吉克保护层开采可行性报告(完毕)

云南新吉克矿业有限公司吉克煤矿首采M11煤层可行性分析报告吉克煤矿开采保护层调研组2008年8月23日前 言云南新吉克矿业有限公司吉克煤矿，自2007年3月份开工，当年实现井筒 “三到底两贯通”, 2008年3月和7月，副井绞车和地面扇风机分别投入了运行。矿井的一水平（1615m）首采区，主要开采M7、M9、M11、M15四层煤层。根据矿井实际揭露和地质补勘资料，M7煤层大部分不可采，设计确定首采工作面布置在M9煤层中。在M9煤层的施工中，抚顺院对其瓦斯参数进行测定，鉴定M9煤层为煤与瓦斯突出煤层。根据瓦斯治理等有关安全规定，需要开采保护层。为此，根据集团公司的安排，我们于2008年8月14日至28日对吉克煤矿开采保护层问题进行了可行性研究。一、矿井概况吉克煤矿位于云南省曲靖市富源县墨红镇吉克村，距离富源县城45km。本区为中低山相间的高原构造侵蚀山地地形，山区地形切割强烈，海拔标高+2175+1792m，相对高差383m，地势东高西低，南高北低，中部低平。井田面积6.58km2，地质储量8814.35万t，工业储量6862.95万t,可采储量3300.41万t。矿井设计生产能力45万t/a，服务年限48.9年。矿井采用斜井开拓，两个水平开采：一水平标高+1615m，二水平标高+1520m。矿井通风方式为中央并列式。提风机采用GAF2013.31轴流式扇风机，最大提风量6000m3/min。矿井设计采用长壁后退式采煤法，顶板管理采用全部跨落法。目前矿井正在施工井底车场、一采区大巷和1901回风顺槽，回风顺槽施工了60米。详情见附图。二、资源条件（一）矿井地质1、地层矿井内分布的地层有二叠系中统茅口组，上统峨嵋山玄武岩组、龙潭组、长兴组；三叠系下统卡以头组、飞仙关组组等。主要含煤地层为龙潭组、长兴组，上覆地层为卡以头组、飞仙关组。中部沟谷中出露少许的卡以头组上部岩层，往东西两侧为飞仙关组。第四系零星分布于山谷低洼区。永宁镇组分布矿井外东部山峰。 2、构造本矿井整体上为一走向北北东、倾向南东的单斜构造，附加次一级褶曲，断裂构造较为发育。地面出露地层倾角在1222，F11与F5之间地层倾角49。矿井构造复杂程度中等。矿井断裂构造较发育，总体上与区域构造方向一致，主要为北北东向。矿井内有断层35条，其中正断层23条，逆断层12条。落差100m的断层3条；落差50m100m的3条；落差30m50m的有1条；落差30m的有28条。据三维地震资料，首采区范围内，主要断层有26条（见表1），其中DF9断层，主、风井联络巷实际揭露，落差为1.2m。表1 首采区断层特征一览表断层名称断层性质走向（）倾向（）倾角 （）落差（m）位置控制程度DF1正20423329432370025矿井中部查明DF2正1852009511065715首采区西南部基本查明DF3正175205851156507首采区西南部基本查明DF4正172200821106505首采区西南部基本查明DF5正19522028531075017首采区西南部查明DF6正18520323029375013首采区西南部查明DF7逆13916823025870015首采区西部查明DF8正1852109512070015首采区西部查明DF9正1762667005首采区西北部基本查明DF10正2171277205首采区西北部基本查明DF11逆18824527833562010首采区中部查明DF12正228318750.5）一项指标超过临近指标，故M15煤层无突出危险性。综上所述，首采区的M7、M9、M11、M15层煤中，M9是煤与瓦斯突出煤层，其他煤层初步判定不是突出煤层。四、开采保护层可行性分析通过以上分析， M9煤层为煤与瓦斯突出煤层，因此吉克煤矿是煤与瓦斯突出矿井。根据防治煤与瓦斯突出细则第45条规定，在突出矿井开采煤层群时必须首先开采保护层。（一） 保护层的选择1、保护层选择的原则根据煤矿安全规程和防治煤与瓦斯突出细则有关规定，在选择保护层时应遵循下列原则：（1）首先选择无突出危险的煤层作为保护层。当煤层群中有几个煤层都可作为保护层时，应根据安全、技术和经济的合理性，综合比较分析，择优选定。（2） 矿井中所有煤层都有突出危险时，应选择突出危险程度较小的煤层作为保护层，但在此保护层中进行采掘工作时，必须采取防治突出措施。（3）选择保护层时，应优先选择上保护层，条件不允许时，也可选择下保护层，但在开采下保护层时，不得破坏被保护层的开采条件。2、上保护层选择M9煤层之上有一局部可采M7煤层，层间距平均为25.11m，煤厚0.89m，可作为保护层选择。但是在矿井首采区中，M7煤层大部分煤层开采厚度都在0.7m以下，为不可采煤层。首采区中M7煤层只能布置两个采煤工作面，作为保护层选择，对M9煤层的保护范围有限, 先采M7煤层不会达到全面防止M9煤层煤与瓦斯突出的目的，不能从根本上解决M9煤层防突问题。同时，M7煤层的灰分较高，达到26.68%，且有1层夹矸，开采M7煤层在经济上也不合理。因此在首采区中，M7煤层作为M9煤层的保护层不可取。但是在M7煤层全部可采的采区，M7煤层作为M9煤层的上保护层，应优先选择。3、下保护层选择由于首采区中M7煤层不具备大面积开采条件，不能作为M9煤层的有效保护层。M11煤层和M9煤层层间距在15.99m22.1m之间,M11煤层厚度在1.31.96m之间，该层不属突出煤层，因此M11煤层有条件作为M9煤层的下保护层供选择。开采保护层后，开采层周围的岩层和煤层向采空区方向移动、变形，根据卸压程度的大小，在垂直保护层层面方向可划分为三个带：岩石混乱移动带（冒落带）；岩石完整性破坏移动带；岩层弯曲带（弹塑性变形带）。因此，保护层的有效层间垂距，在不配合人工抽放瓦斯时，实际为第带的边界到保护层的层间垂距，在抽放瓦斯时，有效层间垂距可扩大。保护层的有效层间垂距应根据矿井实测资料确定，对暂无实测资料的矿井可参照表7确定。表7 保护层的有效层间垂距煤层倾斜未抽放瓦斯(m )结合抽放瓦斯(m)下保护层上保护层下保护层上保护层急倾斜50408060缓倾斜和倾斜803010050吉克煤矿开采下保护层，煤层属缓倾斜煤层，其保护层的有效层间垂距在抽放时为100m，不抽放时为80m。M11煤层到M9煤层的垂距在15.99m22.1m之间，小于80m。由此可见，在M11煤层开采后，M9煤层已完全处于有效保护范围。 （二）开采M11煤层下保护层的可行性分析1、技术理论分析比值判别法(采煤学开采方法)生产实践和研究证明, 当保护层和被保护层层间距离和保护层采高比值k 大于7.5时 , 一般可以不影响上煤层开采, 上煤层采掘活动应在下煤层采后46 个月进行。用比值k 的大小判别, 即:k =H/M式中: H 上下煤层之间的垂距, m ;M 下煤层采高, m。该矿M11煤层厚度在1.31.96m之间 , 层间距在15.99m22.1m之间 ，根据钻孔资料，M11煤层厚度最大1.96m处对应的层间距是21.63m,k值计算为11;层间距最小15.99m处对应的煤层厚度为1.64m,k值计算为9.8, 可见M11煤在开采厚度最大和层间距最小时，k值均大于7.5, 从比值法角度分析, M11煤可以作为下保护层开采。“三带”判别法（建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程） 采用长壁垮落法采煤时, 上覆岩层移动、变形和破坏, 分为“三带”, 即冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。“三带”判别法认为上下煤层间距大于下煤层开采的冒落带高度和裂隙带高度, 就可以先开采下煤层。对开采单一煤层时, 冒落带高度和裂隙带高度按以下公式计算:冒落带高度：Hm =(M W)/( K - 1) cos式中: Hm 冒落带高度, m ;M 开采煤层厚度, m ;煤层倾角, 取最大值10;K 冒落岩石碎胀系数(1.11.25), 取1.2 ;W 冒落过程中顶板下沉值(00.2 m), 取0.2m; 该矿井M11煤层上覆岩层为软弱岩组为主，选取以下公式计算裂隙带高度： Hi=100M/(3.5M+5.0)4.0 （公式一） Hi=10M1/2 +5 （公式二）式中: Hi 裂隙带高度, m。计算出M11煤层最大厚度1.96m、最小厚度1.3m和最小层间距15.99m处的冒落带高度分别为8.9m 、5.6 m 、8.2m；按公式一和公式二计算的裂隙带高度分别为20.53m 、17.61 m 、19.27m和19m、16.24m、17.81m， 因此被保护层M9煤层除最小层间距处位于裂隙带上位外, 其它M9煤层结构不会发生变化，可正常进行开采。M11煤层冒落带、裂隙带高度与层间距对照见表8。表8 M11煤层冒落带、裂隙带高度与层间距对照表附加值法（采矿工程设计手册）受单个煤层上行开采采动影响,保证上层煤正常开采的最小层间距离可按以下公式计算:H1.14M2+4.14+m式中: H-最小层间距离,m； M-下层煤采厚,m； m-安全系数(或附加值),一般取m小于1.0m,或不考虑.根据以上公式计算出M11煤层最大厚度1.96m和最小厚度1.3m时，最小层间距离H值均大于计算结果9.5m和7.1m。由以上计算分析，M11煤层可以作为下保护层开采。顶板管理系数法（防治煤与瓦斯突出细则）当煤层倾角小于60度时，可用以下公式计算：H=KMcos式中: H-最小层间距离,m； M-下层煤采厚,m； -煤层倾角，度； K-顶板管理系数。冒落法管理顶板时，K采用10；充填法管理顶板时，K采用6。 矿井煤层倾角为510，计算取值5。根据以上公式计算出M11煤层最大厚度1.96m和最小厚度1.3m时，H值分别为19.5m和13.0m，其对应地点计算值均小于层间距。所以M11煤层作为下保护层开采是可行的。2、经验类比分析以下是国内成功开采解放层的矿井情况：贵州盘江煤电公司土城煤矿：该矿井和吉克矿井为同一煤田，煤系地层属二叠系上统龙潭组。9煤厚1.82.2m，12煤厚2.3m，层间距25m左右，9煤灰分、硫份高,98年行业不景气，故先采12煤，后采9煤。该矿井1煤厚1.6m,3煤厚2.1m，两煤层层间距1820m，为保证煤质，2005年先行开采3煤层，后期开采1煤层。在开采下层煤以后，对上层煤的开采影响很小，上行开采是成功的。重庆松藻渝阳矿：该矿井和吉克矿井煤系地层均为二叠系上统龙潭组。8煤厚2.63m，11煤厚0.70.8m，层间距24m左右，因8煤为高突煤层，7煤不可采，故采下保护层11煤，采高1.05m，2006年开采成功。 山东新汶矿业集团孙村矿：孙村煤矿800水平二、四层煤实行上行卸压开采，二采区二、四层煤层间距为11.2818.23m，二层煤厚度1.943.41m，平均2.6m，四层煤厚度1.832.14 m，平均1.96m，上行卸压开采取得了十分显著的技术效果与经济效益，彻底根除了深井复合顶板的巷道支护与顶板管理难题，消除了冲击地压危害。通过对国内成功开采下保护层和上行开采情况经验类比,特别是针对煤层赋存情况和吉克矿井相似的矿井开采保护层的情况进行调研分析,吉克矿井把M11煤层作为下保护层首先开采是安全可行的。3经济效益分析M11煤层平均厚度为1.69m，首采工作面长度为110m，按日推进度5m计算，月产量可达3.9万t，全年产量可达46万t ,能够保证矿井生产能力，经济上是合理的。4结论通过技术理论分析，开采下保护层M11煤层后，M9煤层的开采条件不会发生破坏，可以进行开采。通过和国内成功进行上行开采的矿井情况进行类比，与吉克煤矿属同一煤系地层的贵州盘江煤电公司土城煤矿上行开采、重庆松藻渝阳矿采下保护层均获得了成功。山东新汶矿业集团孙村煤矿和吉克煤矿相比，在煤层厚度大，层间距相对较小的情况下也成功进行了下保护层开采。通过以上分析，吉克煤矿把M11煤层作为M9煤层下保护层首先开采是可行的。 五、开采方案六、存在问题及建议1M7、M9、M11几个煤层的瓦斯等基础参数测定不全，M11煤层测定的煤的硬度系数f值与现场实际查看的出入较大，应该及时