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1、1职工技术创新及合理化建议成果登记表填表日期：2013 年 11 月 2 日单 位 大水头煤矿生产技术部项目名称 大水头煤矿西一采区 101 工作面灰渣库水体附近综放开采技术研究总结获奖情况 完成时间2013 年主要完成人吴克福王 宁郭新世张仲儒技术等级或 职 称高级工程师工程师助工联系电话139094313291890943100513830075003简要介绍：西一采区 101 工作面为西部采区在靖远电厂灰渣库水体附近综放开采的首采面试采成功技术研究总结。依据大水头煤矿西一采区 101 工作面地质报告、钻孔资料、靖远煤电股份有限公司大水头煤矿灰渣库水体下综放开采可行性研究报告评议结论及我国
2、煤矿放顶煤开采导水断裂带高度研究成果，经过充分论证，大水头煤矿完成了西 101 综放工作面灰渣库水体下试采的设计，提出了保证灰渣库水体下安全开采的井下和地面技术措施，并于2013 年 5 月 20 日至 2013 年 10 月 25 日组织实施了西 101 综放工作面灰渣库水体下试采，试采历时 160 天，在灰渣库水体下安全采出原煤 36 万 t。试采期间进行了井下涌水量观测、地面岩移观测和对灰渣库水体的监测。经过实测和数据分析，西 101 工作面开采未对地表造成较大影响，灰渣库总体保持良好的外貌特征，坝体未出现变形或下沉现象，库内水位基本稳定没有较大变化，积水没有透过地表裂缝渗入西 101
3、工作面，井下和工作面涌水量在合理范围内，没有对工作面产生影响。注：图文说明材料另附 2技术简介：1 西 101 综放工作面灰渣库水体下试采的地质条件1.1 西 101 综放工作面与灰渣库水体的位置关系如图 1-1 所示，大水头煤矿西一采区首采的 101 综放工作面位于 1120m 开采水平，西一采区的西翼，东与西一采区运输石门为界，西以勘探线（西一与西三采区分界线）为界，南以 DF9断层为界，北以 1120 运输大巷为界（即与西二采区运输大巷以 40m 净煤柱相邻） 。西 101 工作面标高 11001142 m。工作面设计走向长 507m，倾斜宽 110m/90m，可采面积 47835m2，
4、工业储量 44 万 t，回采煤量 36 万 t，煤层平均埋深 500m。西 101 工作面地面位于刀楞山以北，罗家川、总机厂以南，东部地表大部分为旱田沙地，地表之上大部分地区为丘陵地带。西部地表有靖远电厂两个贮渣库水体，每个灰渣库排入水量均为 12001500 m3/d，排炉渣 300t/d，排炉灰 200t/d。两个贮渣库原面积分别约 0.5km2和 0.3 km2，蓄水量分别约为 125 万 m3和 60 万 m3，2012 年 12 月前后面积约为 0.086km2和 0.062 km2。2013 年 3 月 19 日、20 日，对电厂贮渣库水体再次进行了实测，靠近西 101 工作面开切
5、眼附近南灰渣库分两块水体，其中间用一条 3m 宽、1m 深的水沟导通，其面积分别为 43711、41808.2，合计面积 85519.2，按平均水深 2.5m 计，蓄水量约 21.3798万 m3。西 101 工作面开切眼距水体最近点地表平距为 57m，比 2012 年 11 月 16 日实测的173.2m 的距离发生了明显变化。北灰渣库水体也分成两块，其面积分别为 24563.4、22216.07，按水深平均 2.0m 计，蓄水总量约为 93558.94 m3，水体最近点距西 101 工作面开切眼地表平距达 1040m。2013 年 7 月 22 日，对电厂贮渣库水体再次进行了实测，南 1#
6、灰渣库面积约为 3.5 万，水量约为 6.4 万 m3；南 2#灰渣库面积约为 3.2 万，水量约为 5.8 万 m3。西 101 工作面距水体最近点地表平距约为 50m。1.2 西 101 综放工作面开采地质条件西 101 工作面范围内煤层厚度在 5.08.0m 之间，从整体来看，工作面内煤层厚度变化不大，呈南厚北薄，东厚西薄的特点，底板大致呈中部低四周高的不规则状盆地形态分布，造成煤层赋存特点的主要因素是受 DF8、DF 9及 F40大断层应力牵引揉搓作用，煤层发生塑性流变所致。西 101 工作面煤系地层综合柱状图如图 1-2 所示。西 101 工作面所采侏罗系 1#煤层特征如表 1-1
7、所示。3图 1-1 西 101 综放工作面相对位置4图 1-2 西 101 工作面煤系地层综合柱状图（1：200）系 组 柱 状 层 厚（m）岩石名称 岩 性 描 述J2x 3.5 粗砂岩浅灰色，灰白色，含少量矿物碎屑，块状较坚硬，分选中等，成份以石英为主，次为长石，部分区域为粉砂岩与泥岩互层，波状层理。3.77 泥质粉砂岩紫褐色，灰绿色，中夹 1.4米左右灰绿色粉砂岩，底部为1 米左右厚的炭质粉砂岩。2.8 砂质泥岩紫红色，团块状裂隙面具光滑感，底部渐变为浅灰色，含铝质，较松软。1.95 泥 岩灰色含铝质、光泽强，裂隙面有滑感染手，含大量煤屑及煤线，不分区域底部有薄层炭质泥岩。6.5 一层煤
8、 黑色，多为粉沫状。8.39 粉砂岩灰黑色，含炭质，块状，具缓波状层理，由上到下含煤量逐渐加少，底部 1.5 米左右为灰色粉砂岩，最底部 0.2 米左右为灰色坚硬石英砾岩。JJ2y1.66 含砾粗砂岩致密，坚硬，波状层理，含石英砾岩 30左右，含植物化石印痕，硅质胶结。5表 1-1 西 101 工作面 1#煤层特征 项目 参数 项目 参数煤层平均厚度（m） 6.5 地温（ .C） 正常煤层倾角（） 4-8 煤层结构 简单夹矸层数 1 煤层稳定程度 稳定夹矸厚度（m） 0.53.5 变异系数 46.2%瓦斯绝对涌出量（m 3/min） 13 普氏系数（f） 0.7瓦斯相对涌出量（m 3/t） 6
9、.68 容重（t/m 3） 1.41二氧化碳含量（m 3/min） 0.9 自然发火期（月） 36最大涌水量（m 3/min） 0.5 煤尘爆炸指数（%） 39.24正常涌水量（m 3/min） 0.05 可采指数 99%西 101 工作面煤层之上直接顶板分 3 层，先为平均厚度为 1.95 m 的泥岩，灰色含铝质、光泽强，裂隙面有滑感，染手，含大量煤屑及煤线，不分区域底部有薄层炭质泥岩。泥岩之上为 2.8 m 的砂质泥岩，紫红色，团块状裂隙面具光滑感，底部渐变为浅灰色，含铝质，较松软。砂质泥岩之上为泥质粉砂岩，平均厚度为 3.77 m，紫褐色、灰绿色，中间夹 1.4m 左右灰绿色粉砂岩，底部
10、为 1m 左右厚的炭质粉砂岩。直接顶之上为厚 3.5m 的粗砂岩，浅灰色、灰白色，含少量矿物碎屑，块状较坚硬，分选中等，成份以石英为主，次为长石。西 101 工作面附近的钻孔位置和钻孔参数如图 1-3 所示和表 1-2 所列。表 1-2 西 101 工作面附近的钻孔参数钻孔 开孔标高（m ） 见煤标高（m） 岩层厚度（m） 煤厚（m）补 18 1597.06 1101.37 495.69 7.416 1599.26 1124.12 475.14 5.0补 15 1601.3 1141.23 460.07 8.08平均 1599.2 1122.2 477.0 6.8西 101 工作面两巷导向点底
11、板标高如表 1-3 所列。6表 1-3 西 101 工作面两巷导向点底板标高Y6 Y4 Y3 Y2 Y1 K3运输顺槽(m)1118.1 1128.9 1125.3 1114.4 1116.5 1108.8H3 H4 H5 H6 K0 k回风顺槽(m)1120.7 1131.4 1138.5 1140.5 1124.1 1120.5对西 101 工作面开采有影响的断层如表 1-4 所列，其中 DF9断层落差在 022 m 左右，F 40号断层落差在 12 31m，两断层走向大致与西 101 工作面走向一致，是制约工作面倾斜宽度的主要地质构造；由于 F40断层为正断层，受断层牵引应力作用，该断层
12、附近煤层较薄，DF 9断层为正断层，受断层拉应力作用，该断层附近煤层也较薄。7图1-3 西101综放工作面布置8表 1-4 对西 101 工作面开采有影响的断层 断层 走向 倾向 倾角 性 质落差（m） 对回采影响程度。F40 N50W S 84 正断层 1231 造成煤体裂隙发育，限制工作面倾斜宽度，但未进入工作面。DF9 N35W E 84 正断层 043 造成煤体裂隙发育，限制工作面倾斜宽度，但未进入工作面。F 西 101-1N1W S 65 正断层 014 对回采影响较大F 西 101-2N47W SW 87 正断层 03.6 对回采有一定影响F 西 101-3S15E SW 58 正
13、断层 09.2 对回采影响较大西 101 工作面水文地质条件比较简单。1 #煤层之上有、两个含水层，均为富水性极弱的含水层，故对工作面的正常安全生产影响不大。西 101 工作面西部之上地表有靖远电厂灰渣库积水，是工作面的主要水患。西 101 工作面区域属高瓦斯区域，为未开采区域，在原始煤层中掘进，故瓦斯相对涌出量仍然比较大，必须加强瓦斯管理，搞好“一通三防”工作。煤尘具有爆炸特征，爆炸指数 33.9。1#煤层属自燃煤层，自然发火期为 36 月。2 西 101 综放工作面灰渣库水体下安全开采的可行性分析根据西一采区 101 工作面地质报告、钻孔资料、靖远集团大水头煤矿灰渣库水体下综放开采可行性研
14、究报告及我国煤矿放顶煤开采导水断裂带研究成果，围绕放顶煤开采条件下导水断裂带高度、隔水层厚度及隔水层性质，对西 101 综放工作面灰渣库水体下安全开采的可行性进行分析。2.1 西101 综放工作面开采的导水裂隙带高度分析1）确定分析所用的煤层厚度西 101 工作面地质报告提供的煤层厚度为 58m，平均厚度为 6.5m。西 101 工作面周围最近的三个钻孔揭露的煤层厚度为 5.0m、7.4m 和 8.08m，平均厚度为 6.80m。按最不利条件考虑，确定采用 8.08m 的煤层厚度分析西 101 综放工作面开采的导水裂隙带高度，这样更有利于安全。而 8.08m 的煤层厚度小于靖远集团大水头煤矿灰
15、渣库水体下综放开采可行性研究报告中非灰渣库水体正下方分析时所用的 9.49m 的煤层厚度。92）导水断裂带高度计算我国煤矿中硬及软弱覆岩条件下综采放顶煤开采的导水断裂带高度研究成果如图2-1 所示，相应的统计公式如式（2-1）。中硬及软弱覆岩综采放顶煤开采导水裂隙带高度图 2-1 中硬及软弱覆岩综采放顶煤开采导水裂隙带高度Hli=69.49Ln(x)-53.392 （2-1）式中 H li -放顶煤开采条件下导水裂隙带高度,m；x-煤层全厚，m。将8.08m 代入式 （2-1），并按10m 的误差计算西101工作面放顶煤开采的导水断裂带最大高度，则西101工作面放顶煤开采的导水断裂带最大高度为：Hli = 69.49Ln(x)-53.39210 = 69.49 Ln(8.08) 10= 91.810101.881.8由计算可知：按最不利条件考虑，并考虑 10m 的误差，西 101 工作面放顶煤开采的导水断裂带最大高度为 101.8m。2.2 西101 综放工作面开采的隔水层厚度及隔水性分析1）西101综放工作面开采的隔水层厚度=10西101工作面附近的补18、16和补15三个钻孔地表平均标
