煤巷掘进过断层每注区防突安全技术与管理.pdf

2 0 0 8 年 l 2 月 矿 业 安 全 与 环 保 第3 5 卷第6 期 煤巷掘进过断层煤柱区防突 安全技术与管理 储 和 平 盘江煤电集团公司， 贵州 盘县 5 5 3 5 3 6 摘 要 通过对金佳矿井 l 1 7 5运输巷掘进过 断层蝶柱 区发生突 出事故进行分析， 查找突出发 生的 原因， 分析事故前采取的防突措施存在的问题 ， 总结 出在巷道掘进过断层煤柱区防突安全技术与管理 中 值 得注 意 的几 问题 、 关键词 突出 昙； 掘进 ； 防突； 安 全技术 ； 管理 中图分类号 T D 7 1 3 文献标识码 C 文章编号 1 0 0 8 4 4 9 5 2 0 0 8 0 6 0 0 4 8 0 3 金佳矿位于贵州盘县红果镇境内， 矿井设计生产 能力为 1 8 0万 t ／ a ， 于 1 9 9 7年 l O月开始建设 ， 2 0 0 0年 5月金一采区建成投产。 井 田内含煤 2 7 ～4 4层 ， 可采 和局部可采煤层 l 5 层 ， 平均总辱 2 1 ． 8 6 m， 煤层平均 可采厚度 0 ． 9 ～3 ． 2叭井 旧内煤质 以贫煤为主 ， 其 次为瘦煤 、 无烟煤 。矿井地质条件复杂 、 水文地质条 件简单。金佳矿外为煤与瓦斯突出矿井 ， 突出煤层 为 7 煤层 ， 发生过多次煤与瓦斯突出事故 1 突出事故地点工程概况 事故发生在 1 1 7 5综采 工作 面正在施工的 l 1 7 5 运输巷掘进头。该采面设 计走 向长 8 6 6 m， 倾 向长 1 2 0 n ， 位 于金一采区 区段北翼 的 7 煤层。其 上 覆 3 煤层的 1 1 3 5采面和本层相邻 的 1 1 7 3 ， 1 1 7 4采 面均已 回采结 束。7 煤 层 与 3 煤层 的层 间距 为 3 8 m， 1 1 7 5综 采面布置在 1 1 3 5采面的采空区下方。 1 1 3 5采面走 向中部有 1 条落差 6 n 的正断层 ， 开采 时为过断层 留下 了 1 2 0 I I 1 的煤柱。1 1 7 5运输巷开 口 往里 3 2 3 ～ 443 n 1 有 l 2 0， n段 为 1 1 3 5采面过断层跳 压的煤住区， 巷道掘至 3 7 5 Il l 遇断层 ， 揭露断层后向 前掘进 2 5 m发生 J 煤 与瓦斯 突出事故 。2 0 0 7年 6 月7日 1 9时 1 3分， 1 1 7 5运输巷在掘进过程 中发生 煤 与 瓦 斯 突 出， 造 成 4 人 死 亡，突 出 点 标 高 1 7 3 5 I n ， 距地表垂深 5 1 0 n 1 ， 突出煤约 1 1 0 t ， 涌 出 瓦斯约 8 0 0 0 Il l 3 、 收稿 日期 2 0 0 8 0 5 0 7 ； 2 0 0 8 0 6 2 3掺回 作者简 介 储和平 1 9 5 6 一 ， 男． 专徽 潜 山 ， 工 程师 ． 主 要从事煤矿采掘设计和技 卡管理工 作 48 2 事故前采取的防突措施 2 ． 1 工 作面设 计 针对 1 1 7 5 综采面的具体地质条件， 明确防突的 主要措施为抽放 。为吸取 l 1 7 3采面倾斜长度 1 6 5 m， 实际施工本层钻孔时深度难以保证 、 采 面中部存在 盲区的教训， 为确保 采面抽放钻孔按设 计要求打到 位 ， 不出现盲区， 保证 回采前的本层抽放效果， 同时 为尽量利用上保护层 1 1 3 5已采工作 面 的保护作 用 ， 将采面巷道布置在 1 1 3 5采空区下方的保护区域 内， 为此， 将采面倾斜长度缩短为 1 2 0 m。采面回风 巷采用留 2 m的小煤柱沿 1 1 7 3运输 巷沿空掘巷 ， 运 输巷从 1 7 4 5运输石门开 口， 经顶板穿层进入 7 煤层 后再进入 1 1 3 5采面的采空区下方定向掘进。巷道采 用 4 ． 4 n 3 。 2 m的 u型钢拱形棚支护， 综掘机掘进。 2 ． 2 掘进 防突 回风巷采用留 2 m小煤柱沿空送巷， 极大地降 低 了防突难度。由于运输巷有煤柱 区和揭煤 问题 ， 分 3种类型实施防突措施 ① 开 口段从顶板穿层揭 煤 ， 按石 门揭煤要求采用“ 先抽后掘” ； ②采空区下方 的保护区域 ， 根据预测预报控制进度； ③煤柱区采取 区域性防突措施 ， 从顶板施工穿层钻孔提前预抽 ， 抽 放率达到 3 0 ％以后再掘进 ， 掘进期间从工作面施工 密集排放钻孔作为辅助配套措施。 回风巷 、 运输巷均按防突掘进管理要求 ， 布置专 用回风巷及 2道防突风门， 每隔 5 0 m安设压风 自救 装置， 并按要求设置“ 三 专两闭锁” 和“ 双风机” 、 “ 双 电源” ， 巷道掘进执行“ 四位一体” 的防突措施。 2 ． 3 防突措施实施情况 1 开口段揭煤采用 Z Y一1 5 0钻机在工作面 2 0 0 8 年1 2 月 矿 业安 全 与 环保 第3 5 卷第6 期 打钻孔穿过煤层 实施抽放后 ， 正常放炮安全揭煤 。 2 卸压 区防突 。采 用在工作面煤层 的软分层 中布置 1 3个排放孔 ， 经效果检验无 突出危险后 正常 掘进至煤柱区边缘 。 3 煤 柱 区防突 a ． 区域穿层钻孔预抽 为了保证穿层钻孑 L 的施工和预抽时间 ， 该矿提 前安排 2 1 3 1 回风巷于 2 0 0 6年 l 0月开始施 工， 2 0 0 7 年 2月 2 0 E t 抽放区组织 2台 Z Y一1 5 0钻机施工穿层 钻孔 ， 实施煤柱 区域 1 1 7 5运输巷上帮 8 n l 、 下帮 5 m 范围的瓦斯 预抽 ， 设计施工 3 6个钻场共 2 1 6个孔 ， 钻场间距 3 0 m， 每个钻场按痢形布置 6个钻孔至煤 层底板 2 Il l ， 边施工边抽放 ， 每个打穿 7 煤层的钻孑 L 都出现严重 的喷孔现象。 至 5月 2 6日， 实际施工成孔 2 0 2个 ， 钻孔孔 口抽 放负压为 2 2 k P a ， 钻孔单孑 L 抽放瓦斯浓度最 高达到 7 5 ％， 最低浓度 为 2 ％， 总管抽 放浓度为 3 ％ ～6 ％， 抽放混合量为 2 3 m 3 ／ ra i n 。 根据矿井精查地质报告提 供的 7 煤层 瓦斯 含 量最大值为 1 7 ． 6 8 m 3 ／ t ， 则煤柱区预抽范 围的瓦斯储 量为 l 4 ． 3 2万 r n 3 。从 2 月 2 0日至 5月 8日止 开始 进入煤柱区 ， 按平均抽放浓度 4 ％计算 ， 累计抽 出瓦 斯量为 l 0 ． 3万 。3 一7 煤层之 间的薄煤层及岩 石瓦斯抽出量按 3 0 ％计算 ， 则 7 煤层预抽瓦斯量为 7 ． 2 l 万 ， 经计‘ 算预抽率 为 4 8 ％， 大于 3 0 ％， 符合 煤矿安全规程 的规定⋯。7 煤层剩余瓦斯含量约 为 9 ． 1 9 1 1 1 3 ／ t ， 达到预期的抽放效果。 b ． 煤柱区过断层 刚进入煤柱区， 工作面就遇见上覆 1 1 3 5所揭露的 落差为 6 m的正断层。按石门揭煤防突措施的要求 先打探测钻孔， 探明断层前方煤层位置 ， 再根据地质 预报按揭煤要求布置 3 6个钻孔进行预抽 ， 待钻孔瓦 斯预抽率大于 3 0 ％后再掘进 ， 巷道底板距煤层顶板 法线距离 2 m时进行效果检 验 ， 值为 0 ． 2 7 、 钻屑 量 5 ⋯为 1 ． 9 k g ／ m， 无突出危险， 正常安全揭开煤层。 C ．煤柱区过断层后 的防突措施 在保持顶板穿层钻孑 L 正常预抽的前提下 ， 按掘 进防突措施要求增加工作面密集排放钻孔的辅助配 套措施 ， 即在煤层软分层 中布置 l 3个排放孔 ， 控制 工作面前方 1 2 n l 、 上帮 8 I l l 、 下帮 5 n l ， 再施工 3个验 证孔， 无异常后进行效果检验 ， ． 值小于 0 ． 4 ， S ⋯小 于 3 ． 2 k g ／ I l l 时允许进度 7 I l l ， 保 证工作面前方有 5 m 的安全屏障 ， 即每 7 m为一循 环 ， 共 进行 了 4个循 环。第 1 循环效检 K ． 值超限， 达到 0 ． 4 1 ， 补打 l 3个 排放孔后重新效检 ， K。 值 为 0 ． 3 8 、 S ⋯为 2 ． 1 k g ／ m。 第 2 循环将排放孔加密为 2 0个 ， 效检 K 值为 0 ． 3 4 、 5 为 2 ． 1 k g ／ m。为此 ， 从第 3 循环起修改排放孔设 计 ， 将排放孑 L 数量增加 至 5 4个孔 布置 为 3排 ， 打 排放孔过 程 中出现喷孔 现象 ， 效检 K 值为 0 ． 2 4 、 s ⋯值为 2 ． 0 k g ／ m。第 4循环扣‘ 排放孔过程中出现 喷孔现象导致 探头超 限 4次 ， 最大达到 1 ． 0 9 ％， 同时因片帮造成 1 ． 9 I l l 的空顶 ， 经效检， 。 值为 0 ． 1 6 、 s 值为 2 ． 0 k g ／ m， 效检 。 值及 s ⋯值均不超限。 3 事故原因分析 3 ． 1 直 接原 因 1 安全屏 障距 离不够。由于在 打排放孔过程 中出现片帮现象 ， 导致工作面空顶 1 ． 9 H I ， 使得在进 行效果检验时， 工作 面位 置与开始施工 的排放孔开 孔位置相差 1 ． 9 m， 造成部分排放孑 L 的超前安全保护 距离不足 5 m。 2 超掘 0 ． 6 m。6月 7日 8点 班末 实际进 度 5 ． 7 m， 基点到工作面的距离为 7 ． 6 I l l ， 由于效检孔位 置超前 了 1 ． 9 m， 虽然按效检允许进度 尚差 1 ． 3 m才 到位 ， 而按最短排放孔控制距离已超掘 了 0 ． 6 m。 3 由于前方煤层沿巷道前进方向倾角变大 ， 在 施工排放 - L H ,q ； 角度掌握不好 ， 排放孔控制范 围内煤 层 中上部可能存在盲区。 4 现场措施执行 和监督 管理不到位。现场负 责监督的人员对基点的概念不清 ， 导致排放孑 L 超前 5 m的措施未得到认真落实。 3 ． 2间接 原 因 1 对 7 煤层煤柱影响区突出灾害的严重性 、 多 变性和复杂性认识不 足， 未对穿层钻孔的预抽效果 进行可靠的考察。虽然考察 了预抽率 ， 但 由于瓦斯 抽放计量不准确 ， 加上对煤层的原始瓦斯含量未进 行直接测定 ， 因而存在较大误差 ， 实际抽放效果并未 达到消除突 出的 目的。因采取 了密集排放孔措施 ， 不具备煤层瓦斯压力测定 的条件 ， 所 以未测定抽放 后的煤层瓦斯压力 。对第 4循环打排放孔时多次出 现喷孔造成瓦斯超 限的现象也没有认真分析 ， 认为 打钻 出现喷孔是正常现象。 2 对煤柱影 响区防突的针对性措施不 强。密 集排放孔的超前安全距离为 5 m， 虽然符合 防治煤 与瓦斯突出细则 的规定 J ， 但针对 7 煤层煤柱影 响区又有断层的特殊地质条件 ， 没有考虑一定的安 全系数 ， 5 m安全保护距离明显偏小 。对措施现场执 行和监督管理的规定 不尽完善， 导致措施在现场的 执行不严 、 不细 、 不实。 3 由于 3 与 7 煤层的层 间距有 3 8 m， 穿层钻 孔为长度 6 0 m以上的倾斜钻孔 ， 施工难度较大 ， 钻 孔终孔点 的实际位置 与设计位置有偏差 ， 造成巷道 4 9 2 0 0 8 年 l 2 月 矿 业安 全 与 环 保 第3 5 卷第6 期 轮廓线上 帮 8 m范 围内存 在盲 区， 且 开孔段 位 于 1 1 3 5运输巷下方的 3 煤层底板 ， 岩石受采空区积水 浸泡后容易塌孑 L ， 同时因 7 煤层 的透气性差 ， 抽放 影响半径小 ， 钻孔间距可能偏大， 导致钻孔抽放效果 较差 ， 实际抽放效果未达到预期 目的。 4 地应力作用 。工 作面前方处于应力叠加地 段 ， 煤体受 3种应力作用 煤柱 区边缘集中应力 、 断 层构造应力 、 巷道开挖后工作面前方集中应力 而破 坏 ， 积聚了大量 的游离 瓦斯， 产生 了较 高 的瓦斯压 力。其应力叠加主要来源于3 类 ①上覆 3 煤层孤岛 煤柱 的支撑压力。工作面正好 已进入压力增高区。 ②工作 面煤 壁 5 m范 围 内产生 了局部 支 承压力。 ③由于巷道刚穿过断层 ， 处于断层影响区域 ， 还受到 构造应力的影响。因此， 工作面前方 的地应力叠加 是导致本次突出事故的重要原因之一 。 4 突出煤层掘进安全技术与管理措施 1 保护层开采始终是区域性 防突的主要技术 措施 ， 而遗留煤柱 则是突出煤层 开采 中最严重的安 全隐患 ， 极大地增加了防突工作的艰 巨性 、 复杂性。 在今后的安全生产技术管理 中， 务必要充分认识 到 留设煤柱对防突的危害性 在开采保护层 时， 必须 采取一切可能的手段实施无煤柱开采， 从根本上消 除 乩斯压力增高区 。 2 基础技术工作是矿井安全生产的重要保证 ， 尤其在防突管理工作 中， 地质资料的收集 、 整理 、 分 析至关重要。在制订防突措施时 ， 对于不同的开采 区域中突出危险程度的判别 ， 要在收集 、 分析各种可 靠的地质资料的基础上认 真把握 ， 并结合具体的防 突方法和措施进行深入细致 的可靠性论证 ， 把各种 措施可能存在的缺陷 、 有无补救的配套措施 、 实施过 程中可能出现的各种不利因素及 防范管理措施 、 整 个防突工作 中各个环节如何实现有效配合和跟踪监 控等分析清楚， 制订出针对性强的技术措施 、 安全措 施 、 施工组织措施和跟踪管理措施 ， 确保防突措施的 科学性 、 针对性 、 可靠性和严密性。 3 进一步增强对防突工作的长期性 、 艰巨性 、 复杂性的认识。随着开采深度的增加和开采强度的 加大 ， 突出的危险性 、 复杂性进一步增加 ， 对防突工 作 的要求将进一步提高。因此 ， 对待防突工作， 必须 早规划 、 早安排 、 早着手 ， 从时间上 、 空间上、 人财物 上给予充分保证。 4 对于采用穿层钻孔实施 区域性预抽， 必须创 造 良好的钻场施 工条件 ， 钻孔长度控制 在 2 0 m左 右， 并且在施工过程中一定要加强技术管理 ， 及时测 定抽放参数 、 收集钻孔参数 ， 及时制图分析 、 校正钻 孔 设计参数 ， 确保预抽效果达到预期 目的。 5 认真总结 、 评价防突措施的实施效果 ， 研究 切合矿井实际的防突方法， 逐 步建立矿井防突技术 指标体系 ， 尤其是切合 矿井实 际的突出敏感指标。 在没有总结研究出成果之前 ， 必须按照“ 有把握 、 留 有余地” 的要求 留足安全系数。采取局部防突措施 时， 安全超前距离按 1 0 m控制。 6 切实加强现场管理 ， 加强职工防突知识和安 全意识培训 ， 认真落实施工监督管理措施， 确保防突 工作的各项措施在现场得到落实。 7 创造条件搞好防突技术研究 ， 与科研机构合 作， 开展各煤层瓦斯基本参数测定 ， 开展突出机制的 研究和突出预测预报敏感指标及方法研 究， 为搞好 防突工作提供强有力的技术支撑 。 参考文献- [ 1 ]国家安全生产监督管理总局， 国家煤矿安全监察局． 煤 矿安全规 程[ M] ． 北京 煤 炭工 业出皈社 ， 2 0 0 6 ． [ 2 ]中华人民共和国煤炭工业部．防治煤与瓦斯突出细则 [ M] ． 北 京 煤炭工业出版社 ， 1 9 9 5 ． [ 3 ]何勇． 高突煤层保护层瓦斯综合治理技术[ J ] ． 煤炭技术， 2 0 0 6， 2 5 1 1 ． 责任编辑 李 琴 上接第 4 7页 过眼期间顶底板活动对工作面支架 的影响 ， 完善综 放工作面顺利过眼的顶底板控制方法。 5 工作 面一 旦揭露溜煤 上山后 ， 必须及 时将 8 煤底板面与溜煤上 山交面线 以下的木垛中的空 间 用煤填实， 立即起动备用局部通风机对溜煤 上山下 段进行通风 ， 以防瓦斯积聚。 6 过眼 5 m后将 8 煤底板面与溜煤上山交面线 以下的木垛拆除 ， 分别在 9煤层顶 、 底板处打上 2道 挡风墙， 间距 3 n ， 中间用罗克休高分子材料充填， 以 5 0 防煤炭 自然发火。 5 结语 自2 0 0 7年 6月 Ⅱ8 2 5 综放工作面正式 回采 以 来 ， 工作面已顺利通过 了 5条溜煤上 山。在过溜煤 上山期间没有发生过工作面 冒顶 ， 支架下沉 、 歪架 、 倒架 ， 以及瓦斯超 限、 煤层 自燃等情况 ， 安全生产原 煤9 0多万 t ， 取得了较好的安全、 经济效益。 责任编辑 吕晋英