煤矿开采方案设计

前言山西和顺天池能源有限责任公司矿井（以下简称天池煤矿）位于山西省和顺县城南17KM的喂马乡古窑村附近。现隶属山西和顺天池能源有限责任公司，矿井设计生产能力120MT/A。根据山西省国土资源厅颁发的天池能源有限责任公司采矿许可证（证号1400000722364），批准开采3号、15号煤层，井田面积为179103KM2。天池煤矿原为古窑煤矿，1956年建矿，1958年投产，属地方国营煤矿。2003年7月，由兖矿山西能化有限责任公司、和顺县古窑煤炭企业集团和晋中市国有资产经营公司共同出资，成立了新的山西和顺天池能源有限责任公司。山西省煤炭工业局下发了晋煤办基发2006789号文进行了矿井竣工验收的批复。天池煤矿均依法取得煤矿安全生产所需“六证”采矿许可证（证号1400000722364）、安全生产许可证（编号（晋）MK安许证字2008D3482Y1B2）、煤炭生产许可证（编号201424230129）、企业法人营业执照（注册号14000010596113722）、矿长资格证（编号MK140400096）、矿长安全资格证（编号08014010400098），六证均在有效期内。矿井现生产采区为二采区，三采区位于井田北部，与一采区毗邻，为二采区的接替采区，原设计二采区南北平均长422KM，东西平均宽174KM，总面积735KM2。设计修改后二采区南北平均长211KM，东西平均宽174KM，总面积386KM2。矿井采用“一井、一区、一面”模式生产，因此二采区设计生产能力应该与矿井设计生产能力相一致。二采区目前已经施工了一部分胶带下山、回风下山、首采面（201）顺槽，采区轨道下山上部车场和采区煤仓也已完工。二采区的开采要利用一采区的准备巷道作为矿井开拓系统。根据核算，矿井主提升系统能力满足120万吨/年生产的需要；对于辅助提升系统，由于人员与材料设备共用一套系统，存在相互之间的干扰，因此矿井正准备再建一个专用行人斜井；在转入二采区生产时，由于埋深较大，瓦斯涌出量呈上升趋势，届时矿井主扇无法满足生产要求，需要更换主扇。另外，矿井排水系统、供电系统、抽放系统等相关系统的能力均能满足二采区生产需要。由于二采区准备工程量较大，采区衔接比较紧张。另外，二采区15号煤埋藏深较大、瓦斯涌出量较高、煤层厚度变化较大，在总结一采区高瓦斯治理方面的技术经验基础上，充分借鉴邻近阳煤集团在瓦斯治理方面的成功经验，天池公司在自行设计了二采区15煤层方案设计。经兖州煤业股份有限公司初步审查，需要对设计作进一步的完善。为此，天池能源有限责任公司委托山西国辰建设工程勘察设计有限公司（原阳煤集团设计院）对二采区设计方案进行进一步的优化。2007年11月17日，经兖州煤业股份有限公司审查，并以兖煤股生技字2007217号兖州煤业股份有限公司关于山西天池能源公司二采区15煤层设计方案的批复批复了该设计，针对批复中提出的相关问题，特对天池公司15号煤层二采区设计方案进行最终修改。一、设计依据1、山西和顺天池能源有限责任公司二采区地质说明书。2、山西和顺天池能源有限责任公司二采区补充地质勘探报告。3、山西和顺天池能源有限责任公司二采区三维地震勘探报告。4、山西和顺天池能源有限责任公司矿井初步设计。5、一采区101、103工作面通风瓦斯和抽放统计资料。6、矿井井下现有生产系统、二采区已施工的巷道工程及已经设计正准备组织施工的井巷工程。7、煤炭工业矿井设计规范GB502152005、煤矿安全规程2006版。8、建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程。9、兖州煤业股份有限公司关于采区设计方案和采区设计编制审查管理规定的通知（兖煤股生技发2005129号）。10、兖煤股生技字2007217号兖州煤业股份有限公司关于山西天池能源公司二采区15煤层设计方案的批复。二、设计指导思想坚持安全第一，以资源条件为基础，以经济效益为中心，结合矿井现有生产实际，充分利用兖矿集团成熟的综采技术和设备，进一步合理优化二采区准备巷道和回采工作面巷道布置，选择合理的采区开采顺序和采掘工艺，从生产系统上为矿井安全生产创造条件。通过优化设计，最终将二采区建成工程量少、投资省、工期短、见效快的高产高效采区。三、设计的主要原则1、二采区作为矿井的一个接替采区，其在布局上属于局部与矿井整体的关系，因此在巷道系统上要充分利用已有工程，并对采区生产系统作进一步的完善，以最大限度的减少采区巷道工程量、降低采区巷道投资。2、针对二采区煤层埋藏深、瓦斯涌出量大的问题，设计对回采工作面开采顺序和通风系统进行认真分析，对高抽巷的层位进行适当调整，从系统上为矿井安全生产奠定基础。3、根据二采区15号煤层厚度变化情况，在满足生产需要的前提下，优先选用现有开采设备，以避免开采设备的重复性投资；后期随着条件的成熟，再逐步购置大采高一次采全高设备。四、设计的主要特点1、本次将二采区原有范围的北部划归四采区，采用倾斜长壁布置方式开采；南部为二采区范围，采用走向长壁布置方式开采。因此，二采区采用走向长壁单翼开采的方式布置采区准备巷道，即在两个采区相邻位置沿煤层倾向布置一组采区准备巷道，分别为轨道下山、胶带下山和回风下山共三条下山巷道。与原设计布置一条回风下山相比，采区双回风减少了工作面顺槽跨巷风桥工程量，简化了采区通风系统。2、设计对采区轨道下山在轨道上方安装活杆式架空乘人器（简称猴车）运送人员。3、二采区采用走向长壁布置方式更适应局部煤层倾角大和断层呈走向延伸的特点，且调整后的二采区与四采区工作面相互接替，从而更有利于采区的采掘衔接安排。五、主要技术经济指标1、采区地质资源量1922万吨，设计可采储量1210万吨；2、采区设计生产能力120万吨/年；3、采区服务年限72A；4、二采区投产巷道工程量11535M，其中岩巷454M，半煤岩巷1695M，煤巷9386M；总掘进体积为139357M3。5、建设工期11月；6、投资估算总投资10982万元，其中井巷工程8014万元，设备购置1199万元、安装工程771万元，其它费用998万元。第一章采区概况及地质特征第一节采区概况一、采区位置及范围二采区位于一采区西部，与1150大巷毗邻；采区北部为规划的四采区；东北部为规划的三采区；南部为规划的五采区。根据地质报告划定的采区范围，该采区南北走向平均长211KM，东西倾斜平均宽174KM，总面积386KM2。二采区由A、B、C、D、E、F、G、H、I、M、N、O等11个坐标点连线圈定（表111）。表111二采区拐点坐标一览表坐标坐标点号YX点号YXA38450240412325714G3845234543412369642B3845075879412322078H3845299938412433102C384510541412289205I3845310994412456446D3845139622412281634M3845156207412542746E3845143124412283022N3845056576412405029F3845215432412357458二、采区地表情况及井上下关系对照本区属山地丘陵地貌，总体地势为中间高、两边低，北部高、南部低。地表大部分被松树林、灌木林覆盖，局部地段有黄土盖层。区内地表最高点为1710M，最低点1350M，最大相对高差360M。三、采区勘探现状二采区内共有钻孔6个，且这12个钻孔在采区分布比较均匀，钻孔间距一般600M左右。四、三维物探情况2006年4月江苏煤炭地质物测队对二采区进行了三维地震物探，同年12月提交了天池公司二采区三维地震勘探报告。共完成勘探面积876KM2，根据三维地震资料，二采区发育有一定规模的褶曲6个，断层16条，陷落柱13个，煤层变薄不可采区域2个。五、采区地质勘探程度综合评价二采区已施工6个勘探钻孔，在此基础上又进行了三维地震，其勘探程度较高；另外，二采区紧邻一采区，在一采区生产过程中和二采区准备巷道实际揭露煤层过程中，也起到了补勘作用。综合上述情况，二采区勘探成果基本满足本次采区设计的需要。第二节采区地质特征一、采区地层采区范围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上石盒子组，中统下石盒子组。现结合钻孔揭露情况，将该采区内的地层由老至新进行叙述。1、奥陶系中统峰峰组（O2F）区内钻孔揭露最大厚度15634M，岩性主要为灰白色、青灰色、深灰色厚层状隐晶灰岩可含少量燧石结核，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。局部可发育缝合线构造。2、石炭系上统本溪组（C2B）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13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13372720M，平均厚1691M。3、石炭系上统太原组（C2P1T）是该矿井主要含煤地层之一，为海陆交互相沉积，零星出露于井田东南边缘，采区内未见出露。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19层和K2、K3、K4、K5、K6等5层石灰岩。太原组地层与本溪组连续沉积，全组厚1181516497M，平均13109M。4、二叠系下统山西组（P1S）整合于石炭系上统太原组之上，是区内主要含煤地层之一，为一套陆相含煤地层。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213层。在矿井东部边缘有零星出露，采区内未见出露。本组地层厚513310821M，平均7018M。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，采区内也有出露。与山西组地层整合接触。本组地层厚度为00024770M，平均10622M，根据矿井地质资料，由岩性特征，可将本组地层分为上下两段下段（P2X1）岩性为灰黑色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩间夹灰白、灰色中细粒砂岩，局部夹铝质泥岩，厚度为3709410M，平均6797M。上段（P2X2）下部岩性以灰绿、灰白色中粗粒砂岩为主，夹有深灰、灰黑色泥岩、砂质泥岩，上部以灰、深灰、黄绿色泥岩、砂质泥岩为主，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”，本段厚度为24305543M，平均3825M。6、二叠系中统上石盒子组（P2S）与下伏地层整合接触，出露于矿井中西部，在采区内也有出露。区内残留最大厚度23635M，平均12142M。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，残厚在5000M以上。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，该地层厚度为01100M，平均678M。8、地层时代与煤岩层对比矿井内地层对比主要依据钻孔揭露地层的岩性、岩相组合特征，利用标志层并参考岩石物性特征进行对比，特别是煤系地层其特有的标志层沉积（煤层和海相灰岩）以及明显的沉积旋回参照，较易对比。原来三分的石炭系改为二分，二分二叠系改为三分。采区内的主要标志层如下1、铝质泥岩本溪组底部的铝质泥岩在采区内稳定发育，厚度在0001136M之间，平均711M。华北地区常将其称为G层铝土岩，岩性为灰色含黄铁矿铝质泥岩，是含煤岩系底界的分界标志层。2、K1砂岩（晋祠砂岩）太原组的底界K1砂岩，厚度在0001180M之间，平均290M。岩性主要为灰、灰白色中粒石英砂岩，在该矿井内沉积较稳定，大部分钻孔揭露其下发育一层石灰岩作辅助标志，K1标志层较易对比。3、K7砂岩（北岔沟砂岩）山西组底界K7砂岩，厚度在1501224M之间，平均560M。岩性主要为灰、灰白色中粒石英砂岩，可具水平、微波状及斜层理。在采区内沉积较稳定，物性特征明显，故易于对比。4、K8砂岩（骆驼脖子砂岩）下石盒子组底界K8砂岩，厚度在1212050M之间，平均708M。岩性主要为中粒长石石英砂岩，在采内沉积不稳定，但参照岩相组合特征及物性特征也较容易对比。5、K10砂岩上石盒子组底界K10砂岩，厚度在0001032M之间，平均589M。为浅灰白色、浅灰绿色粗粒长石石英砂岩，其下发育一层杂色铝土泥岩（桃花泥岩）可作辅助标志。6、灰岩标志层采区内还发育数层石灰岩，是良好的对比标志层，包括K2、K3和K4灰岩三层。K2灰岩（吴家峪灰岩）位于14煤层之上，太原组下段的顶部。岩性为灰白、灰黑色泥晶灰岩、生屑泥晶灰岩或泥晶生屑灰岩，含大量海相生物碎屑。厚度在3971160M之间，平均575M，横向稳定。该层灰岩同时是石炭纪和二叠纪的分界标志层。K3灰岩（庙沟灰岩）位于13煤层之上，岩性为灰色泥晶灰岩或生屑泥晶灰岩，局部裂隙发育。厚度在030622M之间，平均331M，横向较稳定。岩性为灰色、灰黑色微晶灰岩，含大量海相生物碎屑。K4灰岩（毛儿沟灰岩）位于11煤层之上，岩性为灰色、浅灰色泥晶灰岩、生屑泥晶灰岩或泥晶生屑灰岩，局部含有泥质条带。厚度在147470M之间，平均301M，横向较稳定。由于标志层发育良好，采区内的地层对比基本可靠。二、含煤地层井田内含煤地层主要为石炭系上统二叠系下统太原组和二叠系下统山西组。1、石炭系上统二叠系下统太原组C2P1T本组地层由深灰、灰黑色泥岩、砂质泥岩、砂岩、石灰岩及煤层组成，为一套海陆交互相含煤建造，本组旋回结构明显K1K7共分6个旋回，厚度较稳定。全组厚1181516497M，平均13109M。2、二叠系下统山西组P1S该组是以陆相沉积为主的海陆交互相含煤沉积，岩性主要由灰黑色砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩、薄层菱铁质结核或泥灰岩、泻湖相泥岩、灰色细粒砂岩及煤层组成，厚513310821M，平均7618M。三、采区地质构造通过前期地质勘探，尤其是三维地震勘探，对采区地质构造有了较详细的认识。总体而言，采区内构造较简单，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015之间，局部区域达17，平均8左右。区内发育宽缓的小规模褶皱6个，其中背斜、向斜各三个。穿过15煤层的断层16条（图121），下面对主要依据三维地质勘探成果对这些构造进行叙述。（一）褶皱1、褶皱发育特征（1）背斜位于采区南部边界附近，轴向NWWNE，轴长900M左右，东端至DX4陷落柱附近消失，西端伸出区外，两翼基本对称。南翼倾角为8左右，北翼倾角为11左右，幅度15M左右，控制可靠。（2）向斜位于采区西南部边界附近，轴向NEEE，轴长830M左右，东端伸出区外，西端至DX1陷落柱附近消失，两翼基本对称。倾角为11左右，幅度10M左右，控制可靠。（3）背斜位于采区中南部偏西边界附近，轴向NE，轴长1300M左右，西南端在DX10陷落柱附近消失，东北端至414钻孔东300M附近消失，两翼基本对称。西北翼倾角为9左右，东南翼倾角为6左右，幅度20M左右，控制可靠。（4）向斜位于采区中部附近，轴向NWW，轴长750M左右，西端在补4钻孔东南350M附近消失，东南端至414钻孔东300M附近消失，两翼基图121二采区构造纲要略图（含15煤层等高线）本对称。倾角为57左右，幅度10M左右，控制可靠。（5）背斜位于采区中部附近，轴向NWW，轴长900M左右，西端在补4钻孔东200M附近消失，东南端至414钻孔北300M附近消失，两翼基本对称。北翼倾角为615左右，南翼倾角为57左右，幅度15M左右，控制可靠。（6）向斜位于采区中部附近，轴向NW，轴长1200M左右，西北端在东远佛村东350M附近消失，东南端后窑堤村西北250M附近消失，两翼基本对称。北翼倾角为712左右，南翼倾角为615左右，幅度15M左右，控制可靠。2、褶皱发育规律根据前面的描述，二采区内的褶皱分为两种类型，一种是与地层走向近于垂直的倾向褶皱，如I背斜、II向斜、IV向斜、V背斜、VI向斜等，另一种则与走向近于平行，如III背斜。它们的规模较小，轴长不超过1500M，形态宽缓，均为沁水复式向斜的次级构造，与沁水复式向斜同时形成于燕山晚期，并具有统一的SEENWW向挤压应力场。总体而言，本区褶皱构造发育程度较低，对煤炭开采的影响不大。（二）断层1、断层发育特征采区内通过地震勘探识别的断层如表121与表122所示。其中，落差大于等于10M的主要断层共6条，其特征描述如下。此外，前期地质勘探还发现采区西南部存在F2断层，该断层存在的可靠性不高，但在开采时仍需注意。2、断层发育规律（1）断层特征二采区内的断层性质均为正断层，其断面走向以NE向为主，部分为NNE向、NS向，极少NW向，其倾向多变，但以NW或SE为主。落差大于10M的断层，长度在140670M之间，平均3142M，落差在1020M之间，平均135M。断层延伸长度与落差无明显关系。（2）断层分布在空间上，断层分布有一定的规律，在垂向上，15煤层相对发育，在横向上，切过15煤层的断层，采区东南部密度较大，其他部位断层密度相对较低。表12115煤层二采区地震勘探断层落差规模分类表断层落差规模（M）断层编号数量（条）H10DF6、DF10、DF11、DF14、DF15、DF16、65H10DF4、DF5、DF7、DF8、DF9、DF13、6H5DF1、DF2、DF3、DF124表122天池公司15煤断层二采区控制一览表断层名性质走向倾向倾角落差级别控制长度可靠程度控制层位DF1正NNENWW7004MA、C110MDF2正SNW7003MB、C50MDF3正NNWSWW7003MA、C65MDF4正NWNE6905M2A、B180M可靠3、K3、K2、15、ODF5正NESE7105M4A、B160M可靠3、K3、K2、15、ODF6正NNWNNESWNWW68020M6A300M可靠K3、K2、15、ODF7正NEESEE7206M5A、B、C270M可靠K3、K2、15、ODF8正NENW7005M4A、C200M可靠K3、K2、15、ODF9正NNENWW7106M4A、C160M可靠K3、K2、15、ODF10正NESE71010M11A、8B、2C670M可靠3、K3、K2、15、ODF11正NWWNNNEE69010M7A、B265M可靠K3、K2、15、ODF12正NNESEE7004MA、B、2C100MDF13正NENW7005M4AC100M可靠K3、K2、15、ODF14正NENW71011M6A、C230M可靠K3、K2、15、ODF15正NNENWW68015M11A、B370M可靠K3、K2、15、ODF16正NNESEE69015M9A、B、C380M可靠3、K3、K2、15、O3、陷落柱区内陷落柱比较发育，对煤炭开采带来一定的不利影响。在以往地质勘探工作中，陆续发现了数量不等的陷落柱，最新的三维地质勘探表明，区内共计13个陷落柱。其中，11个为可靠查明陷落柱，1个为较可靠查明陷落柱，1个为控制较差陷落柱。陷落柱特征见表123。四、采区可采煤层赋存特征根据二采区现有钻孔柱状图，二采区共有12层煤，分别为3上、3下、6、8、10上、10中、10下、11、12、13、14、15煤层，其中3与10上煤层为局部可采煤层，只有15号煤层为全区稳定绝大部分可采煤层。15煤层位于太原组下段的中下部，下距奥灰岩36195002M，平均3988M。根据现有钻孔资料，二采区15号煤整体上呈北部厚、南部薄的趋势，厚度在045640M，平均389M。其中，二采区北部15号煤厚度在278569M，平均厚度47M左右；南部除位于采区边界的409孔附近煤层厚度小于07M，极局部地区不可采外，南部其它区域的15号煤厚度在205414M，平均厚度3M左右。该煤层为全区绝大部分可采的稳定厚中厚煤层。表123天池公司15煤层二采区陷落柱控制表名称长轴方向短轴方向长轴长度短轴长度控制点可靠程度控制层位DXINNWNEE2001007A、B可靠3、K3、K2、15、ODX2圆圆1101103A、B可靠3、K3、K2、15、ODX3EWSN170807A可靠3、K3、K2、15、ODX4NENW1501204A可靠3、K3、K2、15、ODX5NWNE120702A、2C较可靠3、K3、K2、15、ODX6NENW30252A可靠15、ODX7NWWNNE2701605A、2B可靠3、K3、K2、15、ODX8NENW1401005A可靠3、K3、K2、15、ODX9NNWNEE2251308A可靠3、K3、K2、15、ODX10NEENNW1751255A、B可靠3、K3、K2、15、ODX11SNEW1915A、2C可靠15、ODXI2NNWNNW8020A、2B较可靠15、ODXI3SNEW115853A、B可靠3、K3、K2、15、ODXI4SNEW100354A、C可靠15、O五、煤质15煤颜色为黑色，条痕为棕褐色，粉状块状，玻璃光泽，内生裂隙较发育，外生裂隙不发育，以条带状结构为主，亦有线理状、透镜状，断口为贝壳状、参差状。有机组分以镜质组为主，70以上，其次是丝质组，159270，半镜质组分最少，小于3。无机组分主要是粘土类和硫化铁类。矿物以充填状、分散状、团块状、粒状分布于煤中。15煤层为贫煤和无烟煤。二采区15煤层煤质特征见表124。表12415煤层主要煤质特征汇总表煤层号项目15原煤06658017222MAD（）精煤05617811220原煤9175040238022AD（）精煤584222794922原煤10612381150622VDAF精煤9461396110820原煤02121508522ST,D精煤04413206820原煤00061580228PD精煤0011QNET,V,DMJ/KG原煤25013375317519G精煤016CDAF精煤9114921690265HDAF精煤3754064045NDAF精煤11713913553ODAF精煤2853533105精煤回收率12007143125818煤类PM、WY矿物以充填状、分散状、团块状、粒状分布于煤中。15煤层为贫煤和无烟煤。六、其它开采技术条件1、煤层顶底板情况15号煤层老顶多为粗砂岩、中砂岩，及局部地带为含砾粗砂岩（补5孔附近），厚度变化较大，在6941513M之间，平均1031M。在横向上，呈北东南西向延伸，采区中部厚度大，北西和南东两翼薄。有时含有细砂岩或砂泥互层的直接顶（补2孔、补5孔和补8孔附近），此外，部分地区含有炭质泥岩、泥岩或粉砂岩伪顶。底板多为铝质泥岩，局部为泥岩或砂质泥岩，质软、节理发育，厚度070684M，平均398M。据此，二采区15号煤层顶板属II级3类，即稳定来压明显顶板；底板属IV类中硬底板。其底板条件偏软，而顶板在伪顶发育地带可能会发生冒落。2、瓦斯、煤尘及自然发火倾向（1）瓦斯勘探施工303、305、308、314、404号钻孔时，采取了15号煤层瓦斯样，现场解吸后送交山西省煤田地质研究所做了煤层瓦斯含量及成分鉴定，15号煤层CH4含量59399322，平均8112，CO2含量220480，平均352。属沼气带。在补勘过程中，进行了22样次的煤芯瓦斯测试，二采区瓦斯中CH4含量总体为4642，15煤层为5409，低于80，因此，本区均处于瓦斯风化带之上。在垂向上，CH4含量随深度增加而升高。在横向上，仅有15煤层一个钻孔（补4孔，位于采区西部）煤层下部样品甲烷含量高于80，上部样品仍低于80，基本处于瓦斯风化带边缘。区内瓦斯中CO2含量较低，平均737，而N2含量相对较高，根据相关标准，本区处于N2CH4带内。进一步根据甲烷含量与煤层埋深关系分析，本区瓦斯风化带深度在600700M之间。矿井于2006年11月3日投产，根据2006年度瓦斯等级鉴定资料，矿井相对涌出量为1365M3/T，绝对涌出量为1946M3/MIN。由于在进行瓦斯等级鉴定时，矿井处于基建阶段末期和试生产初期，因此该瓦斯资料不能作为二采区通风设计的唯一依据。矿井2007年后的生产比较正常，根据2007年度瓦斯等级鉴定资料，矿井相对涌出量为358M3/T，绝对涌出量为511M3/MIN。另外，紧邻二采区的103工作面目前平均日产一般在40005000T之间，工作面总瓦斯涌出量在6074M3/MI之间。因此二采区以2007年度瓦斯等级鉴定资料为依据，并结合一采区103工作面瓦斯资料作为二采区通风设计依据。二采区按设计生产能力120万吨/年，年工作330D，日生产能力为3636T。经换算，二采区绝对瓦斯涌出量为3583636/144090M3/MIN。由于二采区煤层埋深400500M之间，比一采区埋藏深100M左右，从理论上分析，二采区瓦斯涌出量应该比一采区略高，因此，进行通风设计时，除了参照以上数据外，还需要留出一定的余量。（2）煤尘的爆炸性根据勘探阶段和补勘阶段成果。对15煤层共计7个孔的煤芯煤样进行了煤尘爆炸试验，结果如表142所示。试验结果表明，15号煤层有煤尘爆炸危险性。表142煤尘爆炸性试验结果煤尘爆炸试验煤层号采样点VDAF（）火焰长度MM加岩粉量（）结论补313791040有补41011510有15补513512560有补81289520有补911271020有313134699有41413831343有根据勘探阶段和补勘阶段成果。对15煤层共计7个孔的煤芯煤样进行了煤尘爆炸试验，结果如表所示。（3）煤的自然发火倾向根据勘探阶段和补勘阶段成果。对15煤层共计7个孔的煤芯煤样进行了煤的燃点试验，根据煤的自燃倾向等级分类标准，15号煤层T13646，属不自燃易自燃煤种。根据2006年山西省煤炭工业局综合测试中心对本矿15号煤的检验报告，15号煤的吸氧量为10721CM3/G，自燃倾向性等级为级，属不易自燃煤种。但根据矿方介绍，在兖矿集团收购之前，该矿15号煤曾发生过煤层自燃现象，为确保安全，本矿15号煤应充分考虑自燃发火性。3、地温和地压（1）地温勘探中未做地温测试工作。据山西煤田地质勘探148队在和顺普查勘探时，钻孔井温测试，550M最高温度124度，平均地温梯度为058225/100M。2006年补勘时对采区内的补1、补6和补9孔进行了测温，在440M、490M和630M处的温度分别为1118、1193和1180，相应的地温梯度分别为254、243、187/100M，平均226/100M。以目前二采区内最大埋深650M（东远佛村）粗略估算，12月份地温为1482。因此，二采区为地温正常区。（2）地压首采区101工作面的矿压监测和研究取得了良好的成果，天池煤矿的矿井构造较为简单，为单斜构造，倾角平缓，二采区紧邻首采区，因此，101工作面的矿压监测与研究的有关结论性成果，如顶板运动的矿压参数、顶板分类方案等可以作为二采区矿压的参考资料。根据1997年颁布的煤炭行业标准缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类（MT5541996），综合考虑直接顶初次冒落步距、岩层强度、分层厚度和节理裂隙等指标，二采区直接顶属于2类中等稳定顶板。综合考虑初次来压步距、老顶周期来压步距、直接顶与采高之比等，确定采区老顶属于级，即周期来压明显，需要进行来压及顶底板情况的预报工作，在来压前后进行分别管理，以防止动压冲击和冒顶事故的发生。第三节采区水文地质一、含水层区内含水层有石灰岩岩溶裂隙含水层、二叠系砂岩裂隙含水层、第四系及上石盒子组风化带含水层（一）石灰岩岩溶裂隙含水层1、太原组石灰岩岩溶裂隙含水层太原组地层平均厚度13109M，其中K2、K3、K4三层石灰岩为主要含水层，平均厚度分别575M、331M、301M。石灰岩质地坚硬，节理裂隙较发育，且有被方解石及泥质充填现象，局部溶蚀形成小的溶洞。上元井田在勘探过程中对该含水层段做过抽水试验，单位涌水量为Q34104L/SM，渗透系数为00113M/D，含水量不大。总硬度为25567德国度，水质类型HCO3（KNA）型水，PH889。据调查古窑煤矿在开采15号煤层时，最大涌水量21M3/H，正常涌水量16M3/H。上元煤矿在开采15号煤时，正常涌水量20M3/H。2006年补勘时，原设计的抽水试验由于不具备试验条件，改为注水试验。补1孔K3灰岩注水试验，测得渗透系数为972106M/D，影响半径226M。补3孔K2灰岩注水试验，测得渗透系数为232106M/D，影响半径315M。根据注水试验结果分析，该含水层含水性不均一，水位埋深较深，水位恢复时间长，据此推断太原组石灰岩岩溶裂隙含水层富水性较弱。2、奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层采区内及邻区揭露奥陶系钻孔如表131所示。表131采区及邻区揭露奥陶系灰岩厚度成果表孔号项目301302303304306308310313314402403409O2揭露厚度355050922363282616776341353172316390238037902644孔号项目补1补2补3补4补5补6补7补8补9补10补11O2揭露厚度11081486131515634岩芯鉴定表明，奥陶系石灰岩，质纯、坚硬，裂隙较发育，具方解石脉充填。位于本矿井东北方向20KM李阳井田的105号钻孔，揭露奥陶系石灰岩厚度21532M，中下部石膏层厚34M，上部为石灰岩、泥灰岩及白云岩互层，在孔深28529005M段，裂隙小溶洞较发育，有铁质浸染，据此推断该处为奥陶系石灰岩富水段，从区域资料看奥陶系石灰岩含水层富水性强。2004年矿井地质报告分析认为，矿井位于娘子关泉与辛安泉的可移动地下分水岭边界附近，该边界在左权以北、蔡家庄以南的地表分水岭一带，分水岭处水位标高900M左右。根据补充勘探资料，补10孔2006年10月3日奥灰静止水位标高为93589M，北部的补4孔2006年9月12日奥灰静止水位标高为914393M，奥灰水位坡度81。据此分析，采区应处于分水岭以北，即属于娘子关泉域，奥灰水径流方向为北东。补4孔15煤层底板标高97963M，补10孔15煤层底板标高99355M，都在奥灰水位以上，奥灰水对开采15煤没有威胁。（二）二叠系砂岩裂隙含水层1、二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层山西组以碎屑岩为主，K7为主要含水层，岩性为中细粒石英长石砂岩，局部裂隙发育，平均厚710M624M，据314号水文孔抽水试验资料，单位涌水量Q00013L/SM，渗透系数00113M/D，总硬度为25567德国度，水质类型HCO3（KNA）型水，PH889。另据矿井东北方向20KM的李阳井田对山西组的K7以及下石盒子组的K8砂岩抽水试验资料，单位涌水量Q993105L/SM。资料表明，山西组砂岩裂隙含水层富水性较弱。2、二叠系上、下石盒子组砂岩裂隙含水层上、下石盒子组主要由碎屑岩组成，地表大面积出露，局部黄土覆盖，主要含水层为K8、K9、K10、K12，岩性为中、粗粒砂岩，平均厚度30M，裂隙较发育，组成一个相对富水的含水层。该地层直接受大气降水及地表水的补给，但出露地势较高，地下水循环迅速，季节性明显，一般认为富水性弱。2006年补勘时，补5孔对15煤顶板砂岩进行了注水试验，渗透系数495106M/D，影响半径266M。（三）第四系及上石盒子组风化带含水层据补10孔资料，第四系厚度为1031M。岩性主要为浅灰白色砂砾层、浅灰绿色砂质泥岩、杂色泥岩、杂色砂质泥岩、棕褐色泥岩、灰绿色砂质泥岩，其中5401031M段厚491M，为浅灰白色砂砾层，以石英长石为主，透水性较好；第四系地层岩芯破碎，发育裂隙，风化严重。据抽水试验资料，单位涌水量Q为9001515L/SM，水位标高为133847M。由于补10孔近河流，单位涌水量大与河流补给有关。水质分析结果表明，该含水层水质水质类型为HCO3（CAMG）重碳酸盐钙镁型，矿化度为042853G/L，PH值为77。二、隔水层15号煤层至奥陶系顶面之间的岩层，以泥质岩类为主，平均厚度2420M，对奥灰水起隔水作用，视为隔水层。石炭、二叠系含水层之间的岩层，以泥质岩类为主，厚度大且稳定，使各含水层之间无水力联系，为隔水层。三、构造采区内断层以NE和NNE向为主，规模较小。根据邻区揭露情况，断层大多紧闭，导水性差。根据断层综合分析结果，区内断层均发育于煤系中，未切割奥灰，因此，煤系含水层通过断层与奥灰水沟通的渠道不畅。在采区之外的开采过程中遇到陷落柱时，涌水量基本无大的变化，说明陷落柱导水性差。但随着开采深度的增大，在采区内是否也有如此的结果，仍需要进一步的研究。四、采空区积水情况根据本区的实际情况以及调查邻近小煤矿生产后的情况，在煤层开采过程中，有顶板淋水现象，涌水量不大，但在回采后其采空区都有不同程度的积水，所以在生产过程中要注意采空区积水对生产的危害。二采区东部1150老洞水汇集古窑等矿老空水，采区东南部也与邻矿采空区相连，2006年9月后老空集水量增加了一倍以上，开采二采区东部和东南部煤层时应特别注意老空水的问题。五、采区涌水量预测在编制矿井地质报告时，调查了上元煤矿、古窑矿井下排水资料，上元煤矿开采15号煤，富水系数为302M3/T，古窑煤矿两个坑口开采15号煤，富水系数314M3/T。水的来源主要是顶板及两帮水的入渗。由于主要充水岩层富水性差，补给不通畅；井下遇断层及陷落柱一般不导水；采后老空区积水增加；随开采面积的增大，富水系数有减小的趋势。上元煤矿、古窑矿开采标高大于二采区水平，位于K8砂岩水和K2石灰岩水迳流区的上游，对二采区起一定的疏放降压作用；另外，两矿正常涌水量较稳定，采用富水系数法计算二采区涌水量将会偏大。为此，采用解析法预计二采区涌水量。采区总面积735KM2，煤系含水层通过断层与其他含水层沟通的渠道不畅。因此，预计K2灰岩的正常涌水量，然后再根据正常涌水量与最大涌水量的关系，预计采区的最大涌水量，可以作为采区排水系统设计的依据。根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程（2000年），按坚硬覆岩类型，垮落带高度计算公式MH1026MMH式中采厚，M。导水裂缝带高度计算公式HH102HHM式中采厚，M。15煤厚度在045640M，平均389M。取M380M计算得164M，588M。MH由此可知，15煤采动后K2、K3灰岩均在“两带”影响范围内。假定K2、K3灰岩含水层具有无限边界，由于补3孔注水试验所得参数较小，故采用上元井田在勘探过程中对该含水层段抽水试验所得渗透系数00113M/D为参数，含水层厚度取两带内K2、K3灰岩平均厚度9M，地下水水位取迳流区上游的最大标高，即1258M，疏降水平取采区K2灰岩的最小标高，即1075M。假定地下水全部疏干，即水位最大降深183M。1）选用无限边界的承压无压公式计算采区稳定涌水量，即20236LGHMHQKRR式中渗透系数，00113M/D；含水层厚度，90M；涌KMMQ水量，M3/D；无限边界上的水头，125810751830M；疏降区水HH头，00M；采区面积，637106M2；引用半径，HFF0R142395M；降深，1830M；影响半径，0RPSHR52632142395195027M；02RSHKR代入公式计算，则预计正常涌水量为36307M3/D1513M3/H。正常Q2）选用无限边界的承压水公式计算采区稳定涌水量，即07LGKMSRR上式符号同前式。代入公式计算，则预计正常涌水量为37195M3/D1550M3/H。正常Q3）水均衡法采区中心水位降深1830M；影响半径195027M；边界到SHH0R采区边界的水力坡度3477，0183526JRR按达西定律，采区外围含水层对采区补给水量为86662M3/D3611M3/H。正常04QAKJMJP由以上三种方法，大井法由于抽水试验得出的K相对较小，数值偏小，按水均衡法，尽管K值一样，但疏降范围大，所以值偏大。对比一采区涌水资料，正常涌水量在1520M3/H，故取3611M3/H为二采区的正常涌水量；最大涌水量为正常涌水量的15倍，即5416M3/H129996M3/D。15361QNN以上是对采区正常涌水量与最大涌水量的预计，未考虑老空区积水的影响和地表水的补给。第四节采区储量、生产能力与服务年限一、采区范围1、全井田采区划分情况矿井初步设计将全井田共划分为五个采区，即东部的一采区和三采区、中西部的二采区、北部的四采区和南部的五采区。2、二采区位置二采区位于一采区西部，毗邻1150大巷，采区北部为四采区；西部以矿界、207国道、阳涉铁路与阳煤集团规划的仪村井田相邻；北部与四采区相邻；南部通过矿界与远佛口煤矿相隔。3、二采区范围的确定原设计二采区南北平均长422KM，东西平均宽174KM，总面积735KM2。从整个井田的境界形状分析，二采区的北部为四采区，这两个采区的划分应该作为一个整体综合进行考虑。按照原先划定的采区范围，由于二采区衔接紧张，安排4个掘进工作面很难满足衔接的需要。为满足采掘的正常合理接替，二采区与四采区采掘工作面相互接替更适应衔接的需要。在后面二采区开拓布置中将对二采区不同范围的巷道布置进行分析与比较，本节只作出结论，即将原设计二采区的北部划归四采区，二采区仅剩南部区域，设计修改后二采区南北平均长211KM，东西平均宽174KM，总面积386KM2。二、采区煤柱的留设1、阳涉铁路和207国道保护煤柱铁路和207国道煤柱外推20M作为维护带，然后按新生界45、基岩72外推至可采煤层，据此圈定铁路、公路隔离煤柱范围。2、断层和陷落柱煤柱落差大于或等于15M的断层煤柱和全部陷落柱煤柱均按照50M水平宽度与其边界平行留设。（3）村庄、工业场地建筑物保护煤柱的留设在村庄、建筑物四周外推15M作为维护带，然后按新生界45、基岩72外推至可采煤层，据此圈定建筑物隔离煤柱范围。（4）边界保护煤柱留设由于邻近矿井的越界开采情况不十分清楚，结合矿方意见，因此井田和采区边界隔离煤柱分别按40和20M水平宽度平行边界留设。（5）大巷保护煤柱大巷保护煤柱按40M水平宽度平行边界留设。在留设隔离煤柱时，如果出现煤柱重叠的情况，则按铁路、井田边界、断层、陷落柱、村庄建筑物、回风井工业场地、巷道、采区边界的优先顺序留设。三、采区资源/储量1、资源/储量分类（1）分类依据根据固体矿产资源/储量分类GB/T177661999和煤、泥炭地质勘查规范DZ/T02152002的规定，结合二采区的实际情况进行资源储量分类。（2）分类原则二采区构造简单，主要可采的15号煤层稳定，所以各工程点的基本线距为5001000M为探明的，10002000M为控制的。矿井生产过程中已经证实其开采是经济的。依据固体矿产资源/储量分类GB/T177661999，确定其资源储量类型为111B。根据规范和采区实际情况，村庄煤柱储量类型为2M11（探明的边际经济基础储量），其它煤柱资源储量类型为2S11（探明的次边际基础储量）。2、二采区15号煤资源/储量计算采用地质块段法，即QDLS公式计算，式中Q块段煤炭储量，T；D煤的容重，T/M3；15号煤层148；L块段煤层平均厚度，15号煤为3M；S块段煤层水平投影面积，M2。（1）地质资源量根据地质报告，二采区15煤层地质资源量与工业资源/储量均为1922万吨；其中，探明的经济基础储量（111B）1625万吨，探明的边际经济基础储量（2M11）为72万吨，探明的次边际经济基础储量（2S11）为225万吨，分别占15煤资源储量的8454、376和1170。详见表141。表141二采区资源储量统计表（万吨）资源储量煤层111B2M112S11总计151625892251922（2）工业资源/储量二采区15煤层地质资源量与工业资源/储量均为1922万吨；（3）设计资源/储量设计资源/储量工业资源/储量永久煤柱损失永久煤柱损失包括井田境界、已有的地面建（构）筑物、村庄等永久性煤柱。经计算，二采区15号煤设计资源/储量为164192万吨，计算结果详见表142。设计资源/储量计量表表142单位万吨永久煤柱损失煤层编号工业储量采区境界铁路、公路村庄断层陷落柱小计设计储量1519222686436723415295828008164192（4）设计可采储量设计可采储量按下列公式计算ZK（ZSP）C式中ZK设计可采储量，KT；ZS设计资源/储量，KT；P煤柱损失量。开采时需留设的煤柱有工业场地及风井场地保护煤柱、大巷保护煤柱和构造保护煤柱。C采区回采率，075。根据规程第68条“煤层平均厚度小于4M的严禁采用放顶煤开采”。二采区15号煤层厚度大于4M的区域采用综采放顶煤开采工艺，工作面回采率按95、顶煤回收率按80计算得回采工作面综合回采率为85；二采区15号煤层厚度小于4M的区域只采不放，并适当加大采高，采高按26M、回采率按95计算得回采工作面综合回采率为82。考虑二采区准备巷道保护煤柱要进行回收，并且后期改为大采高一次采全高工艺后的采区回采率会有一定的提高，因此15号煤层采区回采率按75进行计算。其它保护煤柱留设参数如下采区准备巷道煤柱35M、顺槽煤柱25M。经计算，二采区15号煤层设计可采储量为1210万吨。计算结果详见表143。设计可采储量计算表表143单位万吨开采煤柱损失煤层编号设计储量井筒及工业场地大巷小计开采损失设计可采储量1516419277319552728404641210四、二采区生产能力本矿井设计生产能力为120万吨/年，矿井采用“一井一区一面”的方式达产。二采区作为天池公司的一个接替采区，其生产能力不应小于矿井设计生产能力；另外，结合二采区15煤层赋存情况和矿井目前技术装备、综放工作面实际单产能力、生产管理水平等综合因素，确定二采区设计生产能力为120万吨/年。五、采区服务年限二采区设计服务年限按下式计算TZ/AK式中T设计服务年限,A；Z设计可采储量，万吨，Z1210万吨；A设计生产能力，万吨/年，A120万吨/年；K资源/储量备用系数，考虑二采区15煤层储量级别较高，故资源/储量备用系数取14；则二采区设计服务年限T1210/1201472A第二章采区设计方案第一节采区设计方案的提出一、对煤层赋存条件的分析原15号煤层二采区南北走向长422KM，东西倾斜宽174KM，二采区煤层总体呈近南北走向，向西倾斜的单斜构造，煤层赋存平缓，倾角一般在015，平均8左右。但局部存在17的范围，因此在设计中要考虑工作面拉架和排水问题，并结合工作面接替紧张问题，尽量避免工作面原煤上运。采区内发育有6个宽缓的小型褶皱，根据三维地震，采区内有16条正断层和13个陷落柱。在采区设计时要尽量将回采工作面沿断层延伸方向布置，并尽量将顺槽避开陷落柱，给工作面推进和顺槽掘进创造条件。二采区可采煤层为15号煤层，根据采区内现有钻孔资料显示，15号煤层厚度在045640M，平均389M。从钻孔资料显示，采区的北部煤层较厚，平均厚度47M；南部相对较薄，平均厚度3M。在二采区范围内有两个很小的不可采区域，