四采区(3上煤)设计.doc

前 言济宁三号煤矿是一座年设计能力为500万吨的特大型矿井，2000年12月28日正式投产。投产时移交一采区、四采区、六采区共三个采区，其中四采区3下煤共布置5个工作面，最后一个面43下04工作面于2004年5月29日回采结束。按照矿井初步设计,该采区3上煤暂缓开采。考虑到该采区3下煤已回采结束二年左右的时间，根据山东科技大学采矿研究所关于兖矿集团济三煤矿3上、3下煤上行开采可行性研究论证报告，结合该采区3上煤43上03工作面试采情况，经矿研究确定，尽快进行该采区3上煤的开采工作。一、设计依据1.兖州煤业股份有限公司审批的该采区3上煤扩大范围后地质说明书。2.济宁三号矿井初步设计（优化版1997.2）、济宁三号矿井精查地质报告。3.煤矿安全规程 国家安全生产监督管理局（国家煤矿安全监察局）2004年10月18日公布。4.煤炭工业矿井设计规范（GB5021594）。5.兖州矿业（集团）有限责任公司采区设计方案、采区设计、综合机械化采煤（含综合机械化放顶煤）工作面设计和采掘作业规程管理办法（兖矿集团生发1998928号）。6.兖州煤业股份有限公司采区设计方案和采区设计编制、审查补充管理规定（兖煤股生技发2005129号）。7.兖矿集团济三煤矿3上、3下煤上行开采可行性研究论证报告（山东科技大学采矿研究所）。二 、设计的指导思想坚持安全第一的方针，以资源条件为基础，以经济效益为中心，选择合理的采掘工艺及先进的采掘装备，确保矿井取得最大的经济效益。三、设计的技术特点1.扩大了采区范围。将十二采区F8断层以西C413钻孔附近小范围3上煤层划为该采区一同进行开采。2.采用上行开采顺序。该采区3下煤已大部份回采结束，根据山东科技大学采矿研究所关于兖矿集团济三煤矿3上、3下煤上行开采可行性研究论证报告，结合该采区3上煤43上03试验工作面的采掘情况，确定可以进行该采区3上煤的开采工作。3.不再留设断层煤柱，提高了煤炭资源回收率。原济宁三号井初步设计规定留设断层煤柱原则为：断层两侧按落差和煤柱宽度1:1各留一定煤柱,落差100m的断层两侧各留100m煤柱，落差50100m的断层两侧最大各留50m煤柱，落差2050m的断层两侧最大各留30m煤柱，落差1020m的断层两侧最大各留20m煤柱。根据矿井生产及掘进期间揭露的断层情况，确定本采区所有断层均不留断层煤柱。 第一章 采区概况及地质特征第一节 采区概况四采区位于矿井东区的中部，地表位于工业广场以北，井下东起F8断层与二采区（未准备）相邻，西至八里铺东断层与六采区（生产采区）相接，北部为十二采区（正在准备），南靠井底车场。采区东西宽11.2 km，南北长1.61.8km ，面积约2.05 km2。3下煤层全区发育，3上煤层在采区西北部冲刷无煤，无煤区东西宽约00.9 km,南北长约01.1 km ,近似三角形，面积约0.66 km2。由于十二采区F8断层以西C413钻孔附近覆存小范围3上煤层，故将该范围3上煤层划为该采区一同进行开采。四采区3上煤层扩大后的面积为1.63 km2。四采区地面标高+33+36 m，目前地面大部分为3下煤层采后塌陷区，塌陷区目前最大下沉约3.84 m,部分为农田，幸福河自东北向西南贯穿整个采区地表与南阳湖相连。矿区公路位于采区地表中部，矿区两路高压线于采区地表东部南北向经过本区，采区北部有村庄受采动影响。 区内共有钻孔11个（C53、C515 、C64、C65、C614、C74、C75、C714、C84、C85、C86），其中揭露3上煤层的10 个，封闭质量合格。附近有钻孔C87、C718、C76、C66、C63、C54、159、161，其中161、159、C74三孔精查报告确定为封闭不良，分别于1998、1999、2000年由兖矿地质公司重新启封。C85孔位于工业广场保护煤柱内，J3底界面未封闭，C87孔位于采区西南角八里铺东断层保护煤柱内，Q 底界与J3顶部未封闭两孔精查报告确定为封闭质量基本合格，但两孔均位于3上煤层冲刷无煤区，对3上煤层开采无影响。1983年底在普、详查的基础上于提出了山东省济宁煤田三井田精查地质报告1993年底对一、四、六三个达产采区进行了二维地震补充勘探，查明了区内落差大于10 m的断层，目前四采区已回采5个3下煤层工作面，3下煤层富存条件及构造发育状况控制程度较高，3上煤层富存条件及构造发育状况相应得到进一步控制。四采区3下煤层全区发育， 43下00、43下01、43下02、43下03、43下04五个工作面已回采结束，采区内工作面动用储量1042.63万 t ,采出量851.05万 t。煤厚4.98 7.26m 平均6.67 m ,底板标高-500560 m，倾角011，五个工作面总面积1.13 km2揭露断层49条，采区3下煤层断层平均43.36条km2，其中落差大于5 m的8条。四采区3下煤层回采过程中43下01工作面最大涌水量126.36m3h，其它工作面均未出现较大涌水，正常涌水量在330 m3/h之间；采区最大涌水量130.53 m3h，正常涌水量在20 m3/h左右。第一节 采区地质及煤层特征一、 采区地层 采区地层自上而下分为：第四系、侏罗系上统蒙阴组、二迭系上统上石盒子组、二迭系下统下石盒子组、山西组、石炭系上统太原组、石炭系中统本溪组及奥陶系中、下统，现分述如下； 1. 第四系（Q） 厚162.8195.2m，平均181.6m。由粘土、砂质粘土、砂及砂砾层组成，按岩性及物性特征可分为Q上、Q中+Q下二段。 （1）Q上段：以黄、灰黄色夹少量灰黑色粘土、砂质粘土及细、中砂为主，局部夹薄层粘土质粉砂，有时为灰及灰绿色，厚度约为70m。 （2）Q中+Q下段：由灰绿、灰白色及黄色砂砾、粘土质砂砾、粘土、砂质粘土等组成，上部偶夹少量黄、灰黄色粘土、砂质粘土，厚度约为123m。第四系属河湖相沉积，与下伏地层呈不整合接触关系。 2. 侏罗系上统蒙阴组（J3m） 残厚155.0231.9m，平均195m，主要为紫色、暗紫色中、细粒砂岩，顶部含较多的粉、细砂岩，且常夹有灰及灰绿色岩层。本段中、上部侵入有灰绿色辉长岩层状侵入体，厚39.393.1m，平均59m。主要为角闪辉长岩及橄榄辉长岩等，主要矿物为基性斜长石（拉长石）和暗色矿物辉石、橄榄石及黑云母等；副矿物有少量磷灰石及磁铁矿。岩浆岩顶、底部及其邻近的砂岩内生裂隙较发育，砂岩受岩浆烘烤变硬变脆，颜色变浅或呈烟灰色，形成含水段。 下部常发育一层砾岩，杂色，成分主要为石英、长石、石灰岩等；铁泥质胶结，质坚硬，裂隙发育，透水性较好，构成侏罗系主要含水段。 3. 二迭系石盒子组（P21） 厚45.4128m，平均59m，主要由浅灰、灰黄、灰绿及紫红色等的铝质泥岩、粉砂岩及灰绿色砂岩组成，上部厚层状灰白色石英砂岩作为区域对比的标志。下部为灰至浅灰色砂岩夹深灰色泥岩、粉砂岩，底部以不稳定的厚层状砂岩与山西组分界，含较多植物化石。 4. 二迭系下统山西组（P11）厚95.35182.3m，平均113.6m，为主要含煤地层，主要由灰白色至灰绿色砂岩、杂色、深灰色、灰黑色泥岩、粉砂岩及煤层组成。上部以杂色、深灰色粉砂岩为主，夹灰及绿灰色中、细砂岩薄层，中下部以灰灰白色中、细砂岩为主，底部多为砂泥岩互层，偶见泥质包体；发育波状层理、斜层理等。含煤2层（3上、3下），以3下煤层为主采煤层，厚度4.987.25m，平均6.67m；3上煤层厚度02.43m，平均1.29m ，局部受河流冲刷缺失。本组粗碎屑颗粒含量比例较高，以三角洲沉积为主。3上煤层顶板砂岩及3下煤层的顶底板砂岩含水裂隙发育，构成本组主要含水层段，与下伏太原组地层连续沉积，太原组顶部的海相泥岩是其分界面。 5. 石炭系上统太原组（C3） 厚163.95179.75m，平均173.6m，主要由深灰色、灰黑色粉砂岩、泥岩、灰色砂岩、灰至灰褐色铝质泥岩、薄层石灰岩及煤层组成。含石灰岩十层（二、三、五、六、七、十上、十下、十一），八、九、以三、十下灰最为稳定，是煤岩层对比的良好标志层。含煤17层（6、8上、8下、10上、10下、11、12上、12下、14、15上、15下、16上、16下、17、18上、18下、19），可采与零星可采5层，其中16上煤层全区可采， 17煤层大部可采，6、10下、15上煤层零星可采，厚度大部在0.60m以上；其它煤层区内均无可采点。本组地层主要为过渡相及浅海相沉积，相环境稳定，旋回结构与粒度韵律清晰，易于对比，与下伏本溪组地层连续沉积，富含海相动物化石和植物化石。 6. 石炭系中统本溪组（C2）厚约50m，主要由杂色粘土岩、铝质泥岩及薄层石灰岩组成。含石灰岩二层（十三、十四灰），厚度较大，分布较稳定，为良好标志层。本组底部常为一层浅灰色为主、夹紫红色的铁铝质泥岩，相当于G层铝土岩或山西式铁矿层，与下伏奥陶系地层呈假整合接触关系。 7. 奥陶系中、下统（O12） 主要为灰及棕灰色厚层状石灰岩、豹皮状灰岩夹泥灰岩及钙质泥岩等，岩溶较发育，为开采下组煤的主要充水含水层，据兖西水源勘查资料，总厚可达742m。二、煤层及煤质 1. 煤层 3上煤层位于山西组中部，上距B层铝土岩约65.08m，在采区西北部冲刷无煤，面积约 .66Km2。标高-510-540m，煤层厚度0 2.43 m，平均 1.29 m。可采范围内煤厚0.702.43m，平均1.48m，3上与3下煤层间距32.4951.12m，平均38.62m（C6-5剔除），见表11。含夹矸02层，岩性为泥岩。采区内11个钻孔中1个钻孔3上煤层冲刷，使3上煤层部分冲刷缺失，主要是在成煤物质聚集后顶板岩石形成过程中，受到河流冲刷所致，冲刷区域与正常煤厚之间变化急剧，可采性指数0.89，全区煤厚变异系数0.47，可采范围煤厚变异系数0.27，为较稳定煤层。煤层结构简单，煤层顶板为泥岩或粉砂岩，煤层底板为泥岩。 3下煤层位于山西组下部，下距6煤层平均35.23m，四采区3下煤层全区发育为较稳定煤层。煤层结构较简单，局部含夹矸一层。目前，43下00、43下01、43下02、43下03、43下4五个工作面已结束回采，煤厚4.98 7.26m ，平均6.67 m ,底板标高-500560 m，倾角011。表11 煤 层 间 距C5-3C5-15C6-4C6-5C6-14C7-4C7-5C7-14C8-4C8-5C8-63上煤厚1.431.022.431.511.551.352.071.551.170.761.453下煤厚6.887.206.627.177.265.457.026.285.646.826.87间距38.5740.5735.00断薄9.8732.4951.1232.8633.8444.9934.6542.12 2. 煤质 3上煤层按中国煤炭分类标准为QM45。黑色以亮煤为主，暗煤次制之，沥青-玻璃光泽，裂隙发育。硬度1.35，视密度1.38。灰、硫、磷等有害成分含量低，结焦性能好。发热量23.87-30.56MJ/Kg,是良好的动力用煤和炼焦用煤。主要煤质指标如表1-2：表1-2 主 要 煤 质 指 标M（%）A（%）V（%）Q (MJ/kgS（%）Y（mm）2.5315.5838.0727.750.6611.8三、采区构造 四采区采3上煤层埋深在495m540m之间，南部浅，北部深。整体为八里铺东和F8两边界断层形成的地垒构造，煤系地层总体为一向北西倾斜的单斜构造，地层倾角一般25，因受断层牵引影响，局部倾角较陡，可达8，采区北部形成以C5-3为中心的宽缓向斜。依据3下煤层采掘过程中实际揭露资料分析，3上煤层中落差大于等于3m断层16条，全为正断层，其中落差大于50m的2条，1020m的2条，510m的7条，35m的5条。因受区域构造影响，采区东西两侧断裂构造以近南北向为主，区内断层多为北西向，构成采区构造的主体，并控制了煤层的主体形态。本采区地质构造条件属中等类型。主要断层主要特征简述如下： 1. F8断层 采区东部边界断层，贯穿采区南北，正断层，落差0110m，倾角70，走向近南北，倾向东，错断层位为J3O2，断层向北进入十二采区，向南逐渐尖灭。采区的北部落差较大，大于100m。该断层在3下煤层回采过程中进行了井下钻探，程度控制较高。 2. 八里铺东断层为采区西部边界断层，贯穿全区，正断层，总体走向近南北，沿走向多曲折，倾向西，倾角68，落差4556 m。错断层位J3O2，断层向北进入十六采区，向南延入五采区。3. 断层发育规律 八里铺东、F8断层是采区构造重要控制性断层，其余断层均小于20m，且多为小于10m的小断层。总体上落差与长度呈正相关关系，即落差越大，延展长度越长，但个体间也有差异，差长比24127。采区内断层的发育具有明显的方向性，在两边界大断层的控制下，小断层的展布方向也具有很好的规律性，以NNW向断层最多，其次是NW向，近东西向极少。断层统计见表1-3。表1-3 采区3上煤层H3m以上断层统计表断层名称性质落差（m）产 状区内延展长度（m）走向（）倾向（）倾角（）50mF8正0110近SNE70八里铺东正4556近SNW6820mF8支正020NE70120 KF7正020NNNWE701090510mKF8正08NWSW70740SF66正08近SNW65850SF79正07.5NNWNWSSWSW501300SF24正6.5NNWSW65200SF30正6.0EWS38JF65正05NWSW60370SF190正5.0NNWE6235mSF198正4.5NNEES65SF29正4.0NWNE45SF36正4.0NWNNWSW50SF186正3.0NNWSSW72SF196正3.0SSWWSW60 第三节 采区水文地质条件 一、 相邻采区及本采区实见水文地质情况 四采区东西分别与二、六采区相邻，南北与三、十六采区相邻。目前、六采区正在开采3下煤，二、三、十二采区为未生产采区。 1.一采区：位于三采区以东，目前已回采结束5个3下煤工作面，1个工作面正在生产。主要的涌水水源为红层及3煤顶部砂岩。红层含水丰富，含孔隙裂隙型水，所含水以静储量水为主；3煤顶部砂岩含裂隙水，含水不均一，富水性一般。二者在工作面回采过程中最大涌水量533.84m3/h(13下01工作面)，对工作面安全回采影响较大。 2.六采区：已回采4个工作面，1个工作面正在准备。主要的涌水水源为3煤顶部砂岩。3煤顶部砂岩含裂隙水，含水不均一，富水性较好，在工作面生产过程中表现为突发性和多发性，最大涌水量527.13m3/h(63下01工作面)，对工作面安全回采影响较大。 3.四采区：目前四采区3下煤已回采5个工作面，总面积1.13km2。涌水水源为3煤顶部砂岩，富水性一般，所含水以静储量为主，最大涌水量126.36 m3/h (43下01工作面)，对生产的影响程度一般。 综合本采区及相邻采区3下煤开采时的涌水资料，分析认为，红层向工作面涌水时涌水量大，且稳定，区域性强；3煤顶部砂岩富水性一般，但不均一，具突发性和多发性特点，在各区域均有涌水。 二、 煤3上水文地质条件 1.主要含（隔）水层 第四系砂砾含水层：第四系平均厚181.6m，按颜色、富水性等特征分上下两组。据Q下-1号孔资料，第四系下组单位涌水量0.045L/s.m，水位标高17.91m(2004.3.26) 。在第四系底部大部沉积一层平均存度6.44m的粘土层，对第四系砂层水下渗补给基岩含水层具有一定的阻隔作用。 侏罗系红层：主要由砖红、紫红色砂岩、粉砂岩间夹砾岩组成，平均厚195m，距3上煤151.79m，按富水性差异分上下两段。含孔隙裂隙型水，层间水力联系较强，为统一的含水体。据J3-1号孔资料，单位涌水量0.005 L/s.m，水位标高-243.12m(2004.3.26) 。受3下煤采动影响，采场范围内水位已大幅下降。 3上煤顶底板砂岩：3上煤层顶板以粉砂岩为主，次为泥岩、细、中粒砂岩，平均厚20.8m，含裂隙水，含水极不均一。在3下煤开采过程中表现为突发性和多发性涌水，对生产的影响较大。 2.边界水文地质条件 四采区东西两边界分别为F8断层、八里铺东断层。两断层均为落差大于50m的正断层，最大落差110m. F8断层巷道工程揭露，但在井下施工探测钻孔时均未出现涌水现象。八里铺东断层有3条巷道揭露，均未出现涌水现象。说明本区段断层在天然条件下含导水性较差，但受采矿工程的影响存在断层的导水性变强的可能。因此，本采区边界水文地质条件简单至中等。 3.导水裂隙高度计算 导高计算公式采用兴隆庄煤矿巨厚含水砂层下综放开采及合理回采上限试验研究报告中全煤厚综放开采条件下导高计算公式：H=100M/（0.84M+4.57）+6.30；计算结果见表1-4:表1-4 四采区3上煤导水裂隙高度计算表 孔号项目C5-3C5-15C6-4C6-5C6-14C7-4C7-5C7-14C8-4C8-5C8-63下煤厚6.887.26.627.177.265.457.026.285.646.826.873下导高72.7874.1171.6573.9974.4565.8873.3770.0966.972.5266.443上煤厚1.431.022.431.511.551.422.071.551.171.021.453上导高30.9425.1043.0632.1632.7030.9439.1132.727.3729.4831.353上导高3上与3下间距69.5165.6778.06断薄42.0365.1982.0671.9766.5472.3664.1373.473上与红层间距184.96155.98165.53148.17124.20147.66148.22144.41132.09166.26116.9 4.突水危险性分析 从四采区3上煤导水裂隙高度计算表可以看出，3上开采时所产生的导水裂隙波及不至红层，其主要的充水含水层为其顶板砂岩水，且该含水层富水性一般、补给和迳流条件差，所含水以静储量水为主，且从3上、3下导高分析知在3下煤开采时已部分疏放（3下导高平均71.1m，3上导高3上与3下间距平均70.89m）。因此，本采区开采3上煤时突水的危险性较小。 三、涌水量预计 由于四采区3下煤已回采完毕，3上煤位于3下煤之上，两者在回采过程中的充水条件相似。就本采区而言，覆岩导水裂隙的发育高度对涌水量的大小起主导作用。因此，采用比拟法预测四采区开采3上煤时的涌水量。 1.最大涌水量预计 计算公式：Q=Q0H/H0，计算结果：Q=156.87m3/h 式中：Q 为预测开采3上时最大涌水量 Q0 为四采区开采3下煤时最大涌水量，取130.53 m3/h H为开采3上煤时导水裂隙发育高度(取C6-4孔：43.06m) H0为开采3下煤时导水裂隙距3上煤顶板的高度(按同一公式计算，3上与3下煤平均间距取38.62m；3下煤取C6-14最大厚7.26m)35.83m。 2.正常涌水量预计 采用经验公式Q正常=Qmax/k计算正常涌水量，计算结果是：24.02 m3/h 式中：Q正常为预测四采区开采3下煤时正常涌水量 Qmax为四采区开采3下煤时采区最大涌水量，取130.53 m3/h k为最大涌水量与正常涌水量比值，即偏离系数，130.53/20=6.53 3.预测结果评价 综合分析四采区资料，上述预测结果可能偏大，原因有三：一是3上煤导高范围内含水层中的水一部分在开采3下煤时疏放，在计算过程中未将其排除。二是在计算3上煤导高时只考虑其上覆岩层未受破坏的情况。三是3煤顶砂水位较3下煤开采前已下降43.78m（现P1-3孔标高：-124.87m），综合考虑，四采区开采3上煤时最大涌水量取156.87 m3/h，正常涌水量24.02 m3/h。 4.目前四采区排水系统及能力四采区泵房按采区正常涌水量100 m3/h, 最大涌水量240 m3/h设计，3台MD1552型耐磨离心泵，2路1594.5排水管，将水转排到-518水平排水沟内。第四节 开采技术条件 一、 煤层顶底板条件 3上煤层顶板以粉砂岩为主，次为泥岩、细、中粒砂岩，偶具炭质泥岩伪顶，底板以粉、细砂岩为主，次为泥岩，偶为中粒砂岩。3上顶板抗压强度95.6144.3Mpa，划为不稳定中等稳定顶板，但该区3上煤层为上行开采，下部3下煤大部分已回采，3上、3下煤层间距32.4951.12m，平均38.62m，造成3上煤层及其顶底板松软裂隙发育，故应将3上煤顶板划为不稳定顶板。 底板以泥岩、粉砂岩为主，抗压强度21.545.1Mpa，多为不坚固岩石。底板为不稳定底板。 二、 瓦斯、煤尘爆炸和煤的自燃倾向 1 .瓦斯 本矿井定为低瓦斯矿井。 椐精查报告：3上煤层瓦斯（甲烷）最高含量1.27 cm3/g燃、平均1.56 cm3/g燃，最大瓦斯成分45.32%、平均19.28%。3上煤层位于煤系上部，最大含量与平均含量均较其他煤层小。据四采区C7-14孔瓦斯（甲烷）含量0.14cm3/g燃，瓦斯成分6.84%。 2.煤尘爆炸性和煤的自燃 四采3上煤层煤尘爆炸性试验结果表明，火焰长度变化于580660mm之间，扑灭火焰的岩粉量变化在6085%之间，有煤尘爆炸危险性。在生产中必须采取通风、洒水等有效措施，预防煤尘爆炸。 四采3上煤层原样着火温度变化在329339之间，还原样与氧化样着火点之差(T)为810，为确保生产安全，在开采过程中应采取防火措施。 据2001年3下煤鉴定：矿井瓦斯相对涌出量0.38m3/t，绝对涌出量4.07m3/min，二氧化碳相对涌出量0.54m3/t，绝对涌出量为5.66m3/min；采区瓦斯最大相对涌出0.60m3/t，二氧化碳最大相对涌出量0.68m3/t，鉴定等级为低沼气矿井。3下煤尘爆炸指数为41.15%，结论为强爆炸，有煤尘爆炸危险性。煤炭自燃倾向为类易自燃，自燃发火期为36个月。 三、 地温与矿压情况 1.地温 根据精查勘探地质报告，本矿井恒温点(带)深度、温度分别为55m、16.5，平均地温梯度2.44，属地温正常区。 2.矿压情况 43下03试采工作面直接顶初垮及老顶初次来压情况：43下03工作面开始回采时，由于工作面处于3下煤裂隙带影响范围内，裂隙发育，顶板完整性较差，且直接顶为泥岩，破碎易冒，工作面推过切眼后直接顶即随采随冒。当工作面推进43.3m（含切眼）时，开始出现明显的压力显现：中部至溜尾煤壁开始出现较大面积的片帮，平均片帮深度为100200mm，并有明显的纵向裂隙，顺槽超前支护范围段有煤体压裂声响，工作面支架阻力呈现明显增阻趋势，整架平均工作阻力为2646kN，特别是溜头-20架平均阻力高达3500KN，普遍大于来压前，工作面正处于老顶初次来压阶段，初次来压步距为43.3m， 随着工作面推进，工作面压力显现渐趋平缓，整架平均工作阻力降至2352KN，老顶初次来压结束。本工作面老顶初次来压总体强度较弱，动载系数为1.1，主要矿压显现有：支架工作阻力相对较大、煤壁受压纵向裂隙较多并有明显的片帮、辅顺超前支护段有煤体压裂声响，但与我矿其他工作面初次来压显现规律不同的是，该工作面来压期间并没有出现明显的煤炮、顶板断裂声响，根据分析初步认为主要有以下原因：其一，由于43上03综采工作面为上行开采工作面，受下煤层采场上覆岩层活动的影响，工作面围岩位于下煤层上覆岩层的规则裂隙带范围内，顶板完整性比较差，应力不能正常传递和转移；其二，由于直接顶为泥岩和粉砂岩，平均厚度为2.8m，加之工作面采高小，直接顶垮落后基本完全充满采空区，留给老顶活动的空间比较小，老顶弯曲沉降、断裂之后很快触矸，将一部分自重应力作用于采空区后方煤层地板，缓解了对工作面的压力影响；第三，工作面老顶厚度比较小，平均厚度8.5m，老顶自重小，断裂后对工作面压力影响肯定要小。工作面初次来压特征一览表支架平均阻力/kN2646占额定阻力66.5动载系数1.1煤壁片帮/mm100200（中部-溜尾）来压步距/m43.3持续时间/班3老顶周期来压：工作面自老顶初次来压后，未出现明显的周期来压现象，这与我矿3下煤回采所有工作面矿压显现规律有明显不同，分析原因为：（1）受3下煤采动影响，3上煤顶板裂隙比较发育，整体性较差，容易破断垮落，随工作面的推进，在采空区后方不远处即自行垮落，不会形成长的悬臂梁，因而也就不会形成常规的周期来压；（2）工作面采高小，设计采高1.65m， 直接顶平均厚度2.8m，按1.6的碎胀系数计算，直接顶垮落后充填高度为4.48m，基本能够填满采空区，因此，上覆老顶岩层运动空间很小，基本上表现为缓慢下沉，不会出现明显的断裂垮落，也就不会出现周期来压。（3）工作面推进速度快，平均日推进15m左右，这样，即使3上煤老顶能在工作面上方以悬臂梁的状态存在并周期性断裂，形成理论上的周期来压，但工作面的快速推进很快将周期性断裂的老顶甩到采空区后方，因而不会对工作面产生大的压力影响。超前支承压力分布特征：通过工作面顺槽安设的7组共35个钻孔应力计实测垂直应力分布数据来分析，初步得出：本工作面超前支承压力影响不明显，工作面前方40m以外基本为原岩应力区，超前支承压力升高区在工作面前方1540m，垂直应力增加值一般在1.5MPa左右，应力集中系数平均1.2,垂直应力增加值最大7.1MPa,应力集中系数最大1.64，从工作面前方15m开始进入垂直应力降低区，靠近工作面煤壁时垂直应力基本降为0。可以看出，本工作面超前支承压力分布与我矿3下煤工作面回采期间超前支承压力峰值区域、影响范围、垂直应力增加值、应力集中系数等都有明显不同。推测主要由于受3下煤采动影响，煤体及顶板裂隙发育，完整性差，上覆岩层作用于煤层及顶板岩层中的应力不能正常传递和转移，部分应力被塑性破坏的煤岩体所吸收。根据43上03工作面矿压显现情况，初步确定四采3上煤老顶初次来压步距为4045m，动载系数为1.1左右；周期来压不明显；超前支承压力升高区在工作面前方1540m，垂直应力增加值一般在1.5MPa左右，应力集中系数平均1.2,垂直应力增加值最大7.1MPa,应力集中系数最大1.64。 第五节 采区储量 一、储量计算范围 本次参加储量计算的煤层为3上煤层，储量计算范围即：北部以十二采区F8断层以西3上煤层冲刷边界为界，南为工业广场保护煤柱线，西起八里铺东断层下盘断煤交线或其延长线，东至F8断层下盘断煤交线。储量计算面积：1627785m2。 二、 工业指标 3上煤层气煤为主，属炼焦配煤，煤层倾角58，根据煤、泥炭地质勘查规范规定，最低可采厚度为0.70m，原煤最高可采灰分40%。 三、 断层煤柱的留设原济宁三号井初步设计规定留设断层煤柱原则为：断层两侧按落差和煤柱宽度1:1各留一定煤柱,落差100m的断层两侧各留100m煤柱，落差50100m的断层两侧最大各留50m煤柱，落差2050m的断层两侧最大各留30m煤柱，落差1020m的断层两侧最大各留20m煤柱。根据矿井生产及掘进期间揭露的断层情况，确定本采区所有断层均不留断层煤柱(但在计算可采储量时,还按规定要求扣除断层煤柱)。 四、 参数的确定 1.煤层厚度的确定 见煤点的采用：参加储量计算的见煤点厚度均为煤层假厚，见煤点质量为合格或甲级以上。断层影响点不参加储量计算。 对有夹矸煤层的处理： 煤层中夹矸厚度0.05m时，与煤层合并参加储量计算，夹矸厚度大于0.05m时，夹矸厚度予以剔除。煤分层厚度小于0.70m，且煤分层厚度大于夹矸厚度时，上下煤分层合并参加储量计算；若煤分层厚度小于夹矸厚度则不参加储量计算。 2.面积的确定 本次储量计算的煤层块段平面积，在矢量化后的煤层底板等高线图上利用CAD软件在计算机上求取，精度可靠。 3.视密度的确定：3上煤层为1.38。 五、 储量计算结果 地质储量 为337.9万吨，工业储量为 337.9万吨，其中B级206.0万吨，C级76.4万吨， 高级储量占地质储量的 73%。可采储量 为230.5万吨。“三下”压煤：工业储量 225.3万吨，可采储量 180.2万吨（幸福河堤压煤：工业储量 191.4万吨，可采储量 153.1万吨，村庄压煤：工业储量 33.9万吨，可采储量 27.1万吨）断层煤柱为49.7万吨。采区储量汇总表见下表 表 1-7 四采区储量汇总表 单位：万吨煤层名称地质储量工业储量(A+B+C)可采储量备 注3上煤层337.9337.9230.5第二章 四采区3上煤上行开采可行性分析第一节 影响煤层上行开采的主要因素一、层间距的影响煤层上行开采的生产实践及科学研究证明，足够的层间距是上行开采的基本条件。上、下煤层的层间距（或H/M）（H为上下煤层间距，M为采高）越大，上覆煤层移动越平缓，倾斜、曲率等各种变形值越小，越有利于上行开采。反之，层间距（或H/M）越小，上覆煤层变形越剧烈，甚至出现台阶下沉。采场上覆岩层的垮落性破坏及台阶错动是影响上行开采的最大障碍。当上、下煤层的层间距大于下煤层的垮落带最大高度时，上煤层发生台阶错动的几率就小，采取一定技术措施，一般可以上行开采。二、采高的影响采高是影响上覆岩层破坏状况及其高度的根本因素。采高越大，采出的空间越高，采场上覆岩层结构可能获得平衡的几率就越小，势必导致采场上覆岩层的严重破坏。一般采高越大，上煤层的下沉越大，各种变形值也增大。开采单一煤层及厚煤层第一分层时，垮落带及裂隙带高度与采高基本上成正比关系。三、采煤方法的影响采煤方法中的顶板管理方式决定着覆岩破坏的空间形态和高度。全部垮落法管理顶板时，采场上覆岩层一般都形成“三带”。而采用充填法管理顶板时，一般只引起覆岩的开裂性破坏，顶板下沉量要比全部垮落法小。四、岩性及层间结构的影响岩石力学性质及层间结构影响覆岩破坏的高度。当顶板岩石硬度较高 时，垮落带和裂隙带的发育较高。在冒落过程中，顶板下沉量较小。当顶板岩石硬度较低 时，在冒落过程中，顶板下沉量较大。五、 煤层倾角的影响煤层倾角主要影响采场上覆岩层破坏的空间形态。缓倾斜煤层，采场顶板岩层冒落后就地堆积。在采空区边界，由于煤柱支撑，剪切应力大，因此垮落带及裂隙带发育较中部高。六、 时间的影响煤层采出之后，覆岩冒落、移动至稳定，有一个时间发展过程。上行开采时，上、下煤层的开采应间隔足够的时间。第二节 四区3上煤上行开采的技术条件分析我国上行开采的生产实践及研究证明，当比值K7.5时，先采下部煤层，一般不影响在上煤层内进行正常准备和采煤。根据山东科技大学采矿研究所的兖矿集团济三煤矿3上、3下煤上行开采可行性研究论证报告知：对采动影响倍数K小于7.5区域，尤其是小于垮落带高度的区域，开采间隔时间应控制在2年以上。我国上行开采采动影响倍数K7.5(K平均5.5)的实例见表21，四采区3上煤开采采动影响倍数K计算结果统计见表22，四采区3下煤回采结束时间统计见表23。表21 我国上行开采采动影响倍数K7.5(K平均5.5)的实例表矿井名称煤层倾角()煤层间距(m)层间岩性采煤方法上、下煤层开采间隔时间(月)上煤层开采情况蛟河矿六井141844砂岩为主长壁全陷156中央区正常达缘区最大断裂0.5m大同同家梁矿3411.46白色砂岩长壁全陷180采掘正常，煤层离层、松软吕家坨矿1015106.7砂岩40%，页岩60%长壁全陷采掘正常，底板裂缝40mm，漏风开滦唐家庄矿1812417.33.3细砂岩72%，其余为页岩长壁全陷48采掘正常西山白家庄矿松树坑3824.96.2灰岩、砂质页岩、页岩刀柱垮落12采掘正常西山白家庄矿松树坑3816.854.7灰岩、砂质页岩、页岩刀柱垮落18采掘正常白家庄矿小南坑3724.96.2灰岩、砂质、页岩互层刀柱垮落12采掘正常杜儿坪矿东二下山盘区2520.55.1砂岩、灰岩、页岩互层长壁刀柱12采掘正常杜儿坪矿西二采区2520.55.1砂岩、灰岩、页岩互层长壁刀柱1860掘巷时，个别地点底板有裂缝，漏瓦斯，生产正常杜儿坪矿东一采区2520.55.1砂岩、灰岩、页岩互层长壁刀柱18168采掘正常中梁山矿南井555.56.9石灰岩、页岩互层长壁全陷18局部地方煤层脱离顶板、底板有裂缝，自然发火表22 四采区3上煤开采采动影响倍数K计算结果统计表C5-3C5-15C6-4C6-5C6-14C7-4C7-5C7-14C4-1C4-133上煤厚1.431.022.431.511.551.352.071.551.511.653下煤厚6.887.206.627.177.265.457.026.285.776.28间距38.5740.5735.00断薄9.8732.4951.1232.8633.8438.8436.67K=H/M/0.87.017.046.615.6011.735.856.748.417.30表23 四采区3下煤各工作面回采结束时间统计表工作面名称43下0143下0343下0043下0243下04回采结束时间2001年5月2日2002年5月6日2002年12月13日2003年8月30日2004年5月29日 从上表知, 四采区3上煤采动影响倍数K 除C6-14 、C7-5两钻孔小于6.2外,其余钻孔均大于6.2，而C6-14 、C7-5两钻孔位于3下煤开采范围的边缘。另外， 四采区3下煤各工作面回采结束时间均在2年以上，因此，根据本采区43上03工作面（该工作面下方的43下02工作面已回采结束3年左右，最小间距30.0 m ，K=H/M/0.8=30.0/6.0/0.8=6.2）试采情况分析，四采区3上煤进行上行开采是可行的。第三章 巷道布置方案 第一节 采区巷道布置方案的提出根据SF79断层东北区域3下煤巷道布置及3上煤层的赋存情况，确定SF79断层东北区域自南向北开采，分别自十二采北部辅运巷、十二采管子道开门，布置四采区3上北部联络巷、四采区3上北部回风联络巷，形成SF79断层东北区域的辅助运输、通风系统。43上08胶带顺槽向北延伸至十二采管子道上方，通过溜煤眼与十二采管子道勾通,在十二采管子道安装胶带输送机，通过溜煤眼与十二采胶带输送机连接，形成SF79断层东北区域的煤流运输系统。根据四采区3下煤巷道布置情况，结合四采区3上煤层赋存条件，对SF79断层西南区域提出二个方案。方案一，走向长壁工作面自北向南开采方案该方案采用一条辅运巷和一条胶带输送机巷两条采区集中巷的布置方式。四采区3上辅运巷北帮（西段）与四采区3下辅运巷（下段）北帮重叠布置，四采区3上辅运巷北帮（东段）与四采区3下辅运巷（上段）北帮按转角20。布置，通过联络巷与四采区3下辅运巷勾通，形成行人、运输材料及设备等辅助运输系统，并作为进风巷。四采区3上胶带输送机巷北帮位于四采区3下胶带输送机巷（下段）北帮北侧2.05m，自四采区3上溜煤眼向东，四采区3上胶带输送机巷与四采区3下胶带输送机巷（上段）按转角20。布置，四采区3上胶带输送机巷通过四采区3上溜煤眼与四采区3下溜煤眼勾通，形成采区的煤流运输系统。四采区3上胶带输送机巷通过回风联络巷与北区排矸巷勾通，形成采区的回风系统。方案二，走向长壁工作面自南向北开采方案该方案也采用一条辅运巷和一条胶带输送机巷两条采区集中巷的布置方式，但两条采区集中巷位于采区的北部，分别通过联络巷溜煤眼与北辅巷、北胶巷、北回巷勾通，形成采区的运输、通风等生产系统。四采区3上煤方案一巷道工程量表(包括SF79断层东北区域)序号巷 道 名 称煤岩类别工程量（m）断面形状净宽（m）净高（m）净断面积（m2）1四采区3上辅运巷岩1080拱形3.23.112.82四采区3上胶带巷煤1080矩形3.82.810.63四采区3上联络巷岩220拱形3.23.112.84四采区3上回风巷岩170拱形3.23.112.85四采区3上北部联络巷岩460拱形3.23.112.86四采区3上北部回风巷岩220拱形3.23.112.8743上01辅顺、胶顺煤1840矩形4.02.6(2.4)10.4(9.6)843上02辅顺、胶顺煤2120矩形4.02.6(2.4)10.4(9.6)943上03辅顺、胶顺煤1900矩形4.02.6(2.4)10.4(9.6)1043上04辅顺、胶顺煤84