区域性防突治理技术方案(天能).doc

天池公司区域性防突治理技术方案 根据防治煤与瓦斯突出规定和煤矿企业瓦斯防治能力基本标准的规定，矿井煤与瓦斯突出区域和煤层应采取区域性防突措施，为此，特制订天池公司区域性防突治理技术方案，具体方案如下：1矿井概况山西和顺天池能源有限责任公司位于山西省晋中市和顺县城西南13km的喂马乡古窑村（图1-1）。其地理坐标为东经11328141132914，北纬371445371553。该矿长7.5km，宽3.5km，面积20.129km2。2007年，又对边界作了调整，将东北边界内缩，部分资源划给开元公司。该矿交通便利，207国道由南向北通过，北与石太高速公路相接，东距207国道3km；榆邢二级公路由东向西穿过县城，往东约129km通至邢台市，往西北约136km可达晋中市。县级公路范圪线(范庄-昔阳圪塔店)和松白线(松烟-邢台白岸)属于出省公路。县乡公路、矿井范围内公路四通八达。井田地处太行山西麓，地形比较复杂，总体上以南北向的主梁脊为分水岭，大小沟谷向东西两侧脉状展布，呈现为中低山侵蚀地貌；井田内无长年性流水；属温带大陆性季风气候，冬寒夏暖，春季多风，秋季凉爽，四季分明。图1-1 交通位置图1.1 矿井地质概况1.1.1 地层矿井范围内赋存的地层包括奥陶系中统峰峰组、石炭系上统本溪组、石炭系上统-二叠系下统太原组、二叠系下统山西组、二叠系中统下石盒子组、二叠系中统上石盒子组和第四系等（图1-2）。区内大多被第四系黄土覆盖，基岩呈半裸露状。出露地层为二叠系中统下石盒子组和中统上石盒子组。现结合钻孔揭露情况，对矿井内的地层由老至新描述如下。（1）奥陶系中统峰峰组（O2f）区内的所有钻孔均未钻达本组底界，钻孔揭露最大厚度163.90m，岩性主要为灰白色、青灰色、深灰色厚层状含燧石结核隐晶灰岩、淡黄色白云岩、灰黄色白云质灰岩（即俗称的豹皮状灰岩）和泥灰岩等，顶部往往因铁质侵染呈褐红色，石灰岩坚硬致密、性脆、质纯，方解石脉充填于裂隙中。局部发育缝合线构造。此外，本组岩溶发育，在区内形成了大量陷落柱。（2）石炭系上统本溪组（C2 b）平行不整合于下伏奥陶系中统峰峰组石灰岩侵蚀面之上，为一套海陆交互相沉积，岩性主要为深灰、灰黑色砂质泥岩、灰色铝质泥岩，夹1-3层薄层海相石灰岩，局部含铝质较高为铝土岩，含有黄铁矿结核。底部为灰色含黄铁矿铝质泥岩，是上石炭统与下伏奥陶系分界的标志层，即G层铝质泥岩。全组厚13.97-30.00m，平均厚21.11m。（3）石炭系上统-二叠系下统太原组（C2-P1t）矿井主要含煤地层之一，与下伏本溪组呈整合接触。为海陆交互相沉积，零星出露于矿井东南边缘。岩性主要为灰黑色、深灰色泥岩、砂质泥岩、粗-中-细粒砂岩夹石灰岩及煤层。本组含煤18层和K2、K3、K4、K5、K6等石灰岩5层。可分为上、中、下三段，全组厚76.00-164.97m，平均140.33m。（4）二叠系下统山西组（P1S）井田主要含煤地层之一，整合于石炭系上统-二叠系下统太原组之上。为一套陆相-过渡相含煤地层。岩性为深灰、灰黑色细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩和煤层，下部偶含一透镜状薄层石灰岩。底部为灰、灰白色石英图1-2 矿井地层综合柱状图砂岩或长石石英砂岩（K7，北岔沟砂岩），是山西组和下伏太原组的分界标志层。含煤2-13层。在矿井东部边缘有零星出露。本组厚13.50-114.16m，平均65.92m。（5）二叠系中统下石盒子组（P2X）为一套陆相沉积地层，出露于矿井东部。与山西组地层整合接触。下部岩性以灰白、灰黑色中粗粒砂岩为主，夹有灰色粉-细砂岩及灰色、深灰色泥岩，局部夹灰、灰绿色铝质泥岩，底部为骆驼脖子砂岩（K8），是本组底界的分界标志层。上部以灰白、灰黑、灰绿色砂岩、灰黑色泥岩为主，夹有杂色泥岩。顶部普遍发育一层灰、浅紫、褐黄色等杂色铝质泥岩，俗称“桃花泥岩”，亦为矿井内的重要标志层。本组地层厚度为0.00-247.70m，平均98.29m。（6）二叠系中统上石盒子组（P2S）出露于矿井中西部，与下伏地层整合接触。下部由灰绿、紫红、杏黄色砂质泥岩、泥岩及灰白、黄绿、灰绿色砂岩组成，中部为浅黄、绿黄色厚层中粗粒砂岩，厚度可达45m以上，上部为紫红-兰灰-黄绿色泥岩、砂质泥岩，间夹灰绿、黄绿色砂岩。本组地层在矿井内赋存不全，区内最大残留厚度0.00-325.79m，平均124.88m。（7）第四系（Q）区内分布较普遍，与下伏地层呈不整合接触。岩性一般为风成黄土及砂土、砾石等冲洪积层，地层厚度0.00-72.70m，平均13.56m。1.1.2 构造沁水盆地构造上属于吕梁-太行断块上最大的次级构造单元沁水块坳，其总体呈北北东向展布，主体为一大型复向斜。其东侧以晋获断裂带与太行山块隆相接，天池煤矿就位于沁水坳陷与太行山块隆带的接壤部位，区域构造线方向为北北东向，地层总体向北北西倾斜。区域构造形态大致可分为东部以大型逆掩断裂为主的太行断裂带，中部平缓开阔的波状褶皱带及西中部密集型断裂区，该矿则位于波状褶皱带之东部。矿井构造较简单，地层总体呈走向北东、倾向北西的单斜构造，倾角平缓，一般在15左右。在此基础上发育有小的褶皱、断层及陷落柱（图1-3）。背凹北狗蹄凹背斜蹄北狗蹄凹背斜狗北狗蹄凹背斜北北狗蹄凹背斜斜北狗蹄凹背斜图1-3 矿井构造纲要略图（1）褶皱矿井内主要发育与地层倾向近于平行的NW-NWW向宽缓褶皱，其次为与地层走向近于平行的NE-NNE向宽缓或膝状褶皱。具体如表1-1所示。表1-1 勘探期间褶皱统计表褶皱名称轴向()长度(m)宽度(m)幅度(m)控制工程窑堤村西背斜2514001805-10其轴部穿过413号钻孔至415号孔东消失北狗蹄凹背斜30159035020其轴部穿过补2号钻孔，向北至414号孔消失，向南延伸至415号孔附近消失。二采区三维地震天池寺背斜东部135西部70129017015二采区三维地震东远佛背斜16090023015二采区三维地震窑堤村西向斜2512002305-10二采区三维地震东远佛向斜150130032015二采区三维地震东远佛南向斜16585522010二采区三维地震天池寺向采区三维地震天池寺西向斜12065015010二采区三维地震（2）断层通过地质勘探、地震勘探和井下揭露，矿井内发现的断层共计37条。其中，正断层32条，逆断层5条；落差小于5m、5-10m和大于10m的断层条数分别为12条、9条和17条（见表1-2）。表1-2 矿井断层落差分类表断层落差（m）断层编号数量（条）H10F1-1、F1-2、F1-3、F1-5、F1-6、F2-6、F2-10、F2-11、F2-14、F2-15、F2-16、F2-17、F2-19、F2-22、F2-23、F2-24、F2-26175H10F2-4、F2-5、F2-7、F2-8、F2-9、F2-18、F2-20、F2-258H5F1-4、F1-7、F1-8、F1-9、F1-10、F2-1、F2-2、F2-3、F2-12、F2-13、F2-21、F2-22-112（3）陷落柱矿井内陷落柱发育，对煤炭开采带来不利影响。综合以往地质勘探、一采区和二采区三维地震勘探、补充勘探和井巷揭露成果，区内共发现陷落柱38个，这38个陷落柱全部破坏了15煤层，其中的23个同时切穿3煤层。1.1.3 煤层矿井内山西组和太原组为主要含煤地层，平均总厚206.25m，含煤31层，平均总厚16.89m，含煤系数8.19%。山西组平均厚度65.92m，矿井范围内含煤层1、2上、2、2下、2下、3上、3上、3上、3、3下、3下、4、6等共计13层。煤层总厚4.78m，含煤系数7.25%。太原组平均厚度140.33m，矿井范围含煤层8上、8、8下、9上、9、10上、10、10下、11上、11、12、13、14、14下、14下、15、15下、16等共计18层。煤层总厚12.11m，含煤系数8.63%。可采煤层二层，即3煤层和15煤层，平均厚度分别为0.93和4.46m，平均煤层总厚5.39m，占含煤地层煤层总厚的31.91%，可采含煤系数2.61%。其中15煤层条件最好，厚度大而且稳定，是目前开采的主要对象。可采煤层（3、15煤层）特征如表1-3所示。表1-3 可采煤层特征一览表 项目 煤层厚度（m）稳定程度煤层结构夹石可采情况煤层间距(m)岩性及形态厚度(m)部位3 0.0-2.39 0.93较稳定简单泥岩透镜状0.0-0.51中西部补5孔一带局部可采131.80-155.35 144.5715 0.45-7.60 4.46稳定简单-较复杂泥岩薄层状透镜状0.0-0.85 0.52北部中东部东南部绝大部可采15号位于太原组下段的中下部，厚度在0.45-7.60m，平均4.46m。下距奥灰36.19-50.02m，平均39.88m。该煤层在井田内层位稳定，基本全井田可采，仅中南部的409号孔不可采，厚度为0.45m。该煤层含夹矸0-3层，矿井西南部基本不含夹矸，东南部常含夹矸1层，北部、中北部均含夹矸，中西部和东北部常含夹矸2层以上，二在313孔、306孔一带可含3层夹矸。图2-2反映了15煤层的厚度变化情况，变化规律性较明显，在横向上，矿井东北部最厚，向西南部逐渐减薄，而在409-407-415一带又存在一个薄煤带。煤层变异系数36，可采性指数0.96。顶板岩性多为泥岩，节理、裂隙发育，局部为炭质泥岩、中粒砂岩。底板岩性多为灰色铝质泥岩，质软、节理较发育。该煤层为全区绝大部分可采的稳定厚-中厚煤层。1.2 矿井生产概况1.2.1 矿井开拓方式和采区划分根据矿井地质报告估算结果，天池煤矿截至2007年5月资源储量为11391.91万t，矿井设计生产能力为1.2Mt /a，服务年限为45.10a。天池煤矿主斜井井口及工业场地位于古窑口村北约100150m，处在山间凹地中有较大的平坦工作区。副斜井井口及操作场地位于前窑堤村北约300400m的山顶高地。主井井筒中心坐标X=4125728.671，Y=19719729.224，井口标高+1375.10m；副井井筒中心坐标X=4125801.698，Y=19718876.962，井口标高+1417.26m。开拓方式为斜井分水平上下山开拓。矿井布置两个开拓水平。第一水平为+1240m水平，沿3号煤层布置水平大巷，开采3号煤层。第二水平为+1150m水平，沿15号煤层布置水平大巷，开采15号煤层。+1150m水平（15煤层）采区划分：15煤层划分为一、二、三、四、五共五个采区。+1150m 水平以上为一、三采区，+1150m 水平以下为二、四、五两个采区。1.2.2 采煤方法矿井内开采的煤层为山西组的3煤层和太原组的15煤层。目前主要开采15煤层，开拓方式采用综合开拓，综采放顶，长壁后退，全部陷落法管理顶板，皮带运输的方法。1.3 矿井通风瓦斯概况1.3.1 矿井通风通风方式为中央并列式通风。共设计四个进风井和一个回风井，分别为主斜井、副斜井、行人斜井、专用进风井和专用回风立井。回风立井安装两台BDK54-8-NO34型对旋轴流式通风机，电机功率2355kw，一台运转，一台备用；通风设施由风道、风门、配电间、防爆盖及消音装置等组成。综采放顶煤开采，矿井需风量大且相对集中，井下通风系统多为双进双回。在水平上，轨道大巷作为主进风，皮带大巷作为辅助进风；采区为轨道上(下)山和皮带上(下)山进风，回风上(下)山回风；采煤工作面为皮带顺槽进风，轨道顺槽和瓦斯尾巷回风。1.3.2 矿井瓦斯涌出情况2007年度全矿井绝对瓦斯涌出量为48.7m3/min，掘进绝对瓦斯涌出量为15.22m3/min，掘进占全矿井绝对瓦斯涌出量的31.2%；103工作面绝对瓦斯涌出量为12.48m3/min，占全矿井绝对瓦斯涌出量的25.6%；其余为101工作面及103工作面抽放临近层瓦斯。2008年度全矿井绝对瓦斯涌出量为66.6m3/min，掘进绝对瓦斯涌出量为14.82m3/min，掘进占全矿井绝对瓦斯涌出量的22.2%；103工作面绝对瓦斯涌出量为12.58m3/min，占全矿井绝对瓦斯涌出量的19%；抽放邻近层瓦斯39.2m3/min，占全矿井绝对瓦斯涌出量的59%。矿井瓦斯等级为煤与瓦斯突出矿井，低CO2矿井，矿井瓦斯等级鉴定结果见表1-6。表1-6 天池公司各年度瓦斯等级鉴定结果年度绝对涌出量（m3/min）相对涌出量（m3/t）矿井等级CH4CO2CH4CO22007年51.023.5335.82.48高2008年66.619.7620.963.07高2009年59.139.0727.404.00高2010年65.1311.2228.134.85突出管理2011年124.314.5244.975.25突出2区域综合防突措施2.1区域突出危险性预测区域预测根据煤层瓦斯参数结合瓦斯地质分析的方法进行，天池公司煤层瓦斯参数主要测定煤层瓦斯压力和煤层瓦斯含量，根据煤层瓦斯压力和瓦斯含量进行区域预测。临界值见表2-1。表 2-1 根据煤层瓦斯压力或瓦斯含量进行区域预测的临界值瓦斯压力P/MPa瓦斯含量W/（m.t-1）区域类别0.748无突出危险区除上述情况外的其他情况突出危险区根据煤炭科学研究总院山西和顺天池能源公司15煤层煤与瓦斯突出鉴定报告和山西和顺天池能源有限责任公司15号煤层煤与瓦斯区域突出危险性预测报告可知：鉴定山西和顺天池能源公司15煤层为突出危险煤层，山西和顺天池能源公司为煤与瓦斯突出矿井。二采区202进风顺槽以浅区域及1130m标高以浅区域为无突出危险区，其余区域为突出危险区；三采区标高+1143m以浅区域为无突出危险区，其余区域为突出危险区；整个四采区为突出危险区。在无突出危险区进行采掘作业前，必须进行区域验证；在突出危险区进行采掘作业前，必须采取区域防突措施。2.2区域防突措施区域防突措施包括开采保护层和预抽煤层瓦斯。由于天池公司可采煤层为15#煤层,所以无法采取开采保护层的区域防突措施,只采取预抽煤层瓦斯区域防突措施。(1)掘进工作面区域防突措施由于各顺槽沿15#煤层顶板掘进，所以选择顺层抽放钻孔进行抽放。掘进工区在巷道迎头左、右两帮施工一组两个抽放钻场（左、右帮各一个硐室）。每80m设置一组钻场，每组抽放钻场错距（中对中）为5m，抽放钻场为三角形。钻孔抽放范围控制在顺槽上、下两帮外各15m，前方100m范围（见图2-1）。每循环进尺须确保顺层超前钻孔留有20m超前距。图2-1 掘进工作面区域瓦斯抽放钻孔布置图预抽瓦斯钻孔封堵要严密，顺层钻孔封孔长度不小于8m。（2）采煤工作面区域防突措施采煤工作面主采15#煤层，15煤为突出煤层，所以需对工作面采用顺层钻孔预抽瓦斯，采煤工作面从两顺槽（进风顺槽、回风顺槽）施工对向瓦斯抽放钻孔，孔间距3m，孔径75mm，孔深110m，沿煤层倾角施工，如图2-2所示。 图2-2 回采工作面区域抽放钻孔布置图 钻孔控制范围为采煤工作面内所有采动范围内煤层。 预抽瓦斯钻孔封堵要严密，顺层钻孔封孔长度不小于8m。（3）石门揭煤区域防突措施在揭煤工作面距煤层的最小方向距离7m前实施区域防突措施，钻孔控制范围为揭煤处巷道轮廓线外12m，同时保证控制范围的外边缘到巷道轮廓线的最小距离不小于5m，且当钻孔不能一次穿透煤层全厚时，应当保持煤孔最小超前距15m。具体钻孔布置根据现场煤层和巷道情况进行设计。2.3区域防突措施效果检验区域防突措施效果检验采用预抽区域煤层残余瓦斯压力或残余瓦斯含量为主要指标进行检验，检验指标参照表2-2。检验期间还应当观察、记录在煤层中进行钻孔等作业时发生的喷孔、顶钻及其他突出预兆。表 2-2 根据煤层瓦斯压力或瓦斯含量进行区域预测的临界值瓦斯压力P/MPa瓦斯含量W/（m.t-1）区域类别0.748无突出危险区除上述情况外的其他情况突出危险区（1） 掘进工作面区域防突措施效果检验在煤巷条带每间隔20-30m布置一个检验测试点，对测试点进行打钻取样，分析煤层瓦斯含量和压力。（2） 回采工作面区域防突措施效果检验在回采工作面推进方向每隔50m在进、回风顺槽安装压力表，进行测压，同时每隔30-50m进行取样两个，进行分析煤层瓦斯含量和压力。（3）揭煤工作面区域防突措施效果检验在揭煤工作面采用直接测定残余瓦斯压力和钻屑解析指标（区域验证方法）措施效果检验。2.4区域验证区域验证采用钻屑瓦斯指标法钻、孔钻屑