深水平強突出煤層揭煤技術(shù)研究

1、深水平強突煤層石門揭煤技術(shù)研究王平樊鐵成張先和ib雙龍（沈陽煤業(yè)集團紅菱煤礦有限責任公司遼寧省沈陽市110106）摘要：紅菱煤礦為煤與瓦斯突出礦井。煤與瓦斯突出嚴重的制約著 礦井的安全生產(chǎn)。紅菱煤礦經(jīng)多年的理論研究與實踐，分析總結(jié)了一 套切實可行的高瓦斯礦井石門揭煤技術(shù)。本文敘述了紅菱煤礦石門揭 煤突出情況和石門揭煤的危險性分析，介紹了石門揭煤設(shè)計方案和具 體施工方案。關(guān)鍵字：煤與瓦斯突出；揭煤；災害防治；安全生產(chǎn)0.前言沈煤集團紅菱煤礦主采煤層為7#、12#煤，煤層瓦斯壓力大、含 量高,相對瓦斯含量12煤為22.5m3/t, 7煤為12.8m3/to 7煤瓦斯壓 力為2.43.1mpa, 1

2、2煤瓦斯壓力為4.17.6mpa,其主采的12煤平 均厚4m,由厚0.8m的121煤,厚0.5m的夾石干和厚2.7m的122煤 組成。煤層平均傾角40。，煤質(zhì)松軟，瓦斯?jié)B透性極低，口然釋放能 力較差，構(gòu)造復雜，煤與瓦斯突出災害嚴重。現(xiàn)生產(chǎn)水平為-550m -780m,開拓至900m水平。突出頻度和強度隨開采深度增加而增加。1.紅菱煤礦石門揭煤過程中的煤與瓦斯突出現(xiàn)狀石門揭煤是一項危險性大、技術(shù)難度高的工作，往往成為制約礦 井合理采掘部署的瓶頸。石門揭煤直接影響著安全生產(chǎn)和企業(yè)的生存 發(fā)展。紅菱煤礦目前開采深度已超過800m,紅菱煤礦在石門揭煤過 程中，歷史上曾發(fā)生石門揭煤煤與瓦斯突出15次（見

3、表1 ）,有14 次發(fā)生在12煤層，嚴重威脅著紅菱礦安全生產(chǎn)，造成的克接損失、間接損失不可估量。目前，煤炭行業(yè)高瓦斯突出礦井的主要矛盾存在 于高產(chǎn)高效的發(fā)展趨勢與高瓦斯煤層采掘接續(xù)緊之間。解決問題的關(guān) 鍵在于如何確保石門揭煤的安全。安全、快速的揭煤技術(shù)是紅菱煤礦 安全生產(chǎn)和生存發(fā)展的根本。表1紅菱煤礦石門揭煤突擊統(tǒng)計序號揭煤地點揭煤吋間揭煤標/m突出煤量/t瓦斯量/於1匸井石門1972. 02. 12-550250255232副井二石門1972. 03. 12-5504826883副井二石門1972. 03. 14-5505338104副井二石門1972. 03. 15-5506244855副

4、井石門1972. 03. 15-5506214956北1=道北石門1979. 10. 17-435；34687北一四道屮石門1981. 11. 16-474153208南一三道一石門1984. 07. 26-483709南三四道四石門1990. 12. 20-550170400010北三-550南石門1996. 04. 03-550u)5452211南翼-620南小石門1996. 06. 20-620539042042012北翼-750北石門1996. 06. 14-7505794446013南翼-620四小石門1997. 04. 09-620168311444414南翼-700南石門1998

5、. 12. 24-700108241000015北三-610北石門2001.09.01-6107566002石門揭煤過程中突出危險源辨識紅菱煤礦煤層瓦斯壓力大。12煤層為強突出煤層，瓦斯含量大, 壓力大。在12煤層-780m水平測得的瓦斯壓力值達到7.6mpa,遠大 于規(guī)定值0.74mpao礦井地質(zhì)構(gòu)造復雜。地質(zhì)構(gòu)造運動改變了本區(qū)的 構(gòu)造應(yīng)力方向，產(chǎn)生了近水平的扭動作用，使12煤層產(chǎn)生牽引褶曲 和產(chǎn)狀上的急劇變化，形成了應(yīng)力集中帶，煤厚發(fā)生了厚薄變化。由 于煤層間產(chǎn)生了滑動使煤的各種物理性質(zhì)發(fā)生改變,形成了軟分層（即 構(gòu)造煤），瓦斯在瓦斯壓力的驅(qū)動下，運移、聚集而形成高壓瓦斯的聚 集區(qū)。12煤

6、層頂板為14m厚的海和泥巖，對12煤層屮的瓦斯有屏障 作用；煤層直接頂?shù)装鍘r性松軟、抵抗強度小，放炮瞬間易造成應(yīng)力 失衡誘發(fā)突出。煤層傾角大，在揭穿巖層后頂板上部的煤極易冒落， 誘發(fā)煤與瓦斯突出。因此在石門揭煤前必須采取探測措施，準確掌握煤層瓦斯賦存情 況（包括含量、壓力、突出危險性等），保留足夠的安全屏障。采取抽 放鉆孔、排放鉆孔等局部防突措施，降低瓦斯含量，釋放其彈性潛能 和瓦斯壓力，消除揭煤地點的突出危險性。3.強突出危險煤層石門揭煤方案設(shè)計紅菱煤礦對石門揭煤工藝進行了認真研究，在瓦斯壓力測定、排 放鉆孔布置和數(shù)量確定、揭煤炮眼數(shù)量、放炮網(wǎng)絡(luò)、放炮距離、防護 措施、通風系統(tǒng)等有關(guān)技術(shù)措施

7、和管理措施方面做了大量細致工作，積累了一定的經(jīng)驗，摸索并形成了一套完整的礦井石門揭煤技術(shù)模式，石門揭煤流程見圖1。圖1石門揭煤防突流程圖4 石門揭煤工程實踐4.1試驗地點基本情況試驗地點在下七區(qū)-900m北石i j,標咼-895.581m,地表標咼+29.5m,如圖2所示。打鉆情況揭露12煤層為復合煤層，其中121 煤厚約1.0m, 12-2煤厚約l7m,夾肝厚約0.3m, 13煤厚0.7m。12 煤直接底板為粉砂巖，厚0.8m,直接頂板為厚約12.8m的泥巖，巖 性黑色致密，泥質(zhì)膠結(jié)。直接底板為厚約0.9m的泥巖，老底為厚約0.7m的粉砂巖，黑色，含化石。13煤層底板為黑色粉砂巖，富含植 物

8、化石。煤層產(chǎn)狀為走向290。傾向1190o傾角400。該石門附近12 煤絕對瓦斯涌出量為12.5 m/min,相對瓦斯涌出量為35n?/t。該地點 打鉆時噴鉆現(xiàn)象嚴重，在-780m水平測得的瓦斯壓力為7.6mpa,遠 大于規(guī)定值(0.74mpa)o4.2瓦斯抽采鉆孔施工情況石門工作面距突出煤層法距5m時，停掘，由施工隊首先在石門 工作面左右兩側(cè)各做一個鉆場(深5m、寬4m、高同石門規(guī)格相同)。 然后再做繞道鉆場，由打鉆隊打直徑為90nmi排放孔，排放鉆孔必須 布置到石門周界外10m的煤層內(nèi)，且孔底間距不大于2m,穿過煤層 全厚并進入頂板不少于0.5m,鉆孔成網(wǎng)格式布置，如圖3、4、5和6 所示

9、。石門共計施丁直徑90mm的排放鉆孔394個，打鉆過程中普遍都 噴孔。圖3巷道排放鉆孔布置平面圖1 7 13 19 25 31 37 432 8 14 20 26 32 30 45 11 17 83 29 35 41 476 12 18 24 30 % 42 樞3 9 )5 21 27 33 39 柢4 10 16 22 28 34 40 46圖4繞道鉆孔布置剖面圖圖5繞道鉆孔布置平面圖圖6左右鉆場鉆孔布置剖面圖4.3石門揭穿煤層區(qū)域瓦斯抽采與效果檢驗該石門采用yd-iii型移動抽放泵進行抽放，單孔抽濃度在 0.5%6%,抽放負壓在200mmhg左右。并采用md-2型鉆屑瓦斯解 吸儀測ah?值

10、，每米一測,濕煤，最大ah?值為loopao-900m北石門通過石門鉆場和繞道鉆場，對12煤進行打鉆進行 瓦斯抽排，保證了石門上下左右5m范圍內(nèi)瓦斯的釋放，降低了煤層 瓦斯壓力，消除了煤體的突岀危險性。經(jīng)過近6個月時間的抽排，最 終8個測定孔測定最大ah?值為loopao經(jīng)效果檢驗后加固煤體，做倒斜面，然后通過遠距離放炮一次性 安全揭露全煤層，在穿煤門期間，施工的10個措施孔每米測定的ah2 值均小于60pa,實現(xiàn)了安全揭穿煤層。4.4石門揭穿煤層過程中瓦斯涌出情況900北石門于05年7月31 h 23時揭12煤，8月3 li乙班探查 煤層已揭開，8月6日丙班進組作業(yè)，出貨50車。其間瓦斯涌出

11、情 況如表2所示，除煤體偏幫、傳感器失效、停風等特殊情況外瓦斯涌 出正常。表2 -900m北石門揭煤過程中瓦斯涌出量情況表瓦斯涌出日期工作面/%工作面回風/%備注最小值平均值最人值最小值平均值最人值2005. & 20. 0031.0740. 000. 150. 240.38排瓦斯2005. 8. 3停電2005. & 40. 005.3539. 000. 110. 160. 50工作面探頭故障2005. & 50. 040. 080. 130. 110. 140. 172005. & 60. 040. 060. 090. 070. 110. 172005. &

12、amp; 70. 050. 110. 360. 070. 100. 282005. & 80. 101. 1221.900. 091. 1722. 10煤層片幫2005. 8. 90. 280. 958. 600. 000. 200.41工作而探頭故障2005. & 100. 000.427.800. 000. 263.98校驗2005.8. 110. 001. 263. 010. 001. 263. 01煤層脫落2005. & 120. 000. 6812. 300. 000. 6812. 30停風機排瓦斯2005. 8. 130. 000.310. 530. 000

13、.310. 532005. & 140. 180. 260. 390. 180. 260. 392005. & 150. 080.210. 520. 080.210. 522005. & 160. 060. 190.470. 060. 190. 472005. & 170. 130. 180. 220. 130. 180. 222005.& 180. 140.231.040. 140.231.042005. & 190. 110. 181. 040. 110. 181. 042005. & 200. 080. 170. 760. 080.

14、 170. 76校驗2005.8.210. 080. 140. 260. 080. 140. 262005. & 220. 100. 303.600. 100. 303.60停風機2005. 8. 230. 000. 140. 240. 000. 140. 242005. & 240. 000. 130.230. 000. 130.232005. 8. 250. 000. 132. 380. 000. 132. 38校驗2005. & 260. 000. 101.750. 000. 101.75試跳2005. & 270. 000. 161.400. 000.

15、161.40調(diào)試2005. & 280. 050. 140. 800. 050. 140. 802005. & 290. 000. 130. 280. 000. 130. 282005. & 300. 000. 375.000. 000. 375.00打鉆2005. & 310. 000. 160. 210. 000. 160. 21由此可見，綜合的瓦斯治理起到了預期的效果。4.5石門過煤門過程中的煤體加固情況為了防止揭煤后工作面上方煤體垮落和保證安全穿過12煤煤 門，在距工作面12m處，打沙門子，將其注沙充填嚴。然后在沙門子外頂板向工作面上方傾向2m左右外打鉆下管，注馬麗散材料形成 假頂。然后再向假頂上方冒落空間打鉆下管，注羅克休材料進行充填, 使巷道支護空間往上形成堅硬假頂，假頂上方空間充嚴并與垮落煤體 形成一體。并在穿過12煤煤門使用金屬梁，確保順利穿過12煤，如 圖7所示。頂板5米6. 5米圖例： 沙子羅