张集煤矿深部区域安全开采可行性分析.pdf

2 0 1 3 年第 4 期 No ． 4 2 01 3 煤 炭 科 技 COAL S CI ENCE TECHNOL OGY MAGAZI NE 2 7 文章编号 1 0 0 8 3 7 3 1 2 0 1 3 0 4 - 0 0 2 7 - 0 2 张 集煤矿 深部 域安全开采可行性 析 刘金虎 徐州矿务集团有限公司 技术中心 ， 江苏 徐州2 2 1 0 0 6 摘 要 介绍 了张集煤矿安全生产 的现状 ， 分析 了深部 区域开采面临的瓦斯 、 冲击地压 、 水害和 地温等主要危 险源对安全生产的威胁， 评价 了所采取措施的可行性。 关键词 深部开采 ； 危险源； 安全 ； 分析 中图分类号 T D 8 2 文献标志码 B 张集煤矿采用立井多水平开拓 ， 两翼对角通 风 方式。该矿井主生产水平为一 7 0 0 m， 主采 山西组 7 、 9 煤 ， 目前煤量 已近枯竭 ， 相继进入煤柱 回收阶段 。 矿井接续工程一 1 2 6 0 m水平北翼延深开拓 已逐步进 入收尾阶段 ， 预计 2 0 1 4 年上半年具备生产条件。 一 1 2 6 0 r n 深部采 区位于矿井北翼 ， 开采上限为 一 7 0 0 m水平和F 断层， 下限为9 煤一 1 3 0 0 m水平煤层 底板等高线 ， 面积约6 ． 2 7 k m ， 主采山西组 9 煤 ， 煤厚 0 ． 2 ～3 ． 8 2 m， 平均 2 ． 0 1 m， 倾角平均2 0 。 左右。采区设 计生产能力6 0 万t ／ a ， 可安排机械化煤量约 1 3 0 0 万 t 。 1 深部区域开采的主要危险源 1 ． 1 瓦斯 2 0 1 1 年 ， 中国矿业大学对北翼延深一 1 2 6 0 m水 平 9 煤瓦斯参数进行测定 ， 9 煤瓦斯含量平均 1 0 m ／ t 左右 ， 瓦斯压力 1 ． 3 MP a 左右 ， 该采区主采煤层 9 煤 存在瓦斯突出危险l生， 为突出煤层 。 1 ． 2地温 本区地温梯 度为 2 ． 7 7 2 ／ 1 0 0 m， 通过一 1 2 6 0 m 水平落底后对温度的测定 ， 该区域原始岩温4 9 c lC 左 缩成为阻碍经济可持续发展 的瓶颈 。在这种情况 下 ， 中国发展新能源和可再生能源 以及 做好节能工 作是必然的选择。③ 石油对外依存度过大， 储备体 制不健全。2 0 1 1 年 ， 我国原油产量为 2 ． 0 4 亿 t ， 比上 年增长0 ． 3 ％； 原油进口数量达2 ． 5 4 亿 t ， 同比增长 6 ％。预测到 2 0 2 0 年中国原油对外依存度将达到 6 4 ． 5 ％ 8 0 ％。④ 能源人均占有量低， 能源资源分 布不均 。中国人均能源探 明储量只有世界平均水平 的3 3 ％。⑤ 能源利用率低 ， 能源环境问题突出。 右。2 0 1 1 年 5 月 ， 一 1 2 6 0 m车场形成全负压通风系 统 ， 该 区风量 1 9 0 5 m ／ m i n ， 掘进工作面夏季 最高温 度 3 2℃， 冬季最高温度 2 5 q c 。高温热害问题显现。 1 ． 3冲击地 压 2 0 1 0年张集煤矿委托煤炭科学研究 总院北京 研究院对一 1 2 6 0 IT I 水平延伸采区9 煤及顶板冲击倾 向性进行鉴定， 结论为弱冲击倾向性。该区大断层 密集 ， 应力集 中， 具有发生冲击地压的可能性 。 1 ． 4巷道支护 矿井开拓进入一 1 2 6 0 m水平后 ， 巷道围岩呈现 软岩特性 明显 ， 巷道变形 、 底鼓 、 两帮收缩变形、 锚杆 崩断等较为严重。 1 ． 5 矿井涌水 该矿的水文条件属于中等。深部区域主采山西 组 9 煤 ， 直接充水水源为顶板砂岩裂隙水 ， 充水因素 相对 简单 。矿井历 年平均涌水量为 3 7 2 ． 2 m ／ h ， 最 高涌水量为5 7 6 m ／ h ， 矿井涌水略有下降趋势。 从 以上开采条件可 以看出 ， 该矿一 1 2 6 0 m深部 开采面临着高瓦斯防突、 地温热害、 软岩支护及冲击 地压防治 、 水害等诸多难题。 ． 幸 } 々 争 斗啼 争 争 啐 啼峥 ． 孛 能源安全可采取多方面的措施 ， 而节能是实现 能源安全的一条重要措施 ， 两者可互为促进， 良J生 互 动 ， 共同提高。 作者 简介 许祥左 1 9 5 9 一 ， 男， 江苏滨海人 ， 1 9 8 2 年毕 业于淮南矿业学院煤田地质专业， 徐州矿务集团有限公司 环境保护处研究员级高级工程师， 正高级经济师， 国有企业 一 级法律顾 问 正高级 。 收稿 日期 2 0 1 3 0 5 0 9 2 8 煤炭科技 2 0 1 3 年第4 期 2 深部开采主要灾害的防治 2 ． 1 瓦斯 灾害的预 防控制 2 ． 1 ． 1 优化通风 系统 ， 提 高矿 井抗 灾能力 为进一步优化矿井一 1 2 6 0 m水平通风系统 ， 2 0 1 1 年底完成 了矿井通风系统 的改造 ， 矿井通风方 式由原先的两翼对角式变为混合式， 中央风井、 东风 井分别安装了两台高效轴流式通风机 ， 现行通风系 统运行稳定， 通风设备齐全、 可靠， 风量充足， 且采区 具备 完整 的独立 通风 系统 ， 能够满足 安全生产 的 要求 。 2 ． 1 ． 2建立瓦斯综合治理体 系， 严格执行“ 四位一 体 ” 的综 合 防 突措施 1 建立了地面固定瓦斯抽采系统 ， 该系统抽 采能力为 4 1 2 m ／ mi n 。针对一 7 0 0 m临时抽放系统管 路长 ， 终端抽采负压偏低及流量偏小等问题 ， 及时将 该抽采泵站挪至一 1 2 6 0 m水平 ， 利用两套 系统根据 瓦斯的来源和抽采效果分源抽采。 2 2 0 1 1 年与中国矿业大学合作完成了 一 1 2 6 0 m深部采 区首采面区域防突设计方案 石门揭煤区 域性 防突措施 、 顺层 长钻预抽煤巷条带 顺层钻孔 预测回采工作面区域措施 ， 在煤巷巷帮开挖钻场 ， 并 在钻场内使用大功率钻机施工顺层超长钻孔 ， 进行 瓦斯预抽。 3 加强揭煤过程的控制 ， 稳步实施延深揭煤 防突工程 ， 采用水力预裂消突揭煤 ， 严把探煤 、 预测 、 防突措施 、 措施效果检验 、 验证 、 揭煤 、 过煤 门等各个 环节的安全管理 。 4 矿井引进 了C MS 1 6 2 0 0 ／ 8 0 型大功率钻 车 及德 国戴尔曼 千米定 向钻机 ， 进行大埋深 、 高地应 力 、 低透气性煤层赋存条件下深孔钻进技术的探索 和研究 ， 不断提高钻孔施T效率 ， 实现深部防突条件 下安全快速掘进。 2 ． 1 ． 3安 全监控 系统 目前， 一 1 2 6 0 m深部采区监控设备有 K J 3 3 5 煤 矿通用监控分站6台及甲烷 、 温度 、 一氧化碳等各类 传感器4 9 台， 监控系统灵敏、 可靠、 有效。 2 ． 2冲击地压 的防治 矿成立了防治冲击地压的管理机构 ， 落实有关 规定和措施 。 1 合理开拓布局 ， 抓好巷道布置和采场接续 调整 ， 尽量避免形成孤岛工作面和应力集中区， 减少 或消除冲击地压危险。 2 冲击地压预测方法 现场采用钻屑法 、 电磁 辐射仪监测法 ， 微震 系统在线监测 。利用微震监测 系统实时监测深部区域矿震信号， 当信号能量达到 1 0 J 时要进行认真分析震 源能量及矿震变化趋势 ， 及时做出预测预报工作 。 3 解危措施 深部区域煤巷现场进行钻屑检 测 ， 当煤粉量超过临界值时 ， 采用大直径钻孑 L 等进行 卸压解危 。电磁辐射作为辅助性监测手段 ， 通过与 煤粉检测及微震监测相 比较 ， 进行校核。 2 ． 3深部支护 1 大跨度大空间硐室群 的支护 恒阻大变形 锚杆 、 网壳等。 2 一 1 0 0 0 m以下的巷道支护 ， 利用锚注优 化 围岩结构 、 底角锚杆控制巷道底鼓 、 锚网索耦合支护 控制围岩变形的深部岩巷一体化耦合控制力学对 策 ， 进行支护方案设计 ， 提高巷道的支护强度。 3 巷道掘进遇岩性变化时， 加密锚索 ， 两帮增 打帮锚索 ， 加密锚杆 ， 控制巷道变形。 2 ． 4高温热害防治 由中国矿业大学 北京 编制 的深部采区HE MS 降温系统设计 ， 2 0 1 2 年底已通过专家评审 ， T程总 投资约 3 8 0 0 万元 ， 在井下建立深井热能井下利用系 统 ， 提取矿井水冷 能 ， 进行能量转换 ， 解决深井热害 问题 ， 目前工程正在实施 中。 2 ． 5矿 井水害防治 1 一 1 2 6 0 m延深水平泵房及管路等排水系统 建设已经完成， 矿井排水系统可靠 ， 水泵选型及水仓 设置均符合 煤矿安全规程 的要求。 2 对 已经排查 出的封闭不 良钻孔 ， 在井下采 掘活动接近前， 要超前采取相应的防治水措施 ， 防止 发生钻孑 L 突水事故。 3 在采空 区边缘掘进 ， 须采取探放水措施或 留设足够的防水煤柱 ， 防止采空区突水 。 3结论 通过上述分析可知 ， 该矿针对深部采区存在的 主要 问题采取有效措施 ， 灾害是可防可控的。近年 来 ， 该矿以构建本质安全型矿井为 目标 ， 强化基础管 理 ， 大力推进科技创新 ， 不断加大安全投入 ， 矿井安 全形势稳定 ， 目前已连续实现了安全生产 7 周年。 作者简 介 刘金 虎 1 9 6 8 一 ， 男 ， 江 苏邳 州人 ， 2 0 0 6 年毕 业于 中国矿业大学机械 电子工程 专业， 徐州矿务集 团有 限公 司技术 中心高级工程 师。 收 稿 日期 2 0 1 3 0 6 0 5