大两翼平缓，开阔的背向斜褶曲构造，褶曲轴向大多为北西南东向,使井田内地层呈波状起伏。伴有少数落差较小，延伸长度较短的高角度正断层。断层走向多为北东向，倾向多为北西。本井田从地质勘探阶段到成庄矿建成投产8年来，所见断层落差均未超过20m，属小型断层。落差小于5m的断层和小型陷落柱较为发育。但在矿井生产过程中未发现岩浆岩活动。总的说来，本井田构造仍属简单类。断层本报告中的断层编号仍沿用成庄矿提供的3号煤层采掘工程平面图上的编号。本井田经过普查、详查和精查勘探，三维地震勘探及井下掘进和开采，总共查明和揭露断层48条。本井田内F23、F27、DF6-1、DF9等4条断层延伸长度在500m以上，占断层总数的8.3%；F8、F17、DF3-1、DF4-2、DF5-1、DF8、DF11和DF12等8条断层延伸长度在500m300m之间，占断层总数的16.7%，延伸长度在300m以下36条，占断层总数的75%。落差10m16m的断层有3条（F12、DF6-1、DF11）占断层总数的6.3%。落差5m10m的断层有15条（F1、F2、F10、F11、F15-1、F23、F28、DF3-1、DF4-1、DF4-2、DF5-1、DF7-1、DF8、DF9、DF12）。图2-2井 田 构 造 纲 要 图Figure 2-2field structure outline map占断层总数的31.3%。落差3.5m4.8m的断层有8条（F6、F14、F17、F27、F29、DF1-1、DF2-2、DF3-2、）占断层总数的16.7%。落差3.5m以下的断层22条，占断层总数的45.8%。落差小于5m的断层有30条，占断层总数的62.5%。井田内小断层的分布有如下几个特性：1）方向性小断层走向：有两组，一组为NE向，一组为NW向，而与地层走向近似的NE走向为主，占62.5%。小断层倾向：有四组，即NW、NE、SW、SE四组，其中与地层倾向近似的NW倾向最多，占50%，NE倾向次之，占23%，再次为SW倾向，占14.5%，SE倾向者最少，占12.5%。小断层较稠密区展布方向，小断层较稠密区大致沿走向成带状展布，其展布方向为NE2035。2）稠密性：根据本矿区具体情况，暂将小断层相对集中，其密度大于3.5条/km2，长度大于750m/ km2的小断层分布区，叫做小断层较稠密区。如此，在已采掘或已进行三维地震勘探的区域。3）间距性小断层较稠密区按照一定的间距大致沿走向和倾向周期性地成群出现。本井田小断层较稠密区南北沿走向间距500m1500m，平均900m，东西沿倾向间距1500m3000m，平均2250m。4）断距与断层延伸呈正相关性本矿所揭露的48条断层当中，断距在0.7m3m的断层22条，走向延长不超过300m，其中绝大部分（91%），走向延长小于200m。断距在3m16m的断层26条，走向延长不超过540m，其绝大部分（85%）不超过500m。根据目前揭露情况看，由于本井田5m以下断层为层间断层，一般情况下不导水，但是在井田西部带压开采区内小型断层（落差20m）是贮水的，又为地下水流的通道，故为在煤矿充水中占有重要地位。褶曲受区域构造的影响，区内褶曲多为幅度不大两翼平缓，开阔的背向斜及较小的短轴背向斜构造。1）成庄北背斜位于井田中部，由成庄北向西北延展。一直穿过井田西部边界。地表大部分被黄土掩盖，据3号煤层底板等高线图显示，背斜轴向280 ，延伸长度超过8000m左右,波幅35m左右。北翼地层倾角5,南翼地层倾角7左右,局部12,为向西倾伏的背斜构造。井下北翼+640辅助运输大巷和北翼总回风大巷,均横穿背斜轴部。据北翼+640辅助运输大巷揭露,在此处该背斜为一倾伏背斜,轴部伴有许多小型褶曲及小型正断层, 轴部地层起伏不平,轴向330，倾角3 6。据北翼总回风巷大巷揭露，该背斜在此处为倾伏背斜，轴向280，南翼地层倾角12,北翼地层倾角3 6，轴部伴有小型断层和陷落柱，轴部地层平缓。2）石塘沟背斜：位于井田东北部，由狼山北向西北方向延展。延展长度3600m，据3号煤层底板等高线图，该背斜位于井田东北部，主要由505、506、507、补60、202、长28号钻孔所控制，轴向280,幅度20m左右,北翼地层倾角4；南翼地层倾角4。3）原节背斜位于北洛村北600m处，由北洛村东北向西北方向延展，穿过原节村，延伸长度超过5400m，轴向288305，主要由补43、321、补6、314、长10、309号孔控制。4）常坡背斜此背斜横穿常坡村，延伸长度超过3400m，轴向260285，主要由11、补10、长23、长24、补6、补44、314、补37号孔控制。5）司家山向斜此向斜横穿司家山村，延伸长度约3400m，轴向125，主要由补23、补22、310、补20、217、补33、227、长23、长24、531、11号孔控制。6）南沟向斜此向斜穿越南沟村，延伸长度3200m，轴向92，主要由补25、528、522、542、补20、补22、补33、526、补61、525、补3、长4、长3、524、532、543号孔控制。7）许村向斜穿越许村和常庄村，延伸长度3200m，轴向95，此向斜主要由304、补65、长5、补31、补76、540、补29、补30号孔控制。8）郭河向斜此向斜穿越后河村和西沟村，之间经过青窑岭村、郭河村、刘河村和东坡村，延伸长度5900m，轴向135，主要由302、长29、补73、538、补32、515、226、513、539、512、514、519号孔控制。9）杨庄北向斜：为地表所控制，位于505、506号钻孔之间，轴向15，延伸长度630m，东翼地层倾向295,倾角710，两翼地层倾向60，倾角713，轴部出露地层为P2s1、P2s2。在3号煤层底板等高线上反映不明显。10）杨庄北背斜：位于505、506号钻孔之间，杨庄北向斜之西，平行于杨庄北向斜，轴向15，延伸长度630m，东翼地层倾向60，倾角913，西翼地层倾向50，倾角79，轴部出露地层为P2s1。由505、506、长27、长28、补13、512、514号孔控制，此背斜在3号煤层底板等高线图上反映不明显陷落柱根据目前的探测和揭露情况，成庄矿井田内平均每平方公里内发育36个陷落柱，其中陷落柱以椭圆形或圆形居多。陷落角在5070度之间，长轴长度一般在30m100m之间，极少数大于100m；短轴长度一般在10m30m之间。陷落柱内充填物一般为砂岩或泥岩碎块，棱角明显，形状不规则，胶结物一般为泥岩和岩石碎屑，疏松破碎。柱体内未发现黄土，说明陷落柱生成于二叠纪以后，第四系以前。已揭露陷落柱大部分不导水，但是当开拓进入井田西部带压开采区之后，陷落柱在奥灰岩溶水高水头压力之下，可能成为地下水流的通道，必须引起高度重视。由于陷落柱的大量发育给合理安排采掘衔接和安全生产带来很大的困难，为满足今后生产的需要，必须对二、三、四盘区西部进行以三维地震勘探为主的生产补充勘探。2.2.5区域水文地质概况水文、水系成庄井田东缘为长河冲积洪积河谷地带，井田地势西北高、东南低、东西向沟谷发育，沟谷水流注入长河。长河为沁河支流，由东北向西南从井田东缘流过 。史村河、河底河等长河支流由西北向东南注入长河（这些河流均为石盒子组泉水补给，其补给面积小）为季节性河流。长河全长约20km，两岸发育有狭窄的阶地，河谷内建有南庄水库。井田内的史村河、河底河的上游分别建有刘村，常坡两座水库。河流、水库渗漏段、地表水补给地下水。地下水成庄井田从水文地质单元上来讲，属延河泉域。延河泉是我省较大的岩溶大泉之一，它位于阳城县东冶乡延河村北沁河西岸。高出河面约5m，出露地层为奥陶系中统上马家沟组灰岩，泉水沿上马家沟组灰岩底部涌出，其单泉平均流量为3.1m3/s。延河泉泉口出露标高463.78m，泉水流量受降水影响大，不稳定系数为2.3。由于受地层岩性、地质构造、岩溶、地形和水文网的控制，整个泉域构成一个完整的从补给、径流到排泄的地下水流域。中奥陶统厚层石灰岩是组成延河泉域的主要含水层，沁水向斜使泉域地层构成南部向北，东西两侧向中间倾斜的储水构造。泉域的东边界为晋获断裂带；西边界为震旦系变质岩；南边界为山西与河南间的天然分水岭（老地层出露段）；北边界为寺头断层。延河泉域东邻晋城三姑泉域，东北靠长治辛安泉域、北倚洪洞广胜寺泉域，总面积为2990km2，其中奥陶系出露面积1316km2。成庄井田位于长河上游一带，在区域水文地质上，属长河径流带的中上游。井田内上、下马家沟组岩溶十分发育，有大的溶洞，据钻孔揭露，溶洞内有大的涌沙现象。岩溶地下水的补给来自东部和东北部高平一带的灰岩裸露区和浅埋区的降雨入渗补给，以及丹河上游径流灰岩区和断裂的渗漏补给。由于晋获断裂带（延河泉域东边界）以大阳为界，分为南北两段，南段为阻水断裂，北段为透水段，在高平一带为导水断裂，岩溶地下水处于分流状态，一部分地下水补给成庄地区，一部分流向三姑泉。因此，成庄井田内的岩溶地下水资源极其丰富。井田内岩溶地下水供水井出水量极其可观，单井出水量达22002800m3/d。井田内的区域地下水，除奥陶系岩溶水外，还有石炭系薄层中厚层石灰岩裂隙水和二叠系砂岩裂隙水，以及第四系冲积层孔隙水。但这部分地下水分布范围局限，一般水量不是很大。现简述如下：1）第四系冲积层孔隙潜水主要分布于盆地及河、沟谷地带，含水量变化较大，7-9月份为富水期， 1-4月份为贫水期，靠大气降水及季节性水流补给，仅供当地人畜饮用水用。在无污染地区，水质一般良好，多为重碳酸硫酸钙镁型水，PH值7.127.8左右，总硬度181.62309.42mg/L。受污染区则水质变坏。2）二叠系砂岩裂隙水和石炭系裂隙岩溶水，赋存于二叠系砂岩及石炭系灰岩中的裂隙岩溶中。二叠系含水层主要是厚层砂岩中裂隙含水，隔水层为底部的泥岩和砂质泥岩。在二叠系分布较广的山区，其沟谷及两岸常有下降泉出露，泉水出自砂岩层中，水量随季节性变化很大。在无污染地区水质良好，常作为当地供水水源。水源类型为重碳酸硫酸钾钠钙镁型水，PH值7.47.8，总硬度：56.16237.6mg/L，井下资料428.04mg/L。石炭系含水层分布在层位稳定，厚度大，岩溶裂隙发育程度变化较大的厚层石灰岩中，其富水性变化也很大。一般与石灰岩所处位置及岩溶发育程度有关，岩溶发育程度又与地形地貌、地质构造、地下水动力条件有关。所以，富水段多分布于盆地、沟谷及地质构造较为发育地区，区内在上覆地层厚度大于50m，且距河谷较远的地段，往往富水性很少。水质多为重碳酸硫酸钙型水，局部受煤系地层中尤其是煤中的硫分的影响，水质发生变化，多为硫酸重碳酸钙镁型水。PH值7.4，总硬度122.76309.42mg/L。3）奥陶系石灰岩岩溶水主要赋存于中奥陶统上、下马家沟组石灰岩中，尤其赋存于下马家沟组石灰岩中。该组石灰岩厚度巨大，岩溶裂隙发育，溶蚀强烈，层位稳定，补给充分，富水性极强。地下水总的径流方向是由东北、西南、西部向延河泉水排泄带流动。富水性也是由东北、西南、西部向延河泉水排泄带渐渐变强。中南部好于其它部位。相对隔水层为中奥陶统底部之含石膏脉的泥质灰岩。水质类型属重碳酸钙型或重碳酸硫酸钙镁型水，PH值77.5左右，总硬度162.6441.07mg/L。井田内奥陶系峰峰组基本不含水。2.2.6煤尘爆炸危险性据地质报告和成庄矿3号煤层测试数据，3号煤层无爆炸危险性；虽然煤尘无爆炸性，但是，煤尘是井下生产环节中一种极其有害的物质，它在一定条件下会引起燃烧，爆炸，甚至危害生产人员的健康，因此在煤矿生产中必须高度重视煤尘的防治。2.2.7 煤的自燃倾向性据成庄矿3号煤层测试成果，自燃性发火倾向级，为不易自燃煤层。但由于9号和15号煤层为高硫煤，煤堆可能会起火燃烧，因此注意减少地面堆煤量及堆积时间。 图2-3煤层综合柱状图Figure 2-3coal seam comprehensive column2.3 开拓、开采方式成庄矿于1989年12月20日开工建设，于1997年9月19日正式验收移交投产，原设计生产能力400万t/a，设计服务年限94年。2005年核实生产能力为800万t，2005年原煤产量实际达到800万t。矿井现开采3号煤层，采用斜井、主井混合开拓方式，综合机械化开采，采煤方法为走向长壁、综合机械化、全垮落开采工艺，井筒向两翼推进的采区前进式开采。回采工作面使用MG450/1020WD1和MG400/920WD型双滚筒联合采煤机组；ZFS5400/17/33型液压支架；ZPT5800/19/32排头、排尾架；两部SGZ880/2400 型刮板输送机和SSJ1200/2200型皮带输送机。成庄矿共开凿9个井筒，即主斜井、副斜井、1、2、3号进风立井、1、2、3号回风立井和南翼措施斜井。原成庄井田设计为两个水平：+640和+550水平，根据整个井田设计只留一个水平（+640），分为五个盘区：一盘区、二盘区、三盘区、四盘区、五盘区。目前矿井只开采3号煤层，一盘区已回采完毕，五盘区还未开拓完毕，二、三、四盘区正在开采。2.4 矿井通风成庄矿矿井的通风方式为分区式，通风方法为机械抽出式。矿井现有1个通风水平即640水平，有九个进风井，即主井、副井、排矸井、南翼措施斜井、2#风井进风立井、2#风井东进风井、3#进风立井、3#进风斜井、4#进风立井；有三个回风井，即1#回风立井、3#回风立井、4#回风立井。矿井总进风量为54705m3/min，总回风量55400 m3/min，各井筒风量情况如下表2-2各井筒风量情况Table 2-2 each shaft air volume井筒名称风量(m3/min)井筒名称风量(m3/min)井筒名称风 量(m3/min)主井13072#进风立井78101#风井回风井12336副井43193#进风立井204182#风井东进风井1630排矸井66003#进风斜井9743#风井回风井22784南翼措施斜井20404#进风立井88004#风井回风井20280主通风设备运行参数：主通风设备运行参数如下表2-3主通风设备运行参数Table 1-3the main ventilation equipment operating parameters参数名称 风机型号电机额定功（kw）叶片角度（）排风量(m3/min)通风负压（P）等积孔(m2)总等积孔(m2)1#回风井GAF31.6-15-11400+51233622705.9923.243#回风井AGF606-3.6-1.9-24500152278422438.964#回风井GAF35.5-18-23500152028034208.29风机功率(KW)入口速压(Pa)出口速压(pa)风筒直径 （m）入口风量 (m3/min)出口风量(m3/min)风机基本情况风机入井型号风机生产厂家出厂编号2152402280.6339331FBD-2*15重庆煤科院2402302101900.8564536FBD-2*30重庆煤科院2102373473430.8725721FBDYNo7.5/2*37湘潭平安472552202101902881DBKJNo7.5湘潭平安220局部通风设备型号及技术特征表2-4局部通风设备类型及技术特征Table 1-4local ventilation equipment types and technical characteristics矿井分区通风情况矿井三个回风井均安装有2台轴流式风机，一台使用一台备用； 1回风井服务于矿井一、二、三盘区原煤生产、3#风井服务于五盘区原煤生产、4回风井服务于矿井四盘区原煤生产。每个盘区均布置有专用回风巷，其中二盘区有2104一条专用回风巷，三盘区有3106一条专用回风巷，四盘区有4104、4106两条专用回风巷，五盘区有5104、5104副、5106三条专用回风巷。矿井采掘工作面现状：二盘区布置2个单巷掘进面（2243正/副巷、43182/3巷）；三盘区布置1个采面（3310面），一个单巷掘进面（泄水巷）；四盘区布置1个综放面(4310面)、4个单巷综掘面（4221/4226副巷、43213/43214巷、43181巷、四盘区水仓）；五盘区布置1个综放面（5305面）、1个备用大采高工作面(5310面)、3个单巷综掘面（53094/53095巷、53142/53144巷、5102/4延伸巷）。2.5 瓦斯涌出量成庄矿井瓦斯绝对涌出量为378.02m3/min，其中抽放量为255.18m3/min，占总涌出量的67.5%，风排瓦斯量为122.84m3/min，占总涌出量的32.5%，相对涌出量23.47m3/t；二氧化碳绝对涌出量为27.74m3/min，相对涌出量为1.72m3/t。依据煤矿安全规程规定，成庄矿井属高瓦斯矿井。3 矿井瓦斯基本参数与突出危险性3.1 煤与瓦斯突出的煤体结构条件3.1.1煤岩破坏类型及结构类型发生煤与瓦斯突出主要是煤体结构发生了改变，构造煤是原生结构煤在构造应力作用下发生明显物理化学变化后的产物。原生结构煤在构造应力的作用下，发生成分，结构和构造的变化，引起煤层变形（破裂、粉化）、流变（增厚、减薄）、变质（降解、缩聚）。所谓煤层的构造或煤体的构造，是指煤的组成部分在空间的定向和分布。根据前苏联东方煤矿安全研究所，一般分为四类。类：层状构造 具有没有破坏的煤，层理清楚；类：微褶皱状构造 仍看的到层理，褶皱较少，褶皱两翼成钝角散开；类：褶皱状构造 褶皱两翼成锐角散开；类：强烈褶皱状构造 煤受到强烈揉皱以致成不规则形状（如椭圆形、漩涡形等）。煤层的的突出危险性有类向类依次增大，在突出地点的煤层具有类和类构造。煤结构是煤粒的尺寸和形态所表现的特征，不能把煤结构和煤体结构混为一谈。表3-1 煤的构造结构类型Tab.3-1 The tectonic structural types of coal煤的类别构造特征简要特性类别 名称 未破坏煤层状弱裂隙煤层理明显。在煤体中煤呈整体且在力的作用下稳定，不散落。沿层理和裂隙可掰成碎块 碎块煤角砾状层理、裂隙不明显。煤体有各种形状的煤块组成。煤块边缘呈多角形。煤块间可见粒状甚至土状细煤粉。煤体中的煤在力作用下稳定性弱，但散落困难 透镜状煤透镜状层理、裂隙不明显。煤由一些透镜体组成。透镜体表面呈光滑动沟槽和有擦痕。用力作用于煤时，有时会变成细煤屑 土粒状煤土粒状层理、裂隙不明显。煤体大部分有小煤粒所组成，煤粒间有土状煤（煤面）。煤压结成型，难于用手掰开。煤体中的煤稳定性弱，且有散落倾角 土状煤土状层理和裂隙不明显，由煤粉（煤面）组成，不稳定，极易散落，很易用手捏碎依据不同的特征，可以将煤结构进行不同的分类。早在20世纪50年代，前苏联矿业研究所依据煤的破坏程度（即煤中裂隙的宽度及特性），把煤分成5类：类非破坏煤；类破坏煤类强烈破坏煤