5#煤层（精选4篇）
5#煤层 篇1
根据本次研究任务, 主要是查清奥灰含水层富水性, 探查5号煤层底板隔水层岩性组合、阻水性能以及煤层顶板导水裂缝带发育特征等。拟采用井下钻探、放水试验、注水试验、岩石物理力学性质测试、模拟实验等综合探查及研究方法, 完成本次研究项目任务。
一、研究方法及手段
具体研究方法与手段: (1) 钻探。包括奥灰水文地质条件探查、探巷掘进探放水及探巷间煤层顶板探放水等; (2) 现场孔中试验与测试。包括压水试验, 水压、水温、流量观测, 岩石物理力学测试、水化学化验等; (3) 数值模拟计算。包括矿井水文地质参数计算、涌水量预测及煤层顶底板采动破坏数值模拟等; (4) 室内相似材料物理模拟。模拟回采工作面采动顶底板破坏情况及采场应力场发育特征等。
二、方案设计
在矿井+1360m水平井底车场周边布置3个奥灰水文地质条件探查钻孔, 主要探查5号煤层底板岩性组合特征及阻水性能, 进一步查清奥灰含水层富水性, 为矿井实现带压开采安全顺利进提供依据。
三、工程设计
1、钻孔布设原则。本着一孔多用的原则, 井下水文地质条件探查钻孔在施工过程中, 主要探查煤层底板隔水层厚度、岩性组合以及奥灰含水层的富水性等, 同时, 钻探过程中进行取芯、隔水层阻水性能测试、进行“三量”观测和压水试验 (原位测试岩体透水率) 等, 终孔后进行放水试验, 对奥灰含水层水文地质参数进行计算, 并对矿井涌水量进行预测。
2、钻孔布置。本次钻孔布置主要根据矿井目前采掘情况, 在+1360水平车场周边布置3个奥灰水文地质探查钻孔, 主要探查煤层底板隔水性能及奥灰水富水性等。
3、钻孔技术要求。井下奥灰水文地质探查钻孔T2、T3号孔, 开孔为Ф170mm, 然后下入孔口管Ф146mm, 长15m, 孔口管注浆固结后, 安装6寸孔口高压闸阀。第一次换径Ф125mm, 至奥灰顶面提前约5m下Ф108mm套管止水隔离。最后终孔裸孔孔径为Ф91mm, 钻孔深度进入奥灰约100m, 在钻孔施工过程中, 并对隔水层阻水性能等进行测试。
4、钻孔岩石力学及渗透性试验。井下奥灰水文地质探查孔施工过程中, 获取5号煤层底板下不同岩层的岩样, 进行底板岩石物理力学性质试验。而岩石物理力学性质试验数据是评价开采水文地质条件的基础资料。
5、带压系数原位测试。底板隔水层由于岩性厚度等不同, 每个分段的阻水能力是不同的, 为了准确地评价底板阻水层的阻水抗压能力, 需要进行底板岩层阻抗水压能力的试验研究。
6、放水试验。放水试验分为单孔放水试验及联合放水试验。每个设计钻孔成孔后均需进行单孔最大降深放水试验, 计算单孔单位涌水量。3个钻孔完成施工后进行联合放水试验。本次放水试验利用探查钻孔选取1-2个钻孔作为放水孔进行放水试验, 通过放水试验对奥灰含水层的富水性进行进一步的探查, 并对含水层参数进行计算。
7、水化学分析。为了从地下水的水化学组分分析研究矿井奥灰地下水的补给条件、运移情况以及因矿井疏水可能引起的变化, 在井下放水试验期间需作奥灰含水层地下水物理性质测定、化学成份分析检测。水质分析项目为:Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Fe2+、Fe3+、NH4+、Cl-、HCO3-、SO42-、CO32-、NO3-、NO2-、硬度、总矿化度、PH值、可溶性CO2。
8、5#煤层顶板采动破坏高度分析。煤层开采后形成的采场空间, 必然会引起围岩的原始应力发生变化, 当围岩所承受的应力超过它的极限强度时, 就会发生位移、开裂、断裂、直至破碎冒落。采空区上覆岩层可划分出三个不同性质的破坏和变形影响带, 由下至上依次分为跨落带、裂缝带和弯曲带三个部分。一般称跨落带和裂缝带为导水裂缝带, 影响导水裂隙带发育的因素有煤层开采厚度、开采面积、覆岩岩性及煤层倾角等。如何快速、准确测试导水裂缝带的发育最大高度就成了含水层 (水体, 如老空水) 下采煤的关键科学问题。
对于汾源煤业公司倾斜煤层开采来说, 目前还没有对煤层导水裂缝带发育高度探查的成熟技术。因此, 本次对煤层顶板导水裂缝带高度的研究主要采用室内模拟实验、计算机数值模拟及现场观测分析等综合研究的方法进行。 (1) 物理相似模拟:本实验主要是根据矿井采掘条件 (如埋深、煤层厚度、采场参数、围岩应力分布、地层倾角等) , 在室内建立相似材料, 模拟倾斜煤层开采过程中的围岩应力变化规律以及煤层顶破坏情况, 为矿井安全开采提供技术支持。 (2) 计算机数值模拟:该数值模拟主要根据矿井现场采场条件, 利用FLAC3D建立数值模型, 模拟工作面回采过程及回采后采场围岩应力场变化规律, 预测煤层回采对顶板破坏高度, 有效指导矿井生产。
四、预想成果
通过5#煤层带压开采水文地质条件探查, 可形成汾源煤业矿井《开采水文地质条件探查成果报告》及《开采水文地质条件研究成果报告》及相关图件和附表, 为矿井防治水工作提供关键资料, 为矿井安全生产提供保障。
参考文献
[1]陈炎光:《矿井水文地质》, 中国矿业大学出版社, 1991年。
[2]徐永圻:《水文地质钻探》, 中国矿业大学出版社, 1990年。
[3]刘吉昌:《煤矿开采设计》, 中国矿业大学出版社, 1986年。
5#煤层 篇2
关键词：煤层,改进方案,采煤
1 10-5煤层赋存自然状况:
煤层厚度2.0m, 采高2.0m, 煤层平均倾角22°。顶板岩性及厚度:伪顶0.3m凝灰岩, 直接顶2.3m的粉砂岩, 老顶5m的粉砂岩和中粒砂岩, 顶板等级Ⅱ级, 真接顶较易垮落。底板岩性及厚度:伪底1.0米的炭页岩, 老底细砂岩1.5m。灰分32.7%。爆炸指数Vr=23.5%, 矿井涌水量较小。
该井是1992年建井。采煤方法为走向长壁后退式, 即沿走向每隔30m开掘一条上山, 当工作面推到距外面上山4~6m时, 工作面搬家到新上山, 留设4~6m宽的煤柱来支撑老顶的来压, 工作面采高为2.0m, 最大控顶距4.7m, 最小控顶距3.5m, 循环进度1.2m, 炮道0.8m, 支护形式采用九棵一组的木堆支护, 堆距 (沿倾斜) 1.8m, 坑木规格为18公分的园木, 顶板管理采用煤柱支撑法, 经长期开采。实际观测10-5煤层老顶的周期来压步距25~35m。当时小煤矿开采大部分以留保护煤柱的方法进行顶板管理, 由于技术和管理落后, 一直未采用先进的采法并一直沿用至2004年。
2 10-5煤层顶板管理采用煤柱支撑法的不利因素:
2.1 采掘工作面串联风:里面采煤外面开掘上山, 且10-5煤层的煤尘较大, 回采面的作业人员吃外面的炮烟和煤尘, 严重影响职工的身心健康。
2.2 煤炭资源损失严重, 回收率仅达到60%左右, 回采率低。
2.3 采面搬家频繁, 以木材换资源。
2.4 支护强度低, 安全系小等问题。
2.5 无法进行正规循环作业, 不能从根本上保证安全。
3 10-5煤层顶板管理的改进方案:
鉴于10-5煤层煤柱支撑法管理顶板带来的诸多不利因素, 同时为提高资源回收率, 从技术安全角度, 考虑采用全部陷落法管理顶板, 三、四排金属摩擦柱支护, 支柱选型采用MW-2300/300型, 循环进度1m, 最大控顶距3.4m, 人工放顶采用步距式深孔放顶、步距为1m, 放顶眼的眼距 (按倾斜方向) 2.4m, 放顶眼深度不低于2.5m。
4 改进后的10-5煤层顶板压力计算:
4.1 顶板一次冒落高度Σh:
式中:m—工作面的平均采高, kp-岩石的碎胀系数 (取kp=1.35)
4.2 支柱选型计算:
a.支柱最大高度H大:H大=M大-b=2000-100=190000mm:Mb
式中:M大—工作面最大采高b—顶帽厚度
b.支柱的最小高度H小:
式中:a—金属摩擦式支柱的卸截高度
S大—最大控顶处项板的下沉量
M小—工作面的最小采高
c.柱缩量S:
查金属支柱规格表:选项用MW2300/300型金属摩擦式支柱, 此柱的最大高度2300mm, 最小高度1322mm, 最大工作阻力35吨, 最小工作阻力25吨, 可缩量400mm, 自重57kg。
4.3 支护密度:
4.3.1 采场平均压力
k—顶板岩石碎胀系数, 取1.7
m—采高2.0mr—岩石容量2500kg/m2k1—动载系数1.4k2—悬顶片邦系数k2==1.35一个
L1—最大控顶距3.4mL2—平均悬顶距1.0mL3—平均片邦系数0.2
4.3.2 支护密度
a.现注支护密度
F1—金属摩擦支柱工作阻力30吨
C—金属摩擦支柱性能系数0.8
b.实际支护密度
c.安全系数
经计算符合有关规定, 选用MW2300/300型金属摩擦柱支护合理。
5 改革后的10-5煤层顶板管理的针对性措施:
5.1 作业前必须认真检查工作地点的顶板煤壁及支护等情况, 当控顶距超过规定的最大控顶距时禁止采煤。
5.2 回柱后顶板仍不冒落, 超过允许的悬顶距高时, 必须及时采取人工强制性放顶。
5.3 放顶区域内的支柱必须回收干净, 放顶人员要站在支护完好的安全地点作业。
5.4 所有支柱必须架设牢固, 找够双迎山角, 迎山角在3°, 升柱时必须使用升柱器, 保证支柱的稳定性和足够的初撑力。
5.5 严禁支柱架设在浮煤和浮矸上, 撞倒或失效的支柱必须立即扶起或更换。
5.6 工作面内的支柱要专人负责进行编号及验收架设质量工作。
5.7 发现支柱顶盖丢失, 柱体弯曲, 锲组错位, 锁箍变形, 承载能力不够20t应立即更换。
5.8 反柱时必须二人以上一起作业, 一人监视顶板, 一人作业, 在作业时应使用长柄工具。
5.9 反柱前要认真检查顶板, 先清理好退路, 顶板不好时要先打上临时顶子, 在可靠的支柱下进行作业, 不准到空区作业。
5.1 0 上巷要备有5%的支柱, 三个循环的顶帽及一定量的木垫, 顶帽规格在:厚0.1m、宽0.2m、长0.4~0.6m。
5.1 1 在控顶距内顶板局部冒高, 原支柱的支护高度不够时, 可在柱脚下加一个木垫, 并要保证木垫与支柱接触面平稳牢固。
5.1 2 工作面过断层水线或顶板压力过大时, 相应增设四棵一组的铁堆集, 必要时可以增设木垛。
5.1 3 支柱使用期达到六个时要抽查试压, 使用期到一年必须全部升井检修。
5.1 4 予防周期来压措施
根据以往的经验, 当工作面推进20m时, 沿工作面远邦第一排按倾斜方向每隔60m增设四棵一组的铁堆集, 铁柱型号与原原型号相同, 按倾斜每隔10m设一棵木顶做为信号顶子。
5#煤层 篇3
钱家营井田位于开平向斜东南翼的南段, 井田构造以褶曲为主, 断裂为辅。矿井共分7个含水层, 目前对于第一个主要可采煤层7煤来讲:主要受顶部5煤顶板至A层铝士岩底板砂岩裂隙含水层 (Ⅴ) 即5煤层顶板上0-50m段含水层水威胁。
八采区位于开滦 (集团) 有限责任公司钱家营矿业分公司矿井西部区域, 采区水文地质条件较复杂, 2875东工作面位于井田西翼八采区7煤层, 为矿井主力生产工作面, 工作面同煤层倾斜上方和下方均未设计工程, 上覆及下伏各煤层暂无工程, 西部有2873西泄水边眼、2875东回风边眼, 除此之外, 暂无其它工程。工作面标高-645.4~-763.7m。工作面平均走向长546.6m, 倾斜长209.9m, 面积118509.5m2, 工作面煤层厚度在2.3~4.2m之间变化, 平均煤厚3.1m, 煤层厚度变化不大, 煤层中含一层厚度0.05m~0.3m粉砂岩夹矸, 平均0.15m, 工作面局部煤层伪顶较为发育, 厚度0~0.3m, 平均0.2m。煤层倾角6°~20°, 平均11°, 煤层走向在45°左右变化。工作面最低标高-835.4m, 所承受的5煤层顶板含水层最大水压为3.50Mpa。
八采区已回采的7煤层几个工作面均出现了较大涌水量, 其中2871西、2871东、2872西、2873西工作面最大涌水量分别达到了2.0m3/min、1.75m3/min、2.3m3/min、4.0m3/min。通过比拟法预计2875东工作面正常涌水量在2.73m3/min, 工作面涌水量大对回采影响较大。据已回采的几个工作面分析, 7煤层工作面在开采过程中具有地温高、工作面涌水量大等特点, 为防治水工作带来了较大难度。
2875东运道走向长630余米, 高差约24.5米, 通过对2875东现场调查发现运道中间有一较大洼点, 将会给排水工作带来极大困难 (图1-1) 。
2 针对工作面本身特点制定合理的治理方案
2.1 超前施工区域疏水降压工程。
根据地面5煤顶板含水层观测孔钱水28资料初步判定该区域裂隙发育, 水位较高。在八采下部轨道平石门钻窝内施工疏水降压钻孔, 疏水降压孔从2012年1月1日终孔至2014年10月30日, 八采区深部区域地面煤5顶板含水层水位由-341.73m下降至-478.6m, 水位下降136.87m, 共计放出动水量约520000m3。对以八采下部疏水降压孔为中心形成了疏降漏斗, 疏水降压效果非常明显。2875东工作面位于疏水半径区域内, 较好的降低了工作面顶板水压。
2.2 对工作面超前施工音频电透视物探。
为了更清楚的了解工作面5煤层顶板含水层富水情况, 决定对2875东工作面实施音频电透视勘探, 2875东工作面音频电透视采用120Hz和15Hz;其中120Hz实际测量深度30到60米的范围, 共发现3处富水区, 分别为1号富水区、2号富水区和3号富水区;15Hz实际测量深度60到90米的范围, 共发现2处富水区, 分别为4号富水区和5号富水区。基于上述认识, 建议本工作面生产期间以5个富水区段为防治水重点区段, 如图2-1。
2.3 根据物探结果施工工作面疏水降压工程。
为了使施工目的更有针对性, 更好地达到疏水降压效果, 探清富水区的含富水情况, 采取了根据物探结果施工疏水降压工程 (如图2-2) , 2875东工作面煤5顶板含水层疏水降压孔共施工钻孔6个, 截至2014年5月21日累计共放出水量28770m3, 疏水效果不理想, 根据周边资料综合分析, 可能是受八采下部轨平2.3石门疏水降压孔长期以来的疏水及疏水半径影响, 导致2875东工作面西翼疏水降压效果不明显。
2.4 优化防排水设计, 降低防排水费用。
根据疏水降压钻孔施工效果可以判断2875东工作面顶板裂隙不是很发育, 涌水量基本不可能超过预计最大涌水量, 可以根据预计最大涌水量施工防排水工程, 极大的降低了防排水费用, 减少人力、物力的投入, 缩短了工期。
根据预计涌水量, 制定防排水设计。在2875E运道最大积水段施工一沉水巷, 将工作面出水引入沉水巷, 到一定水量漫出至绕巷外面的排水沟, 沿2875E运道下帮布设预制400×400mm的预制铁皮水沟一条;在运道下帮布设8寸排水管。在运道外口设计施工一沉淀池, 并将水沟和一趟φ159mm的排水管相连, 水沟和排水管直接通向-850西大巷。
2.5 综合治理成果。
通过对2875东工作面5煤层顶板含水层的综合防治, 工作面回采过程中并未出现顶板突水事故, 工作面最大涌水量1.3m3/min, 涌水均较好的排出, 保证了工作面安全高效生产。
3 结论
本文以该矿八采区2875东大水工作面5煤层顶板水害综合治理资料为依据, 分析了5煤层顶板水害综合防治的可行性及效果, 结果表明通过多种有效防治水措施综合利用, 从根本上解决5煤顶板水害防治难题, 极大的降低了防排水费用, 对今后深部区域煤5顶板水的防治有着一定的参考价值, 有利于矿井安全生产。
摘要：煤5顶板砂岩裂隙承压含水层是钱家营井田主要直接充水含水层, 局部富水性强, 对采掘影响较大, 因此加强5煤层顶板含水层水害治理显得尤为重要, 本文通对2875东工作面5煤顶板含水层水害的综合防治与研究的论述, 为今后矿井深部区域的防治水工作提供了治理经验, 最大限度的降低防排水费用, 保证矿井安全高效生产。
5#煤层 篇4
轩岗矿区5号煤层情况:5号煤层位于太原组下部。为主要可采稳定煤层。煤层厚度5.70~22.15m, 平均12.34m。顶板一般为砂质泥岩、石灰岩及泥岩, 砂质泥岩厚度一般为:5~16.23m, 含黄铁矿结核。底板一般从上至下依次为:细砂岩、石灰岩、泥岩、粉砂岩、K1细砂岩。
轩岗矿区焦家寨矿瓦斯情况:焦家寨矿属高瓦斯矿井, 从近几年瓦斯等级鉴定结果来看, 瓦斯绝对涌出量在逐年增加, 随着开采深度的增加瓦斯绝对涌出量还会继续增大。
轩岗矿区5号煤层平均厚度在10m以上, 煤层瓦斯含量大, 煤质松软, 现采用沿5号煤层底板用风镐掘进综采放顶煤工作面回采巷道;由于掘进过程中5号煤极易冒落, 冒落后瓦斯涌出量明显增大, 瓦斯经常超限;5号煤综放工作面在回采过程中, 采煤机割煤时富存在煤层中的瓦斯大量释放出来, 放煤时采空区瓦斯也大量释放, 造成工作面、上隅角、回风流瓦斯极易超限。给安全生产带来极大隐患, 因此5号煤顶板管理和瓦斯管理已成为全矿安全工作的重中之重。
鉴于轩岗矿区5号煤层的赋存条件及矿井实际情况, 轩岗矿区宜采用预采顶分层综采放顶煤采煤法开采5号煤层, 即先沿5号煤层顶板下布置顶分层回采工作面, 采用金属网假顶全部垮落法进行回采, 采高控制在2~2.2m之间, 待采完顶分层后, 再沿5号煤层底板布置综采放顶煤工作面进行回采。
顶分层回采巷道可采用轻型综掘机掘进;顶分层工作面可采用综采支架管理顶板、单滚筒采煤机割煤、刮板运输机运煤;底分层工作面仍采用现综采低位放顶煤采煤法回采。
采用预采顶分层综采放顶煤采煤法开采5号煤层可从根本上解决几个困扰轩岗矿区开采5号煤层存在的问题, 从而为安全生产创造有利条件。
1 可解决5号煤层采掘工作面瓦斯管理及通风管理困难的问题
轩岗矿区现5#煤综采放顶煤工作面掘进回采巷道时由于瓦斯涌出量大, 瓦斯极易超限, 故在巷道两帮施工钻场及抽放钻孔使用ZWY110/132型移动式瓦斯抽放泵超前预抽煤层瓦斯;工作面回采时通过上隅角埋管、施工回风斜交高位钻孔、千米走向裂隙钻孔, 使用Z W Y 4 0/7 5型、ZWY85/160移动式瓦斯抽放泵站对工作面上隅角采空区瓦斯进行抽放。另外, 经有资质单位对轩岗矿区5号煤测定后, 该煤层具有突出危险性, 根据防突规定必须建立地面抽放系统, 现有的井下移动式瓦斯抽放系统不能满足生产要求, 而建立地面抽放系统需要大量的资金、人力和物力。
假设5号煤采用预采顶分层综采放顶煤采煤法, 在预采顶分层过程中可释放掉大部分积存在煤层中的瓦斯, 当沿5号煤层底板掘进回采巷道及放顶煤回采时, 采掘工作面瓦斯涌出量将大大减少, 综采放顶煤工作面无需再进行瓦斯抽放, 同时采掘工作面配风量可适当减少, 可从根本上解决轩岗矿区“5号煤采掘工作面配风大煤尘大、配风小瓦斯超”的矛盾。
2 在一定程度上可解决沿5号煤层底板掘进时顶板管理困难及煤尘大的问题
轩岗矿区现5#煤回采巷道掘进时采用11#工字钢梯形棚支护, 棚距0.5m, 由于巷道顶、侧压大, 支护强度不够, 经常需要加棚维修, 并且在每根钢梁下各支设一根木点柱加强支护。另外, 由于5号煤属典型的“三软”煤层, 为了防止顶煤在掘进过程中容易冒落, 采用在迎头超前打锚杆的办法降低顶煤冒落的可能性。这种施工方法存在工人劳动强度大、施工困难、材料消耗大、煤尘大等诸多问题。
而采用预采顶分层综采放顶煤采煤法先采顶分层, 在顶分层开采过程中, 顶板自行垮落, 当沿5号煤层底板掘进时, 巷道顶、侧压会明显减小。同时在顶分层回采过程中还可向下部煤层预注水, 从而可实现沿底掘进巷道时, 巷道压力小, 顶煤不易冒落, 煤层也大大降低, 可从根本上解决沿5号煤层底板掘进时顶板管理及防尘工作困难的问题, 棚距可适当加大, 既节约了材料, 又降低了工人劳动强度, 巷道掘进速度也会加快。
3 有利于沿底综采放顶煤工作面顶板管理并加快工作面推进速度
轩岗矿区现5号煤综采放顶煤工作面由于受顶板压力大及周期来压显现等影响, 工作面两巷超前大约100m范围内必须加强支护, 顶板周期来压时工作面有可能出现煤壁片帮或冒顶, 给工作面顶板管理造成困难, 工作面推进速度较慢。而经过预采顶分层后, 由于顶板已经断裂、垮落, 当沿底回采时就不再出现周期来压, 压力显现就不明显, 两巷超前维护量就会大大减少, 工作面煤壁片帮或冒顶的可能性就会很小, 工作面推进速度自然也就提高了。
4 有利于提高煤质, 提高煤炭回收率
轩岗矿区现综采放顶煤工作面在放煤时容易放出矸石, 生产出的5#煤含矸率较高, 为了提高煤质, 矿虽然增设了地面选矸、翻矸等系统, 但还是不能彻底提高煤质。而如果采用预采顶分层综采放顶煤采煤法, 由于预采顶分层时铺设了金属网假顶, 故在放顶煤回采时, 既不会放出矸石来, 又能将顶煤基本放净, 生产出的原煤含矸率大大降低, 从而可大幅度地提高煤质, 煤炭回收率也有所提高。
由于预采顶分层综采放顶煤采煤法目前在国内外应用不多, 因此没有资料可供参考, 所以在轩岗矿区第一次推广应用具有一定的风险性, 主要表现在以下几个方面简述其风险性及对策。
(1) 综掘机沿5号煤顶板掘进顶分层回采巷道, 在轩岗矿区尚属首次, 是否成功有待分析研究后方可决定实施。
(2) 5号煤顶分层巷道掘进时的瓦斯管理将成为该采煤方法的主要问题。
(3) 沿顶分层回采时, 需测定煤层瓦斯释放量及残存量, 如残存瓦斯量大, 需采取措施降低底分层瓦斯含量, 以利于沿底回采时的瓦斯管理。
摘要：采用预采顶分层综采放顶煤采煤法开采5号煤层可从根本上解决几个难题:可解决5号煤层采掘工作面瓦斯管理及通风管理困难的问题;在一定程度上可解决沿5号煤层底板掘进时顶板管理困难及煤尘大的问题;有利于沿底综采放顶煤工作面顶板管理并加快工作面推进速度;有利于提高煤质, 提高煤炭回收率。