嘉峰煤礦33041回風(fēng)順槽石門(mén)揭煤工作面消突

1、嘉峰煤礦33041回風(fēng)順槽石門(mén)揭煤工作面消突措施研究摘要：關(guān)鍵字：1.引言對(duì)于煤礦井下工程來(lái)說(shuō)，石門(mén)揭煤是常見(jiàn)的施工，在巖石巷道施工中經(jīng)常會(huì)遇到揭煤。由于揭煤時(shí)發(fā)生突出比其它類(lèi)型的突出破壞性更大，損失嚴(yán)重，甚至造成人員傷亡事故，而特大型突出中絕大多數(shù)是在石門(mén)揭煤時(shí)發(fā)生的。所以，準(zhǔn)確把握石門(mén)揭煤的突出危險(xiǎn)性，正確采用突出危險(xiǎn)性的測(cè)定方法，以及及時(shí)制定合適的石門(mén)揭煤防突措施和后期應(yīng)用效果分析工作，可以避免或減少失誤所造成的損失，對(duì)促進(jìn)突出礦井的安全生產(chǎn)、提高礦井的經(jīng)濟(jì)效益都有重要意義。2.礦井概況山西沁水嘉峰煤業(yè)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)嘉峰煤礦，下同）位于晉城市沁水縣東南部嘉峰鎮(zhèn)境內(nèi)。地理坐標(biāo)為：北緯353

2、431353457，東經(jīng)11229401123032，礦井東西長(zhǎng)1.1km，南北寬0.8km，面積0.9006km2。 礦井主體構(gòu)造形態(tài)為單斜構(gòu)造，地層走向NE，傾向NW，傾角平緩，約35，井田內(nèi)斷層不發(fā)育，構(gòu)造屬于簡(jiǎn)單類(lèi)。井田內(nèi)主要含煤地層為上石炭統(tǒng)太原組和下二疊統(tǒng)山西組。其中，山西組含煤地層厚度48.60m，主要含煤一層（3號(hào)煤層），煤層平均厚度6.13m，含煤系數(shù)12.35%；太原組含煤地層厚91.42m，共含煤11層，煤層總厚8.35m，含煤系數(shù)為9.13%?，F(xiàn)礦井開(kāi)采3號(hào)煤層，其主要特征如下：3號(hào)煤層 位于山西組中下部，煤層平均厚度為6.13m，賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，夾03層夾矸，屬于

3、穩(wěn)定可采煤層，是礦井目前唯一開(kāi)采的煤層。煤層頂板為黑色泥巖，局部為砂質(zhì)泥巖；底板為粉砂質(zhì)泥巖或泥巖。原煤水分1.237.21%，平均4.10%，灰分14.3518.93%，平均17.25%，揮發(fā)分6.618.55%，平均7.71%，為中灰、 特低硫、低磷、高熔灰分、高強(qiáng)度的無(wú)煙煤，精煤回收率良，為良好的合成氨用煤和氣化用煤。嘉峰煤礦始建于1990年，1994年簡(jiǎn)易投產(chǎn)。原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150kt/a，核定生產(chǎn)能力300kt/a。井田內(nèi)3號(hào)煤層共劃分為三個(gè)采區(qū)，分別為北采區(qū)、南采區(qū)和西采區(qū)，其中南采區(qū)已采完，北采區(qū)大部分已采完，目前正在開(kāi)采西采區(qū)。礦井布置一個(gè)回采工作面（33031上分層回采工作面

4、）和兩個(gè)掘進(jìn)工作面（33041回風(fēng)順槽正、副巷掘進(jìn)工作面），回采工作面采用走向長(zhǎng)壁式布置，分兩層進(jìn)行開(kāi)采，先采上分層，后采下分層，放炮落煤，全部垮落法管理頂板。礦井采用中央分列抽出式通風(fēng)，回風(fēng)井安設(shè)兩臺(tái)BDK40619型主扇，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用，配備電機(jī)功率均為2110kw；礦井總進(jìn)風(fēng)量為3795m3/min，總回風(fēng)量3950m3/min。 2004年之前，礦井批復(fù)瓦斯等級(jí)均為高瓦斯礦井；2004年4月30日，西采區(qū)3300運(yùn)輸巷發(fā)生了一次煤與瓦斯突出事故，經(jīng)國(guó)家授權(quán)的資質(zhì)單位鑒定后，礦井升級(jí)為煤與瓦斯突出礦井。近年來(lái)礦井瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)論見(jiàn)表1-1示。表1-1 嘉峰煤礦礦井瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果年份

5、絕對(duì)瓦斯涌出量（m3/min）相對(duì)瓦斯涌出量（m3/t）批復(fù)等級(jí)200359.2107高瓦斯礦井200453.68101.81煤與瓦斯突出礦井200548.78158.38煤與瓦斯突出礦井200636.3787.29煤與瓦斯突出礦井200768.09108.94煤與瓦斯突出礦井3.區(qū)域消突措施及效果檢驗(yàn)33041回風(fēng)順槽副巷掘進(jìn)工作面在3300回風(fēng)大巷開(kāi)口處為煤巷，掘進(jìn)40米后遇一正斷層，由煤巷變?yōu)槿珨嗝鎺r巷，再向前掘進(jìn)50m后仍為全巖工作面。為了防止誤揭煤層，在掘進(jìn)工作面90m處向前施工探煤鉆孔，探測(cè)到工作面與煤層垂距為12m；考慮到嘉峰煤礦2004年4月30日發(fā)生的煤與瓦斯突出與該斷層有關(guān)

6、，因此，為了防止33041回風(fēng)順槽副巷石門(mén)揭煤工作面揭3號(hào)煤層時(shí)發(fā)生煤與瓦斯突出，2008年2月，礦井預(yù)先在33041回風(fēng)順槽正、副巷聯(lián)絡(luò)巷和33031軌道順槽向33041回風(fēng)順槽正、副巷石門(mén)附近煤體共施工了24個(gè)鉆孔進(jìn)行瓦斯預(yù)抽，其中，在33031軌道順槽共施工14個(gè)抽放鉆孔，在33041回風(fēng)順槽正、副巷聯(lián)絡(luò)巷共施工10個(gè)預(yù)抽鉆孔，預(yù)抽鉆孔布置圖見(jiàn)圖2-1，布置參數(shù)見(jiàn)表2-1和表2-2。項(xiàng)目研究期間，測(cè)定了33041回風(fēng)順槽正、副巷聯(lián)絡(luò)巷和33031軌道順槽向該區(qū)域施工的抽放鉆孔自然瓦斯流量，部分測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2-3。根據(jù)抽放鉆孔自然瓦斯流量測(cè)定平均值和抽放時(shí)間計(jì)算，33041回風(fēng)順槽正、副巷

7、聯(lián)絡(luò)巷抽放總量約1.09105m3，33031軌道順槽向該區(qū)域施工的抽放鉆孔總抽放量約2.91105m3，兩者共抽放瓦斯4105m3。也就是說(shuō)，33041回風(fēng)順槽副巷石門(mén)揭煤工作面附近煤體至少被抽出40萬(wàn)m3的純瓦斯量。抽放最大影響區(qū)域圖2-1 33041回風(fēng)順槽副巷石門(mén)揭煤工作面位置及預(yù)抽鉆孔布置示意圖在已知煤層原始瓦斯含量和預(yù)抽量時(shí)，煤層瓦斯預(yù)抽率由下式計(jì)算：式中 煤層瓦斯預(yù)抽率，%；Q預(yù)抽量煤層瓦斯預(yù)抽量，m3；Q瓦斯儲(chǔ)量煤層原始瓦斯儲(chǔ)量，m3；W預(yù)抽鉆孔控制范圍內(nèi)煤層儲(chǔ)量，t；X煤層原始瓦斯含量，m3/t。考慮到斷層面附近巖石較為破碎，使得石門(mén)處瓦斯通過(guò)大量巖石裂隙聯(lián)通，因此，此處預(yù)抽

8、鉆孔控制范圍要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于抽放鉆孔理論影響半徑；因此，把鉆孔影響范圍按照每側(cè)30m考慮，預(yù)抽鉆孔影響范圍內(nèi)煤體儲(chǔ)量為6萬(wàn)t，瓦斯含量按照21.46 m3/t.r（18.03 m3/t）取值，則預(yù)抽鉆孔控制范圍內(nèi)原始瓦斯儲(chǔ)量為108.18萬(wàn)m3，把預(yù)抽瓦斯量40萬(wàn)m3代入上式，得到33041回風(fēng)順槽正、副巷石門(mén)揭煤工作面前方煤體煤層瓦斯預(yù)抽率為36.98%。在石門(mén)工作面距煤層最小垂距為3-10m時(shí)，利用探明煤層賦存條件和瓦斯情況的鉆孔或至少打兩個(gè)直徑為50-75mm的預(yù)測(cè)鉆孔，在其鉆進(jìn)煤層時(shí)，測(cè)定其瓦斯解吸指標(biāo)K1值。鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1值的突出臨界值參照防治煤與瓦斯突出細(xì)則給出的臨界值進(jìn)行確定，見(jiàn)

9、表4-2。實(shí)測(cè)的K1值等于或大于臨界值時(shí)，工作面預(yù)測(cè)為突出危險(xiǎn)工作面；實(shí)測(cè)的所有值都小于突出危險(xiǎn)臨界值時(shí)，工作面預(yù)測(cè)為無(wú)突出危險(xiǎn)工作面。表4-2 K1值法評(píng)價(jià)瓦斯突出危險(xiǎn)性的臨界值鉆屑解吸指標(biāo)K1值臨界值(ml/g.min1/2)干煤0.5濕煤0.4運(yùn)用鉆屑瓦斯解吸解吸指標(biāo)法，對(duì)采取瓦斯預(yù)抽措施后的33041回風(fēng)順槽副巷石門(mén)揭煤工作面的瓦斯突出危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表4-4。表4-4 瓦斯突出危險(xiǎn)性K1值法評(píng)價(jià)結(jié)果K1實(shí)測(cè)最大值(ml/g.min1/2)K1臨界值(ml/g.min1/2)評(píng)價(jià)結(jié)論0.970.5具有突出危險(xiǎn)性由表4-4可知，無(wú)論采用綜合指標(biāo)法評(píng)價(jià)還是鉆屑瓦斯解吸解吸指標(biāo)法評(píng)

10、價(jià)，采取瓦斯預(yù)抽措施后的33041回風(fēng)順槽副巷石門(mén)揭煤工作面都仍然具有發(fā)生煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性。 4.局部消突措施及效果檢驗(yàn)根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)論，嘉峰煤礦33041回風(fēng)順槽副巷石門(mén)揭煤工作面仍具有發(fā)生煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性。按照防治煤與瓦斯突出細(xì)則第六十一條“石門(mén)揭穿突出煤層前，當(dāng)預(yù)測(cè)為突出危險(xiǎn)工作面時(shí)，必須采取防治突出措施，經(jīng)效果檢驗(yàn)有效后可用遠(yuǎn)距離放炮或震動(dòng)放炮揭穿煤層”的規(guī)定，2008年5月4日，礦井向前掘進(jìn)9m（平距）后，在保持原有鉆孔繼續(xù)預(yù)抽的情況下，在33041回風(fēng)順槽副巷掘進(jìn)工作面正前方補(bǔ)充施工了22個(gè)（序號(hào)為1-12）超前排放鉆孔，超前排放鉆孔布置示意圖見(jiàn)圖5-1，布置參數(shù)見(jiàn)表5-1。圖

11、5-1 超前排放鉆孔布置示意圖在排放20天后，2008年6月20日，研究人員再次對(duì)33041回風(fēng)順槽副巷石門(mén)揭煤工作面消除效果進(jìn)行了檢驗(yàn)，此次在33041回風(fēng)順槽副巷石門(mén)揭煤工作面施工三個(gè)效檢孔，效檢孔布置圖見(jiàn)圖5-1，效檢孔同時(shí)測(cè)定殘余瓦斯含量和鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)，擬分別通過(guò)綜合指標(biāo)法、鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法對(duì)33041回風(fēng)順槽副巷石門(mén)揭煤工作面的消突效果進(jìn)行檢驗(yàn)。瓦斯含量和鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)測(cè)定方法同前。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5-6。表5-8 鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1值檢驗(yàn)結(jié)果K1實(shí)測(cè)最大值(ml/g.min1/2)K1臨界值(ml/g.min1/2)評(píng)價(jià)結(jié)論0.480.5無(wú)突出危險(xiǎn)性從表5-7表5-8可知，在

12、經(jīng)過(guò)預(yù)抽和排放后，無(wú)論采用綜合指標(biāo)法檢驗(yàn)，還是采用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法檢驗(yàn)，截至到2008年6月20日，嘉峰煤礦33041回風(fēng)順槽副巷石門(mén)揭煤工作面已消除煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。 5.結(jié)論統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明， 2008年2月施工鉆孔開(kāi)始預(yù)抽瓦斯開(kāi)始，截至2008年5月3日， 33041回風(fēng)順槽正、副巷石門(mén)揭煤工作面前方煤體至少被抽出40萬(wàn)m3的純瓦斯量，瓦斯預(yù)抽率達(dá)到36.98%。2008年5月實(shí)測(cè)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)瓦斯預(yù)抽的33041回風(fēng)順槽副巷石門(mén)揭煤工作面，3號(hào)煤層最大殘余瓦斯含量為12.48 m3/t，最大殘余瓦斯壓力為0.81MPa，K1實(shí)測(cè)最大值為0.97ml/g.min1/2，按照鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法和綜合指標(biāo)法進(jìn)行預(yù)測(cè)，33041回風(fēng)順槽副巷石門(mén)揭煤工作面具有發(fā)生煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性。2008年6月初，在原有預(yù)抽瓦斯鉆孔和超前排放鉆孔基礎(chǔ)上，嘉峰煤礦又施工了10個(gè)超前排放鉆孔；2008年6月20日實(shí)測(cè)結(jié)果表明，33041回風(fēng)順槽副巷石門(mén)揭煤工作面，3號(hào)煤層最大殘余瓦斯含量為11.69