刘庄矿揭煤设计.doc

安徽新集刘庄煤矿 煤炭科学研究总院抚顺分院 -720回风石门揭穿13-1煤层防突措施设计说明书 CCRI.FUSHUN BRANCH 密级 项目编号 CCRI.FUSHUN BRANCH 安徽新集刘庄矿业有限公司 -720回风石门揭穿13-1煤层防突措施设计 说 明 书 煤炭科学研究总院抚顺分院 二00五年二月 前 言 煤炭科学研究总院抚顺分院受安徽新集刘庄矿业有限公司的委托，对在建的刘庄矿瓦斯基础参数及矿井危险程度评价，按照合同内容要求，于二00五年二月对在建矿井刘庄矿-720回风石门揭穿16-1、13-1煤层安全技术措施进行了初步设计，并编制了“刘庄矿-720回风石门揭穿13-1煤层防突措施说明书”，“刘庄矿-720回风石门揭穿13-1煤层震动放炮设计说明书”初稿，并于二月初提供安徽新集刘庄矿业公司审查，通过双方详尽的讨论，对设计初稿进行了补充修改，数易其稿，经煤炭科学研究总院抚顺分院专家审定现提交安徽新集刘庄矿业有限公司。 在整个初步设计过程中，得到了矿业公司及国投新集公司有关领导及工程技术人员的大力支持与协助，使该项工作得以顺利进行，在此深表谢意。 项目完成单位煤炭科学研究总院抚顺分院 项目负责人陈大力 研 究 员 研究室主任 工作人员孙晓军 助理工程师 张劲松 助理工程师 报告审定王魁军 研 究 员 院总工程师 王玉武 高级工程师 科技部主任 报告审批罗海珠 研 究 员 副院长 1. 矿井概况 刘庄矿为国投新集股份公司新近开发建设的在建的特大型矿井，设计生产能力8.0Mt/a，一期生产能力4.0Mt/a。于03年开始建设，刘庄矿位于安徽省颖上县境内距县城XXKm，北与淮南矿区的谢桥矿毗邻 ，西与新集一矿井田接壤。 1.1地层 刘庄井田属于全隐蔽含煤区，钻探所及地层由老到新依次有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系和第四系。 1.2构造 本井田位于淮南复向斜中的次一级褶皱陈桥背斜之南翼，基岩由原地系统与推覆体两部分组成。其中原地系统的总体形态为一轴向NWW的不对称向斜之西部转折端，北翼地层走向近东西，倾角浅陡 （10～20）深缓（3～5）；南翼地层比较平缓，大部分为推覆构造所切割，形态保存不完整；转折端部分则呈窄小的马鞍平台，其两侧地层的走向呈相向凸出的弧形，分别向NW和SE两个方向倾斜。按构造形态及断层分布情况，自西向东可分为F12～F14、F14～F19和F19～F5三部分。推覆体为阜凤逆冲断层的上盘，主要由寒武系和石炭、二叠系组成，该部分地层走向混乱，倾向多变，规律性不明显。 精查地质资料和F22～F31块段高分辨率三维地震资料表明本井田共发现最大落差大于等于15m的断层80条，其中正断层72条，逆断层8条。此外，尚有落差小于15m而大于等于5m的断层76条。断层的展布方向以NE向为主，NWW向次之，NW向甚少。主要断层特征见表1-2-2。 原地系统的F14～F5块段内共有断层71条，其中正断层66条，逆断层5条。按最大落差大小区分，大于等于100m的有6条，小于100m而大于等于50m的有8条，小于50m而大于等于30m的有18条，小于 30m而大于等于15m的有39条。此外，尚有落差小于15m而大于等于5m的断层若干条。 本井田原地系统的次一级褶曲不甚发育，但推覆体的煤系内却发育有两向两背的不对称紧密褶皱。 1.3煤系及煤层 本井田的煤系地层为石炭、二叠系，其中二叠系的山西组与上、下石盒子组为主要含煤层段。 井田内二叠系的含煤层段总厚度约为719m，共含煤30余层，煤层总厚度32.82m，含煤系数为4.6。共有可采煤层13层，平均总厚度27.58m；其中13-1、11-2、8、5和1煤层为主要可采煤层，平均总厚度18.51m，占可采煤层总厚度的67.1；17-1、16-1、11-1、9、7-2、6-1、5-1和4煤层为次要可采煤层，平均总厚度9.07m，占可采煤层总厚度的32.9。各可采煤层主要间距见下表 层位 间 距m 最小 最大 平均 18 48.79 64.87 55.92 17-1 4.04 15.44 9.57 16-1 75.28 103.32 88.20 13-1 59.27 78.75 70.01 11-2 0.39 5.60 2.92 11-1 60.16 75.48 66.92 9 5.74 24.04 11.81 8 1.63 11.26 5.40 7-2 16.98 39.99 24.59 6-1 2.03 16.07 10.83 5 0.00 2.84 2.20 5-1 2.64 7.86 5.35 4 75.42 103.52 90.09 1 11.95 21.02 16.13 C3 可采煤层间距表 表5-2-2 1. 4煤质 各可采煤层主要煤质特征 本井田的可采煤层主要属中灰、低硫～特低硫、低磷～特低磷、高挥发份、中等发热量、具弱粘结性、高熔～难熔灰分和富油～高油的气煤，尚有极少量的1/3焦煤和1/2中粘煤。各煤层均难洗选。可作电力、配焦、化工、锅炉和生活用煤。 1.5顶底板情况 主要可采煤层顶、底板岩石力学特征 本井田主要可采煤层的顶板，除1煤层以砂岩为主外，其余均以泥岩、砂质泥岩为主，少量为砂岩；其中泥岩的抗压强度较低，砂质泥岩稍高，砂岩比较高。不同的岩性作为直接顶板的稳定性分类表明泥岩属不稳定类，砂质泥岩属不稳定～中等稳定类，砂岩属中等稳定～稳定类。底板多为泥岩和砂质泥岩。由此可见，本井田主要可采煤层除1煤层外，顶板岩石的工程地质条件均比较差，巷道支护和顶板管理较为困难。望有关部门加强对井下岩体工程地质研究，确保矿井建设与生产的安全。 1.6瓦斯 本井田自基岩界面向下垂深平均约210m为瓦斯风化带与瓦斯带的分界面。从据各主要可采煤层的瓦斯含量与煤层埋深之间的相关关系式计算的不同水平平均瓦斯含量来看，13-1和5煤层的瓦斯含量较大，11-2和8煤层较小。 水平瓦斯含量表 表1 煤 深 层 度 13-1 11-2 8 5 1 -500 1.54 1.13 0.15 0.64 0.13 -600 2.44 1.62 0.72 1.97 1.03 -700 3.34 2.11 1.29 3.30 1.93 -800 4.24 2.60 1.86 4.63 2.83 -900 5.14 3.09 2.43 5.96 3.73 -1000 6.04 3.58 3.00 7.29 4.63 梯度m/ m3/t燃 111 204 175 75 111 瓦斯实测最大值一览表 表2 煤项 层目 13-1 11-2 8 5 1 孔 号 157 157 158 158 十六22 标 高 -826.69 -895.95 -832.60 -884.44 -800.61 距基岩界面深度 m 568.48 635.76 466.55 519.54 405.41 瓦斯含量m3/t燃 6.05 7.13 4.17 8.86 5.23 瓦斯成份 90.58 70.41 78.03 80.58 93.19 1.7煤尘与自燃 本井田各可采煤层的煤尘均具有爆炸性。煤的自燃倾向性为很易自燃～不自燃。主要可采煤层中，11-2、8和5煤层很易自燃，1煤层易自燃，13-1煤层不易自燃。各煤层的自燃发火期为3～6个月。 1.8地温 本井田的恒温带深度为自地表向下30m，相应的温度为16.8℃。 实测地温资料表明本井田地温有随深度的增加而增高的趋势。其中井田南部地温梯度小于3℃/百米，属地温正常区；北部地温梯度多大于3℃/百米，为地温异常区。据各主要可采煤层的地温与其埋深建立的相关关系式计算，-762m水平最高温度为40.3℃,平均38.9℃,已进入二级高温区。 1. 9通风 矿井采用中央并列式通风方式，即主、副井进风，中央回风井回风。 2煤与瓦斯突出 淮南矿区潘谢矿区的潘一、潘二、潘三矿及邻近的谢桥矿与张集矿、新集一矿、二矿，煤层赋存条件、开采条件类似，为毗邻矿井。新集一矿、二矿和谢桥矿以及潘一、潘二、潘三矿在基建和生产过程中均发生过多起煤与瓦斯动力现象。据统计，截止2004年12月底，共发生了40余次煤与瓦斯动力想象，最大的突出强度煤量150t，瓦斯1.0168万m3，突出情况见表1 表1 煤层 矿井 突 出 次 数（次） C13-1 B11-2 B4 B6 D17 A3 合计 潘一矿 11 2 13 潘二矿 2 10 1 1 1 15 潘三矿 12 12 谢桥矿 1 1 新集一矿 新集二矿 经分析研究，上述矿井发生的动力现象主要以倾出、压出为主，突出强度为中、小型，突出发生深度浅，一般为-420m（距基岩面深度182m 左右）以下深处。其中24次为13-1煤层。 3、揭煤防突措施工艺流程 -720回风石门揭13-1煤层防突措施工艺流程如图1所示。 3.1前探钻孔 在回风石门掘进工作面施工到距13-1煤层法线距离10m之前，为了确切得掌握煤层的层位、倾角、厚度、顶底板岩性、地质构造等情况，设计施工四个穿透煤层全厚且进入底板不小于0.5m的前探钻孔（沿巷道走向方向），钻孔参数见表2，其中一号孔为取芯孔，采用75型或150型钻机，钻孔施工时应详细记录岩心资料。由新集刘庄矿公司向抚顺分院提供可靠的煤层地质资料，以便由此为依据对本设计防突措施（排放钻孔）的有关参数进行必要的修正。 前探孔（测压孔）参数表 表2 孔号 方位角（度） 距巷帮（米） 倾角 （度） 初见煤（米） 终见煤（米） 终孔深（米） 1 90 2.5 3 2 90 2.5 -16 3 86 0.9 2 4 94 0.9 2 3.2前探钻孔同时作为测瓦斯压力孔 煤层瓦斯压力测定方法见附录，钻孔成孔后必须在30min内进行封孔测压（封孔长度不得少于12.0m），必须在瓦斯压力值稳定之后（瓦斯压力稳定时间不得少于48小时）可拆表。 3.3前探钻孔同时作为综合指标法预测孔 在取芯时，采集软分层煤样2kg左右，每个孔取一份，送通风实验室，测定煤的瓦斯放散初速度指标（p值）和煤的坚固性系数（f值）。 3.4以上工作由刘庄矿指派一名副总以上领导进行监督实施，抚顺分院进行技术指导，并予以确认。 4、突出危险性预测 4.1 13-1煤层突出危险性评估 图2 防突施工工艺流程图 4.2预测方法 -720回风石门掘进工作面揭13-1煤突出危险性预测，采用钻孔瓦斯涌出初速度法和综合指标法 4.3工艺 （1）因掘凿断面较大（荒断面19.4m2），为了防止误揭13-1煤层，保证预测可靠。在石门工作面掘进至法线距离距13-1煤层3m 处停止掘进，应打4个穿透煤层全厚的钻孔，石门中央布置上、下向各一个，见煤点在石门掘凿断面两侧轮廓线以外2m范围布置2个。 （2）每个钻孔预测两次，既在钻孔进入煤层中部和穿透煤层底板时各1次。 （3）钻孔直径ф50mm，为避免钻孔积水，采用干式钻进，压风排渣。钻机采用75型或150型钻机。 （4）测定钻孔瓦斯涌出初速度qm值，采用抚顺分院研制的多级压差流量计及专用胶囊封孔器。 （5）封孔、测量全过程要求在成孔后2min内完成，封孔后测量室长度为煤层厚度的1/2或煤层厚度相等。 （6）在打钻过程中测得的最大值确定有无危险。 （7）取4个钻孔中测得的最大值确定有无危险。 4.4突出危险临界值 因该煤层处于帷幕注浆控制范围段高内，帷幕注浆后（注浆压力达20Mpa）至使岩体原始应力重新分布，对煤层瓦斯的影响有待进一步考证，且该矿区目前尚无明确的研究指标，故按突出细则中规定的临界值执行。 综合指标 D＞0.25 K＞15 单项指标 qm＞4.0 L/min vr2030 5、揭煤防突措施 鉴于刘庄矿-720回风石门为井田内首次揭穿13-1煤层，且揭煤深度达-720m，且煤层厚度5.91m，为安全起见，本设计根据预测参数而定，如果预测值大于临界值，采用排放钻孔配合深孔松动爆破为主要防突措施。 5.1排放钻孔 （1）既施工排放钻孔，钻孔一次打穿煤层全厚。 （2）钻孔直径75mm，钻孔间距0.6 m0.6m，在控制范围内均匀布孔，终孔距离平均2m，钻孔数目根据其掘凿断面积19.2m2，钻孔数目49个，如图2所示（见附图）。 （3）为加快煤层瓦斯排放，可采用松动爆破为辅助措施。 5.3钻孔施工 （1）因巷道断面较大，为节约打钻时间，安排2台钻机（75型或150型）同时施工。 （2）为保证施工质量，施工单位必须严格按设计施工，施工过程中，应严格控制见煤深度、钻孔深度，喷孔情况及实际钻孔参数，以确定煤层位置、产状和有无地质构造。并根据实际钻孔参数，重新作图，若控制范围不够或钻孔间距过大，应及时补充钻孔。 （3）建立安全可靠的独立通风系统，在建井初期，矿井尚未构成全风压通风时，在石门揭穿突出煤层的全部作业过程中，与此石门有关的其他工作面都必须停止工作。 （4）从打前探钻孔开始，为防备意外揭开煤层使瓦斯喷出或发生瓦斯突出，必须保证通风机对回风石门工作面不间断供风，（风量不少于500m3/min）打钻时应经常检测瓦斯浓度，若打钻时有喷孔，使风流中瓦斯浓度超限，需停止作业，将所有施工人员撤离工作面，切断工作面范围内除扇风机以外所有电源。 （5）应指定专人加强现场观测，并检查工作面有无异常，如发现异常应立即停止作业，工作面人员撤离至安全地带。 （6）作业人员必须携带本安型矿灯和隔离式自救器。 （7）工作面安装瓦斯遥测仪，T1探头悬挂在迎头5m处，T2探头悬挂在回风流中，报警值为0.8，断电值为1.5，断电范围为回风石门掘进工作面除扇风机以外所有电源。 （8）在整个揭煤过程中，必须安排专职瓦斯检查员随时测定瓦斯浓度并做好记录。 5.4瓦斯排放量考察 根据T2探头及回风量所测数据计算瓦斯排放量，以分析瓦斯排放效果。 6、措施效果检验 钻孔排放瓦斯充分卸压后，在3m岩柱外向煤层打4个检查孔，检查孔位于排放孔之间，且距排放孔距离不得小于0.5m，检验孔的布置见排放孔设计图，图2所示（后面附图）。 防突措施效果检验的工艺及指标采用钻孔瓦斯涌出初速度法，当检验的指标低于突出危险临界值，防突措施有效。否则，表明煤层突出危险尚未消除，尚需采取补救措施，如补打排放孔或增加排放时间等，直至突出危险完全消失。 7、安全措施 为了减少因措施效果检验失误或其他不可预见的原因而发生的突出所造成的灾害，以及为了减少因瓦斯超限引起的瓦斯爆炸事故，在石门揭煤整个施工阶段都必须认真采取以下安全措施。 7.1通风 （1）通风系统为压入式 （2）工作面必须装备经校正的瓦斯自动检测报警断电仪。在井下作业的班（组）长、放炮员及工程技术人员必须携带便携式瓦斯检测报警仪。 （3）当风流中瓦斯浓度超过1时，应停止打眼放炮；瓦斯浓度达到1.5时，工作面应停止一切工作，全部人员撤至安全地点。 （4）井下工作面工作人员必须佩带隔离式自救器。 7.2远距离震动放炮 （1）在采取防突措施并经效果检验确认无突出危险，经总工程师批准后，可采用远距离震动放炮揭穿煤层。 （2）必须采用煤矿安全炸药和煤矿许用铜脚线电雷管，且不准掺混使用不同厂家生产或不同品种的电雷管。 （3）全断面一次装药，一次放炮，放炮母线采用现石门施工放炮专用电缆，放炮必须采用大功率电容式发爆器（功率一次起爆150发以上）引爆。 （4）必须采用正向爆破，严禁反向爆破。 （5）放炮工作必须由专职放炮员担任，放炮员、班组长、瓦斯检查员必须在现场执行“一炮三检制”和“三人连锁放炮”。 （6）炮眼长度及封孔长度必须符合煤矿安全规程第329条规定。 （7）放炮地点必须设在风门以外处，全部工作人员撤出风门以外处，放炮时停止回风石门范围内一切作业，矿井内严禁有任何火源及不防爆的机电设备。 （8）放炮前30s停风，放炮后应立即恢复通风。 （9）处理工作面瞎炮，残炮按煤矿安全规程第342条执行。 （10）在整个揭煤过程中应配备一救护小队在地面值班，以应急救护之用。 （11）在整个揭煤过程中，进入工作面的所有工作人员必须携带隔离式自救器，并严禁穿化纤服装和戴电子表。 （12）井下应设临时避难所，避难所内必须设有压风自救设施和与调度直通的电话。 （13）在整个揭煤过程中，矿方应明确1名领导在现场指挥组织实施。 （14）未尽事宜，按煤矿安全规程有关规定执行。 7.3支护 （1）临时支护 过煤段施工时（煤层顶板2m到穿过底板2m处垂直距离），视煤岩体破碎情况而定。采用锚喷挂网（锚杆长1800m，喷厚100mm混凝土），或采用U型棚作为临时支护。 （2）永久支护 过煤段施工时，永久支护设计为。 7.4未尽事宜，按防治煤与瓦斯突出细则执行。 8延期突出的防治 延期突出尽管少见，但在石门类巷道揭煤时发生延期突出的几率最高，它对安全生产及人身安全威胁很大，为预防延期突出，应采取以下措施 （1）一般延期突出均发生在炮后30min以内，为此把放炮后矿山救护队进入工作面检查的时间延长到1h。 （2）加强防突措施的现场施工和管理，确保措施的实施效果，消除由于实施上的偏差而带来的突出隐患。 （3）认真执行钻孔爆破设计及现场施工管理，确保爆破效果达到设计要求，并对井壁及时进行支护。 （4）在施工过程中要指定专人对工作面突出预兆进行观察，发现突出预兆，及时指挥人员带上隔离式自救器，并迅速撤离地面。 9其他 揭煤施工安全技术防护措施由刘庄矿编制及实施。