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(6)《国家安全监管总局国家煤矿安监局关于加强煤矿防灭火工作的通知》,安监总煤行[2008]161号;
(7)《煤炭工业矿井设计规范》,GB50215-2005;
(8)《煤矿井下安全避险“六大系统”建设完善基本规范(试行)》,安监总煤装[2011]33号;
(9)《煤矿自然发火标志气体色谱分析及指标气体优选方法》,AQ/T1019-2006;
(10)《煤矿自然发火束管监测系统通用技术条件》,MT/T757-1997;
(11)《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》,AQ1029-2007;
(12)《煤矿安全监控系统通用技术要求》,AQ6201-2006;
(13)《煤矿灌浆防灭火技术规范》,MT/T702-1997;
(14)《矿山救护规程》,AQ1008-2007;
(15)《矿井密闭防灭火技术规范》,MT/T698-1997;
(16)《矿井通风安全装备标准》,MT/T5016-1996;
(17)《煤矿采空区阻化汽雾防火技术规范》,MT/T699-1997;
(18)国家和地方政府有关煤炭工业生产的法律、法规、技术政策等。
二、设计的指导思想
此次矿井防灭火专项设计坚持“安全第一、预防为主、防治结合、技术可行、经济合理”的原则,严格遵循国家相关规程、规范、规定,根据坤龙煤业煤层赋存状况、开拓开采工艺和当地实际情况,认真分析矿井生产各环节过程中可能引起火灾的各种因素,结合目前国内外矿井防灭火技术现状及发展方向,借鉴国内外先进的设计思想,积极采用新技术、新工艺、新设备,建立健全该矿的防灭火系统,完善矿井火灾防治技术措施及装备,从而保证矿井的安全生产,防止矿井火灾事故的发生。
三、设计的主要内容
本次“矿井防灭火专项设计”主要针对坤龙煤业开采的4号煤层进行设计和编制。
在分析煤层地质情况、开拓开采方式、矿井通风状况的基础上,评价了矿井自燃风险和分析了矿井煤层自然发火的一般规律后,确定矿井煤层自燃火灾防治的重点,结合实验室煤层自燃特性参数测试结果和目前国内外矿井火灾防治的技术现状,优选出煤自燃标志性气体,建立健全煤自燃早期预测预报系统,煤层自燃综合防治系统及外因火灾防治综合技术措施,及时准确的发现火灾隐患,指导现场防灭火工作的具体实施,同时健全和完善矿井防灭火的安全管理工作制度,确保矿井的安全生产。
四、存在的问题及建议
(1)本设计是依据现有的矿井采区设计、通风系统及巷道开拓情况进行的,没有从巷道布置和通风系统方面进行有利于矿井防灭火的设计;
(2)由于没有完全掌握该矿煤层自燃的特点和规律,建议在开采过程中,进一步对4号煤层防灭火资料进行收集、整理,掌握煤层自燃的特点和规律,为以后安全开采提供参考;
(3)设计中的部分参数是在经验的基础上就大选取,以保证满足矿井需要,建议矿方在今后的防灭火实践中进一步总结规律,修正参数,进一步适应坤龙煤业矿井防灭火技术需要。
1矿井概况及安全条件
1.1井田概况
(1)位置及交通
山西坤龙煤业有限公司位于吕梁市中阳县城西北11km处的土河村,行政区划属中阳县金罗镇。
其地理坐标为东经111°
08′54″~111°
10′56″,北纬37°
27′01″~37°
28′05″。
本井田西北距离石城区8km,东南距中阳县城11km,汾离高速公路由井田北侧通过,307、209国道和孝柳铁路均由井田西侧通过,井田距孝柳铁路交口站2km,交通运输较为便利。
(2)地形地貌
本井田地处吕梁山区,为典型的黄土高原侵蚀地貌,地表切割强烈,黄土梁峁绵延起伏,冲沟密集而狭窄,形态多呈“V”字形,冲沟与黄土梁、峁、垣相间分布。
总体为东北高西南低,最高点位于井田北部山梁,标高1156.70m,最低点位于西北部的沟谷中,标高为1004.20m,最大高差为152.50m。
(3)河流水系
本井田属黄河流域三川河水系。
它的上游是北川河、东川河和南川河,在离石交口镇汇合后,称为三川河,三川河发源于吕梁山脉的最高分水岭(分别为上顶山、骨脊山、赤坚岭),河流全长168km,流域面积4161km2,在石西镇的两河口注入黄河。
本井田地表水系属三川河上游的南川河支流,向西北汇入三川河。
井田范围内无常年性的河流,井田中部有一条北西较大沟谷,雨季地表水汇至该谷中向西北排泄,最终流向三川河。
(4)气候及地震
井田地处晋西北黄土高原,为大陆性季风气候,属暖温带半干旱地区。
气温变化昼夜悬殊,四季分明。
降水量有限,多呈干旱状态。
冬春两季多西北风少雪雨。
而夏季雨量集中,有时出现洪水灾害。
各项气象要素特征如下:
①气温
年平均气温12.5℃,1月份最低,平均为-6.9℃,极端最低气温为-20.1℃;
7月份最高,平均为24.6℃,极端最高气温达32.5℃。
一般日最低温度降至0℃时间在10月中旬,回升至0℃的时间在翌年4月中旬。
②降水量及蒸发量
多年平均降水量为464.2mm,历年最大降水量为577.7mm,最小为374.4mm。
雨量集中于6-9月份,占全年总降水量的60%。
多年平均蒸发量为1711mm(4-8月蒸发量最大),蒸发量大于降水量。
③风向及风速
风向多为西北风,风速历年平均2.5m/s,最大月(3—5月)平均3.1m/s,最小月(8月)平均2.2m/s。
最大风速17.1m/s。
④霜期、雪期及冻土期
初霜期在10月上旬,终霜期在翌年3月初。
平均无霜期175天。
冰冻期平均为11月下旬,解冻期为翌年3月底,最大冻土深度0.91m,最大积雪厚度0.48m。
⑤地震
据国家《建筑防震设计规范》(GB50011-2001),本区地震基本烈度为Ⅵ度,设计地震动峰值加速度为0.05g。
据历史记载,本区及附近未发生过大地震。
只在1829年4月(清道光九年三月)离石发生过5.25级地震,震中位置为北纬37°
30′,东经111°
12′。
(5)主要自然灾害
当采空区达到一定的面积后,会引起岩层移动并波及到地表,其地表沉陷和变形在空间和时间上都有明显的连续性和一定的分布规模,常表现为地表移动盆地。
鉴于上述,未来开发矿区的地面建设要充分考虑未来矿山的总体开拓方案,减少三下开采带来的破坏因素及地面搬迁造成的损失。
对于地表塌陷,需采取预治措施。
如在工业场区、生活区和村庄下应留有足够的保安煤柱,对出现的裂隙或塌陷地区,应及时填平,尽量恢复其原貌和用途。
加强附近山体的观察,防患因地裂缝引起的山体滑坡、崩塌、塌陷,而影响煤矿井口及工业场地的安全。
此外,堆放矸石前,应对底部进行防渗处理,防止淋滤水对地表水及地下水造成污染。
同时要防止矸石山不稳定形成崩塌、滑坡、泥石流灾害。
1.2周边矿井生产概况
井田东北与山西吕梁离石贾家沟煤业有限公司相邻,东南与山西晶鑫盛煤业有限公司相邻,南与山西离柳焦煤集团朱家店煤矿交界,北界外为山西吕梁离石炭窑坪煤业有限公司,西与山西吕梁中阳付家焉煤业有限公司相接。
(1)山西吕梁离石贾家沟煤业有限公司
该矿由原吕梁市离石区永兴煤业有限责任公司(以下简称永兴煤矿)、山西吕梁师家峁煤业有限责任公司(以下简称师家峁煤矿),山西大土河永君煤业有限公司(以下简称永君煤矿)整合并新增部分空白区。
2009年11月,山西省国土资源厅为该矿颁发了采矿许可证,证号:
C140000************1617,井田面积13.1501km2,批准开采4、10号煤层,生产规模120万t/a。
该矿与本井田相接的整合矿井情况如下:
①山西吕梁师家峁煤业有限公司
该矿生产能力0.9Mt/a,井田面积1.359km2,批准开采4、10号煤层。
矿井开拓方式采用斜井-立井综合开拓,分别为主立井、副斜井和回风斜井。
采煤方法为短壁式炮采,工作面采用木支柱支护顶板,全部跨落法管理顶板。
该矿为低瓦斯矿井,4号煤层煤尘具有爆炸危险性,4号煤层自燃倾向为Ⅲ类,为不易自燃煤层。
②山西吕梁市离石区永兴煤业有限责任公司
原山西吕梁市离石区永兴煤业有限责任公司始建于1989年,1990年投产,根据2007年1月15日山西省国土资源厅颁发的采矿许可证(1400000721132),井田面积1.3976km2,批准开采4号、10号煤层,批准生产能力0.9Mt/a。
矿井开拓方式为立井开拓,分别为主立井、回风立井,各井筒均落底于4号煤。
为低瓦斯矿井。
4、10号煤层煤尘具爆炸危险性,煤的自然倾向性为Ⅱ类,属自燃煤层。
山西吕梁离石贾家沟煤业有限公司未越界本井田开采。
(2)山西晶鑫盛煤业有限公司
该矿始建于1986年,1995年正式投产,井田面积为3.065km2,批准开采4、10号煤层,现开采4号煤层,生产能力为0.15Mt/a。
2009年6月29日中钢煤业公司接管。
4、10号煤尘具爆炸危险性,煤的自然倾向性为Ⅱ类,属自燃煤层。
矿井开拓方式为斜、立井综合开拓,主斜井井筒直径3.2m,斜长274m,净断面6.98m2,采用料石砌碹,装备2JTP—1.6提升绞车,电机功率80kW,装备DTL—800强力皮带一部,电机功率为2*110kW,担负全矿井提煤、下料、行人、进风及安全出口。
副立井井筒采用料石砌碹,直径为4.2m,垂深136m,装备梯子间,担负全矿井专用回风及安全出口,采煤方法为长臂高档普采,通风方式为中央并列式,风机工作方法为机械抽出式。
该矿进与本井田无越界开采。
(3)山西离柳焦煤集团朱家店煤矿
为国有大型矿井,批采4-10号煤层,现开采4号煤层,采用斜、立井综合开拓,矿井生产能力1.20Mt/a,采煤方法为机械化综采。
属高瓦斯矿井,煤尘有爆炸性,煤层自燃倾向性为Ⅱ类,属自燃煤层。
与本矿之间无越界开采现象。
(4)山西吕梁离石炭窑坪煤业有限公司
该矿(原离石市大土河村炭窑坪煤矿)隶属于山西大土河焦化有限责任公司,批准开采3、4、6、10号煤层,3、4、6、煤层不可采,现开采10号煤层,井田面积为1.4739km2,生产能力为0.21Mt/a。
煤尘具爆炸危险性,煤的自然倾向性均为自燃。
山西省煤炭工业局以晋煤行发[2004]250号文件认定该矿为基本建设矿井,名称为“离石市城关镇大土河村炭窑坪煤矿”,2006年10月6日由山西省工商行政管理局以(晋)名称预核企字[2006]第4994号企业名称变更为“山西大土河永娜煤业有限公司”,山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室晋煤重组办发[2009]25号“关于吕梁市离石区煤矿企业兼并重组整合方案(部分)的批复”,同意由山西大土河焦化有限责任公司将山西大土河永兴煤业公司、山西离石鹏宇煤业有限公司、山西大土河永盛煤业有限公司、山西大土河永娜煤业有限公司等4座矿井重组整合为山西吕梁离石炭窑坪煤业有限公司,其中山西大土河永娜煤业有限公司为整合期间的过度期生产矿井,2010年10月关闭。
矿井开拓方式为斜、立井单水平综合开拓,水平标高为+820m。
主斜井:
净宽3.2m,断面6.9m2,斜长396m,倾角25.5°
,装备TYP800/200型强力胶带输送机,担负矿井提煤、进风任务,兼作矿井的安全出口。
副立井:
净径4.2m,净断面13.85m2,垂深176m,安装一台JTP—1.6型矿用提升机,配备0.75吨非标防坠罐笼,电机功率115KW。
担负人员、物料等辅助提升任务。
回风立井:
净径3.0m,净断面7.07m2,垂深180m,担负矿井的回风任务,设梯子间,间作矿井的另一安全出口。
采煤方法为综采放顶煤,工作面支护采用ZF2200/16/24S型液压支架,顶板管理采用全部垮落法。
矿井通风方式为中央并列式,风机工作方法为机械抽出式。
该矿与未越界开采本井田煤层。
(5)山西吕梁中阳付家焉煤业有限公司
山西吕梁中阳付家焉煤业有限公司由原中阳县裕祥煤业有限公司和山西中阳裕安煤业有限公司等2座矿井重组整合而成。
重组后井田面积9.1156km2,批准开采4-10号煤层,生产规模为120万t/a。
中阳县裕祥煤业有限公司即原付家焉煤矿,原井田面积6.8405km2,批采4、10号煤层,因4号煤层不可采,所以投产后一直开采10号煤层。
该矿于1998年建井,初期矿井设计生产能力15万t/a,2005年经山西省煤炭工业局以晋煤规发[2005]143文批准为改扩建矿井,改扩建设计能力为60万t/a,本次重组前矿井实际生产能力21万t/a,采用斜立井开拓,采煤方法采用长壁炮采。
该矿现有3个井口,即主立井、副立井和回风斜井。
通风方式为中央并列式,该矿属高瓦斯矿井,4、10号煤层煤尘具爆炸危险性,煤的自然倾向性均为Ⅱ类,属自燃煤层。
山西中阳裕安煤业有限公司,2005年建井,2007年投产,原井田面积2.275km2,批准开采4、10号煤层,矿井生产能力15万t/a,采用立井开拓,属低瓦斯矿井,10号煤层煤尘具爆炸危险性,煤的自然倾向性均为自燃。
本次兼并重组整合初步设计井田开拓方案为在井田西部重掘一回风立井与原裕祥煤业两立井一斜井组成新的生产系统对全井田进行开拓,采用斜、主立井和综合开拓。
倾角22.5°
,净宽4.8m,净断面16.24m2,斜长960m,采用半圆拱形断面,装备带式输送机和检修轨道,担负全矿井的煤炭提升任务及重大件的提升任务,兼作进风井和安全出口。
净直径4.5m,净断面15.90m2,垂深310m,装备一对罐笼,担负全矿井矸石、材料、设备等辅助提升任务,兼作进风井和安全出口。
进风立井:
净直径3.0m,净断面7.065m2,垂深310m,作为矿井的进风井。
净直径6.5m,净断面33.17m2,垂深460m,设梯子间,担负全矿井的回风任务兼作安全出口。
井田以原裕安煤业西边界和主斜井及集中大巷为界划分为东、西两个采区,初期拟首先开采西采区,可以有效避免4号煤开采时形成蹬空开采。
由原中阳县裕祥煤业有限责任公司和山西中阳裕安煤业有限公司2个煤矿重组整合为山西吕梁中阳付家焉煤业有限公司,其重组整合主体企业为山西大土河焦化有限责任公司,重组整合后井田面积9.1156km2,批准开采4-10号煤层,批准矿井生产能力为1.20Mt/a,净增能力0.45Mt/a。
该矿开采4、10号煤层。
该矿与本井田之间无越界开采现象。
1.3井田地质构造
1.3.1井田地层
井田位于河东煤田离柳矿区。
井田内地表均为黄土覆盖,根据钻孔揭露情况,井田范围内沉积地层由下而上依次为奥陶系中统峰峰组,石炭系中统本溪组、太原组,二叠系下统山西组、下石盒子组、上第三系上新统、第四系中上更新统。
下面将本区地层由老至新简述如下:
①奥陶系中统峰峰组(02f)
埋藏于井田深部,地层厚度100m左右,岩性底部多为角砾状石灰岩,中下部为泥灰岩、灰岩、含脉状纤维质石膏或层状隐晶质石膏3-5层。
上部为中厚层石灰岩,夹有薄层角砾状泥灰岩、泥岩。
②石炭系中统本溪组(C2b)
平行不整合于下伏奥陶系灰岩之上。
底部为鸡窝状山西式铁矿和浅灰色铝土岩,即铁铝层段。
之上为深灰色泥岩、砂质泥岩夹泥岩、粉砂岩。
钻孔揭露厚度32.00m。
③石炭系上统太原组(C3t)
连续沉积于本溪组之上,为井田内主要含煤地层之一,地层厚度77.74-83.70m,平均80.72m。
岩性为灰-灰白色砂岩,深灰色泥岩、砂质泥岩及煤层。
其中6、9+10号煤层为井田主要可采煤层。
自下而上发育的L1、L2、L3(L1、L2多合并为一层,有时L1、L2、L3合并为一层)、L4、L5石灰岩层位基本稳定,为良好的标志层。
本组底部以一层不稳定的灰白色中细粒石英砂岩(K1)与本溪组分界。
④二叠系下统山西组(P1s)
井田主要含煤地层之一,与下伏太原组呈连续沉积,地层厚度56.60-76.95m,平均66.22m。
岩性由深灰-灰黑色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩和煤层组成,其中4号煤层为可采煤层,底部分界砂岩(K3)为一层灰白色中细粒砂岩。
⑤二叠系下统下石盒子组(P1x)
连续沉积于山西组之上,岩性为灰-灰绿色砂岩夹深灰色粉砂岩、泥岩、砂质泥岩,顶部有一层浅灰、紫红斑杂色铝质泥岩,俗称:
桃花泥岩,为良好辅助标志层。
底部以一层灰绿色中粗粒砂岩(K4)与山西组分界。
井田内钻孔揭露本组残留厚度68.00-129.70m,平均90.38m。
⑥上第三系上新统(N2)
岩性由棕红色粘土、亚粘土组成,含有钙质结核。
与下伏基岩呈角度不整合接触。
厚度0-90.00mm。
⑦第四系中、上更新统(Q2+3)
广泛分布于井田内,上部为第四系上更新统黄色亚砂土,下部为中更新统浅红、红黄色亚粘土,垂直节理发育,厚度0-45mm。
1.3.2井田构造
井田为一褶曲构造形态,地层总体向南倾斜,西部为S1背斜,东部为S2向斜,背斜轴向为北西,向东南倾伏,向斜轴向为北东,向西南倾伏。
背斜两翼地层倾角较大,西翼近轴部倾角最大为8°
,东翼倾角为4°
-5°
,井田东部、西南部倾角较小,为2°
-4°
。
总体上井田地层倾角平缓。
井田内未发现断层和陷落柱,也未见岩浆侵入现象。
综上所述,井田地质构造为简单类型。
1.3.3含煤地层
本井田含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组。
山西组平均厚度66.22m,含9层煤,自上而下编号为02、03、1、2、3、4、4下、5、5下号及煤线。
02号煤层厚度0-0.21m,平均0.03m,极不稳定,不可采;
03号煤层厚度0-0.62m,平均0.35m,不稳定,不可采;
1号煤层厚度0-0.10m,平均0.01m,极不稳定,不可采;
2号煤层厚度0-0.55m,平均0.22m,不稳定,不可采;
3号煤层厚度0-1.08m,平均0.64m,不稳定不可采;
4号煤层厚度0.37-2.37m,平均1.39m,稳定大部可采;
4下号煤层厚度0-0.37m,平均0.13m,不稳定不可采;
5号煤层厚度0.45-0.94m,平均0.62m,不稳定局部可采;
5下号煤层厚度0-0.80m,平均0.52m,不稳定不可采。
本组煤层总厚度为4.01m含煤系数为6.06%,可采煤层厚度为2.11m,可采含煤系数为3.19%。
太原组平均厚度80.72m,含煤4层,自上而下编号为6、7、8、9+10号。
6号煤层厚度1.09-1.72m,平均1.44m,稳定全区可采;
7号煤层厚度0-1.30m,平均0.53m,不稳定不可采;
8号煤层厚度0-0.63m,平均0.26m,不稳定不可采;
9+10号煤层厚度2.83-6.64m,平均5.29m,稳定全区可采。
本组煤层总厚度7.25m,含煤系数9.32%;
可采煤层平厚度6.73m,可采含煤系数8.34%。
1.4煤层及煤质
1.4.1煤层
本井田可采煤层为4、5、6、9+10号煤层,(批准开采的4-6号煤层),各煤层特征如下:
(1)4号煤层
位于山西组中部,煤层厚度0.37-2.37m,平均1.39m。
结构简单,局部含1层夹矸,夹矸厚度小于0.1m。
除北界外的65号钻孔为0.37m,不可采外,其余均可采。
井田内为稳定大部可采煤层。
顶板为砂质泥岩,局部为粉砂岩、中砂岩及泥岩;
底板为砂质泥岩,局部为中细砂岩。
井田内已大部采空。
(2)5号煤
位于山西组下部,上距4号煤层9.07-20.81m,平均12.0m。
煤层厚度0.45-0.94m,平均0.62m。
煤层结构简单,一般含1层夹矸,含夹矸为0.06m,为不稳定局部可采煤层,岩性为砂质泥岩、泥岩,偶有砂岩;
底板为砂质泥岩、泥岩。
(3)6号煤
位于太原组上部,上距5号煤层12.07-18.95m,平均15.83m。
煤层厚度1.09-1.72m,平均1.44m。
煤层结构简单,一般含1层夹矸,夹矸厚度为0.18-0.35m,岩性为泥岩、炭质泥岩。
稳定全区可采。
顶板为石灰岩,偶有砂质泥岩或炭质泥岩;
底板为砂质泥岩,局为为细砂岩及泥岩。
(4)9+10号煤
位于太原组下部,上距6号煤层36.20-47.63m,平均41.14m。
煤层厚度2.83-6.64m,平均5.29m。
煤层结构较简单-复杂,含夹矸2-4层,夹矸厚度一般为0.09-0.55m,为全区可采的稳定煤层,井田西南界外的72号钻孔出现分层,即分为9、10号煤层。
顶板为中细砂岩、泥岩及砂质泥岩;
底板为泥岩、细砂岩及砂质泥岩。
表1-1可采煤层特征表
含煤
地层
煤层号
煤层厚度
最小-最大
平均(m)
煤层间距
结构
(夹矸数)
可采性
稳定性
顶底岩性
顶板
底板
山西组
4
0.37-2.37
1.39
9.07-20.81
12.80
简单
(0-1)
大部
可采
稳定
砂质泥岩
5
0.45-0.94
0.62
局部可采
不稳定
砂质泥岩泥岩
泥岩
12.07-
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- 灭火 设计