七采区煤柱开采设计地质说明书.doc

山东鑫国煤电有限责任公司七采区煤柱8（9、10）层开采设计地质说明书编制单位： 地 测 科编 制： 年 月 日审 核： 年 月 日地 测 科： 年 月 日安 监 处： 年 月 日副 总 工： 年 月 日总工程师： 年 月 日接到通知书时间： 2008.03.06提 交 时 间： 2010.03.10概况采区名称8（9、10）700地面标高（m）+66.03+66.87位置及开采煤层位于-210m水平南翼七采区内，开采石炭系8、9、10煤层开采上下限标高（m）8煤-25-1609煤+5.7-16010煤+5.8-160埋深（m）8煤94.18218.549煤98.4229.0210煤103.9234.44范围及四邻关系推采长（m）面长（m）面积（m2）四邻关系8煤东部靠近9700上山，南部至帷幕巷保护煤柱线，西部至9、10层采空区，北部至管线保护煤柱线。9煤10煤8煤9煤10煤8煤9煤1427610煤地面情况该采区煤柱相对应地面主要为农田，局部有上覆煤层开采后形成的塌陷积水区；肥特公路及一条高压线路在本采区煤柱（）北部通过；高余风井在本采区煤柱南部（）范围内。邻区情况1、实见地质简述：块段NF4断层-80九层泄水巷已实际揭露，各层开采严格按要求留足防水煤柱。2、邻区开采及水文地质情况：、块段上覆煤层均已回采，两侧8、9、10层煤也均已回采完毕；块段靠近井田南部露头，奥灰出露面积约260平方公里，直接接受大气降水和第四系潜水的补给，补给量十分丰富，达2.8万m3/h，本区域四灰、五灰含水层与对盘奥灰强含水层对口接触，接受奥灰水的补给，现四灰过水量达150m3/h左右，将直接影响煤柱工作面的开采。概况采区煤柱内钻孔情况：本区煤柱内共有地面钻孔3个，孔号分别为：水285、N406、N404；煤柱相邻范围内共有地面钻孔2个，孔号分别为：201、N407、钻孔情况 孔号见煤或构造情况 厚度标高（m）主要含水层情况终孔层位及深 度封孔结论影响程度8910水2851.90 -66.471.62-74.782.08-80.93四灰10底板153.68怀疑工程揭露有出水可能N4061.29 -220.37四灰8煤底板195.06合格无N4042.13 -83.28四灰8煤底板155.15合格无201二灰5煤底板312.83合格无N4072.19-30.19四灰8煤底板101.92合格无地层及主要标志层地层井田内含煤地层主要为：二叠系的山西组（1、2、3、3、4）及石炭系的太原群（5、6、7、8、9、10、10）煤层。主要标志层 1、四灰：厚度3.236.88m，平均4.48m.，为本采区的最主要标志层之一。2、泥灰岩：厚度01.14m，平均0.97m.。灰色，坚硬，含蜓科化石。 3、五灰：厚度5.627.75m，平均6.69m.，为本采区的主要标志层之一。 开采煤层赋存情况1、煤层产状：本采区为一倾覆式向斜构造，煤层走向725，倾向，倾角015，平均。 2、煤层赋存情况：本采区内8、9、10层煤赋存稳定，全部开采；煤层厚度倾角结构间距煤层名称煤 厚（m）倾角（）结 构层间距kmr()稳定性8平均简单15稳定最小最大9平均简单15稳定最小最大10平均复杂13稳定最小最大开采煤层物理特性煤层颜色光泽硬度容重煤岩类别89黑色玻璃131.3亮煤型10黑色玻璃131.35暗亮煤型工业指标煤层W （）A（）V （）FC（）S（）P（）Q( KJ/g)Y(mm)工业牌号891.5113.9343.583.34.20.01422.6828肥煤101.3822.840.283.74.00.011823.118气煤开采煤层顶底板煤层类别岩石名称厚度（m）主要岩性特征（含水性）9顶板老顶粉砂岩6.61灰色，具水平层理，含植物化石碎片。直接顶泥灰岩0.97灰色，致密，坚硬，含蜓科化石底板老底粉砂岩2.4深灰至黑灰色，含炭质及植物化石。直接底10顶板老顶直接顶粉砂岩0.77深灰色，致密底板老底砂质粘土岩3.34深灰色，质软直接底粉砂岩4.31浅灰色，下部含砂多，呈细砂岩状采区内变化情况9层煤直接顶板泥灰岩厚度0.81.14m，平均0.97m.。区内变化无规律；9层煤底粉砂岩厚度1.353.5m，平均2.4m，南薄北厚。10煤顶板粉砂岩厚度0.461.07m ，平均0.77m，区内变化无规律；直接底板粉砂岩厚度2.764.92m，平均3.34m.。地质构造情况根据上覆煤层开采资料，采区内除南部有一道火成岩墙（1.01.5m）外，未发现其它陷落柱、古河流冲刷等特殊地质现象。目前能预测到的断层如下表：编号构 造性 质产状实见位置及控制情况走向（）倾向（）倾角（）落差（m）F7正断层NENW609030上组煤及钻孔揭露控制NF4正断层NE65NW256030上组煤揭露控制地质构造情况f8正断层NE69SE21471.28层煤揭露控制f9正断层NE1NW8960048层煤揭露控制f10正断层NE80NW10680.30.88层煤揭露控制f11正断层NE79NW11200.48层煤揭露控制f12正断层NE80SE.105518层煤揭露控制f13正断层NE8NW8270028层煤揭露控制f14正断层NE25NW65620.88层煤揭露控制f15正断层NE73NW178528层煤揭露控制水文地质情基本特征GF16至GF3断层块段，五灰富水性南弱北强，五灰水由北大巷经GF16断层北端绕流至该块断；GF16与GF3断层组成的地堑块断，五灰水文条件复杂，该块断GF3断层上盘的五灰与断层下盘的奥灰对口接触，结合五灰联放及-210北大巷局部放水资料，GF3断层是本采区的主要进水边界。充水因素及威胁程度一、 充水因素：1、 钻孔水：（1）、GO3：奥灰常观孔。终孔深度570.75m，终孔层位奥灰，工程揭露或靠近该钻孔将引发奥灰出水。（2）、307：终孔深度312.83m，终孔层位10煤 底板，封孔质量怀疑，工程揭露或靠近该钻孔有出水可能。（3）、270：终孔深度308.57m，终孔层位10煤 底板，封孔质量怀疑，工程揭露或靠近该钻孔有出水可能。2、老空水：该采区上覆7、8层煤已于2001年以前全部回采完毕，2002年12月27日，8101工作面出水，淹没-210m水平，经堵水后恢复-210m水平生产，但-210m水平以下7、8层煤采空区仍存在积水，积水上、下限： 7层积水上下限：-210-233.7m，积水量约8748m3。8层积水上下限：-210-248m，积水量约168912m3。 而且8层采空区北翼过水，水量约120 m3/h。9层煤上距7、8层采空区间距分别为31.63 m、7.58 m；10层 煤上距7、8层采空区间距分别为36.83 m、12.78 m。掘进过程中，上覆老空水将沿顶板裂隙水文地质情况充水因素及威胁程度渗漏；回采过程中上覆老空水将通过冒裂带流入工作面危及生产安全。3、断层水：本区内断层构造发育，落差较大，因而断层处隔水层变薄，甚至开采煤层与含水层对口，工程揭露或靠近断层时易引发断层出水。4、9层煤顶板泥灰水：采区内泥灰岩厚0.81.14m,平均0.97m，钻探中泥灰水量平均05 m3/h。5、10 煤底板砂岩水：10 煤以下38m段的砂岩中含水，钻探中水量020 m3/h。6、五灰水:五灰厚5.627.75m,平均为6.69 m，上距9煤底板24.9326.99m, 平均25.41m；上距10煤底板18.52-21.1m, 平均19.73m。其岩溶裂隙发育,富水性较强。2006年9月20日五灰水位为+51.2 m(N508孔)，2004年12月20日，五灰最高水位+56.35m。根据8200采区五灰放水试验资料，稳定放水量110 m3/h的情况下，五灰最大水位降深113m。7、奥灰水：奥灰厚约800m，含水丰富，是矿井充水的主要补给水源。上距9煤底板38.3843.46m, 平均42.33m；上距10煤底板34.4636.76m, 平均35.83m。2006年9月20日奥灰水位为+48.036 m(N508孔)，2004年12月20日，奥灰最高水位+55.88m。二、煤层开采受水威胁程度分析（五灰水、奥灰水）（一）、本采区9、10 煤开采主要受底板五灰水的威胁1、掘进期间安全隔水层厚度的计算L（r2L2+8KpH-rL） 4 (2.5242+810347.4-2.54)t安 = 4Kp = 410 =15.7m式中：t安 -安全隔水层厚度（m）L -巷道底板最大宽度（m） 取4r-隔水层岩石容重（t/m3） 取 2.5Kp-隔水层岩石的抗张强度 （tm2） 取 10H-隔水层底板承受的水头压力（tm2） 347.4根据以上数据资料分析，9、10层 煤下距五灰最小间距分别为24.93 m、18.52 m，均大于安全隔水层厚度计算值15.7m，正常情况下，沿9、10层 煤掘进不受五灰水威胁，但遇断层时仍有出水可能。2、回采期间突水系数的计算根据公式：Ts=P/(M-Cp-Dg)式中：Ts-突水系数 (MPa/m)P -底板隔水层承受的水压 (MPa)M-隔水层厚度平均值 9层 ：25.41m； 10层：19.73m水文地质情况充水因素及威胁程度Cp-底板破坏深度 9层 ：10m； 10层：8mDg-隔水层中危险导高 0 （m）9层：-215m水平 Ts最小=3.0/(24.93-10-0)=0.20 MPa/m-265m水平 Ts最大=3.5/(24.93-10-0)=0.23 MPa/m10层：-219m水平 Ts最小=3.0/(18.52-8-0)=0.29 MPa/m-271.4m水平 Ts最大=3.5/(18.52-8-0)=0.33 MPa/m 9、10层煤开采时突水系数0.200.33 MPa/m，均大于0.06 MPa/m，如不采取疏水降压或注浆改造等有效措施不得开采。（二）、奥灰水1、掘进期间安全隔水层厚度的计算L（r2L2+8KpH-rL） 4 (2.5242+810363.3-2.54)t安= 4Kp = 410 =16.1m式中：t安 -安全隔水层厚度（m）L -巷道底板最大宽度（m） 取4r-隔水层岩石容重（t/m3） 取 2.5Kp-隔水层岩石的抗张强度 （tm2） 取 10H-隔水层底板承受的水头压力（tm2） 363.3根据以上数据资料分析，9、10层 煤下距奥灰最小间距分别为38.38m、34.46m，均大于安全隔水层厚度计算值16.1m，正常情况下，沿9、10层 煤掘进不受五灰水威胁，但遇断层时仍有出水可能2、回采期间突水系数的计算根据公式：Ts=P/(M-Cp-Dg)根据公式：Ts=P/(M-Cp-Dg)式中：Ts-突水系数 (MPa/m)P -底板隔水层承受的水压 (MPa)M-隔水层厚度平均值 9层 ：42.33m； 10层：35.83mCp-底板破坏深度 9层 ：10m； 10层：8m Dg-隔水层中危险导高 0 （m） 9层：-215m水平 Ts最小=3.1/(38.38-10-0)=0.11 MPa/m-265m水平 Ts最大=3.6/(38.38-10-0)=0.13 MPa/m10层：-219m水平 Ts最小=3.1/(34.46-8-0)=0.12 MPa/m-271.4m水平 Ts最大=3.6/(34.46-8-0)=0.14 MPa/m9、10层煤开采时突水系数0.110.14MPa/m，均大于0.06 MPa/m，9、10层煤开采时同样受奥灰水的威胁。水文地质情况用水量预测及依据最大涌水量（m3/h）574正常涌水量（m3/h）3201、正常涌水量：9层媒顶板泥灰水量、生产用水及五灰注浆改造孔破坏后预计水量为200 m3/h，北翼四灰过水，水量约120m3/h，合计为320m3/h。2、五灰一点突水量预计：根据8200采区五放水实验资料，稳定放水量110 m3/h的情况下，五灰最大水位降深113m，由公式计算-260m水平五灰最大突水量：Q2=Q1mS2/S1 =1101.43295/113 =254（m3/h） 公式中：Q2 -260m水平五灰最大突水量（m3/h） Q1 已知放水量（m3/h） 110 S1 设计降深 （m） 295 S2 已知降深 （m） 113m 流态指数 取 1.43 因此，该采区正常涌水量为与五灰一点突水量之和为574 m3/h。3、奥灰一点突水量预计：现奥灰水文资料较少，突水量难以预计。（-210 m北大巷沿7层煤掘进时于1993年1月5日突发奥灰水，水量32970m3/h。防治水建议及措施1、防钻孔水：（1）、距封孔质量怀疑钻孔40m时进行超前探查，确保留足20m超前距，经分析确实无水患后方可揭露；（2）、对GO3长观孔留设保护煤柱，煤柱线半径留设计算如下：9层煤：L=20+34.0ctg45+265.16ctg75=125.05 （m）10层煤：L=20+34.0ctg45+271.86ctg75=126.84 （m）经计算9层煤留设125.05 m；10层留设126.84m。2、防老空水：（1）.恢复-230排水系统后，排出老空水。（2）.沿9层煤掘进时要超前探放8层老空水；沿10层煤掘进时要超前探放9层老空水。3、防断层水：合理留设断层防水煤柱 （1）、采区边界断层： 、F3断层下盘防水煤柱按1995肥局普地字15号文执行；9层留设90m，10层留设94m。、GF3断层上盘、F3-1断层下盘、GF1断层下盘根据以下公式计算：L1=0.5KM3P/Kp H安 = P/V+10 L2= H安sin公式中：L1 考虑断层水顺煤层方向上的压力须留设的煤柱(m) L2 考虑煤层承受底部含水层水的压力须留设的煤柱(m) H安 导水裂隙带至含水层间防水煤岩柱的厚度(m)K 安全系数 取3 M 煤层厚度或采高(m) 9层取1.6；10层取2.07水文地质情况防治水建议及措施P 水头压力（Kg/cm2） GF3断层：9层取32.2；10层取32.5； F3-1断层：9层取31.7；10层取32.0；GF1断层：9层取31.5；10层取32.3 断层倾角 （） GF3取65；F3-1取60；GF1取45 Kp 煤的抗张强度（Kg/cm2） 取1V 临界突水系数 （Kg/cm2）取0.6（a）、GF3断层上盘煤柱按计算值：9层煤：L1=0.5KM3P/Kp=0.531.6332.2/1=23.6(m) H安 = P/V+10 = 32.2 / 0.6+10 =63.7(m) L2= H安sin= 63.7 / sin65=70.3(m)10 层煤：L1=0.5KM3P/Kp=0.532.07332.5/1 =30.7 (m) H安 = P/V+10 = 32.5 / 0.6+10 =64.2 (m) L2= H安sin= 64.2 / sin65= 70.8(m)综合确定GF3断层上盘煤柱9层煤留设70.3 m；10层留设70.8m。（b）、F3-1断层下盘煤柱按计算值：9层煤：L1=0.5KM3P/Kp=0.531.6331.7/1=23.4(m) H安 = P/V+10 = 31.7 / 0.6+10 =62.8(m) L2= H安sin= 62.8 / sin60=72.5(m)10 层煤：L1=0.5KM3P/Kp=0.532.07332.0/1=30.4 (m) H安 = P/V+10 = 32.0 / 0.6+10 =63.3(m) L2= H安sin= 63.3/ sin60= 73.1(m)综合确定F3-1断层下盘煤柱9层煤留设72.5 m；10层留设73.1m。（c）、GF1断层下盘煤柱按计算值：9层煤：L1=0.5KM3P/Kp=0.531.6331.5/1=23.3(m) H安 = P/V+10 = 31.5 / 0.6+10 =62.5(m) L2= H安sin= 62.5 / sin45=88.4(m)10 层煤：L1=0.5KM3P/Kp=0.532.07332.3/1=30.6 (m) H安 = P/V+10 = 32.3 / 0.6+10 =63.8(m) L2= H安sin= 63.8/ sin45= 90.2(m)综合确定GF1断层下盘煤柱9层煤留设88.4 m；10层留设90.2m。（2）、采区内断层GF19上盘留设100 m。另外，凡落差大于1.5m的断层，由公式L=0.5KM3P/Kp计算防水煤柱留设为：9层留24m，10 层留31m。4、防灰岩水：（五灰水以治为主，奥灰水以防为主） （1）、掘进过程中边探边掘，主要是查明前方地质构造及五灰富水情况，必要时边注浆改造边掘进。（2）、工作面回采前：疏水降压与注浆改造相结合。5、建立疏排水系统，排水能力要满足采区最大涌水量。影响生产的其它地质因素瓦 斯本矿井为低瓦斯矿井，瓦斯相对涌出量4.3 m3/t,绝对涌出量0.06 m3/min。煤 尘煤尘爆炸指数3344煤的自燃8、9煤有自燃发火倾向，10煤为一类容易自燃发火倾向，自燃发火期均为612个月地 温+17-21地 压无资料储量计算范围、计算参数及方法