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1、汾西矿业(集团)有限责任公司贺西煤矿3312预抽巷防治煤与瓦斯突出技术方案汾西矿业集团中国矿业大学二一二年目 录第一章 矿井及3312预抽巷概况11.1 矿井概况11.1.1 含煤地层及地质构造11.1.2 开拓开采方式11.1.3 矿井通风与抽采系统11.1.4 矿井瓦斯等级鉴定情况21.2 煤层的突出危险性鉴定情况21.3 3312预抽巷概况3第二章 3312预抽巷条带煤层瓦斯及危险性分析52.1 瓦斯参数测试情况52.1.1 瓦斯压力52.1.2 瓦斯含量62.1.3 煤样的坚固性系数82.2 3312预抽巷掘进工作面危险性分析8第三章 煤巷掘进期间的防突工作程序及防突措施93.1 突出
2、危险工作面的防突工作程序93.2 煤巷掘进期间的防突措施103.2.1 区域综合防突措施103.2.2 局部综合防突措施12第一章 矿井及3312预抽巷概况1.1 矿井概况贺西煤矿隶属于山西汾西矿业集团(有限)责任公司，位于山西省吕梁市柳林县城东南陈家湾乡贺家社村，距柳林县城15km。贺西煤矿原矿区面积2.34km2，年产量30万吨，1998年扩大井田范围，面积至18.908km2，现年生产能力180万吨。1.1.1 含煤地层及地质构造井田位于吕梁山西翼，河东煤田中段。地表大部分地区被第三、第四系红黄土覆盖，仅在沟谷中出露二叠系地层，地面高程除大沟谷底外一般在9501100m之间。矿区含煤地层
3、为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组，平均地层总厚159.39m。山西组含煤3-5层，太原组含煤5-7层，其中3、4、8、10号煤层全井田可采，4上、8上号煤层大部分可采，6号煤层局部可采，其余煤层不可采。受区域构造的影响，井田构造总体为一走向北西、倾向南西的单斜构造。另据矿井开采过程中资料，井田内小断层较发育，但其规模不大。1.1.2 开拓开采方式目前贺西矿井开拓方式为斜立井开拓，分别由主工业场地主斜井、副斜井、副立井、回风立井、独胡峁回风立井5个井筒开拓全井田。矿井设两个水平开采。根据煤层赋存条件、开拓方式、生产能力，结合目前的技术装备水平和生产管理经验以及国内外中厚煤层开采使用情况，选用
4、综采一次采全高采煤法，全部垮落法管理顶板。1.1.3 矿井通风与抽采系统矿井采用“三进两回”分区抽出式通风，即主斜井、副斜井、副立井进风，独胡峁风回风立井、回风立井两个回风井回风。矿井总进风量18411 m3/min，总排风量19121 m3/min，有效风量17101 m3/min，有效风量率89%。贺西矿采用地面固定抽放泵站系统进行抽采，共有2个抽放泵站。其中薛家岭抽放泵安装2台2BEC-52型水环真空泵，一台运行，一台备用。电机功率250KW，泵额定流量200 m3/min,独胡峁瓦斯抽放泵站现安装2台2BEC-80型水环真空泵，一台运行，一台备用。电机功率800KW，泵额定流量600
5、m3/min。1.1.4 矿井瓦斯等级鉴定情况由于矿井为煤层群开采，工作面开采过程中瓦斯涌出量较大，造成矿井瓦斯涌出量大，矿井为高瓦斯矿井。根据山西汾西矿业(集团)有限责任公司贺西煤矿矿井生产期间瓦斯等级鉴定报告，近4年来矿井瓦斯涌出见表1-1所示。表1-1 矿井瓦斯涌出量统计年份绝对瓦斯涌出量m3/min相对瓦斯涌出量m3/min2008137.8538.412009100.8722.812010102.8322.78201183.3725.331.2 煤层的突出危险性鉴定情况2010年12月中国矿业大学对贺西煤矿3、4号煤层煤与瓦斯突出危险性鉴定。在鉴定中，贺西煤矿3号煤层各单项指标中，煤
6、样的破坏类型为类煤；煤层的相对瓦斯压力为0.55MPa，小于0.74 MPa；煤样的坚固性系数为0.92，大于0.5；煤样的瓦斯放散初速度为13.7mmHg，大于10 mmHg；3号煤层的瓦斯放散初速度已达到煤与瓦斯突出矿井鉴定规范(AQ1024-2006)中的单项临界指标，但3号煤层的瓦斯压力、破坏类型及坚固性系数均没有达到单项临界指标。根据煤与瓦斯突出矿井鉴定规范(AQ1024-2006)第5条规定，全部指标达到或超过其临界值时划为突出煤层，因此从全部指标来看，在鉴定范围（标高+578m以上的3号煤层）内3号煤层没有突出危险性。见图1-1。鉴定开采区域无突出危险标高+578m图 3煤层煤与
7、瓦斯突出危险性鉴定区域1.3 3312预抽巷概况本工作面东北部为红花岭村（已搬迁），上部为舍窠村（已搬迁）。地面标高9751115.2m。本工作面东北部为3310采空区，西南部为3314实体煤及大巷保安煤柱。工作面标高612686m。3312预抽巷开采山西组3号煤，煤层结构简单，平均厚度1.88m；倾角06，平均为3；容重1.39t/m3。本工作面地质构造比较简单，基本呈单斜构造及次一级的褶皱构造，在掘进3312材料巷的过程中，距离切眼600 m处揭露一组走向90的褶皱构造，在距开口1460m处揭露一条小断层。F1：走向150，倾向60，倾角45，落差1.1 m；在掘进过程中一定要注意观察顶板
8、及围岩变化情况，发现异常及早采取措施，保证安全生产。 煤层为类不易自燃煤层。煤尘具有爆炸危险性，爆炸性指数为22。巷道位置图1-2 3312预抽巷位置图第二章 3312预抽巷条带煤层瓦斯及危险性分析2.1 瓦斯参数测试情况2.1.1 瓦斯压力煤层瓦斯压力是煤层发动突出的动力之一。因此，准确测定煤层瓦斯压力对于鉴定煤层的突出危险性十分重要。根据中国矿业大学2010年12月对贺西煤矿3、4号煤层煤与瓦斯突出危险性鉴定情况，矿井3号煤层测压结果见表2-1所示。表2-1贺西煤矿3号煤层瓦斯压力测定结果煤层测压地点压力(Mpa)测压点标高(m)地面标高(m)埋深(m)钻孔编号34煤皮带巷距掘进工作面20
9、m1.19+53710054683-14煤皮带巷距掘进工作面30m1.523-24煤皮带巷距掘进工作面120m0.72+5459754303-34煤皮带巷距掘进工作面130m0.843-44煤皮带巷距掘进工作面270m0.27+5689774093-54煤皮带巷距掘进工作面280m3-64煤皮带巷距掘进工作面340m0.35+57810204423-74煤皮带巷距掘进工作面350m0.553-84煤皮带巷距掘进工作面490m0.36+58010254453-94煤皮带巷距掘进工作面500m0.403-103号煤层目前测定的最大瓦斯压力为1.52MPa，测定标高为+537m，3号煤层瓦斯压力随埋
10、深的变化关系如图2-1所示。从图中可以看出煤层瓦斯压力随埋深呈现较好的线性关系，随着埋深的加大，煤层瓦斯压力逐渐升高。图2-1 3号煤层瓦斯压力随埋深的变化关系从安全角度考虑，选择同标高处测定的最大瓦斯压力点作为基点可得出煤层瓦斯压力随埋深的变化关系方程：P=0.0179H-6.86式中：P煤层瓦斯压力，MPa；H煤层埋深，m。3312预抽巷对应地面标高9751115.2m，工作面标高612686m。根据计算可知预抽巷条带煤层瓦斯压力为0.60.89MPa。2.1.2 瓦斯含量煤层瓦斯含量是计算瓦斯储量和瓦斯涌出量的基础，也是预测煤与瓦斯突出危险性的重要参数之一，所以准确测定煤层瓦斯含量具有重
11、要的意义。煤的瓦斯含量是指单位质量煤中所含有的瓦斯量，以m3/t表示，包括煤中的游离瓦斯含量和吸附瓦斯含量。采用间接法测定煤的瓦斯含量，计算公式为：式中：单位质量煤的孔隙容积，m3/t；煤层瓦斯压力，MPa；标准状态下的绝对温度()和压力(MPa)；瓦斯压缩系数；煤的极限瓦斯吸附量，m3/t；吸附常数，MPa-1；实验室测定煤吸附常数时的实验温度，；煤层温度，；煤的灰分和水分，%。式中的参数，有的是已知的，有的是可以直接测量的。参数，的值可以通过在实验室中对煤样进行工业分析和瓦斯吸附实验得到，见表3-3所示。将各参数带入含量计算公式，即可求得瓦斯含量。表3-3贺西煤矿3号煤层的工业分析及瓦斯吸
12、附参数试验测定结果煤层工业分析真比重/t/m3假比重/t/m3孔隙率/%吸附常数测定单位Mad/%Ad/%Vaf/%a/m3/tb/MPa-131.656.4520.061.371.312.8235.00481.1044中国矿大图2-1 3号煤层瓦斯含量随埋深的变化关系3312预抽巷对应地面标高9751115.2m，工作面标高612686m。根据计算可知预抽巷条带煤层瓦斯含量为911 m3/t，平均10m3/t。2.1.3 煤样的坚固性系数在3312预抽巷迎头和三采皮带巷迎头取样，在矿实验室进行了坚固性系数f值的测定，见表2-6所示，每个煤样测定两次。表2-6 3煤煤样坚固性系数测定结果表采样
13、地点试验次数选取粒径冲击次数煤粉高度煤的坚固性系数f值3312预抽巷迎头12030mm3180.5mm0.33222030mm3182.7 mm0.328三采皮带巷迎头12030mm3172mm0.34922030mm3168mm0.357从表中可以看出，测定的四个f值普遍较低，均低于0.5的临界值，3312预抽巷煤样的f值为0.3280.332，三采皮带巷迎头f值为0.3490.357，煤体硬度低，有利于煤与瓦斯突出的发生。2.2 3312预抽巷掘进工作面危险性分析3312预抽巷标高为+612m+686m，根据煤与瓦斯突出鉴定结果，煤巷掘进区域无突出危险，但煤巷掘进区域煤层瓦斯压力达0.60
14、.89MPa，瓦斯含量平均为10m3/t，煤的坚固性系数f值为0.3280.332。特根据集团公司要求,我矿对该区域按照突出煤层管理.第三章 煤巷掘进期间的防突工作程序及防突措施3.1 突出危险工作面的防突工作程序防治煤与瓦斯突出规定第六条规定，防突工作坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则。突出矿井采掘工作做到不掘突出头、不采突出面。未按要求采取区域综合防突措施的，严禁进行采掘活动。 在防突工作时，区域防突措施先行，局部防突措施补充，两者地位不同，是一个两级的“四位一体”防治体系，先区域后局部，两者的衔接关系见图3-1所示。区域综合防突措施包括下列内容：（1）区域突出危险性预测；（2）
15、区域防突措施；（3）区域措施效果检验；（4）区域验证。局部综合防突措施包括下列内容：（1）工作面突出危险性预测；（2）工作面防突措施；（3）工作面措施效果检验；（4）安全防护措施。图3-1 两个“四位一体”的衔接关系3.2 煤巷掘进期间的防突措施3.2.1.1 区域防突措施 根据集团公司要求,我矿对该区域按照突出煤层管理.为确保正常前掘，采取千米钻机顺层长钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯的区域防突措施。顺层长钻孔条带预抽法是在掘进的过程中采用顺层长钻孔预抽煤巷和煤巷周围需控制范围煤体的瓦斯，区域性消除周围煤体的突出危险性，保障煤巷掘进工作的安全。这种方法是在掘进头向工作面前方及两侧一定范围煤体施工千米
16、钻机顺层长钻孔预抽煤层瓦斯，待区域性的消除钻孔控制的突出危险性后再进行掘进工作。钻孔布置如图3-2所示。 我矿共引进国产ZDY-6000LD型和澳大利亚VLD-1000型两种千米钻机实施区域煤层瓦斯预抽。在3312预抽巷采用ZDY-6000LD钻机（千米钻机）施工本煤层钻孔作为开口预抽钻孔。本煤层施工6个主孔以及6个分支孔。钻孔倾角沿煤层走向布置，开孔高度距底板1.2米，如图所示。1#主孔深度288米，方位角141。2#主孔深度477米，方位角129。3#主孔深度384米，方位角1213-1分支深度84米。4#主孔深度309米，方位角1134-1分支深度291米。 5#主孔深度306米，方位角
17、1015-1分支深度222米， 5-2分支深度408米。6#主孔深度168米，方位角1056-1分支深度231米， 6-2分支深度198米。图 3312预抽巷区域瓦斯抽采钻孔布置图 根据河南理工大学3、4号煤层瓦斯基础参数测定结果，矿井3、4号煤层钻孔有效抽采半径为7.5m，则长钻孔间距设计为15m，抽采条带宽度为75m，巷道两侧的保护宽度大于30m。抽采结束后进行效果检验，当判定消除危险后便可进行巷道掘进。抽采钻孔超前距不小于40m。3.2.1.2 区域效果检验在采用区域预抽技术后，需要进行区域措施的效果检验。区域效果检验的主要指标是残余瓦斯压力和残余瓦斯含量。要求措施后的最大残余瓦斯压力或
18、残余瓦斯含量降到经试验考察确定的临界值以下，如果没有实测值，可以按照残余瓦斯压力0.74MPa和残余瓦斯含量8m3/t确定。由于顺层孔抽采煤巷条带情况下煤层瓦斯压力无法测定，故采用残余瓦斯含量作为指标进行检验。预抽区域的煤层残余瓦斯含量降至规定值以下，该区域内视为无突出危险区域。该区域可以进行采掘作业，但在采掘作业过程中要按照要求进行区域验证工作。对于区域措施效果检验无效的区域，仍需补充区域防突措施，直至其消除突出危险性。对顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施进行检验时，在煤巷条带每间隔2030m至少布置1个检验测试点，且每个检验区域不得少于3个检验测试点。3.2.1.3 区域验证3312
19、预抽巷掘进时区域验证采用局部措施工作面预测的方法进行预测。3.2.2.1 局部综合防突措施区域措施结束后进入局部防突措施程序，局部综合防突措施主要包括工作面突出危险性预测（以下简称工作面预测）、工作面防突措施、工作面效果检验和安全防护措施。3.2.2.2工作面突出危险性预测采用钻屑量、钻屑瓦斯解析指标并结合打钻过程中突出预兆等预测工作面前方煤体的突出危险性。1）煤巷掘进时，施工三个预测孔，孔径为42mm：其中1个钻孔位于工作面中部，与巷道掘进方向一致。另2个钻孔开孔距两帮距离0.5m，终孔控制巷道轮廓线外24m。预测孔长度12m，预测孔超前距4m。预测钻孔布置见图3-3所示。临界值见表3-1所
20、示。2）钻孔在煤孔段钻进速度控制在1m/min左右；每钻进1m，测定一次钻屑量S，每钻进2m，测定一次瓦斯解析指标K1或h2；同时用弹簧秤计量钻屑量。3）做好井下记录；同时，利用矿井监测系统监测工作面风流瓦斯浓度的变化。图3-3 煤巷掘进工作面预测钻孔布置示意图表3-1 判断突出危险性的钻屑解析指标/Pa最大钻屑量/mL/(g.min1/2)危 险 性/mL/m20065.40.5突出危险工作面20065.40.5无突出危险工作面4）根据指标测定值大小判定工作面是否具有突出危险。另外，若工作面出现明显突出预兆时判定有突出危险。突出预兆主要包括：顶板来压、支架断裂、煤壁掉渣与外鼓，煤干燥、煤尘飞
21、扬、煤壁光泽暗淡、层理紊乱，工作面瓦斯涌出增大、瓦斯忽大忽小、温度降低，工作面前方出现煤炮声等。在煤巷掘进工程中，循环测定以上所述突出危险预测指标，并根据现场施工情况调整防治突出方案。在保证循环实施以上预测孔，并保持4m预测孔超前距的情况下，进行煤巷掘进的施工，每循环巷道掘进8m。3.2.2.3工作面防突措施在工作面预测过程中，当预测指标超标或者存在突出预兆时，由防突队对工作面正前施工瓦斯释放钻孔，进行瓦斯超前释放进行消突，在钻孔释放2小时后再次对3312预抽巷正前进行突出危险性预测，循环测定3312预抽巷有无突出危险性。直到测定3312预抽巷正前无突出危险性时，方可在3312预抽巷正前进行掘
22、进施工。 3312预抽巷正前施工瓦斯释放钻孔，平行布置6-9个钻孔，单孔深度不小于12米，进行瓦斯超前释放。12m迎头钻孔 5m图 巷道迎头排放钻孔布置图3.2.2.4效果检验工作面防突措施效果检验采用工作面预测的方法。3.2.2.5安全防护措施掘进巷道需构成独立通风系统，严禁串联通风，并保持回风系统中不设通风设施，保证风流畅通。必须在进风侧建立两道反向风门，以控制突出时的瓦斯沿回风道流入回风系统。风门厚度不小于50mm，两道风门间距不小于4m。反向风门距工作面的距离，应根据掘进工作面的通风系统和预计的突出强度确定。在掘进工作面附近人员集中地点必须设有直通矿调度室的电话，并设置有供给压缩空气设施的避险所，避险所内支护必须保持良好，避险所内安设的压风自救装置每人供风量不少于0.3m3/min。工作面回风系统中有人作业的地点，也应设置压风自救系统。掘进工作面及回风系统中的所有电气设备必须设专人负责检查、维护，使用中的防爆性能每天检查一次，严禁使用防爆性能不合格的电气设备。所有施工人员必须随身携带经检测有效的自救器，熟悉使用。
