鄒莊煤礦主井揭煤防突技術(shù)方案

1、 安徽神源煤化工有限公司 鄒莊煤礦主井揭煤防突鄒莊煤礦主井揭煤防突 技技 術(shù)術(shù) 方方 案案 中中 國國 礦礦 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 煤礦瓦斯治理國家工程研究中心煤礦瓦斯治理國家工程研究中心 2010 年年 02 月月 1 目目 錄錄 1 礦井概況礦井概況.1 2 主井探煤情況主井探煤情況.2 3 主井揭煤方案主井揭煤方案.3 3.1 距煤層法距不小于距煤層法距不小于 10m的安全技術(shù)措施的安全技術(shù)措施.3 3.2 距煤層法距不小于距煤層法距不小于 7m的安全技術(shù)措施的安全技術(shù)措施.4 3.3 距煤層法距不小于距煤層法距不小于 5m的安全技術(shù)措施的安全技術(shù)措施.7 3.4 距煤層法距不小于距煤層法距

2、不小于 1.52m的安全技術(shù)措施的安全技術(shù)措施.9 4 抽放鉆孔施工注意事項抽放鉆孔施工注意事項.10 5 建議建議.11 1 1 礦井概況礦井概況 鄒莊礦井位于“兩淮”煤炭基地的淮北煤田南部中段之宿縣礦區(qū) 西南部的雙堆小區(qū)。行政區(qū)劃隸屬淮北市濉溪縣，但距離宿州市較 近，井田中心距宿州市約 25km。礦井位于宿縣礦區(qū)的西部，西部靠 近臨渙礦區(qū)。鄒莊井田的煤炭勘探工作已完成，井田探礦權(quán)面積 39.90km2，煤種為氣煤和 1/3 焦煤，資源可靠。礦井具備鐵路、公路 運(yùn)輸條件，區(qū)域電源充沛，供水水源豐富，礦井建設(shè)的外部條件優(yōu) 越。 鄒莊礦設(shè)計生產(chǎn)能力為 2.4mt/a 的大型礦井。采用立井開拓方式

3、， 共布置三個井筒，主井、副井、風(fēng)井各一個。設(shè)計第一水平標(biāo)高- 720m，井底車場巷道和硐室全部位于 32 煤層底板砂巖中。第二水 平標(biāo)高暫定為-950m。井筒表土段采用凍結(jié)法施工，基巖段采用普通 法施工。 井田內(nèi)主要含煤地層為二疊系的上、下石盒子組和山西組，區(qū) 內(nèi)揭露地層總厚約 974.20m。自上而下含 1、2、3、4、5、6、7、8、10 和 11 等十個煤（層）組，含煤 30 余 層，含煤平均總厚為 23.39m,含煤系數(shù)為 2.39%。其中可采煤層 7 層， 為 32、51、52、62、72、82 和 10 煤層，可采煤層平均總厚 13.87m，占煤層總厚的 59.30%。其中 32

4、、62、72、82 為主要可采 煤層，51、52、10 為次要可采煤層,主要可采煤層平均總厚 11.69m，占可采煤層平均總厚的 84.30%。32 煤全區(qū)可采，72 煤除 巖漿巖侵蝕區(qū)外全區(qū)可采，51、52、62、82 煤為大部可采，10 煤為 局部可采。1、2、4、11 煤組煤層不穩(wěn)定，變化大，易相變?yōu)樘抠|(zhì) 泥巖或尖滅，煤層難以對比，為不可采煤層。 鄒莊礦主井凈直徑 5.0m，井筒深度為 798.2m，井口坐標(biāo)為 x=3703685.000，y=39487995.000。據(jù)井檢孔提供的資料，在井筒垂 深 768.91789.69m 處為中組煤。 2 2 主井探煤情況主井探煤情況 根據(jù)主井井

5、檢孔的探煤資料，主井在掘進(jìn)的過程中將依次揭穿 1 煤、2 煤（包括 21煤、22煤，中間有夾矸） 、32煤（包括 321煤、 322煤、323煤、324煤,中間有夾矸） ，具體的煤層參數(shù)如圖 2-1 及表 2- 1 所示。 圖圖 2-1 主井煤層參數(shù)示意圖主井煤層參數(shù)示意圖 表表 2-1 主井各煤層頂?shù)装鍘r性主井各煤層頂?shù)装鍘r性 煤層埋深厚度頂板底板備注 1 煤442.2m0.85m細(xì)砂巖泥炭 21煤530.75m0.65m泥炭泥炭 22煤534.85m0.4m泥炭泥炭 32煤653.46m3.77m泥炭泥炭含夾矸 1 煤，厚度 0.85m 21煤，厚度 0.65m 22煤，厚度 0.4m 3

6、2煤，厚度 3.77m 83.2m 4.1m 136.3m 3 3 主井揭煤方案主井揭煤方案 2009 年 8 月 1 日實施的防治煤與瓦斯突出規(guī)定對井筒揭煤 作業(yè)提出了明確的要求，下面以鄒莊煤礦主井揭 1 煤層揭煤工藝來 說明具體的井筒揭煤的工藝流程。 3.1 距煤層法距不小于距煤層法距不小于 10m 的安全技術(shù)措施的安全技術(shù)措施 3.1.1 前探鉆孔布置 在該位置施工前探鉆孔，它有兩個作用，一是用來探明煤層賦 存和地質(zhì)構(gòu)造情況；二是用來預(yù)測煤層突出危險性和取煤樣進(jìn)行突 出指標(biāo)的測定。 嚴(yán)格按照揭煤措施進(jìn)行探煤工作，并保證前探鉆孔質(zhì)量，準(zhǔn)確 控制煤層層位，防止誤揭煤層，若發(fā)現(xiàn)斷層、褶曲或煤巖

7、層產(chǎn)狀異 常等，必須增加控制鉆孔數(shù)量。 詳細(xì)記錄每一鉆孔實際施工過程中的數(shù)據(jù)，并對探煤情況對控 制范圍進(jìn)行反算，保證探煤孔終孔位于煤層底板 0.5m 處，見煤點距 井筒輪廓線外 10m。若施工中存在其他因素影響需調(diào)整好開孔位置 時，應(yīng)根據(jù)實際開孔情況對鉆孔參數(shù)進(jìn)行修正。 前探鉆孔布置圖示意如圖 3-1 所示。 4 圖 3-1 探煤鉆孔布置圖 3.1.2 取樣測試及測壓工作 1）取樣測試工作 施工前探鉆孔同時收集煤樣，送實驗室進(jìn)行瓦斯放散初速度值 （p） 、煤的堅固性系數(shù)（f）分析等突出參數(shù)的測定。 2）測壓工作 為了保證揭煤安全，在井筒掘進(jìn)過程中，將前探鉆孔封孔測壓， 待瓦斯壓力穩(wěn)定后，根據(jù)所

8、測壓力結(jié)合及測定的其他煤層瓦斯參數(shù) 對煤層突出危險性大小進(jìn)行區(qū)域預(yù)測。 3.2 距煤層法距不小于距煤層法距不小于 7m 的安全技術(shù)措施的安全技術(shù)措施 根據(jù)在距煤層法距不小于 10m 處對煤層瓦斯壓力及其他突出參 數(shù)的測定結(jié)果，對煤層突出危險性進(jìn)行區(qū)域預(yù)測。在距煤層法距不 小于 7m 時，根據(jù)區(qū)域預(yù)測的結(jié)果，對煤層采取相應(yīng)的安全技術(shù)措 施。 10m 煤層 1020m 10m 井筒 5 3.2.1 煤層有突出危險性時的安全技術(shù)措施 當(dāng)區(qū)域預(yù)測煤層有突出危險性時，在距離煤層法距不小于 7m 處采取區(qū)域”四位一體”的綜合防突措施。 3.2.1.1 抽放鉆孔的設(shè)計 根據(jù)防治煤與瓦斯突出規(guī)定和煤礦瓦斯抽采

9、基本指標(biāo) 及安徽省煤礦瓦斯治理規(guī)定的相關(guān)規(guī)定，中3煤層抽放鉆孔共 設(shè)計 6 圈。 第 1 圈抽放鉆孔從井幫距底 0.5m（荒徑）處開孔，控制井筒輪 廓線外 10m 范圍內(nèi)的主井 1 煤層，共 36 個，鉆孔終孔間距 3m 左右； 第 2 圈抽放鉆孔從距井角（荒徑）0.5m 處開孔，控制井筒輪廓線外 7.5m 范圍內(nèi)的 1 煤層，共 29 個，鉆孔終孔間距 3m 左右；第 3 圈抽 放鉆孔從距井角（荒徑）1m 處開孔，控制井筒輪廓線外 5m 范圍內(nèi) 的 1 煤層，共 22 個，鉆孔終孔間距 3m 左右；第 4 圈抽放鉆孔從距 井角（荒徑）1.5m 處開孔，控制井筒輪廓線外 2.5m 范圍內(nèi)的 1

10、 煤 層，共 16 個，鉆孔終孔間距 3m 左右；第 5 圈抽放鉆孔從距井角 （荒徑）2m 處開孔，控制井筒輪廓線外 0.5m 范圍內(nèi)的 1 煤層，共 9 個，鉆孔終孔間距 3m 左右。第 6 圈抽放鉆孔從距井角（荒徑） 2.5m 處開孔，控制井筒范圍內(nèi)的 1 煤層，共 3 個，鉆孔終孔間距 3m 左右。 當(dāng) 1 煤層較軟時，為加強(qiáng)煤層支護(hù)，保證揭煤過程中的安全， 抽放結(jié)束后，可以在第 3 圈抽放鉆孔中插入直徑不小于 50mm 的鋼 管，加固煤體，鋼管應(yīng)穿過煤層進(jìn)入底板不小于 0.5m，同時向鉆孔 內(nèi)注入水泥或瑪麗散等材料，待其凝固后以起到加固煤體的左右。 6 （a）抽放鉆孔剖面圖及預(yù)想孔底圖

11、 （）抽放鉆孔開孔圖 東 西 7m 10m 10m 3.06m 3.00m 3.05m 3.03m 2.97m 2.16m r3.75m r3.25m r2.75m r2.25m r1.75m r1.25m 東 西 0.654m 0.703m 0.783m 0.878m 1.197m 2.165m 開孔位置圖 7 圖 3-2 1 煤層抽放鉆孔布置圖 3.2.1.2 區(qū)域效果檢驗 瓦斯經(jīng)過一段時間的抽放后，煤層消除突出危險性的條件為 （瓦斯抽放區(qū)域）：（1）煤層殘余瓦斯壓力 p0.74mpa（表壓） ； （2）煤層殘余瓦斯含量 w8m3/t。 當(dāng)指標(biāo)超過臨界值時，必須采取補(bǔ)充措施，直至消除突出危

12、險 性，每施工一個循環(huán)均必須進(jìn)行區(qū)域效果檢驗。 經(jīng)過區(qū)域效果檢驗有效后，在采取保障型措施的前提下，正常 掘進(jìn)至煤層法距不小于 5m 處。 3.2.2 煤層無突出危險性時的安全技術(shù)措施 當(dāng)區(qū)域預(yù)測煤層無突出危險性時，為保證揭煤作業(yè)的安全，在 距離煤層法距不小于 7m 處施工少量的排放鉆孔，排放鉆孔控制井 筒輪廓線外 58m，鉆孔的終孔間距不大于 3m，排放鉆孔施工完成 后，經(jīng)過一定的排放時間后，在采取保障型措施的前提下，正常掘 進(jìn)至煤層法距不小于 5m 處。 3.3 距煤層法距不小于距煤層法距不小于 5m 的安全技術(shù)措施的安全技術(shù)措施 當(dāng)在距離煤層法距不小于 7m 時，采取區(qū)域防突措施，區(qū)域消

13、除煤層突出危險性后或者煤層本身就處于無突出危險區(qū)時，正常掘 進(jìn)至煤層法距不小于 5m 處，采取局部”四位一體”的局部防突措施。 3.3.1 工作面突出危險性預(yù)測 根據(jù)區(qū)域防突措施實際施工的鉆孔參數(shù)，繪制出鉆孔的終孔位 置圖，在鉆孔施工的空白帶及鉆孔控制的煤體的邊緣采用綜合指標(biāo) 和鉆屑解吸指標(biāo)或其他經(jīng)試驗證實有效的方法進(jìn)行對工作面突出危 險性預(yù)測。 綜合指標(biāo) d 與 k 法充分考慮了煤層開采深度、瓦斯壓力和煤的 8 物理力學(xué)特性對煤與瓦斯突出的影響，其計算公式如下： （3-1）)74 . 0 )(3/0075. 0(pfhd （3-2）fpk/ 式中 煤層突出危險性綜合指標(biāo)；d 煤層突出危險性綜

14、合指標(biāo)；k 開采深度，m；h 煤層瓦斯壓力，mpa；p 軟分層煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)；p 軟分層煤的平均堅固性系數(shù)。f 根據(jù)防治煤與瓦斯突出規(guī)定 ，判斷煤與瓦斯突出危險性的綜 合指標(biāo)臨界值可參考表 3-1。 表 3-1 綜合指標(biāo) d、k 參考臨界值 煤層突出危險性綜合指標(biāo)d煤層突出危險性綜合指標(biāo)k 無煙煤其他煤種 0.25 2015 當(dāng)測定的綜合指標(biāo) d、k 都小于臨界值時，或者指標(biāo) k 小于臨 界值且式 3-1 中兩括號內(nèi)的計算值都為負(fù)值時，若未發(fā)現(xiàn)其他異常 情況，該工作面即為無突出危險工作面；否則，判定為突出危險工 作面。 采用鉆屑解吸指標(biāo)對揭煤工作面的突出危險性進(jìn)行預(yù)測，鉆屑 瓦斯解吸指

15、標(biāo)的突出臨界值，應(yīng)根據(jù)實測數(shù)據(jù)確定，如無實測數(shù)據(jù)， 可參考表 3-2 中所列的指標(biāo)值預(yù)測突出危險性。 表表 3-2 鉆屑指標(biāo)法預(yù)測揭煤工作面突出危險性的臨界值表鉆屑指標(biāo)法預(yù)測揭煤工作面突出危險性的臨界值表 鉆屑解吸指標(biāo)臨界值 h2（pa）k1（ml/g min-1/2） 干煤 2000.5 濕煤 1600.4 選用表 3-2 中任一指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測時，當(dāng)指標(biāo)超過臨界值時，該 工作面預(yù)測為突出危險工作面；反之為無突出危險工作面。 9 3.3.2 工作面有突出危險性時的安全技術(shù)措施 當(dāng)工作面預(yù)測或措施效果檢驗為突出危險工作面時，必須采取 或補(bǔ)充工作面防突措施，直到經(jīng)措施效果檢驗為無突出危險工作面。 在

16、采取工作面防突措施時，鉆孔直徑一般為 75120mm。立井 揭煤工作面鉆孔控制范圍是：近水平、緩傾斜、傾斜煤層為井筒四 周輪廓線外至少 5m；急傾斜煤層沿走向兩側(cè)及沿傾斜上部輪廓線外 至少 5m，下部輪廓線外至少 3m。鉆孔的孔底間距應(yīng)根據(jù)實際考察 情況確定。 當(dāng)防突措施施工結(jié)束后，經(jīng)過一段時間的抽排后，根據(jù)實際施 工的抽排鉆孔參數(shù)，結(jié)合區(qū)域防突措施施工的鉆孔參數(shù)，繪制出鉆 孔的終孔位置圖，對抽排鉆孔的空白帶及抽排鉆孔控制范圍內(nèi)的煤 體施工效果檢驗鉆孔，利用鉆屑解吸指標(biāo)、綜合指標(biāo)對工作面的突 出危險性進(jìn)行效果檢驗。當(dāng)指標(biāo)超過臨界值時，必須采取補(bǔ)充措施， 直至消除突出危險性。待工作面消除突出危險

17、性后，利用加固材料 固化煤體、施工金屬骨架，然后正常掘進(jìn)至不小于煤層法距 1.52m 處。 3.3.3 工作面無突出危險性時的安全技術(shù)措施 當(dāng)工作面預(yù)測為無突出危險工作面時，在采取加固材料固化煤 體、施工金屬骨架的前提下，正常掘進(jìn)至不小于煤層法距 1.52m 處。 3.4 距煤層法距不小于距煤層法距不小于 1.52m 的安全技術(shù)措施的安全技術(shù)措施 當(dāng)井筒施工至距煤層法距不小于 1.52m 時，經(jīng)效檢工作面無突 出危險性后，采用遠(yuǎn)距離放炮一次全斷面揭穿或揭開煤層。若不能 一次揭穿煤層，在剩余部分施工時，要嚴(yán)格按照局部“四位一體” 防突措施施工，直至穿透煤層底板距煤層法距 5m 以上。揭開煤層 后

18、，要及時加強(qiáng)支護(hù)，防止井壁出現(xiàn)片幫。 10 4 抽放鉆孔施工注意事項抽放鉆孔施工注意事項 1）采用液壓鉆機(jī)施工。抽放鉆孔先施工第一圈，其后施工第二 圈，依次向里施工。 2）鉆孔施工過程中，若出現(xiàn)廢孔，在該孔附近必須補(bǔ)打鉆孔， 防止出現(xiàn)盲區(qū)； 3）每打過一個鉆孔，必須及時反算上圖，核實實際終孔位置， 標(biāo)注清晰，并根據(jù)具體情況對以后鉆孔施工進(jìn)行調(diào)整，對出現(xiàn)鉆孔 稀疏的地方進(jìn)行補(bǔ)打鉆孔，保證保護(hù)范圍在設(shè)計范圍內(nèi)； 4）鉆孔施工完畢后須用壓風(fēng)將孔內(nèi)的水、煤渣沖出，防止孔內(nèi) 水和鉆屑堵塞鉆孔，阻礙瓦斯抽放；及時封孔連接抽放管路進(jìn)行抽 放，抽放一段時間后，根據(jù)抽放情況，決定是否重新掃孔，用壓風(fēng) 將孔內(nèi)水和鉆屑掃除，然后進(jìn)行抽放。這樣不斷地掃孔抽放， 有效避免了鉆孔水和鉆屑煤粉對抽放的影響，加速瓦斯抽放。 5）如果鉆孔施工過程中遇到噴孔、瓦斯涌出異常等現(xiàn)象，應(yīng)立 即停止施工，及時上報有關(guān)部門。 6）加強(qiáng)地質(zhì)勘探工作，地測部門要及時繪制地質(zhì)剖面圖，對井 筒內(nèi)構(gòu)造進(jìn)行提早探明。 11 5 建議建議 井筒揭穿突出危險性較大的煤層不僅是危險的工作，而且涉及 的工藝復(fù)雜、要求高，應(yīng)將其作為一項艱巨的系統(tǒng)工程來對待。為 此，在組織管理和具體實施上制定了一系列嚴(yán)密、可靠的保障措施， 主要表現(xiàn)在以下方面： 1）設(shè)置以礦和工程處總工程師為首、