邓家庄煤矿二号井瓦斯基础参数测定及副斜井、回风立井揭煤安全设计实施方案.doc

邓家庄煤矿二号井瓦斯基础参数测定及副斜井、回风立井揭煤安全设计实施方案煤炭科学研究总院抚顺分院邓家庄煤矿二号井二*年八月煤层瓦斯基础参数测定实施方案煤层瓦斯赋存基础参数是矿井瓦斯治理的依据，本次拟在邓家庄煤矿二号井选择合适地点，实测2# 、4#、5#煤层瓦斯赋存基础参数，包括：煤层原始瓦斯压力、瓦斯含量、煤对瓦斯吸附常数a和b值、煤层透气性系数、钻孔自然瓦斯涌出量及衰减系数、瓦斯放散初速度（P）、煤的坚固性系数f等。一、原始煤层瓦斯基础参数测定1、煤的瓦斯吸附常数测定 煤的瓦斯吸附常数是衡量煤吸附瓦斯能力大小的指标。目前，煤的瓦斯吸附常数测定只能在实验室完成。其测定步骤如下： (1) 将采集的新鲜煤样粉碎，取0.20.25mm粒度的试样300400g装入密封罐中； (2) 在恒温60高真空（10-210-3mmHg）条件下脱气2天左右； (3) 在30恒温和0.15.0MPa压力条件下，进行不同瓦斯压力下的吸附平衡，并测定各种瓦斯平衡压力下的吸附瓦斯量； (4) 根据不同平衡瓦斯压力下的吸附瓦斯量（一般不少于6个点），按郎格缪尔方 程W=abp/(1+bp)（2-3）回归计算出煤的瓦斯吸附常数a和b值。（5）对采集煤样送抚顺分院瓦斯实验室进行实验，测定出水分、灰分、挥发分、真密度、假密度和孔隙率等参数；（6）邓家庄煤矿协助在矿井副井和回风立井揭2# 、4#、5#（4#、5#合并层）煤层时采集新鲜煤样工作（每个揭煤点取2个煤样）。2、瓦斯压力测定方法煤层瓦斯压力是指煤孔隙中所含游离瓦斯的气体压力，即气体作用于孔隙壁的压力。其为煤层瓦斯流动和涌出的基本参数，亦是煤层瓦斯流动的动力，它不仅决定着煤层瓦斯含量与涌出量的大小，而且对于煤与瓦斯突出危险性预测与合理制订防突措施等均起着重要的作用。因此,准确测定煤层瓦斯压力是十分必要的。(1) 测压地点选择测压点选择要求a.测压地点应选择在巷道顶板比较好的地方开孔，开孔点距终孔点的法线距离（岩石段）最好不小于20m；b.测压孔见煤点方圆50m范围内不应有揭露点；c.测压点距断层、裂隙、火成岩的距离不小于100m；d.测压孔仰角应控制在4570之间，便于用水泥浆封孔；e.测压孔的开孔直径为73或89mm。f仰角孔没有条件情况下，也可考虑下向孔测压。根据邓家庄煤矿的实际情况，选择在副井和回风立井揭穿2# 、4#、5#煤层前垂距10m处测压，每个测定取2个测压点（若4#、5#煤层合并测定两煤层综合压力）。（2）瓦斯压力测定方法选择距测压煤层一定距离的岩巷打钻孔穿透煤层。为了确保压力测定的可靠性，测定地点至煤层间的垂直岩柱厚度为应在10m左右（可根据岩石情况增大和减小长度），钻孔封孔长度为不小于5m。打钻孔孔径为75mm，钻孔终点穿透煤层0.5m，清除完孔内钻屑后，按下图所示的方式封孔测压，测压管选用101mm的紫铜管（或加工四分镀锌铁管）。封孔材料为水泥浆，水泥浆用泥浆泵注入钻孔，钻孔打完后将测压管送入孔内，用木塞封堵孔口，木塞中插入注浆管，注浆管为3/4镀锌管，管长0.5m,管外设阀门。封孔时打开阀门，用泥浆泵向孔内注入沙浆，待注入预定量后停注，并关闭阀门。在封孔36小时待水泥初凝后安装压力表，观测压力升高情况，压力表指针稳定不变时，读取的压力值为煤层瓦斯压力（相对压力），并填写下表。这样完成煤层瓦斯压力测定工作。图1 水泥浆封孔测定煤层瓦斯压力示意图1测压煤层 2测压钻孔 3测压室 4测压导气管 5固体封孔材料（水泥） 6压力表接头 7压力表表1 煤层瓦斯压力测试参数及结果表地点方位()见煤标高(m)钻孔倾角()钻孔深度(m)封孔深度(m)孔径(mm)压力(MPa)3、瓦斯含量测定煤层原始瓦斯含量是指单位质量原始煤体所含有的瓦斯体积（换算成标准状态），常用m3/t或ml/g作为计量单位。生产矿井煤层原始瓦斯含量普遍采用间接法或直接法测定。本次采用了直接法和间接法两种方法，同时测定煤层瓦斯含量。1)直接法：利用煤层钻孔采集原始煤体煤芯，用解吸仪在井下直接测定煤芯解瓦斯量、煤芯解吸规律推算煤样从采集开始至装罐解吸测定前的损失瓦斯量和实验室测定的煤样中残存瓦斯量，测定和计算的三部分瓦斯量之和即煤层瓦斯含量。其测定步骤如下：(1)在新暴露的采掘工作面煤壁上，用煤电钻垂直煤壁打一个42mm、孔深8m以上的钻孔，当钻孔钻至8m时开始取样，并记录采样开始时间t1；(2)将采集的新鲜煤样装罐并记录煤样装罐后开始解吸测定的时间t2，用FHJ-2型瓦斯解吸速度测定仪（图2）测定不同时间t下的煤样累积瓦斯解吸总量Vi ，瓦斯解吸速度测定一般大于2个小时，解吸测定停止后拧紧煤样罐以保证不漏气，送实验室测定煤样残存瓦斯量。图2 瓦斯解吸速度测定仪与密封罐示意图1量管；2吸气球；3温度计；4水槽；5螺旋夹；6弹簧夹；7排水管8排气胶管；916号胸骨穿刺针头；10密封罐；11压紧螺帽 (3)损失量计算将不同解吸时间下测得数据按下式换算成标准状态下的体积Voi:式中: V0i算成标准状态下的解吸瓦斯体积，ml； Vi不同时间解吸瓦斯测定值，ml；Po大气压力，Pa；hw量管内水柱高度，mm；Pshw下饱和水蒸汽压力，Pa；tw量管内水温，。煤样解吸测定前的暴露时间为t0；t0=t2-t1；不同时间t下测定的Voi值所对应的煤样实际解吸时间为t0+t；用绘图软件绘制全部测点(t0+t)0.5，Voi，将测点的直线关系段延长与纵坐标轴相交，直线在纵坐标轴上的截距即为瓦斯损失量。(4)将解吸测定后的煤样连同煤样罐送实验室测定其残存瓦斯量、水分、灰分等； (5)根据煤样损失瓦斯量、解吸瓦斯量及残存瓦斯量和煤中可燃质重量，即可求出煤样的瓦斯含量： X=(V0+V1+V2)/G0 式中：Vo 标准状态下煤样瓦斯解吸量，ml；V1标准状态下煤样损失瓦斯量，ml；V2标准状态下煤样残存瓦斯量，ml；G0煤样可燃质重量，g；X煤样瓦斯含量，ml/g。2）间接法在井下采取新鲜煤样，在实验室进行吸附实验，实验时气体甲烷成份99.99%,在恒温30下测得煤的吸附常数、水分、灰分、挥发分等，再根据实际测定的瓦斯压力值，计算煤层瓦斯含量。煤层瓦斯含量计算公式如下： 式中 x煤层瓦斯含量，m3/t;a吸附常数，试验温度下的极限吸附量，m3/t;b吸附常数，MPa-1;P煤层绝对瓦斯压力，MPa;Aad煤的灰分，；Mad煤的水分，；K煤的孔隙体积，m3 /m3 ;煤的视密度，t/m3。本次可采用直接法和间接法测定2#、4#、5#（4#、5#合并层）瓦斯含量，在副井和回风立井揭穿上述煤层时用直接法测定，并利用间接法进行对比。4、瓦斯放散初速度（P）瓦斯放散初速度（P）是衡量含瓦斯煤体暴露时放散瓦斯（从吸附转化为游离状态）快慢的一个指标。煤的放散瓦斯的性能是由煤的物理、力学性质来决定的。在瓦斯含量相同的条件下，煤的放散初速度越大，煤的破坏程度越严重，越有利于突出的发生和发展。因此，防治煤与瓦斯突出细则将瓦斯放散初速度纳入煤与瓦斯突出预测单项指标之一，并确定其临界值为10。当P10时，煤层才具有发生突出的潜在危险性；当P10时，煤层发生突出的危险性较小。瓦斯放散初速度（P）的测定方法是：在井下煤层新暴露面上采取煤样，密封后送到实验室，由专用测定设备测定出瓦斯放散初速度（P）。在实验室测定瓦斯放散初速度（P）时，先将新采集的煤样粉碎，取粒度为0.20.25mm的煤样3.5g放入试样瓶中，对试样脱气动1.5h后，再在大气压下充气1.5h(高浓度瓦斯)，当压力平衡后，打开阀门迅速释放试样瓶内煤的解吸瓦斯，10s时关闭阀门，并记录出010s内瓦斯量，45s时再次打开阀门，60s时关闭阀门，记录出4560s内瓦斯量，两次瓦斯解吸量的差，即为瓦斯放散初速度（P）。取样地点为在副井和回风立井揭穿上述煤层处，每个煤层各取2个煤样。5、煤的坚固性系数f煤的坚固性系数f值是标志着煤抵抗外力破坏能力的一个重要指标，它是由煤的物理力学性质所决定的，当煤体强度越大，f值就越大，发生煤与瓦斯突出时所遇到的阻力就越大，故发生突出的潜在可能性就越小。防治煤与瓦斯突出细则将煤的坚固性系数的临界值定为0.5，当f0.5时，煤层发生突出的危险性很小；只有当f0.5时，煤层才具有发生突出的潜在危险性。煤的坚固性系数测定方法是：在新鲜暴露的煤面采取煤样，密封后，送到实验内，用落锤法测定煤的坚固性，得出上述煤层煤的坚固性系数。取样地点为在副井和回风立井揭穿上述煤层处，每个煤层各取2个煤样。二、参数测定所需的设备与材料1、 设备150钻机两台（打测压孔用）、煤电钻两台 （测含量用）泥浆泵两台（准备，可能不使用）。2、 材料钻机配套钻杆30m适合岩层特点的钻头6个（75mm）测压管 120m（101mm紫铜管或4分镀锌管）压力表10块（4Mpa） 中空木塞10个（75mm）压力表接头10个 胶管10m (20mm)3、 仪器多级流量计一台 （抚顺分院）瓦斯解吸仪一台套 （抚顺分院）煤样罐 8个 （抚顺分院）秒表一块 （抚顺分院）4、 工具管钳子2把，杆锥一字型的1把。以上施工设备和材料由邓家庄煤矿二号井提供，抚顺分院提供测试仪器。三、人员配备与分工抚顺分院：1、派2名工程技术人员，到现场指导参数测定，并收集项目所需的技术资料。2、对测定的和收集的技术数据分析、计算。3、井下采集煤样现场测定和实验测定。4、报告编写。邓家庄煤矿二号井：1、 派12名人员协助抚顺分院工作。2、 组织施工人员完成测定所需的工程任务。3、 提供参数测定场所和项目所需的技术资料。4、 为抚顺分院技术人员提供食宿方便。副井和回风立井揭煤安全设计方案一、探煤钻孔1、 副斜井在井筒距煤层顶板法线距离10米处施工两个前探钻孔。1#孔：方位角279，俯角15，则13-1煤层顶板49.2m，见13-1煤层底板64.8m，终孔深度66.3m。2#孔：方位角279，俯角30，见13-1煤层顶板22.5m，见13-1煤层底板30.6m，终孔深度31.3m。三、测压钻孔在-650m-810m轨道下山施工至距13-1煤层顶板5m时，施工两个测压钻孔，并及时进行封孔测压。3#孔：方位角279，俯角22，见13-1煤层深度17.8m，终孔深度26.1m。测压的结果最大值为P=1.5 Mpa4#孔：方位角279，俯角31，见13-1煤层深度10.3m，终孔深度17.7m。测压结果最大值为P=1.0 Mpa四、突出危险性预测3#、4#孔进入13-1煤层，取煤样送集团公司通风实验室进行化验，煤样瓦斯放散初速度P= 10，坚固性系数f= 0.41。则K=P/f=24.39D=（0.0075H/f-3）（P-0.74）=8.15式中H-开采深度，750mP-煤层的瓦斯压力，1.5MpaK、D、P、的临界值分别为15、0.25、0.74Mpa该面的预测指标P为1.5Mpa，综合指标K为24.39，D为8.15，均超过其临界指标，所以揭煤工作面为突出危险工作面。三、防突措施工作面施工至距13-1煤层顶板法距4米时，立即施工钻场，并在钻场内及迎头施工抽放钻孔。钻孔施工参数见附表及附图，钻孔施工过程中未出现喷孔等动力现象。钻孔施工结束后，立即用聚氨脂进行封孔，并与巷道内4寸抽放管路合茬，利用地面永久抽放系统进行抽放。四、防突措施的效果检验抽放工作结束后，按防突细则要求，施工4个防突措施效果检验钻孔。检验孔位于措施孔之间，终孔位于措施孔探范围的边缘。并取钻孔煤样进行分析，如检验结果综合指标综合指示均在突出危险临界值以下时，则工作面为无突出危险工作面。否则，采取补充防突措施，直至效果检验为无突出危险工作面。方可采用远距离震动爆破揭穿13-1煤层。效果检验钻孔参数表附后。五、震动爆破安全技术措施（一）组织领导及现场盯班人员职责1、矿成立揭煤工作领导小组组 长：朱贵旺副组长：方恩才 张奎帮 陈斯善 周孟颖成 员：苏义国 胡正坤 吴祚朗 程晋远 王广静 李秀山 高 松 邵 华 段昌水 董学兵2、揭煤前，由矿总工程师组织通风科、通风区、监控工区、安监科、放炮区、调度所、地测科、机电办及开拓区对揭煤区域的通风系统、瓦斯管理、局部通风、隔爆设施等进行一次全面检查。发现问题，及时进行整改。否则，严禁揭煤。3、揭煤期间爆破时，每班必须有揭煤小组成员现场跟班，每次揭煤小组成员由矿领导及通风区、安监科、救护队组成并指派一名指挥，落实现场警戒，停电撤人工作。准备工作完成，并向调度所汇报后，方可进行爆破。（二）通风瓦斯管理1、通风系统新风：西二石门 -650m-810m轨道下山局部通风机及风筒工作面。乏风：工作面西二石门串入西一、西二采区。2、局部通风揭煤期间采用2台28KW局部通风机，两路600mm胶质阻燃抗静电风筒向工作面供风。局部通风机必须分别采用不同线路供电，并实现风电闭锁。局部通风机必须设置专职司机，严格现场交接班。工作面瓦斯传感器必须和巷道内的电气设备实行瓦斯电闭锁。两路风筒出口到工作面距离均不大于5m。两路局部通风任何一路供风不正常时，严禁进行震动爆破作业。3、瓦斯管理（1）通风区必须在该工作面设置专人专职瓦斯检查工，经常检查工作面及回风流的瓦斯情况，并熟悉突出预兆及避灾路线，严格实行现场交接班。（2）工作面瓦斯检查工及一切施工人员，发现有突出预兆，必须立即停止工作面作业，撤离工作面人员，并及时汇报调度所。（3）当工作面或回风流瓦斯浓度达到0.8%时，必须立即停止作业，切断巷道内所有非本质安全型电气设备电源。（4）当爆破地点附近20m范围内瓦斯浓度达到0.8%时，严禁爆破。（5）工作面巷道内体积大于0.5m3的空间内，积聚的瓦斯浓度达到2%时，附近20m内必须停止工作，撤出人员，切断电源，并采取措施进行处理。（6）对因瓦斯超限而切断电源的电气设备，必须在瓦斯浓度降到0.8%以下时，方可通电开动。（7）局部通风机因检修需要停止运转时，必须至少提前一个小班进行申请，并经矿调度会批准后，方可按规定时间停电，停电期间严禁进行震动爆破作业。（8）局部通风机因故停止运转，在恢复通风前，必须检查瓦斯，只有停风区中瓦斯浓度不超过1.0%或二氧化碳浓度不超过1.5%，且局部通风机及其开关附近10m以内风流中的瓦斯浓度都不超过0.5%时，方可人工启动局部通风机。否则，必须制定排放瓦斯措施进行专门排放。（9）揭煤施工时，工作面迎头必须悬挂便携式甲烷检测报警仪，并打开正常使用。当瓦斯浓度达到0.8%，必须立即停止作业。撤离人员，查明原因，并采取措施处理。（10）揭煤期间，通风区每班必须有一名副科级干部现场跟班。（11）揭煤期间，监控工区必须加强工作面监控设备管理，严格甲烷传感器标校管理。每天进行试断电一次，并有记录可查。4、安全监测监控工区必须按照揭煤设计的要求安装监控设备。T1、T2报警及断电瓦斯浓度为0.8%CH4。断电范围为掘进巷道内所有非本质安全型电气设备电源T1、T2复电浓度为小于0.8%CH4T3报警及断电瓦斯浓度为0.5%CH4。断电范围为揭煤巷道的局部通风机及其联锁设备的电源。T3的复电浓度为小于0.5%CH45、隔爆设施及其它（1）通风区必须按照设计要求在巷道内安设一组隔爆设施，其安装要求符合规定。水量不少于200L/m2。（2）揭煤期间，严禁采用风镐落煤和使用扒矸机出货。（3）开拓区必须在距工作面40米处施工一个避难峒室，通风区在其内安设一组压风自救装置。数量不少于工作面同时作业的总人数。峒室内必须配备10个灭火器。（三）揭煤期间顶板管理1、揭穿或揭开煤层后，在见煤点附近30m范围内掘进煤巷时，必须加强支护，并准备一定数量的接顶材料。2、迎头架棚时严格使用前探梁，数量不少于两根，固定点不少于两点且稳定可靠。工作面必须割一棚架一棚，严禁空顶、空帮作业。3、工作面掘进过程出现空帮、空顶时，必须及时用不燃性材料充填接实。顶板管理其它部分严格按照作业规程执行。（四）电器设备及爆破时停送电管理1、开拓区每天必须设专人检查巷道内电气设备完好情况，杜绝失爆失保，并有记录可查。机电办进行监督。2、每次爆破前，现场指挥通知开拓区跟班人员安排电工切断巷道内所有非本质安全型电气设备的电源的，并悬挂停电牌。调度所通知监控机房发命令切断巷道内的联锁电源。爆破后，由现场指挥及救护队带领有关人员进入现场检查，确认无危险后，方可汇报调度所。调度所通知监控机房发命令恢复该工作面的联锁电源的。3、揭煤期间，机电办负责制定专门措施，确保切断面西一、西二采区及大巷内的所有电气设备及电缆的电源。每一项停电必须落实责任到人。执行停、送电要有记录。4、揭煤期间，严禁电机车进入揭煤巷道的回风系统。（五）爆破设计1、严格执行爆破图表（图表附后）进行打眼，装药。爆破前所有不装药孔洞必须用不燃性材料充填，充填深度不小于最大炮眼深度的1.5倍。2、放炮区在爆破时必须使用专用爆破器，由专人保管，每次爆破前，由专人在地面测试其性能，不符合规定时，严禁入井使用。3、爆破必须采用铜脚线的毫秒电雷管。雷管总延期时间不得超过130ms，严禁跳段使用。电雷管使用前必须逐个进行导通。电雷管的联接必须使通过每一雷管的电流达到其引爆电源的2倍。雷管脚线联接要相互扭紧，并用绝缘胶布包裹。4、爆破母线采用专用电缆，并靠帮悬挂，其与其它电缆间距不小于300mm，母线入井前，必须对其电阻进行测试。爆破网路连接完毕后，必须进行网路全电阻测试，发现问题，及时处理。5、爆破必须采用全断面一次起爆。爆破后30分钟，由现场指挥安排专人进入现场验炮。发现拒爆、残爆等异常情况时，必须立即汇报调度所，并由现场指挥负责落实专人按规程规定进行处理。（六）震动爆破1、工作面迎头距13-1煤层顶板法距1.5m开始到下山进入岩石距13-1煤层底板法距2m为止，采用震动爆破进行揭煤施工。2、放炮区必须安排两名经验丰