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(xiàng)抽放鉆孔施工注意事項(xiàng).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(jì)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(jì)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(shí)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(xiǎn)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(shí)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(diǎn)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(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)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(shí)收集煤樣，送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行瓦斯放散初速度值 （p） 、煤的堅(jiān)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(xiǎn)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(xiǎn)性進(jìn)行區(qū)域預(yù)測。在距煤層法距不 小于 7m 時(shí)，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(xiǎn)性時(shí)的安全技術(shù)措施 當(dāng)區(qū)域預(yù)測煤層有突出危險(xiǎn)性時(shí)，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(jì) 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(jì) 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(shí)，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(shí)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(yàn) 瓦斯經(jīng)過一段時(shí)間的抽放后，煤層消除突出危險(xiǎn)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(shí)，必須采取補(bǔ)充措施，直至消除突出危

12、險(xiǎn) 性，每施工一個循環(huán)均必須進(jìn)行區(qū)域效果檢驗(yàn)。 經(jīng)過區(qū)域效果檢驗(yàn)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(xiǎn)性時(shí)的安全技術(shù)措施 當(dāng)區(qū)域預(yù)測煤層無突出危險(xiǎn)性時(shí)，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(shí)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(shí)，采取區(qū)域防突措施，區(qū)域消

13、除煤層突出危險(xiǎn)性后或者煤層本身就處于無突出危險(xiǎn)區(qū)時(shí)，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(xiǎn)性預(yù)測 根據(jù)區(qū)域防突措施實(shí)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(yàn)證實(shí)有效的方法進(jìn)行對工作面突出危 險(xiǎn)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(jì)算公式如下： （3-1）)74 . 0 )(3/0075. 0(pfhd （3-2）fpk/ 式中 煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)；d 煤層突出危險(xiǎn)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(jiān)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(xiǎn)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(xiǎn)性綜合指標(biāo)d煤層突出危險(xiǎn)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(shí)，或者指標(biāo) k 小于臨 界值且式 3-1 中兩括號內(nèi)的計(jì)算值都為負(fù)值時(shí)，若未發(fā)現(xiàn)其他異常 情況，該工作面即為無突出危險(xiǎn)工作面；否則，判定為突出危險(xiǎn)工 作面。 采用鉆屑解吸指標(biāo)對揭煤工作面的突出危險(xiǎn)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(shí)測數(shù)據(jù)確定，如無實(shí)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(xiǎn)性。 表表 3-2 鉆屑指標(biāo)法預(yù)測揭煤工作面突出危險(xiǎn)性的臨界值表鉆屑指標(biāo)法預(yù)測揭煤工作面突出危險(xiǎn)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(shí)，當(dāng)指標(biāo)超過臨界值時(shí)，該 工作面預(yù)測為突出危險(xiǎn)工作面；反之為無突出危險(xiǎn)工作面。 9 3.3.2 工作面有突出危險(xiǎn)性時(shí)的安全技術(shù)措施 當(dāng)工作面預(yù)測或措施效果檢驗(yàn)為突出危險(xiǎn)工作面時(shí)，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(yàn)為無突出危險(xiǎn)工作面。 在

16、采取工作面防突措施時(shí)，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(shí)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(shí)間的抽排后，根據(jù)實(shí)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(yàn)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(xiǎn)性進(jìn)行效果檢驗(yàn)。當(dāng)指標(biāo)超過臨界值時(shí)，必須采取補(bǔ)充措施， 直至消除突出危險(xiǎn)性。待工作面消除突出危險(xiǎn)

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(xiǎn)性時(shí)的安全技術(shù)措施 當(dāng)工作面預(yù)測為無突出危險(xiǎn)工作面時(shí)，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(shí)，經(jīng)效檢工作面無突 出危險(xiǎn)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(shí)，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(shí)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(xiàng)抽放鉆孔施工注意事項(xiàng) 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(shí)反算上圖，核實(shí)實(shí)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(jì)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(shí)封孔連接抽放管路進(jìn)行抽 放，抽放一段時(shí)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(shí)上報(bào)有關(guān)部門。 6）加強(qiáng)地質(zhì)勘探工作，地測部門要及時(shí)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(xiǎn)性較大的煤層不僅是危險(xiǎn)的工作，而且涉及 的工藝復(fù)雜、要求高，應(yīng)將其作為一項(xiàng)艱巨的系統(tǒng)工程來對待。為 此，在組織管理和具體實(shí)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、