地质构造复杂地段揭开突出煤层的体会.doc

地质构造复杂地段揭开突出煤层的体会 摘要通过盐井一矿西翼背斜轴部石门揭煤的亲身实践，分析总结石门揭煤工作中的得与失，并提出建设性的意见。 关键词地质构造复杂 石门揭煤 体会 一.引言 1.煤矿安全规程和防突实施细则规定地质构造复杂地段尽量不布置采掘工作面；确需布置采掘工作面，则要考虑到工作场所的特殊性，各种安全技术措施必须加强。 2.盐井一矿各主井筒石门布置在沥鼻峡背斜轴部西翼，穿过地质构造复杂地带，揭煤施工的困难程度很大。施工人员采取了水力割缝、瓦斯抽放、循环效检、管棚支护等多种防突措施，安全揭开了各煤层，提高了揭煤的安全性和高效性。 二.工程概况 盐井一矿井田位于重庆合川市南，嘉陵江之南岸。为合川市盐井镇，九塘乡所辖。南起4勘探线，北止于嘉陵江边，井田走向长约8.3km，西以沥鼻峡背斜以西嘉陵江槽谷为界，东以须家河底界为界，平均宽约1.54km，面积约12.78km2。一矿井田中心相距合川市城区直距16km，方位南东162，一矿井田中心点地理座标东经10621′00″，北纬2950′42″。一矿井田范围地理座标东经10619′30″10622′00″，北纬2954′00″2956′00″。 井田含煤15层，一般811层，其中K2、K7全区可采，K14、K12、K10、K9、K4为大部分可采煤层，其余为不可采或局部可采煤层。就可采和大部分可采煤层而言，井筒先后依次揭开K14、K12、K10、K9、K7、K4、K2煤层。 盐井一矿开采隐伏背斜东翼煤层，由于西翼煤层因无地质钻孔控制，地质瓦斯情况不清，矿井精查工作仅对东翼进行了勘探。东翼取样时认为K2、K4、K7为有突出危险，K9、K10、K12、K14则无定论，精查时均未见煤层喷孔现象，但在煤层底板茅口灰岩作抽水试验时，有瓦斯喷出（主要为H2S）。 盐井一矿井建期间开拓巷道布置在盐井煤田沥鼻峡背斜轴部，在背斜西翼开口，穿过东翼急倾斜煤层，进入东翼煤层进行开采。现阶段完成了西翼各井巷揭穿西翼煤层的工作。（附图1矿区井巷布置剖面图） 图1矿区井巷布置剖面图 从东翼揭露煤层产状可以看出煤层受压扭性断层影响，煤层厚度变化大，赋存极不稳定，构造裂隙发育，层位紊乱。（附图2轨道石门地质剖面图） 附图2轨道石门地质切面图 三.揭开突出煤层基本方法 1. 在石门工作面掘至距煤层20m（垂距）之前，至少打七个穿透煤层全厚且进入顶（底）板不小于0.5m的前探钻孔，并详细记录岩芯资料。钻孔控制在巷道轮廓线周围，终孔间距不少于20m。 2.在距煤层8～10m（垂距）之前，进行煤层瓦斯压力测定和突出危险性预测预报；评价为有突出危险性后，进行抽排钻孔施工和瓦斯抽放工作。 抽排钻孔控制范围顶部和左右帮控制在巷道轮廓线外15m，底部控制在巷道轮廓线外10m。 3.在距煤层3～5m（垂距）时，进行抽排措施效果检验。效检孔设计为9个，控制在抽排钻孔轮廓线边缘。 4. 在距煤层2m（垂距）时，施工管棚。管棚穿透全煤并进入煤层顶板1m。 5. 在距煤层2m（垂距）时，远距离放炮揭煤，全井筒撤人。 6.采用钢格栅锚网喷支护，执行循环效检措施和补充防突措施，直到进入煤层底板2m。（附防突措施实施情况表） 表1 防突措施实施情况表 地点 主井k4-k2 轨道石门k10-k7 轨道石门k4-k2 回风石门k4-k2 地质探孔（个） 5 5 5 5 煤层瓦斯压力 1.29 抽排钻孔数（个） 132 91 119 101 洗孔数（个） 55 47 83 58 洗孔煤量 25 kg/孔 18 kg/孔 31kg/孔 22 kg/孔 喷孔卡钻 喷卡钻严重 少量轻微喷孔 少量轻微喷孔 腰线下喷孔 煤层总厚（m） 2.59 2.0 2.44 3.77 抽排瓦斯量（m3） 59795 24731 31887 62194 抽排时间（天） 26 31 28 31 抽排率（） 92 55.4 55.4 63.75 效检情况 0.1～0.38 0.01～0.26 0.01 0.01～0.37 揭煤后瓦斯浓度（） 5 2 2 3 四.石门揭煤工作的效果 1.实施了水力割缝防突技术，取得了显著的效果。 对煤厚在0.5m以上的煤层，均实施了水力割缝防突处理。水力割缝实施效果见下表。（水力割缝对比分析表） 割缝前后瓦斯浓度、流量对比表 孔号 割缝前浓度 割缝后浓度 割缝前后浓度比值 割缝前流量l/min 割缝后流量l/min 割缝前后流量比值 实际出煤量kg 10-2 28 72 2.57 0. 46 2.44 5.3 12.2 10-3 60 95 1.58 1.63 7.86 4.8 60.7 10-4 65 100 1.54 1.58 8.12 5.1 72.1 9-3 1.5 2.3 1.53 0.34 1.53 4.5 10.8 9-4 62 100 1.61 1.82 8.55 4.7 70.2 备注割缝压力25MPa，钻孔出煤量约5kg/min。 从上表中可以看出，经过割缝以后，钻孔瓦斯浓度、单孔瓦斯流量都比割缝前有很大提高，瓦斯浓度提高1.5倍以上，单孔瓦斯流量提高将近5倍。割缝后钻孔瓦斯流量的增加，关键在于割缝后造成煤体部分卸压，增大了煤层的透气性系数。因此，高压磨料射流割缝措施对于在地应力大，煤质松软，易于流变的煤层是比较有效的。 主井K2煤层部分钻孔效检指标测定数据 左帮 （未割缝） 孔深 （m） K1值 右帮 （割缝） 孔深 （m） K1值 1 12.8 0.66 1 11 0.13 2 9.8 0.54 2 12 0.09 3 12.8 0.66 3 10.4 0.2 4 9.8 0.54 4 13.4 0.02 5 13.2 0.73 5 14.4 0.11 6 12.5 0.71 6 13.5 0.05 7 11.2 0.28 7 14.5 0.02 8 9.7 0.59 8 15.2 0.04 9 9.7 0.38 9 12.2 0 10 1.6 0.67 10 15.2 0.27 从上表可以看出，对于统计的10个左帮未割缝的钻孔效检指标K1值超标的达到8个，同期，右帮采取割缝措施的钻孔，其效检指标均未达到或超过临界值，最大的K1值仅为0.27。由此可见，通过高压磨料射流钻割措施的执行，大大降低了揭煤作业过程中煤体的突出危险性。 抽放时间由原来的三个月缩短到一个月。揭煤炮后迎头瓦斯浓度约3，大大低于采取直接钻孔后抽放措施的揭煤炮后瓦斯浓度。 2.根据瓦斯压力和瓦斯涌出量等进行分析，调整了抽排范围，达到了消突的目的。 由于轨道石门在施工地质钻孔时，显现瓦斯压力不大，瓦斯涌出量变化不明显，初步判定该石门突出危险性不大，采用预测预报防突钻孔施工方法。在钻孔同时，进行预测预报工作，在超标孔实施水力割缝，自然排放到所有钻孔施工完成后进行效果检验。施工抽排钻孔91个，控制范围为10-5m，水力割缝施工47个钻孔，直接排放，减少了工程量和能耗，同样达到消突目的。 3.坚持使用了金属骨架防突措施，消除了因冒落引起的突出事故。 由于构造的作用，石门围岩比较破碎，加上水力割缝影响，煤层的松散性增大。煤岩层产状为急倾斜，因重力作用也容易冒落。为了防止此类现象发生，在距煤层真厚2m时，在巷道拱基线上施工一排金属骨架孔，孔间距200mm，孔径32mm，穿透煤层进入底板1m。使其在揭露后，不会大量冒落，并用片石进行充填，帮顶接触严密，喷射砼进行封闭保护围岩。 4.进行防突出科研工作，收集了瓦斯基本参数，并根据各煤层的具体情况开展防突工作。 在进行科研工作中，对主石门、回风石门进行了瓦斯基本收集。测定了3个K14-K2煤层综合瓦斯压力，煤体坚固性系数（f）、瓦斯放散初速度（Δp）、瓦斯吸附常数（a,b）等均为9个、3个煤层透气性系数（λ）、9个工业性分析以及1个微观空隙分析。通过以上基本参数的测定，基本掌握了揭煤期间煤体瓦斯赋存的情况，为正确的揭煤分析以及合理的揭煤措施制定提供了科学的依据。 根据薄煤层、中厚煤层的特点，采取中厚煤层全部钻孔割缝，薄煤层部分割缝或环状割缝的施工工艺，保证在两月内达到揭煤施工要求。 5.对各抽排钻孔在水力割缝后进行了抽放。 矿井购置了两台20m3移动瓦斯抽放泵，对主井和回风石门的抽排钻孔进行了施工后的抽放瓦斯处理，分别抽了一个月左右，抽放瓦斯量分别为59795m3和62194 m3，且抽放时间由原来三个月缩短到一个月，抽放效果明显。 6.揭煤时间大大缩短，保证了重节点工程施工。 主井揭k4、k2煤层抽排时间为三个月，回风井已缩短到二个月，轨道石门揭k4、k2煤层抽放时间已缩短到一个月。揭煤施工时间总工期缩短，保证了节点工程施工按期完成。 7.揭煤措施的严肃性与灵活性相统一 盐井矿区是煤层多，煤层层间距较小，由于地质构造的作用，煤层层间距变化大，煤层厚度变化大，因而防突施工没有固定的施工模式和施工程序。采用遇见煤层就执行循环效果检验，执行循环掘进措施，放炮执行全井筒撤人。 施工过程中，煤层组施工虽然工程量大，但措施执行到位，管理到位，未发生突出事故。 五.石门揭煤工作存在的问题 1.没有对所有的防突煤层进行相关瓦斯参数测定或预测预报。 在已揭石门中，仅对主石门和回风石门进行了瓦斯参数测定，并采取了相应的防突措施，但轨道石门和人车井揭煤没有开展这方面的工作，仍按相同的防突措施施工。而该地点k14～k7煤层较薄，硬度较大，受断层挤压，瓦斯涌入围岩裂隙内，因此在钻孔施工过程中，几乎无瓦斯喷孔现象，煤的硬度较大，。此类防突头面，可采取降低防突措施等级的方法处理。 2.抽放系统能力不足，导致影响抽放效果。 现有移动抽放泵抽放能力为20m3/min，抽放管路管径为150mm，抽放管路长度约1000m，抽放支管管径为25mm。若抽中厚煤层瓦斯，按防突管理规定和能投集团规定钻孔数达140个，瓦斯抽排量达6万m3。孔口负压小，抽放流量小，整个系统抽放能力不足，会出现主石门揭k2～k4煤层效检始终超标的现象。 3.水力割缝钻扩一体工艺技术还未成熟。 现施工工艺受钻头强度影响，只能用岩石钻头钻进到煤层后，换用切割钻头施工。增加了施工工序和工作量，延长了施工时间，效率降低了20。分次割缝施工，煤层层位不好控制。 4.没有专门的防突施工队伍。 现有打钻人员25人，无经过培训的防突员，没有专门的通风管理人员，导致多头面时无人施工，专业人员配备不足，不能按专业要求开展工作，影响了防突施工质量、施工进度、施工水平和管理水平。 六.建议 1.将防突科研工作纳入日常防突工作中，进行常规作业。 将煤层瓦斯储量、硬度系数、瓦斯压力及抽排后的瓦斯储量测定等工作纳入日常工作范畴，在进行防突施工前必须进行相关瓦斯参数的测定，与防突预测预报工作结合起来，根据突出等级分别进行防突措施施工，做到科学合理经济的防突理念。 可使用瓦斯参数快速测定仪、安全监控系统预测预报、防突仪预测预报等。 2.改善抽放系统能力。 尽快建成固定抽放泵系统，抽放支管增大为100mm，用马丽散封孔，封孔长度不小于5m，加强测流、测压和放水管理，抽放管路上架，保证抽放效果。 3.水力割缝施工使用钻割一体工艺，减少上下钻杆时间，提高钻孔施工速度。 2009年盐井一矿防突施工以揭煤和抽放钻孔施工为主。抽放钻孔长度为30～50m，换一次钻头约需1小时；揭煤钻孔以煤层组施工，穿一层煤换一次钻头，若打完了一个孔再换钻头，煤层层们又不好控制。因此使用钻割一体钻孔施工技术是很有必要的。 4.采用先进的防突施工技术，提高防突施工能力和效率。 贵州松河煤矿在厚煤层中用美固364固化煤层＋抽放防突技术已获得成功，盐井一矿采用美固364对裂隙瓦斯治理取得成效，现盐井一矿有较熟练的注浆施工队伍和管理人员，已具备了厚煤层固化防突的技术实力。预计2009年在盐井一矿厚煤层揭煤防突施工中运用该项技术。 运用该项技术后，争取达到钻孔施工完成就可揭煤的施工水平，消除煤与瓦斯突出威胁，缩短防突施工期。 5.配足防突施工管理人员和技术工人，完善防突手段，提高防突管理水平。 按2009年基建工程安排，盐井矿区防突施工进尺达10万m以上，因此需要配备打钻班9个（30人），防突员8名，专职通风管理人员2名。 建立防突室。将防突科研与生产实际结合起来，必须要增加防突仪器仪表和操作人员，建立起与生产相适应的科研机制，保证生产安全需要。 七.小结 在盐井一矿西翼地质构造复杂地段进行石门揭煤施工，在严格执行煤矿安全规程和防突实施细则相关规定情况下，采取了严肃性与灵活性相统一的安全技术策略，实施以水力割缝、瓦斯抽放为主的防突措施，并辅以管棚支护和完善的安全防护措施，提高了揭煤效率，有效防止了煤与瓦斯突出事故的发生。 分析了揭煤施工存在问题，并提出了建设性的施工管理方案。 参考文献 1.煤矿安全规程，2004年版。 2.防突实施细则，2006年版。 3.盐井一矿快速安全揭煤技术报告，2008年。 4.盐井一矿相关技术作业规程。