九里山矿突出煤层巷道掘进防突技术.pdf

第 2 5卷第 5期 2 0 0 6年 1 0月 河 南 理 工 大 学 学 报 J OURNAL OF HENAN P OLYTE CHNI C UNI VE RSI TY Vo 1 ． 2 5 No． 5 Oc t ． 2 0 0 6 九里山矿突出煤层巷道掘进防突技术 董德斌 ，杨文安，李学臣，张 伟 焦作煤业 集团有限责任公司 九里山矿 。河南 焦作4 5 4 0 0 2 摘要突出煤层煤巷掘进 防突直接 关系到煤矿的安全生产和采掘接 替．在 长期 的生产 实践 中。煤矿科研工作者进行 了深入地研 究，试验 了不同的防突技术措施和工艺，并在不同时期 取得 了较 好 的效果 ．通 过 焦作 矿 区九 里 山矿 1 5 0 1 1工 作 面巷 道 掘 进 期 间 的 瓦斯 防治技 术 实 践，阐述了煤巷掘进防突技术在焦作矿 区的应用与发展 ，并对焦作矿区的煤巷掘进防突技术 进行浅要 的分析与展望． 关键词防突技术；超前排放钻孔；高压注水；水力掏槽 中图分类号T D 7 1 3 ． 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 7 7 3 3 2 2 0 0 6 0 5 0 3 5 1 0 4 O 引 言 煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿安全生产的重大灾害之一 ．为有效防治煤与瓦斯突出，国内外科研 工作者进行了大量的研究与实践 ，先后采取了松动爆破 、超前排放钻孔、深孔控制卸压爆破 、水力化 等多项防突措施 ，有效地降低 了突 出强度和突出次数 ，取得 了明显 的防突效果⋯ 1．但随着矿井开采 深度的加大 ，煤与瓦斯突出危险性 日益增加，以往各项防突措施的局限性 日益显著 ，针对不同的煤层 特点研究针对性的防突措施 ，对于矿井安全生产有着重要的意义． 在众多的突出事故中，根据突出发生的作业地点统计 ，多数发生在煤巷掘进工作面 ，并占所有突 出次数的6 6 ． 2 ％，其平均突出强度为 6 6 ． 9 t ／ 次，煤巷掘进过程中频繁的突出成 为危及职工生命安全 的主要威胁 ．有效 防治煤巷掘进突出，不仅是安全生产的保障，也是加快煤巷掘进速度 ，为回采工作 面消除突出危险性拓展空间和时间的前提．研究煤巷掘进防突技术和工艺是防突工作的重点，是突出 矿井实现高产高效的关键 ，解决严重突出煤层掘进防突技术问题既关系到煤矿职工的切身利益和生命 安全 ，又是振兴煤炭经济的迫切要求 ． 焦煤集团九里山矿 1 5 0 1 1工作面作为九里山矿乃至焦作矿区突出危险性最为严重 的地区之一 引， 更是见证 了焦作矿区煤巷掘进防突技术的进步 ，以下以 1 5 0 1 1 工作面为例 ，对焦作矿区煤巷掘进防突 技术的发展作一简要论述 ． 1 焦作矿区及 1 5 0 1 1工作面突出危险性概况 焦作煤业集团公司现有生产矿井 4 对 ，全为煤与瓦斯突出矿井． 自 1 9 5 6年发生第 1次突出以来 ， 焦作矿区共发生各类瓦斯突出 3 0 0余起 q ] ，煤巷掘进期间最大瓦斯突出强度已达上千吨，涌出瓦斯 2 0万 n l ’ 以上．因此 ，研究煤巷掘进防突措施，焦作矿区科研工作者做 出了长期不懈的努力． 九里山矿于 1 9 8 3 年投产 ，设计生产能力 9 0万 t ／ a ，中央边界分区抽 出式通风 、主副井进风、风 井出风 ．其中，东翼 1 5采区内煤层构造复杂 ，煤质松软，1 5 0 1 1 工作面更为九里 山矿乃至焦作矿区 采掘地区突出最严重的工作面 ．该工作面井 下标高 ⋯2 6 5 3 0 4 m，埋深 4 0 0 m左右 ，煤层倾角为 1 2 ～1 3 。 ，厚度为 5 ． 3 m，顶板 以下赋存有厚度为 0 ． 3 ～1 ． 6 m的软煤分层 ，局部地方全层发育．直接 收稿 日期 2 0 0 6 0 8 2 7 基金项 目国家 自然科学基金资助项 目 5 0 5 0 4 0 0 8 作者简介 董德斌 1 9 5 7 一 ，河南武陟人，工程师 ，从 事煤矿生产及管理工作 E ma i l k y s wa s 1 6 3 ． c o rn 维普资讯 3 5 2 河南理工大学学报 自然科学 版 2 0 0 6 年第 2 5卷 顶为 1 1 ． 2 7 m厚的粉砂岩 ，直接底板为 7 ． 9 6 m厚的泥岩．1 5 0 1 1工作面回风巷实测煤层瓦斯质量体 积为3 1 m 0 一 t r ，瓦斯压力为 1 ． 3 1 4 MP a．工作面设计走向长度为 8 2 0 m，倾斜宽度为 1 2 0 m，掘进巷 道采用爆破掘进，工钢棚支护方式 ，掘进断面面积为 6 ． 6 m2． 自 1 9 9 8年 3月份开始掘进回风巷 ，至 2 0 0 4年 7月份，上下风巷月平均 掘进进尺仅为 2 5 m，掘进 期间发生多次大强度突出，煤与瓦斯突出成为困扰采 区正常接替的重大障碍 ．1 5 0 1 1工作面上下风巷 掘进期间，先后应用了小直径排放钻孔、大直径排放钻孔 、高压注水和水力掏槽等技术措施 ，煤巷掘 进速度和安全面貌逐步得到改善，至 2 0 0 4年 9月 ，创造 了煤巷 月掘进速度 1 1 0 m 的最 高纪录，在 2 0 0 4年 1 1月，工作 面顺利贯通． 2 煤巷掘进防突技术的发展应用 2 ． 1 超前排放钻孔防突技术措施 超前排放钻孔防突技术措施 ，即通过向煤体施工一定 数量孔径 4 2 ～8 9 mm的钻孔，排放工作面煤体 中的瓦斯 ， 并使集中应力向煤体深部推移 ，起到降低或卸除煤体瓦斯 压力和地应力 的作 用 ，消除影响煤与瓦斯突出的主要因 一 素 J ．根据 防治煤与瓦斯突出细则 的有关规定 ，排 放钻孔的有效面积应达到掘进工作面有效控制面积的 3 ％ 以上 ，按照这 一原则 ，采 用直径 4 2 mm 的排放钻孔 时， 一 般需布置 6 0个左右的钻孔 ；而采用直径 8 9 mm的排放 钻孔 ，孔数则一般要达 到 2 4个 以上．超前排放钻孔防突 措施布置示意图如图 1所示 ． 1 5 0 1 1工作面运输巷 自2 0 0 0年 9月开口后，1 5个 月 共掘进 1 9 0 余米，采用大直径或小直径超前排放钻孔防突 措施， 尺值综合指标 法效果检验 ，曾发生 过 1次瓦斯 突 出，突出煤量 1 3 5 t 、瓦斯量 3 4 5 7 4 m0 ；掘进期间 ，喷孔 、 顶钻及响煤炮等动力现象 十分频繁 ，措施效检超标率达 孔 图 l 超前排放钻孔防突措施布置示意 F i g． 1 S k e t c h o f me a s u r e d r i l l i n g h o l e t o a n t i ． o u t b u r s t 2 1 ． 2 ％，采取措施重复率高，巷道掘进速度平均仅为 1 2 m／ 月．回风巷掘进期间采用超前排放钻孔防 突技术措施，效检超标率达到 1 6 ％，发生一起强度为 2 0 0 t 的突出． 采用超前排放钻孔防突措施初期 。虽起到了一定的防突效果，但由于该 区域突出危险性强 ，煤体 透气性差 ，致使措施 占用时间长 、重复率高，严重影响了掘进施工安全和采掘接替． 2 ． 2 高压注水综合防突技术措施 为有效提高煤巷掘进速度 ，改善安全面貌 ，2 0 0 1年 1 2月，在 1 5 0 1 1工作面运输巷进行了高压注 水综合防突技术试验 J ．高压注水综合防突措施 ，即工作面高压注水结合巷旁边掘边抽的技术措施 ， 巷道两侧布置长钻孔抽放工作面前方及两侧煤体瓦斯 ，同时向掘进工作面前方应力集中带 内施工钻孔 进行高压注水 ．该措施通过向掘进工作面前方煤体注人大于煤层上赋岩层应力的高压水 ，使煤体压裂 破坏 ，透气性显著增加 ，游离瓦斯大量释放 ，集中应力 向深部推移．同时，边掘边抽钻孔提前抽放瓦 斯，增大煤体透水性 。有利于煤层注水 ，在注水期间则进一步抽 出煤体裂隙间的游离瓦斯[ ] ． 与超前排放钻孔防突措施相 比，高压注水措施仅需在掘进工作 面布置 3 ～5个 孔径 4 2 mm 的钻 孔，采用 Z F S型水力 自动封孔煤层注水器封孑 L ，措施 时间则 由施工排放钻 孔期间的 3 ～6个工作班 8 h 缩短至 4 h J ．高压注水综合措施布置示意图如图 2 所示 ． 采用高压注水综合防突措施后 ，1 5 0 1 1工作面运输巷掘进速度显著升高 ，最高进尺达到 8 5 m／ , q， 平均掘进速度 6 5 m／ 月 ，措施工程量由原来掘进 1 m施工钻孔 5 4 m，减少到仅需施工 1 0 m；措施效果 检验突出率降为 3 ％，且经 自然排放 2 h后皆解除 了突出危险，试验期间未发生 1次煤与瓦斯动力现 象 ． 维普资讯 第 5 期 董德斌等 九里山矿突出煤层巷道掘进防突技术 3 5 3 2 ． 3 水力掏槽技术措施 随着综合机械化 开采 工艺在焦作矿区的试验成 功，高产高效化矿井的建设步伐逐步加大 ，高压注水 综合防突措施仍无法满足采掘接替的矛盾．为有效防 治煤与瓦斯突出，进一步提高突出地区的煤巷掘进速 度，2 0 0 4年 7月 2 6日开始，在 1 5 0 1 1运输巷掘进工 作面采取了水力掏槽快速掘进方法 ．水力掏槽措施的 基本原理是在进行采掘工作之前，使用高压水射流在 突出危险煤层 中冲出直径 较大的孔洞【 7 】 ．掏槽 过程 中排出了大量瓦斯和一定数量的煤炭 ，在煤体 中形成 一 定的卸压、排放瓦斯区域 ，从而消除掘进工作面前 方一定范围内的煤与瓦斯突出危险 ，起到预防突出发 生的效果．水力掏槽措施实质就是外力在较短时间内 破坏煤体的原有平衡稳定状态 ，部分煤体破碎抛出， 过 程[ 8 1 ． 图2 高压注水综合防突措施布置示意 F i g． 2 S k e t c h o f Hi g h - p r e s s u r e wa t e r fl o o d i n g c o mp reh e n s i v e a n t i - o u t b u r s t me u re 促使所受应力状态发生变化 ，并释放大量瓦斯的 ． 水力掏槽后巷道掘进期间，炮后瓦斯浓度超标现象及幅度显著降低 ，很好地保证了煤巷掘进期间 的施工安全．截至 2 0 0 4年 1 2月底 ，九里山矿应用水力掏槽快速掘进措施 ，共掏槽 7 6次，累计安全 掘进突出煤层巷道4 5 4 ． 5 IT I ，效检 1 7 3次 ，效检超标率 4 ． 6 ％ 超标 8次 ；爆破 2 0 7次 ，炮后瓦斯超 标 1 7 ． 4 ％；效检无突出危险准确率达到 1 0 0 ％．经过水力掏槽措施，1 5 0 1 1运输巷 2 0 0 4年 9月份实 现了月进尺 1 1 0 I T I 的最高掘进速度 ，平均达到 1 0 1 IT I ／ 月．与该巷道采用排放钻孔措施时相 比，比计 划提前一年时间将 1 5 0 1 1 工作面贯通． 该措施与超前排放钻孔措施和高压注水措施相 比，实现了措施期间的无人值守 ，措施时间进一步 缩短 ，每循环仅需 2 0 mi n ．在严密的安全防护措施下 ，实现了掘进速度与安全面貌 的进一步改观． 3 结 语 随着矿井开采深度的加大 ，煤层瓦斯含量和瓦斯压力 日益升高，煤与瓦斯突出危 险性逐渐加大． 以往各种防突措施的局限性 和片面性 日益显现．同时，在施工防突措施钻孔期间的瓦斯动力现象时有 发生 ．1 5 0 1 1工作面通过在煤巷掘进防突技术方面的不断试验与发展 ，煤巷掘进施工安全面貌得到 了 一 步步的改善，煤巷掘进防突技术也 由原来耗 费大量人力物力施工措施钻孔发展到措施期间无人值 守 ．实践证 明，煤巷掘进防突不仅需要研究快速高效的技术措施 ，还应从根本上实现防突措施本身的 安 全性 ． 焦煤集团随着 防突研究与实践的不断深入 ，防突理念也发生了转变 ，“ 风量足、断面够、系统顺 、 设施牢”成为煤巷掘进防突的基本原则 ，在防突工艺上也从复杂到简单 、从施工安全向本质安全发 展，寻求区域性的防突技术措施更成为治理煤与瓦斯突出的研究方向． 参考文献 [ 1 ] 于不凡 ，王佑安 ．煤矿瓦斯灾 害防治及利用技术手册 [ M] ．j E 京 煤炭工业 出版社 ，2 0 0 0 ． [ 2 ] 单智勇．浅谈掘进工作面瓦斯防治 [ M]∥矿井通风安全技术应用与研究．徐州中国矿业大学出版社， 2 00 433 7- 3 43． [ 3 ] 郝吉生 。袁崇孚 ，张 子 戌．构 造 煤 及其 对煤 与瓦斯 突出 的控 制 作用[ J ] ．焦 作 工学 院 学 报 自然科 学 版 ， 2 0 0 0 ， 1 9 6 4 0 3 4 0 6 ． [ 4 ] 李学臣 ，张书军 ．高压注水防治瓦斯 突出试验研究 [ J ] ．焦作工学院学报 自然科 学版 ，2 0 0 4 ，2 3 1 7 1 0 ． [ 5 ] 魏 国营 ，辛新平 ．中高压注水防治掘进工作面的瓦斯突出 [ J ] ．煤炭科学技术 ，2 0 0 5 ，3 3 5 5 6 6 8 ． [ 6 ] 李志强 ，王兆丰 ．煤巷掘进工 作面中高压注 水措施消 突机 理研究 [ J ] ．焦作工 学院学报 自然科 学版 ，2 0 0 4 ， 2 4 3 1 6 5 - 1 6 9 ． 维普资讯 3 5 4 河南理工大学学报 自然科学 版 2 0 0 6年第 2 5卷 [ 7 ] 魏国营，谢伦荣 ，单智勇，等．水力掏槽防治煤巷掘进突出技术研究 [ C]∥河南省煤炭学会 2 0 0 6年论文集 徐州 中国矿业大学出版社 ，2 0 0 6 7 9 - 8 4 ． [ 8 ] 林伯泉 ，周世 宁．煤巷卸压槽及其防突作用机理的初步研究[ J ] ．岩 土工程学 报 ，1 9 9 5 ，1 7 3 3 2 3 8 ． Ou t b u r s t P r e v e n t i o n Te c h n i q u e o f Ex c a v a t i n g i n C o a l S e a m o f J i u l i s h a n Mi n e DONG De b i n ，YANG We n - a n，LI Xu e 。 c h e n ， Z HANG W e i J i u l i s h a n C o a l mi n e ，J i a o z u o C o a l I n d u s t r i a l G r o u p C o ． ， L i d． ， J i a o z u o 4 5 4 0 0 2 ，C h i n a Ab s t r a c t Ou t b u r s t p r e v e n t i o n t e c h n i q u e o f e x c a v a t i n g i n c o a l s e a m wi l l b e d i r e c t l y c o n c e r n e d c o l l i e r y s a f e - t y p r o d u c t i o n a n d e x c a v a t e s t a k i n g o v e r ． I n p r o d u c t i o n p r a c t i c e s o f l o n g t e r m， t h e s c i e n t i f i c r e s e a r c h wo r k e r o f t h e c o l l i e r y h a s c a r r i e d o n d e e p g r o u n d r e s e a r c h ， t e s t s d i f f e r e n t o u t b u r s t p r e v e n t i o n t e c h n o l o g i c a l me a s u r e a n d c r a f t ，a n d g e t b e t t e r r e s u l t i n d i f f e r e n t p e r i o d s ．Th e r e s e a r c h g i v e n p r e v e n t i o n o f t h e g a s a n d a d mi n i s t r a t i o n t e c h n o l o g y t O p r a c t i s e t h r o u g h J i u l i s h a n c o a l mi n e 1 5 0 1 1 f a c e i n e x c a v a t i n g o f J i a o z u o mi n i n g a r e a ，b r i e f l y e x p l a i n e d t h e a p p l i c a t i o n a n d d e v e l o p me n t o f o u t b u r s t p r e v e n t i o n t e c h n i q u e o f e x c a v a t i n g i n c o a l r o a d wa y ，mi n i n g a r e a o f J i a o z u o，a n d g i v e s i mp l e a n a l y s i s a n d p r o s p e c t 、 Ke y wo r d s o u t b u r s t p r e v e n t i o n t e c h n i q u e ； r u n b e f o r e t o e x h a u s t t o d r i l l a h o l e ； h i g h p r e s s u r e wa t e r f l o o d i n g；h y d r a u l i c s l o t t i n g 科技论文参考文献著录 的 目的 责任编辑杨玉东 1 著录参考文献可以反映论文作者的科学态度和论文具有真实 、广泛的科学依据 ，也反映了论 文的起点和深度 ．科学技术研究工作都有继承性，现在的研究都是在过去的研究基础上进行的 ，今人 的研究成果或研究工作一般都是前人研究成果或研究工作 的继续和发展 ．因此 ；在论文 中涉及研究的 背景 、理由、目的等的阐述 ，通过著录参数文献就能明白交待出该论文的起点和深度 ．这在一定程度 上为论文审阅者、编者和读者评估论文的价值与水平提供 了客观依据、 2 著录参考文献 ，能方便地将论文作者的成果与他人研究成果区别开来 ．论文所报道 的研究成 果虽然是论文作者 自己的 ，但在阐述和论证过程中免不了要引用前人的研究成果 ，包括观点 、方法、 数据等．若对引用部分加以标注 ，则他人 的成果将表示得十分清楚 ．这不仅表 明了论文作者对他人劳 动的尊重 ，而且也免除了抄袭、剽窃他人成果的嫌疑． 3 著录参考文献能起索引作用．读者通过著录的参考文献 ，采用追溯法 即可方便地查阅到与此 研究方向相关 的一系列文献资料． 4 著录参考文献能够节省文章篇 幅．论文 中需要表达 的某些 内容 ，凡 已有文献所 载者不必详 述 ，只需标注参考文献顺序编码 ，而将相应的参考文献著 录于文后 即可 ． 5 著录参考文献有助于科技情报人员进行情报研究和文献计量学研究 ． 维普资讯