芦岭煤矿突出煤层石门揭煤的实践.pdf

2 0 0 3 年4月 矿 业安 全 与环保 第3 0 卷第2 期 芦岭煤矿突出煤层石门揭穗硇实跬 史宝方 ， 储得兵 淮北矿 业集团 芦岭煤矿 ， 安徽 宿州 2 3 4 1 1 3 摘要 根据芦岭煤矿突出危险煤层石门揭煤的实践， 针对防突措施技术的演变、 发展过程进行了 筒述， 介绍 了高瓦斯 、 高突出矿 井石门揭煤、 穿煤 的安全简易方法。 关键词 高瓦斯矿井； 石门揭煤； 防突措施 中图分类号 T D 7 1 3 文献标识码 C 芦岭煤矿属高瓦斯、 高突出矿井， 在建井和生产 期间共发生煤与瓦斯突出2 1 次， 突出煤炭总量l 6 O 6 t 、 瓦斯总14 6 1 5 4 m 3 。最大突出煤量3 1 4 t ， 最大突出瓦 斯量 1 2 0 0 0 m3 ；且煤与瓦斯突出事故多发生在石门 揭煤、 穿煤过程中。 在1 9 9 3 年1 月7 日、 1 9 9 7 年l 2 月5 日 的两起突出事故 中 ，造成9 名矿工遇难 ；为此 ，矿 专 门成立 “ 防突区” ，从事石 门揭煤及煤与瓦斯 突 出的研究、治理工作。几年来 ， “ 防突区”利用现 有的技术条件，在短短的几年里，成功、安全地揭 穿 了3 8 个石 门，未发生一起煤与瓦斯突出，取得 了 明显的经济效益 。 1 开采概况及瓦斯赋存特点 芦岭煤矿含煤地层为石炭、 二叠系地层， 主采煤 层为8 g - - 、 9 2、 l 0 号煤3 个煤层， 层间距依次为3 ．5 ， 6 5 m； 其中8 号煤平均厚9 -0 m， 9 号煤平均／g 3 ．0 m ， 1 0 号 煤平均厚2 ． 5 m。 矿井分3 个水平开采 ， 一水平_ 4 0 0 m， 二水平- 5 9 0 m， 三水平- 8 0 0 m； 目前矿井 的生产水平 是一水平、 二水平 。 矿井_ 4 0 0 m 水平瓦斯含量1 6 m 3 ／ t ， 瓦斯压力2 ． 8 3 MP a ， 煤层透气性数2 ． 7 1 x 1 0 之m2 ／ Mp a d ， - 5 9 0 m水平 瓦斯含量2 1 m 3 ／ t ， 瓦斯压力4 ． 5 4 MP a ， 煤层透气性系 数2 ． 9 9 x 1 0 m 2／ M p a d 。瓦斯含量以8 号煤层为最高， 占矿井瓦斯涌出总量的8 0 ％；且8 号、 9 号煤层间距 小， 岩石是较为破碎的砂页岩， 节理、 裂隙十分发育， 给瓦斯流动形成通道。 实际上8 号、 9 号煤层的瓦斯是 联通的， 加之8 号、 9 号煤层比较松软破碎， 煤与瓦斯 突出事故多发生于此。 收稿日期 2 0 0 2 - 0 8 - 0 8 5 0 2 芦岭煤矿 石门揭煤 的回顾 早期的石门揭煤， 没有完善的技术管理办法， 基 本上是凭经验操作。石门揭煤前有时也进行瓦斯压 力测定， 但常常因封孔不严、 水堵等原因， 造成判断 不准； 虽然也采取打排放钻孔等防突措施， 因技术不 过关、 钻孔少、 钻孔不到位， 效果不佳； 在揭穿煤层过 程 中， 多次发生煤与瓦斯突出事故 。1 9 8 2 年以后 ， 矿 成立了专门的防突机构，石门揭煤工作逐步步入了 正轨 ， 揭穿煤层严格按 煤矿安全规程 执行， 煤与 瓦斯突出事故明显下降。 但进入9 o 年代以后 ， 随着矿 井进入二水平生产 ， 瓦斯压力增大、 瓦斯含量增高， 石门在揭穿煤层过程中瓦斯动力现象频繁发生； 于 是， 矿上又采取了金属骨架、 煤体固化等防突措施。 这些措施在使用初期取得了一定的成绩 ，累计安全 揭穿石1 - ] 2 3 个 。但在 1 9 9 7 年l 2 月5日揭穿 Ⅱ8 1 4 - 2 号 石门时 ， 虽然也如前一样采取 了防突措施 ， 并经效果 检验已不具有突出危险；可在施工过程中仍发生了 重大突出事故， 造成6 名矿工遇难。 分析其原因， 主要 有以下几个方面 第l ， 金属骨架作用不大。 金属骨架 一 般使用在薄煤层中，而芦岭煤矿的8 号煤层较厚、 较软， 钻孔距离长 ， 钻孔施工难度大， 金属骨架在煤 层中排列并不能像设计那样，很难起到 “ 屏蔽” 作 用。第2 ， 煤体固化效果不佳。由于8 号、 9 号煤层透气 性小、注入固化液的压力较小及煤体内部瓦斯压力 抵抗作用， 固化液很难渗透到煤体颗粒的裂隙、 孔隙 之间， 使煤体胶结在一起， 而且由于固化液的封闭， 煤体内部的瓦斯及突出的潜能只是被暂时限制， 一 旦获得自由面， 很容易发生突出。 第3 ， 钻孔成孔质量 无法保证。由于石门距离较长， 采取的防突措施又是 维普资讯 2 0 0 3 年4月 矿 业安 全 与环保 第3 0 卷第2 期 一 次性的； 钻孔的距离长， 施工技术难度大， 难免造 成部分钻孔不到位和发生偏差。第4 ， 防突措施效果 检验的准确性得不到保证。由于钻孔距离较长， 深部 的煤样在运行过程 中，很容易和孔 口附近的煤样混 合在一起，那么当时所测定煤样的防突指标值肯定 会偏低 因为孔 口附近煤样 的瓦斯 已经长时间释放 ； 另外 ， 由于卸压孔 、 骨架孔 、 固化孔等钻孔数量较多 ， 检验孔很容易和其它孔“ 串通”，造成所测指标偏 ，低 ； 这样就会容易形成一种无突出危险的假象 如 l I 8 1 4 - 2 眼K - 最大值仅为0 ．2 ， 比 煤与瓦斯突出防治细 则 所规定的指标小1 倍 ， 而在后期施工过程中容易 发生突出。为此， 1 9 9 8 年以后 ， 芦岭煤矿对石门揭煤 进行全方位的认识和研究，撇开了金属骨架和煤体 固化 ，在预抽煤层 瓦斯的基础上采用分步预测 、 检 验、 分段消突的办法。 在1 9 9 8 2 0 0 1 年间实际应用中， 成果显著， 不仅简化了揭煤程序 ， 而且还大大地降低 ’ 了成本， 缩短了石门揭煤的时间； 事实证明这种操作 方法对石 门的揭煤是安全的、 可行的。 3 防突措施及施工方法 3 ． 1 预抽煤层瓦斯 具体施工方法 在距煤层垂距1 0 m 处 ， 打一组抽 放钻孔 ， 孔数1 2 个 ， 孔径9 1 m l n ， 终孔位置在8 号煤层 顶板 ， 控制范围为石门周边5 1 0 m， 见 图1 。预抽煤层 瓦斯 ，是通过钻孔抽出煤层 内的瓦斯 芦岭煤矿于 1 9 7 3 年就已建立了1 5瓦斯抽放系统 ，卸除瓦斯压 力 ， 减少煤层中的瓦斯含量 以防治突出。另外 ， 由于 煤体中的瓦斯被抽出， 使煤体产生收缩变形， 缓和了 煤体应力状态， 释放煤体弹性能， 从而达到削弱直至 消除煤与瓦斯突出的危险。实践表明， 经1 2 1 5 个月 时间的抽放，石门范围内的瓦斯预抽率可达5 0 ％以 上， 瓦斯压力降至1 ． 0 M P a 以下。 岩 轨巷 岩集 巷 图1 预抽瓦斯钻孔施工图 3 ． 2 分步预测、 分段消突 测定瓦斯压力、 K -值及， 值，掌握煤层瓦斯突出危险 程度， 编制防突措施。 第2 步， 在距9 煤层垂距5 m 处施 工钻孔，采取防突措施 ，终孔位置是8 号煤顶板； 并经效果检验，符合 煤与瓦斯突出防治细则规 定 ，编制揭煤措施；在距9 煤层垂距1 ．5 m 处利用震 动炮揭开煤层。第3 步，震动炮揭开煤层后，编制 穿煤层措施 ；穿煤至9 煤层顶板 ，停头进行打钻采 取防 突措施 ，并经效果检 验符合规定方 可继 续穿 煤，必须保留5 m 最小超前距离。第4 步，进入8 号 煤层3 5 m时 ，再次停头进行打钻采取防突措施 ， 施 工程序同上， 然后 ， 以此循环直至到8 号煤层顶板， 扶 好抬棚 I 卜 ． 岩轨巷 岩集巷 图2 分步预测钻孔施工 图 4 实施效果 1 通过实践证明 ， 芦岭煤矿采用 的石 门防突治 理措施是解决突出煤层揭穿煤层行之有效的途径 ， 方法简便易行 ， 施工难度较小。 2 采用分段打钻卸压， 增加钻孔对揭煤石门周 边的覆盖面，对前期钻孔未探到的瓦斯 “ 高压区” 或未能充分卸压的 “ 高压区”得 以重新发现或充分 卸压。 3 采用分段效果检验 ， 检验孔距离短 ， 易施工 ， 检验时煤样真实可靠 、 精确度高 ， 所测 出的防突指标 值准确性也高。 4 采取分步预测、 分段消突措施， 预测的可靠性 提高 ， 钻孔施工的难度低、 钻孔成孔的质量高， 穿煤 过程中安全性好 。 5 以前每个石门揭煤所需的固化液、 金属骨架 等费用高达1 0 余万元， 现在抛开这两项 ， 每年可为矿 上节约1 0 0 , 万元。 6 以前每个石 门揭煤少 I 1,1 2 3 个 月 ， 多则半年 ， 现在只须 1 个月左右即可完成 ； 这不仅加快了揭煤的 进度， 有利于生产接替， 而且还减少事故的发生。 ． 下转第5 3 页 ．51 ． 维普资讯 2 0 0 3 年4月 矿 业安 全与环保 第3 0 舂第2 J _ | 干扰能力， 安装基于窗V I WI N D O WS 平台下的中文版 R S V i e w 3 2 组态包和运行包 ， 通过组态实现与程控装 置的信息交换。 1 -4 _2 P L C 可编过程控制器部分 可编过程控制器是整个控制系统的核心设备， 负责输人输出、 逻辑运算及通讯。P L C 可编过程控制 器部分主要包括以下模块 C P U 模块、电源模块、 通 讯模块、 E E P R O M内存模板、 模拟量输人模板、 机架、 专用电缆等。 1 ． 4 ． 3 系统软件 系统软件包括上位机组态软件和P L C 运行控制 软件两部分。 上位机组态软件为中文版R S V ie w 3 2 开发版软 件，通过组态为最终用户提供可直接进行显示和操 作的人机界面 ， 该软件主要 由系统配置、 监控画面设 计、 报警处理、 数据库设计及安全性设置等几个功能 组件构成，组态后各路输煤控制连锁系统的画面主 要包括 系统总貌画面、 主控画面、 辅助设备监控画 面、 胶带机运行画面、 状态信息浏览画面、 报警显示 画面、 趋势显示画面等。 P L C 运 行控制 软件 为A B 公 司提 供 的9 2 3 4 一 R L D3 0 0 E N E 编程软件 ，整个系统的运行主要 由固化 在P L C 内的控制软件来实现， 该软件编程采用梯形图 语言 ， 主要实现输人 、 输 出量对应在P L C中的地址分 配、 运行控制状态切换及正常、 故障和紧急状态间逻 辑关系的处理， 以及与上位机间的通信协议等功能。 2 系统功能 2 ． 1 控制功能 操作人员能在c 砌1 上对输送方式和控制方式进行 选择， 以实现对整个系统的设备进行控制， 并用动画显 示整个连锁流程， 以箭头的方式指示连锁操作顺序。系 统的控制方式分为集中自动、 连锁手动、 解锁手动及现 场手动操作4 币 lI方式， 通过笱 择启停系统。 2 ． 2 显示功能 总貌画面通过系统的总貌画面显示各条胶带 机和辅助设备的状态。 主控画面通过主控画面动态显示整个连锁流 程及各条胶带机的状态，并以箭头的方式指示连锁 操作顺序。 辅助设备监控画面1 - 通过辅助设备监控画面显 示辅助设备的状态。 胶带机运行画面 通过状态信息浏览画面列表显示 胶带机的工作状态、 控制状态、 实时电流等工作状态。 报警显示画面通过报警显示画面显示胶带机 的温度信号、 速度开关、 堵煤信号 、 烟雾信号 、 重跑 偏、 轻跑偏等状态， 并自动进行相应的报警处理， 同 时予以记录保存。 趋势显示画面 通过趋势显示画面显示胶带机 的实时趋势和历史趋势。 2 ． 3 系统安全保护功能 在控制室操作台上设置紧急停车按钮 ，实现紧 急情况下停止系统所有设备的运转。 3 结语 1 采用P L C 过程控制系统使整个系统的自动化 水平有了很大的提高， 提高了控制系统的可靠性， 解 决了由胶带运输机引发的故障而影响生产的问题， 实现了系统的 自动、 安全和稳定运行。 2 本改造通过设置6 个远程I ／ O 站 ， 由1 根通讯 电 缆直接将信号传输至控制室 ，节省了大量的控制电 缆， 也大大降低了施工和安装费用。 3 由于P L C 系统的灵活性， 可方便地通过改变 应用软件随时改变工艺参数， 增加控制功能。 参考文献 [ 1 ]田瑞庭． 可编程控制器应用技术[ M] ． 北京 机械工业出 版社 ， 1 9 9 4 [ 2 ]郑晟， 巩建平， 张学， 等． 现代可编过程控制器原理与 应用[ M] ． 北京 科学出版社， 1 9 9 9 [ 3 ]贾青． 工控计算机g , L C 的现状和应用[ J ] ． 自 动化博 览， 2 0 0 0 3 责任编辑 吴自立 上接第5 l 页 5 几点建议 1 预抽煤层瓦斯是防止石门揭煤突出的基础， 加大抽放力度 ， 瓦斯总体含量减少 ， 瓦斯压力降低， 才能从根本上解决瓦斯突出问题。 2 防突措施中钻孔质量是关键 ， 没有好的钻孔 质量 ， 防突措施就起不了它应有的作用； 而且容易造 成一种假像， 以致酿成事故、 灾难。 ． 3 加强预测预报、 效果检验的管理， 实施过程确 保其准确性、 可靠性。 4 严格执行 “ 四位一体” 的综合防突措施 ， 切不 可盲 目生产 、 疏忽麻痹 ， 认真执行有关规定 ， 才可将 煤与瓦斯突出事故防患于未然。 责任编辑 吴自立 5 3 维普资讯