3312預(yù)抽巷防突設(shè)計(jì)

1、汾西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司賀西煤礦3312預(yù)抽巷防治煤與瓦斯突出技術(shù)方案汾西礦業(yè)集團(tuán)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)二一二年目 錄第一章 礦井及3312預(yù)抽巷概況11.1 礦井概況11.1.1 含煤地層及地質(zhì)構(gòu)造11.1.2 開拓開采方式11.1.3 礦井通風(fēng)與抽采系統(tǒng)11.1.4 礦井瓦斯等級(jí)鑒定情況21.2 煤層的突出危險(xiǎn)性鑒定情況21.3 3312預(yù)抽巷概況3第二章 3312預(yù)抽巷條帶煤層瓦斯及危險(xiǎn)性分析52.1 瓦斯參數(shù)測(cè)試情況52.1.1 瓦斯壓力52.1.2 瓦斯含量62.1.3 煤樣的堅(jiān)固性系數(shù)82.2 3312預(yù)抽巷掘進(jìn)工作面危險(xiǎn)性分析8第三章 煤巷掘進(jìn)期間的防突工作程序及防突措施93.1 突出

2、危險(xiǎn)工作面的防突工作程序93.2 煤巷掘進(jìn)期間的防突措施103.2.1 區(qū)域綜合防突措施103.2.2 局部綜合防突措施12第一章 礦井及3312預(yù)抽巷概況1.1 礦井概況賀西煤礦隸屬于山西汾西礦業(yè)集團(tuán)(有限)責(zé)任公司，位于山西省呂梁市柳林縣城東南陳家灣鄉(xiāng)賀家社村，距柳林縣城15km。賀西煤礦原礦區(qū)面積2.34km2，年產(chǎn)量30萬噸，1998年擴(kuò)大井田范圍，面積至18.908km2，現(xiàn)年生產(chǎn)能力180萬噸。1.1.1 含煤地層及地質(zhì)構(gòu)造井田位于呂梁山西翼，河?xùn)|煤田中段。地表大部分地區(qū)被第三、第四系紅黃土覆蓋，僅在溝谷中出露二疊系地層，地面高程除大溝谷底外一般在9501100m之間。礦區(qū)含煤地層

3、為二疊系下統(tǒng)山西組和石炭系上統(tǒng)太原組，平均地層總厚159.39m。山西組含煤3-5層，太原組含煤5-7層，其中3、4、8、10號(hào)煤層全井田可采，4上、8上號(hào)煤層大部分可采，6號(hào)煤層局部可采，其余煤層不可采。受區(qū)域構(gòu)造的影響，井田構(gòu)造總體為一走向北西、傾向南西的單斜構(gòu)造。另據(jù)礦井開采過程中資料，井田內(nèi)小斷層較發(fā)育，但其規(guī)模不大。1.1.2 開拓開采方式目前賀西礦井開拓方式為斜立井開拓，分別由主工業(yè)場(chǎng)地主斜井、副斜井、副立井、回風(fēng)立井、獨(dú)胡峁回風(fēng)立井5個(gè)井筒開拓全井田。礦井設(shè)兩個(gè)水平開采。根據(jù)煤層賦存條件、開拓方式、生產(chǎn)能力，結(jié)合目前的技術(shù)裝備水平和生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)以及國(guó)內(nèi)外中厚煤層開采使用情況，選用

4、綜采一次采全高采煤法，全部垮落法管理頂板。1.1.3 礦井通風(fēng)與抽采系統(tǒng)礦井采用“三進(jìn)兩回”分區(qū)抽出式通風(fēng)，即主斜井、副斜井、副立井進(jìn)風(fēng)，獨(dú)胡峁風(fēng)回風(fēng)立井、回風(fēng)立井兩個(gè)回風(fēng)井回風(fēng)。礦井總進(jìn)風(fēng)量18411 m3/min，總排風(fēng)量19121 m3/min，有效風(fēng)量17101 m3/min，有效風(fēng)量率89%。賀西礦采用地面固定抽放泵站系統(tǒng)進(jìn)行抽采，共有2個(gè)抽放泵站。其中薛家?guī)X抽放泵安裝2臺(tái)2bec-52型水環(huán)真空泵，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。電機(jī)功率250kw，泵額定流量200 m3/min,獨(dú)胡峁瓦斯抽放泵站現(xiàn)安裝2臺(tái)2bec-80型水環(huán)真空泵，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。電機(jī)功率800kw，泵額定流量600

5、m3/min。1.1.4 礦井瓦斯等級(jí)鑒定情況由于礦井為煤層群開采，工作面開采過程中瓦斯涌出量較大，造成礦井瓦斯涌出量大，礦井為高瓦斯礦井。根據(jù)山西汾西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司賀西煤礦礦井生產(chǎn)期間瓦斯等級(jí)鑒定報(bào)告，近4年來礦井瓦斯涌出見表1-1所示。表1-1 礦井瓦斯涌出量統(tǒng)計(jì)年份絕對(duì)瓦斯涌出量m3/min相對(duì)瓦斯涌出量m3/min2008137.8538.412009100.8722.812010102.8322.78201183.3725.331.2 煤層的突出危險(xiǎn)性鑒定情況2010年12月中國(guó)礦業(yè)大學(xué)對(duì)賀西煤礦3、4號(hào)煤層煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性鑒定。在鑒定中，賀西煤礦3號(hào)煤層各單項(xiàng)指標(biāo)中，煤

6、樣的破壞類型為類煤；煤層的相對(duì)瓦斯壓力為0.55mpa，小于0.74 mpa；煤樣的堅(jiān)固性系數(shù)為0.92，大于0.5；煤樣的瓦斯放散初速度為13.7mmhg，大于10 mmhg；3號(hào)煤層的瓦斯放散初速度已達(dá)到煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)范(aq1024-2006)中的單項(xiàng)臨界指標(biāo)，但3號(hào)煤層的瓦斯壓力、破壞類型及堅(jiān)固性系數(shù)均沒有達(dá)到單項(xiàng)臨界指標(biāo)。根據(jù)煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)范(aq1024-2006)第5條規(guī)定，全部指標(biāo)達(dá)到或超過其臨界值時(shí)劃為突出煤層，因此從全部指標(biāo)來看，在鑒定范圍（標(biāo)高+578m以上的3號(hào)煤層）內(nèi)3號(hào)煤層沒有突出危險(xiǎn)性。見圖1-1。鑒定開采區(qū)域無突出危險(xiǎn)標(biāo)高+578m圖 3煤層煤與

7、瓦斯突出危險(xiǎn)性鑒定區(qū)域1.3 3312預(yù)抽巷概況本工作面東北部為紅花嶺村（已搬遷），上部為舍窠村（已搬遷）。地面標(biāo)高9751115.2m。本工作面東北部為3310采空區(qū)，西南部為3314實(shí)體煤及大巷保安煤柱。工作面標(biāo)高612686m。3312預(yù)抽巷開采山西組3號(hào)煤，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，平均厚度1.88m；傾角06°，平均為3°；容重1.39t/m3。本工作面地質(zhì)構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，基本呈單斜構(gòu)造及次一級(jí)的褶皺構(gòu)造，在掘進(jìn)3312材料巷的過程中，距離切眼600 m處揭露一組走向90°的褶皺構(gòu)造，在距開口1460m處揭露一條小斷層。f1：走向150°，傾向60°

8、;，傾角45°，落差1.1 m；在掘進(jìn)過程中一定要注意觀察頂板及圍巖變化情況，發(fā)現(xiàn)異常及早采取措施，保證安全生產(chǎn)。 煤層為類不易自燃煤層。煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，爆炸性指數(shù)為22。巷道位置圖1-2 3312預(yù)抽巷位置圖第二章 3312預(yù)抽巷條帶煤層瓦斯及危險(xiǎn)性分析2.1 瓦斯參數(shù)測(cè)試情況2.1.1 瓦斯壓力煤層瓦斯壓力是煤層發(fā)動(dòng)突出的動(dòng)力之一。因此，準(zhǔn)確測(cè)定煤層瓦斯壓力對(duì)于鑒定煤層的突出危險(xiǎn)性十分重要。根據(jù)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2010年12月對(duì)賀西煤礦3、4號(hào)煤層煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性鑒定情況，礦井3號(hào)煤層測(cè)壓結(jié)果見表2-1所示。表2-1賀西煤礦3號(hào)煤層瓦斯壓力測(cè)定結(jié)果煤層測(cè)壓地點(diǎn)壓力(mpa)測(cè)壓

9、點(diǎn)標(biāo)高(m)地面標(biāo)高(m)埋深(m)鉆孔編號(hào)34煤皮帶巷距掘進(jìn)工作面20m1.19+53710054683-14煤皮帶巷距掘進(jìn)工作面30m1.523-24煤皮帶巷距掘進(jìn)工作面120m0.72+5459754303-34煤皮帶巷距掘進(jìn)工作面130m0.843-44煤皮帶巷距掘進(jìn)工作面270m0.27+5689774093-54煤皮帶巷距掘進(jìn)工作面280m3-64煤皮帶巷距掘進(jìn)工作面340m0.35+57810204423-74煤皮帶巷距掘進(jìn)工作面350m0.553-84煤皮帶巷距掘進(jìn)工作面490m0.36+58010254453-94煤皮帶巷距掘進(jìn)工作面500m0.403-103號(hào)煤層目前測(cè)定的

10、最大瓦斯壓力為1.52mpa，測(cè)定標(biāo)高為+537m，3號(hào)煤層瓦斯壓力隨埋深的變化關(guān)系如圖2-1所示。從圖中可以看出煤層瓦斯壓力隨埋深呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系，隨著埋深的加大，煤層瓦斯壓力逐漸升高。圖2-1 3號(hào)煤層瓦斯壓力隨埋深的變化關(guān)系從安全角度考慮，選擇同標(biāo)高處測(cè)定的最大瓦斯壓力點(diǎn)作為基點(diǎn)可得出煤層瓦斯壓力隨埋深的變化關(guān)系方程：p=0.0179×h-6.86式中：p煤層瓦斯壓力，mpa；h煤層埋深，m。3312預(yù)抽巷對(duì)應(yīng)地面標(biāo)高9751115.2m，工作面標(biāo)高612686m。根據(jù)計(jì)算可知預(yù)抽巷條帶煤層瓦斯壓力為0.60.89mpa。2.1.2 瓦斯含量煤層瓦斯含量是計(jì)算瓦斯儲(chǔ)量和瓦斯涌

11、出量的基礎(chǔ)，也是預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的重要參數(shù)之一，所以準(zhǔn)確測(cè)定煤層瓦斯含量具有重要的意義。煤的瓦斯含量是指單位質(zhì)量煤中所含有的瓦斯量，以m3/t表示，包括煤中的游離瓦斯含量和吸附瓦斯含量。采用間接法測(cè)定煤的瓦斯含量，計(jì)算公式為：式中：?jiǎn)挝毁|(zhì)量煤的孔隙容積，m3/t；煤層瓦斯壓力，mpa；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對(duì)溫度()和壓力(mpa)；瓦斯壓縮系數(shù)；煤的極限瓦斯吸附量，m3/t；吸附常數(shù)，mpa-1；實(shí)驗(yàn)室測(cè)定煤吸附常數(shù)時(shí)的實(shí)驗(yàn)溫度，；煤層溫度，；煤的灰分和水分，%。式中的參數(shù)，有的是已知的，有的是可以直接測(cè)量的。參數(shù)，的值可以通過在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)煤樣進(jìn)行工業(yè)分析和瓦斯吸附實(shí)驗(yàn)得到，見表3-3所示。將

12、各參數(shù)帶入含量計(jì)算公式，即可求得瓦斯含量。表3-3賀西煤礦3號(hào)煤層的工業(yè)分析及瓦斯吸附參數(shù)試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果煤層工業(yè)分析真比重/t/m3假比重/t/m3孔隙率/%吸附常數(shù)測(cè)定單位mad/%ad/%vaf/%a/m3/tb/mpa-131.656.4520.061.371.312.8235.00481.1044中國(guó)礦大圖2-1 3號(hào)煤層瓦斯含量隨埋深的變化關(guān)系3312預(yù)抽巷對(duì)應(yīng)地面標(biāo)高9751115.2m，工作面標(biāo)高612686m。根據(jù)計(jì)算可知預(yù)抽巷條帶煤層瓦斯含量為911 m3/t，平均10m3/t。2.1.3 煤樣的堅(jiān)固性系數(shù)在3312預(yù)抽巷迎頭和三采皮帶巷迎頭取樣，在礦實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了堅(jiān)固性系數(shù)f值

13、的測(cè)定，見表2-6所示，每個(gè)煤樣測(cè)定兩次。表2-6 3煤煤樣堅(jiān)固性系數(shù)測(cè)定結(jié)果表采樣地點(diǎn)試驗(yàn)次數(shù)選取粒徑?jīng)_擊次數(shù)煤粉高度煤的堅(jiān)固性系數(shù)f值3312預(yù)抽巷迎頭12030mm3180.5mm0.33222030mm3182.7 mm0.328三采皮帶巷迎頭12030mm3172mm0.34922030mm3168mm0.357從表中可以看出，測(cè)定的四個(gè)f值普遍較低，均低于0.5的臨界值，3312預(yù)抽巷煤樣的f值為0.3280.332，三采皮帶巷迎頭f值為0.3490.357，煤體硬度低，有利于煤與瓦斯突出的發(fā)生。2.2 3312預(yù)抽巷掘進(jìn)工作面危險(xiǎn)性分析3312預(yù)抽巷標(biāo)高為+612m+686m，根

14、據(jù)煤與瓦斯突出鑒定結(jié)果，煤巷掘進(jìn)區(qū)域無突出危險(xiǎn)，但煤巷掘進(jìn)區(qū)域煤層瓦斯壓力達(dá)0.60.89mpa，瓦斯含量平均為10m3/t，煤的堅(jiān)固性系數(shù)f值為0.3280.332。特根據(jù)集團(tuán)公司要求,我礦對(duì)該區(qū)域按照突出煤層管理.第三章 煤巷掘進(jìn)期間的防突工作程序及防突措施3.1 突出危險(xiǎn)工作面的防突工作程序防治煤與瓦斯突出規(guī)定第六條規(guī)定，防突工作堅(jiān)持區(qū)域防突措施先行、局部防突措施補(bǔ)充的原則。突出礦井采掘工作做到不掘突出頭、不采突出面。未按要求采取區(qū)域綜合防突措施的，嚴(yán)禁進(jìn)行采掘活動(dòng)。 在防突工作時(shí)，區(qū)域防突措施先行，局部防突措施補(bǔ)充，兩者地位不同，是一個(gè)兩級(jí)的“四位一體”防治體系，先區(qū)域后局部，兩者的銜

15、接關(guān)系見圖3-1所示。區(qū)域綜合防突措施包括下列內(nèi)容：（1）區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)；（2）區(qū)域防突措施；（3）區(qū)域措施效果檢驗(yàn)；（4）區(qū)域驗(yàn)證。局部綜合防突措施包括下列內(nèi)容：（1）工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)；（2）工作面防突措施；（3）工作面措施效果檢驗(yàn)；（4）安全防護(hù)措施。圖3-1 兩個(gè)“四位一體”的銜接關(guān)系3.2 煤巷掘進(jìn)期間的防突措施3.2.1.1 區(qū)域防突措施 根據(jù)集團(tuán)公司要求,我礦對(duì)該區(qū)域按照突出煤層管理.為確保正常前掘，采取千米鉆機(jī)順層長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯的區(qū)域防突措施。順層長(zhǎng)鉆孔條帶預(yù)抽法是在掘進(jìn)的過程中采用順層長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽煤巷和煤巷周圍需控制范圍煤體的瓦斯，區(qū)域性消除周圍煤體的突出危險(xiǎn)

16、性，保障煤巷掘進(jìn)工作的安全。這種方法是在掘進(jìn)頭向工作面前方及兩側(cè)一定范圍煤體施工千米鉆機(jī)順層長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯，待區(qū)域性的消除鉆孔控制的突出危險(xiǎn)性后再進(jìn)行掘進(jìn)工作。鉆孔布置如圖3-2所示。 我礦共引進(jìn)國(guó)產(chǎn)zdy-6000ld型和澳大利亞vld-1000型兩種千米鉆機(jī)實(shí)施區(qū)域煤層瓦斯預(yù)抽。在3312預(yù)抽巷采用zdy-6000ld鉆機(jī)（千米鉆機(jī)）施工本煤層鉆孔作為開口預(yù)抽鉆孔。本煤層施工6個(gè)主孔以及6個(gè)分支孔。鉆孔傾角沿煤層走向布置，開孔高度距底板1.2米，如圖所示。1#主孔深度288米，方位角141°。2#主孔深度477米，方位角129°。3#主孔深度384米，方位角121&

17、#176;3-1分支深度84米。4#主孔深度309米，方位角113°4-1分支深度291米。 5#主孔深度306米，方位角101°5-1分支深度222米， 5-2分支深度408米。6#主孔深度168米，方位角105°6-1分支深度231米， 6-2分支深度198米。圖 3312預(yù)抽巷區(qū)域瓦斯抽采鉆孔布置圖 根據(jù)河南理工大學(xué)3、4號(hào)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定結(jié)果，礦井3、4號(hào)煤層鉆孔有效抽采半徑為7.5m，則長(zhǎng)鉆孔間距設(shè)計(jì)為15m，抽采條帶寬度為75m，巷道兩側(cè)的保護(hù)寬度大于30m。抽采結(jié)束后進(jìn)行效果檢驗(yàn)，當(dāng)判定消除危險(xiǎn)后便可進(jìn)行巷道掘進(jìn)。抽采鉆孔超前距不小于40m。3.

18、2.1.2 區(qū)域效果檢驗(yàn)在采用區(qū)域預(yù)抽技術(shù)后，需要進(jìn)行區(qū)域措施的效果檢驗(yàn)。區(qū)域效果檢驗(yàn)的主要指標(biāo)是殘余瓦斯壓力和殘余瓦斯含量。要求措施后的最大殘余瓦斯壓力或殘余瓦斯含量降到經(jīng)試驗(yàn)考察確定的臨界值以下，如果沒有實(shí)測(cè)值，可以按照殘余瓦斯壓力0.74mpa和殘余瓦斯含量8m3/t確定。由于順層孔抽采煤巷條帶情況下煤層瓦斯壓力無法測(cè)定，故采用殘余瓦斯含量作為指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)。預(yù)抽區(qū)域的煤層殘余瓦斯含量降至規(guī)定值以下，該區(qū)域內(nèi)視為無突出危險(xiǎn)區(qū)域。該區(qū)域可以進(jìn)行采掘作業(yè)，但在采掘作業(yè)過程中要按照要求進(jìn)行區(qū)域驗(yàn)證工作。對(duì)于區(qū)域措施效果檢驗(yàn)無效的區(qū)域，仍需補(bǔ)充區(qū)域防突措施，直至其消除突出危險(xiǎn)性。對(duì)順層鉆孔預(yù)抽煤巷

19、條帶煤層瓦斯區(qū)域防突措施進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，在煤巷條帶每間隔2030m至少布置1個(gè)檢驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)，且每個(gè)檢驗(yàn)區(qū)域不得少于3個(gè)檢驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)。3.2.1.3 區(qū)域驗(yàn)證3312預(yù)抽巷掘進(jìn)時(shí)區(qū)域驗(yàn)證采用局部措施工作面預(yù)測(cè)的方法進(jìn)行預(yù)測(cè)。3.2.2.1 局部綜合防突措施區(qū)域措施結(jié)束后進(jìn)入局部防突措施程序，局部綜合防突措施主要包括工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)（以下簡(jiǎn)稱工作面預(yù)測(cè)）、工作面防突措施、工作面效果檢驗(yàn)和安全防護(hù)措施。3.2.2.2工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)采用鉆屑量、鉆屑瓦斯解析指標(biāo)并結(jié)合打鉆過程中突出預(yù)兆等預(yù)測(cè)工作面前方煤體的突出危險(xiǎn)性。1）煤巷掘進(jìn)時(shí)，施工三個(gè)預(yù)測(cè)孔，孔徑為42mm：其中1個(gè)鉆孔位于工作面中部，與巷道掘

20、進(jìn)方向一致。另2個(gè)鉆孔開孔距兩幫距離0.5m，終孔控制巷道輪廓線外24m。預(yù)測(cè)孔長(zhǎng)度12m，預(yù)測(cè)孔超前距4m。預(yù)測(cè)鉆孔布置見圖3-3所示。臨界值見表3-1所示。2）鉆孔在煤孔段鉆進(jìn)速度控制在1m/min左右；每鉆進(jìn)1m，測(cè)定一次鉆屑量s，每鉆進(jìn)2m，測(cè)定一次瓦斯解析指標(biāo)k1或h2；同時(shí)用彈簧秤計(jì)量鉆屑量。3）做好井下記錄；同時(shí)，利用礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)工作面風(fēng)流瓦斯?jié)舛鹊淖兓?。圖3-3 煤巷掘進(jìn)工作面預(yù)測(cè)鉆孔布置示意圖表3-1 判斷突出危險(xiǎn)性的鉆屑解析指標(biāo)/pa最大鉆屑量/ml/(g.min1/2)危 險(xiǎn) 性/ml/m20065.40.5突出危險(xiǎn)工作面20065.40.5無突出危險(xiǎn)工作面4）根據(jù)指標(biāo)測(cè)定值大小判定工作面是否具有突出危險(xiǎn)。另外，若工作面出現(xiàn)明顯突出預(yù)兆時(shí)判定有突出危險(xiǎn)。突出預(yù)兆主要包括：頂板來壓、支架斷裂、煤壁掉渣與外鼓，煤干燥、煤塵飛揚(yáng)、煤壁光澤暗淡、層理紊亂，工作面瓦斯涌出增大、瓦斯忽大忽小、溫度降低，工作面前方出現(xiàn)煤炮聲等。在煤巷掘進(jìn)工程中，循環(huán)測(cè)定以上所述突出危險(xiǎn)預(yù)測(cè)指標(biāo)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況調(diào)整防治突出方