N24102(上）工作面综掘防突专项设计.doc

杉木树矿业有限公司N24102（上）工作面综合机械化掘进防突专项设计单 位签 字日 期编 制审 核生调部技 术地 质机 运通 风通 风 科安 监 处安全副总地测副总机运副总采掘副总通风副总总工程师N24102（上）工作面综合机械化掘进防突专项设计一、工作面概况- 2 -（一）工作面简介- 2 -（二）煤层赋存及地质条件- 2 -（三）地表及水文地质情况- 3 -（四）地质构造- 3 -二、瓦斯灾害分析- 3 -（一）瓦斯涌出情况- 3 -（二）预测指标及突出情况- 4 -三、综合机械化掘进防突措施的可行性分析- 4 -（一）地质影响分析- 4 -（二）相邻工作面瓦斯涌出及预测指标分析- 5 -（三）其他方面- 5 -（四）结论- 5 -四、防治煤与瓦斯突出措施- 5 -（一）突出危险性预测- 5 -（二）防突措施- 7 -（三）措施效果检验- 12 -（四）安全防护措施- 12 -（五）其它措施- 14 -(六) 避灾线路- 15 -(七)组织管理措施- 15 -一、工作面概况（一）工作面简介1、N24102（上）工作面位于N24采区西翼。2、N24102（上）工作面四邻关系：东为采区中央上山保安煤柱，南为正在回采的N24102（下）工作面，西为矿井边界（边界以西为亿荷沟煤矿），北为已回采结束的N24122工作面。工作面走向长度为：675m,倾斜长为: 184m(工作面布置平面图详见图三所示）。3、工作面井下标高294390m，对应地面标高在440513m（详见图二、图三、图四所示）。4、N24102(上) 工作面所采煤层埋深在150200 m左右，（二）煤层赋存及地质条件1、N24102（上）工作面位于滥泥坳向斜北翼，属向南倾斜的一单斜构造，煤岩层产状为：倾向135150、倾角1218。2、B3+4煤层为半暗半亮型煤。煤层结构较为复杂。煤层在顶部青杠炭以下有一层厚度在0.11.5m左右的层滑构造，煤层内裂隙发育；据N24102（下）工作面揭露情况，推测本工作面煤层厚度在3.56.5m,平均4.3m。3、煤层顶底板情况，见表1所示。 表1 煤层顶底板情况表 顶底板名称岩石名称厚度（m）岩性特征老顶砂岩5深灰色中厚层状粉砂岩直接顶砂质泥岩23灰色砂质泥岩、砂岩伪顶泥岩010.6灰色泥岩内含砂质泥岩直接底粘土岩2.62.9灰白色粘土岩、灰色砂质泥岩，下为煤层老底砂质泥岩5B2煤层下为灰色砂质泥岩、砂岩为主4、地面的对应位置建筑物地面对应位置为高县灯杆咀，半边梗范围，石炭沟河从地表流过，地表存在多处房屋建筑,对工作面有一定的影响，详见井上下对照图(详见图一所示)。5、掘进工艺机、中、风巷均采用综合机械化掘进。（三）地表及水文地质情况1、水文条件较为复杂，主要充水水源为大气降水、断层裂隙水，工作面范围以内有一地表溪流石炭沟河，在平面上距本面中巷最近处有90m左右,在采动后因裂隙可能导通工作面，对工作有一定的影响，在施工过程中，坚持有疑必探，先探后掘的原则。2、鉴于工作面南北均为采空区，且上下两采空区内的积水对本工作面施工有一定的影响。本面范围内没有钻孔的影响;据已揭露资料，井田内发育的大、小断层，其断裂面大多被方解石脉充填，破碎带小，一般胶结较为紧密，因而一般不含水或含水微弱。3、涌水量：正常涌水量18m3/h2、最大涌水量100m3/h（四）地质构造据已揭露资料推测N24102（上）工作面内存在3条对工作面施工有较大影响的断层，在施工的过程中，有可能会揭露新的断层，具体断层情况见表2。表2 地 质 构 造 情 况 表编号构造名称性质倾向（）倾角（）落差（m）对工作面施工的影响F1断层逆断层197474造成煤层顶板破碎，瓦斯涌出异常，煤厚变化异常F2断层正断层267352造成煤层顶板破碎，瓦斯涌出异常，煤厚变化异常F3断层正断层179424造成煤层顶板破碎，瓦斯涌出异常，煤厚变化异常二、瓦斯灾害分析（一）瓦斯涌出情况已掘巷道及邻近区域工作面瓦斯涌出情况，详见表3。表3：N24102（上）工作面邻近区域瓦斯涌出量情况表地 点平均Q绝(m3min)炮后QMaX(m3min)Q相(m3t)备 注范 围平 均范 围平均范 围平 均N24102结束上山0.112.541.330.177.03.580.184.352.26N24102（下）风巷1.576.363.961.8121.1311.472.299.836.06（二）预测指标及突出情况已掘巷道及邻近区域工作面预测指标情况，详见表4。表4：N24102（上）工作面邻近区域预测情况表地点钻屑量(Kg/m)初速度 (l/m.min)解吸指标衰减系数硬度系数备 注Smax平均qmax平均K1平均ZsJ平均f平均N24102结束上山2.12.32.21.02.51.70.650.750.70N24102（下）风巷2.02.42.20.84.52.650.921.00.96预测一次超标三、综合机械化掘进防突措施的可行性分析（一）地质影响分析根据地质提供资料分析，N24102（上）工作面南北采空区中部，距已回采的工作面保安煤柱厚度在11.76m26.79m，预计对工作面的掘进无大的影响，通过对保安煤柱的注浆封闭及加强支护可以使灾害得到治理；工作面开切眼西为矿井边界（边界以西为亿荷沟煤矿，两工作面相距49.25m）,对工作面的布置存在一定影响，由于位置相距较远，做好安全防护措施后可以避免其影响因素。据已揭露资料推测，本工作面内存在3条对工作面施工有较大影响的断层，在施工的过程中，有可能会揭露新的断层及小型构造，对巷道的掘进也有一定的影响。（二）相邻工作面瓦斯涌出及预测指标分析N24102结束上山掘进期间，瓦斯涌出稳定，预测的各项指标较小。N24102（下）风巷掘进期间由于遇地质构造预测超标一次，采取消突措施后各项指标均小于突出指标。（三）其他方面N24102（上）工作面由于受采空区的影响，对巷道两帮煤层结构有一定影响，瓦斯涌出可能变大，采用区域、局部综合消突措施后可以缓解瓦斯涌出异常情况，使工作面瓦斯得到有效可靠的治理。（四）结论近两年来，已掘的 N24102（下）机巷、N2462机巷及正在掘进的N2492中巷都使用的是综合机械掘进技术，煤层结构及地质条件基本相同，在掘进过程中配合消突措施及安全防护措施后没有发生过煤与瓦斯突出事故，效果明显。N24102（上）工作面机、中、风巷在综掘过程中，瓦斯及涌水虽然对生产有一定程度的影响，但在实施相关消突措施及安全防护措施后的范围内发生煤与瓦斯突出的可能性较小。四、防治煤与瓦斯突出措施综掘工作面的防突管理严格按“四位一体”综合防突措施执行。（一）突出危险性预测1、加强突出危险性预测工作，机巷在掘进前必须进行突出危险性预测，把掘进进度全部控制在检验单允许的掘进进尺范围内。2、预测孔及检验孔个数按5个孔（42mm）进行布置，其中预测孔长度9 m (详见图五),检验孔长度措施孔长度(一般大直径抽采/卸放孔大于60 m,小直径卸放孔12 m）。3、区域突出危险性预测与局部突出危险性预测方法相同。4、工作面预测时，具体要求如下:（1）工作面在正常状况下（工作面主要为类煤），采用复合指标法预测工作面的突出危险性, 即测定钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑量指标。（2）若工作面地质构造稳定，煤层结构属、类煤层，且无软分层时，采用复合指标法预测工作面的突出危险性，若所测Smax3.0Kg/m或qmax2.0L/mmin时，必须采用钻屑指标法测出瓦斯解吸指标K1或h2值以及煤体硬度系数f。（3）若工作面遇地质构造带或煤层结构属、煤层时，则必须同时采用复合指标法和钻屑指标法预测工作面的突出危险性以及煤层硬度系数f。（4）若所测Smax2.5Kg/m或qmax2.0L/mmin，还要必须测出钻孔瓦斯衰减系数ZsJ。（5）上述预测方法中，若任何一项指标预测超标，则视当前工作面为突出危险工作面,否则视当前工作面为无突出危险工作面。具体预测指标判别标准如表5所示。表5：区域（局部）突出危险性预测指标判别标准名称单位判别指标突出危险性评价备注最大钻屑量(Smax)Kg/m5有5无最大瓦斯涌出初速度(qmax）L/min.m4有4无钻孔瓦斯衰减系数（ZsJ）0.55有0.55无解吸指标（K1）0.5有f0.350.5无0.7有0.5f0.350.7无1.0有f0.51.0无4、允许进尺（1）当采用上述方法预测指标均不超标时，Smax2.5 Kg/m或qmax2.0L/mmin且K1、f不超标，可预留不少于3.0m的预测超前距进行掘进；Smax2.5 Kg/m或qmax2.0L/mmin及K1、f其中一项指标超出，当不超过临界值时，则预留不少于5.0m的预测超前距进行掘进。（2）碛头在实施区域防突措施后，若预测指标为无突出危险，则只有当上一循环的预测指标也是无突出危险时，方可确定为无突出危险工作面，并在采取安全防护措施、保留足够的预测超前距的条件下进行采掘作业；否则，仍要执行一次工作面防突措施和措施效果检验。（3）预测不超标，则按总工程师签发的允许掘进长度组织掘进；当预测指标中任意一项超过临界指标时，均不得进行掘进作业，并立即采取防突措施。（二）防突措施1、区域防突措施。1）掘进前必须在碛头施工大直径抽采钻孔作为区域防突措施孔消突,其中：机巷、风巷各按20个抽采孔布置；中巷按15个抽采孔布置。2）抽采或排放钻孔施工要求碛头采用ZDY-4000S型钻机120mm（或130mm）抽采钻孔，深度80m，风巷北帮钻孔终孔位置为巷道轮廓线外10m，南帮为15m；中巷北帮钻孔终孔位置为巷道轮廓线外15m，南帮为15m；机巷北帮钻孔终孔位置为巷道轮廓线外15mm，南帮为5m；若底板以下煤层厚度大于3.0m，则控制底板以下3.0m煤层；若底板以下煤层厚度小于3.0m时，则控制全煤厚,且所有钻孔均应布置在B3+4煤层中 (措施孔布置详见图六) 。只有当前方80m煤体区域范围瓦斯预抽率达到40.2%后（防治煤与瓦斯突出规定第五十三条规定，突出危险区域的煤层残余瓦斯压力小于0.74Mpa或残余瓦斯含量小于8 m3/t可进入煤层掘进），且预留不小于20m的安全屏障需要，允许掘进进尺掘完后，再次施工大直径抽采孔，如此循环。投抽要求。a.采用先抽后掘方式必须保证碛头前方80m煤体中吨煤瓦斯含量小于8 m3/t，才可进行掘进作业。根据我矿瓦斯吨煤含量13.37 m3/t（参数来源于重庆煤炭科学研究院测定数据），预抽瓦斯要大于5.37m3/t，即瓦斯抽采率40.2%。预抽时间T h的计算方法如下式所式。T h=Q(Q单)Q=SLC式中：T h预抽时间，h。Q前方80m煤体的瓦斯含量。前方80m煤体的瓦斯预抽率，40.2%。钻孔个数，120/130钻孔。Q单钻孔单孔流量，120/130钻孔取0.150.25 m3/min。K瓦斯涌出不均衡系数，取0.85。S抽采控制范围断面。L抽采孔的长度，80m。煤体容重， 1.6 t/m3。C吨煤瓦斯含量，取13.37 m3/t。b.风巷120抽采钻孔预抽时间：Q=81.2801.613.37=138962m3。T h =13896240.2%(200.250.85)=13144min，约10天。 中巷120抽采钻孔预抽时间：Q=92.4801.613.37=158129 m3。T h =15812940.2%(150.250.85)=19943min，约14天。 机巷120抽采钻孔预抽时间：Q=67.2801.613.37=115003 m3。T h =11500340.2%(200.250.85)=10878min，约8天。3）区域验证当实施区域防突措施后，达到设计预抽时间，测定出残余瓦斯含量参数。若测定残余瓦斯含量小于8m3/t,则可在采取安全防护措施的情况下进行掘进作业；否则，则补充局部综合防突措施。4）有下列情况之一时必须采取大直径抽采（卸放）钻孔的局部防突措施。碛头预测指标超标，或有其他突出预兆。割煤期间瓦斯浓度达到1.3%。其他经评价为有突出危险的。2、局部防突措施1）局部防突措施抽采（卸放）钻孔仍采用ZDY-4000S型钻机在碛头施工14个120/130mm的大直径抽采孔（在施钻过程中，如钻孔内有水涌出，影响ZDY-4000S型钻机正常施钻，则将螺旋钻杆改为相同直径的空心钻杆；其中机、中、风巷均布置14个钻孔）。钻孔深度60m，北帮钻孔终孔位置为巷道轮廓线外5m，南帮为5m；若底板以下煤层厚度大于3.0m，则控制底板以下3.0m煤层；若底板以下煤层厚度小于3.0m时，则控制全煤厚,且所有钻孔均应布置在B3+4煤层中(措施孔布置详见图七)。投抽要求。a.采用先抽后掘方式必须保证碛头前方60m煤体中瓦斯预抽率到达30%后，才可进行掘进作业。预抽时间T h的计算方法如下式所式。T h=Q(Q单)Q=SLC式中：T h预抽时间，h。Q前方60m煤体的瓦斯含量。前方60m煤体的瓦斯预抽率，30%。钻孔个数，120/130钻孔为14个。Q单钻孔单孔流量，120/130钻孔取0.150.25 m3/min。K瓦斯涌出不均衡系数，取0.85。S抽采控制范围断面。L抽采孔的长度，60m。煤体容重， 1.6 t/m3。C吨煤瓦斯含量，取13.37 m3/t。b.风巷120抽采钻孔预抽时间：Q=40601.613.37=51340m3。T h =5134030%(140.250.85)=5177min，约4天。 中巷120抽采钻孔预抽时间：Q=36.4601.613.37=46720 m3。T h =4672030%(140.250.85)=4711min，约4天。 机巷120抽采钻孔预抽时间：Q=40601.613.37=51340m3。T h =5134030%(140.250.85)=5177min，约4天。3）小直径卸放孔在实施大直径抽采孔（排放孔）措施后，若遇以下情况，则在碛头补充施工小直径卸放孔，做到不留空档、孤岛、三角区；若预测不超标，采取安全防护措施后进行采掘作业。煤层的地质构造带及附近；煤层厚度急剧变化或异常变化的地带；类煤厚度达0.5m及以上或类煤（软分层）厚度达0.3m及以上时；施工钻孔时，发生喷孔、卡钻、响煤炮、煤体变冷等突出预兆；煤层产状、赋存条件急剧变化地段；煤柱应力集中地段和采掘应力叠加的区域以及矿压显现和瓦斯涌出异常地带；大直径抽采孔的空档区域（小三角区）；当预测指标接近临界指标，但所有指标不超标，综掘割煤期间瓦斯浓度达到1.0%。采用42mm小直径卸放孔（3排15个）深度为12m，控制巷道轮廓线外5m（且所有钻孔应施工在B3+4煤层中），若巷道底板以下煤厚大于3m，下排孔终孔位置控制巷道底板以下3m煤厚；若煤层厚度小于3m，下排孔终孔位置控制全煤厚；留设5m的安全屏障（如图八所示）。（三）措施效果检验在实施防治煤与瓦斯突出措施后，必须进行措施效果检验，区域措施及局部措施检验方法与突出危险性预测方法相同。检验孔个数应不少于5个，且布置于措施孔间的空档区域，检验孔长度措施孔长度（如图五所示）。若检验指标不超标，方可按总工程师签发的允许掘进长度组织掘进（在此长度的允许掘进期间，按照我矿要求根据具体情况还要进行煤与瓦斯突出危险性预测，若预测超标，则签发的允许掘进长度取消，重新采取局部防突措施，再进行效果检验）；当采用上述检验方法中的任意一项指标超过临界值（对照表5），则必须再次实施防突措施，并再次进行措施效果检验。（四）安全防护措施1、按照防治煤与瓦斯突出规定要求完善N24102（上）区域的通风系统及安全防护设施。进、回风系统必须设置正、反向风门，反向风门上铁板，风窗孔及风筒孔必须设置逆止板。2、在碛头2540m范围内安设一组压风自救袋，个数不少于10个；在工作面巷道内每隔100m安设一组压风自救袋，每组23个。安装要求：安设在人行侧并与底板距离为1.2m的顶板完整的地方，间距为0.5m/个；压缩空气供给量，每个袋子不得少于0.1m3/min）。3、工作面作业过程中，瓦检员、值班队干或其他值班人员、班长、防突预测人员等应随时注意观察工作面煤壁情况，发现突出预兆及时撤人、汇报。4、在施工钻孔过程中，孔内有水涌出时，必须立即停止施钻工作（但不能立即抽出钻杆），并及时向调度信息中心汇报，听从调度信息中心安排。5、每班到工作面的值班队干或班长进班到达工作面后，必须先对该面的所有压风自救系统进行一次全面检查，确保压风自救系统灵活可靠。6、施工队电钳人员每班安排专人对工作面电气设备进行检查，杜绝电气设备失爆。7、作业人员入井前必须携带并认真对领取的自救器进行完好性检查，确保自救器完好可靠。8、掘进允许进度应控制在总工程师签发的预测单允许进度范围内，严禁超掘。9、值班队干、班长、电钳工、防突预测人员以及进入综掘工作面的其它管理人员必须佩带好便携式瓦检仪。10、当巷道掘进超过500m时，必须施工避难所,避难所内外的设置按照防止煤与瓦斯突出规定进行设置（具体参数由生产部技术祖另补专项安全技术措施）。11、通风科防突组每天收集煤层厚度变化情况及突出危险性预测参数收集与分析，发现瓦斯涌出异常，及时停掘采取抽采或排放措施。12、在N24102（上）工作面采用综合机械化掘进期间,跟班队干随时观察揭露的煤岩体情况,如有变化及时汇报,由矿地质人员到现场判别煤岩体如有异常则采取