煤与瓦斯突出危险性鉴定报告

密级鉴定报告编号 公开 2010TC0400 鉴定单位鉴定单位 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 鉴定时鉴定时间间 20102010 年年 1111 月月 2525 日日 贵州省仁怀市三元煤矿贵州省仁怀市三元煤矿 煤与瓦斯突出危险性鉴定报告煤与瓦斯突出危险性鉴定报告 I 密级鉴定报告编号 公开 2010TC0400 报告名称报告名称 贵州省仁怀市三元煤矿贵州省仁怀市三元煤矿 煤与瓦斯突出危险性鉴定报告煤与瓦斯突出危险性鉴定报告 批准 林柏泉批准 林柏泉 职务职务 职称职称 教授教授 审核 李增华审核 李增华 职务职务 职称职称 教授教授 审核 王恩元审核 王恩元 职务职务 职称职称 教授教授 鉴定人 翟成鉴定人 翟成 职务职务 职称职称 讲师讲师 鉴定单位鉴定单位 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 鉴定鉴定时间时间 20102010 年年 1111 月月 2525 日日 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 II 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 III 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 IV 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 V 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 VI 声明 1 本鉴定报告无中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 公章无效 2 本鉴定报告化验结果只对所取煤样负责 3 本报告无授权签字人签字无效 4 如有异议请在 15 日内提出 检测检验机构信息 检测检验机构名称 中国矿业大学矿山开采与安全 教育部重点实验室 通讯地址 江苏省徐州市中国矿业大学院内 邮编 221008 联系人 翟成 电话0516 83884401 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 VII 鉴定人 审核 审核 批准 委托单位名称贵州省仁怀市五马镇三元煤矿 委托单位地址贵州省仁怀市五马镇三元煤矿 检测检验机构名称中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 检测检验机构地址江苏省徐州市中国矿业大学院内 鉴定范围三元煤矿开采标高 620m 780m 之内的 C12 煤层 鉴定时间2010 年 11 月 25 日 鉴定依据 1 煤与瓦斯突出矿井鉴定规范 AQ1024 2006 2 煤矿安全规程 国家煤矿安全监察局 2010 年 3 关于加强煤与瓦斯突出矿井鉴定工作的通知 煤安监办 2005 11 号 国家安全生产监督管理局 防治煤与瓦斯突出规定 国家安全生产监督管理总局 2009 年 5 煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法 AQ T1047 2007 鉴定结论 各单项指标中 C12 煤层的破坏类型属于 类构造煤 瓦 斯压力为 0 38 MPa 小于 0 74MPa 坚固性系数为 0 266 小 于 0 5 瓦斯放散初速度为 26 8 大于 10 根据 煤与瓦斯突 出矿井鉴定规范 AQ1024 2006 第 5 条规定 只有全部指标 达到或超过其临界值时方可划为突出煤层 煤层瓦斯压力较小 没有达到 0 74MPa 因此从单项指标来看 在鉴定范围 标高 620m 780m 之内 的 C12 煤层无突出危险性 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 盖章 日期 2010 年 11 月 25 日 备注本鉴定只对鉴定范围有效 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 VIII 职 称 职称 职称 职称 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 目目 录录 1 前言前言 1 1 1 鉴定的目的及意义鉴定的目的及意义 1 1 2 鉴定方法及鉴定范围鉴定方法及鉴定范围 1 1 3 鉴定依据鉴定依据 1 2 矿井基本情况矿井基本情况 3 2 1 矿井井型 属性 范围 服务年限等矿井井型 属性 范围 服务年限等 3 2 1 1 矿区的位置 范围矿区的位置 范围 3 2 1 2 矿井的储量 服务年限矿井的储量 服务年限 3 2 2 矿山交通位置矿山交通位置 3 2 3 地形 地貌特征地形 地貌特征 5 2 4 地层 煤层 煤质地层 煤层 煤质 5 2 4 1 地层情况地层情况 5 2 4 2 煤层赋存情况煤层赋存情况 6 2 4 3 煤质特征煤质特征 6 2 5 地质构造地质构造 7 2 6 开拓开采开拓开采 7 2 7 矿井通风 瓦斯概况矿井通风 瓦斯概况 8 2 7 1 通风方式通风方式 8 2 7 2 主要通风机性能参数主要通风机性能参数 8 2 7 3 瓦斯情况瓦斯情况 8 3 煤层 基本参数 鉴定测定煤层 基本参数 鉴定测定 9 3 1 技术方案技术方案 9 3 2 煤层原始瓦斯压力测定煤层原始瓦斯压力测定 9 3 2 1 煤层瓦斯压力测定原理煤层瓦斯压力测定原理 9 3 2 2 地质单元确定地质单元确定 9 3 2 3 测定选择测定选择 9 3 2 4 测压钻孔施工技术测压钻孔施工技术 10 3 2 5 测压封孔技术测压封孔技术 11 3 2 6 瓦斯压力测定结果瓦斯压力测定结果 12 3 2 7 瓦斯压力的确定瓦斯压力的确定 17 3 3 实验室参数测定实验室参数测定 18 3 3 1 煤的破坏类型煤的破坏类型 18 3 3 2 煤的坚固性系数测定煤的坚固性系数测定 18 3 3 3 煤样瓦斯放散初速度煤样瓦斯放散初速度 p 测定测定 21 3 4 鉴定 基本 参数测定结果及准确性分析鉴定 基本 参数测定结果及准确性分析 23 4 煤层突出危险性鉴定煤层突出危险性鉴定 24 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 5 鉴定结论与建议鉴定结论与建议 25 5 1 鉴定结论鉴定结论 25 5 2 建议建议 25 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 1 页 1 1 前言前言 1 1 鉴定的目的及意义鉴定的目的及意义 煤与瓦斯突出 以下简称突出 是煤矿井下采煤过程中发生的一种煤与瓦斯的突然 运动 这是一种伴有声响和猛烈力能效应的动力现象 它能在很短的时间 几秒钟到几 分钟 内 使采掘工作面的煤壁遭到破坏 并从煤壁内部突然向巷道或采掘空间喷出大 量的煤和瓦斯 充填巷道 在煤体中形成某种特殊形状的孔洞 喷出煤和瓦斯时伴随着 强大的冲击力 能摧毁巷道设施 破坏通风系统甚至使风流逆转 并可能造成瓦斯窒息 爆炸和煤流埋人等事故 煤与瓦斯突出是威胁煤矿尤其是开采深度较大矿井安全的重要 灾害之一 近年来随着我国矿井开采深度的加大 我国成为煤与瓦斯突出事故多发国家 因此做好煤与瓦斯突出矿井的鉴定工作 对规范矿井生产 保证生产安全有着十分重要 的意义 三元煤矿隶属贵州省仁怀市 鉴定目的是确三元煤矿的突出危险性 规范安全生产 1 2 鉴定方法及鉴定范围鉴定方法及鉴定范围 突出矿井鉴定方法主要有两种 一种是在矿井开采过程中出现矿井动力现象后 依 据发生动力现象的现场情况进行判断 如抛出的煤炭是否有分选性 抛出物的堆积角是 否小于自然堆积角 是否存在突出孔洞及孔洞的形状 发生动力现象期间的吨煤瓦斯涌 出量大小 来确定动力现象是否属于突出 若是突出则该煤层鉴定为突出煤层 另一种 方法是依据 煤与瓦斯突出矿井鉴定规范 AQ1024 2006 中的规定 通过现场测定煤 层瓦斯压力 取煤样观测煤的破坏类型 测定瓦斯放散初速度指标 和煤的坚固性 P 系数 f 可依据以上瓦斯参数是否超过 煤与瓦斯突出矿井鉴定规范 AQ1024 2006 中的规定指标临界值 判断煤层是否具有潜在突出危险性 根据三元煤矿目前的情况 本次突出鉴定采用后一种方法进行 根据本矿的开采范围及目前巷道的揭露情况 确定本矿突出鉴定的范围为三元煤矿 开采标高 620m 780m 之内的 C12 煤层 1 3 鉴定依据鉴定依据 本次煤与瓦斯突出鉴定工作的法规依据主要有 1 煤与瓦斯突出矿井鉴定规范 AQ1024 2006 2 煤矿安全规程 国家煤矿安全监察局 2010 年 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 2 页 3 关于加强煤与瓦斯突出矿井鉴定工作的通知 煤安监办 2005 11 号 国家安 全生产监督管理局 防治煤与瓦斯突出规定 国家安全生产监督管理总局 2009 年 5 煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法 AQ T1047 2007 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 3 页 2 2 矿井基本情况矿井基本情况 2 1 矿井井型 属性 范围 服务年限等矿井井型 属性 范围 服务年限等 2 1 1 矿区的位置 范围矿区的位置 范围 三元煤矿矿区地理坐标为 东经 106 15 23 106 16 00 北纬 27 40 07 27 40 44 三元煤矿矿区范围由贵州省国土资源厅划定 根据 采矿许可 证 矿区范围由 7 个拐点圈定 井田走向长约 1 08km 倾斜宽 0 55km 面积 0 5976km2 拐点坐标为 表表 2 12 1 三元煤矿拐点坐标三元煤矿拐点坐标 编号 XY 13063535 0035624274 00 23063342 0035624375 00 33063342 0035624735 00 43062430 0035625003 00 53062490 0035624471 00 63063511 0035623972 00 73063570 0035624086 00 开采深度 620m 780m 2 1 2 矿井的储量 服务年限矿井的储量 服务年限 矿井设计可采储量 87 048 万吨 服务年限为 6 9a 现矿井规模为 9 万 t a 2 2 矿山交通位置矿山交通位置 仁怀市五马镇三元煤矿位于贵州省仁怀市西南部 属仁怀市管辖 地理坐标为东经 106 15 23 106 16 00 北纬 27 40 07 27 40 44 矿井位于仁怀至五马公路旁南东侧 有乡村公路与 209 省道相通距离约 0 5km 距 仁怀市 24km 距鸭溪电厂 60km 至金沙县城 28km 经五马 枫香到遵义 99km 交通 较为方便 详见交通位置图 2 1 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 4 页 图图 2 12 1 交通位置图交通位置图 三元煤矿 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 5 页 2 3 地形 地貌特征地形 地貌特征 1 地形地貌 矿区位于贵州高原北部 属剥蚀型山地地貌 区内以山间盆地为主 地势南部高 北部低 矿区南部最高海拔为 1100 0m 最低处位于矿区北部 海拔为 688 0m 相对高 差 412 0m 2 气候及地震 本区气候温和 雨量充沛 属亚热带温湿气候 年均气温 16 3 平均相对湿度 78 年平均降水量 800 1000mm 雨季多集中在 4 9 月 占全年降水量的 75 3 日最大降雨量 100 1mm 据 中国地震动参数区划图 18306 2001 仁怀市地震基本烈度小于 度 区域 稳定性较好 3 河流 根据区域水文资料 主要位于五马河流域的水文地质单元内 区域最低侵蚀基准面 为矿区南面五马河 矿区东南面鱼箐沟最低海拨标高约660m 可视为矿区当地最低侵 蚀基准面 矿区地貌总体上为南高北低 由于受地质构造和切割的影响 地表水由东向 西迳流 排泄于鱼箐沟 由南向北迳流 或岩溶洼地中 最后汇入五马河 属补给区 4 人文经济 矿区内居民主要从事农业 少数从事商业 运输 采煤 采石等 粮食和经济作物主 要有水稻 玉米等 2 4 地层 煤层 煤质地层 煤层 煤质 2 4 1 地层情况地层情况 矿区内及附近出露的地层从老到新有二叠系中统茅口组 P2m 二叠系上统龙潭组 P3l 二叠系上统长兴组 P3c 三叠系下统夜郎组 T1y 及第四系 Q 现将特征 由老至新分述如下 A 二叠系中统茅口组 P2m 分布于井田北东部 岩性浅灰 灰色厚层至块状粉 晶灰岩 含生物碎屑灰岩 产腕足类 蜒类等生物化石 厚度大于 100m B 二叠系上统龙潭组 P31 分布于井田中部 是本区的含煤地层 岩性由灰 灰 黄色细砂岩 粉砂岩 泥质粉砂岩 粉砂质泥岩 泥岩 铝土质泥岩及煤层组成 共含 煤 9 层 其中稳定可采煤 2 层 分别为 C7和 C12煤层 局部可采煤层为 C5 C10 可采煤 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 6 页 层主要分布于含煤岩系的中部和下部 该组与下伏茅口呈假整合接触 厚度约 94m C 二叠系上统长兴组 P3c 分布于井田中部 岩性为灰 浅灰色中至厚层状含燧 石团块灰岩 粉晶灰岩 顶部有一层黑色硅质层与杂色页岩互层 含腕足类 腹足类等 化石 厚约 55m D 三叠系下统夜郎组 T1y 分布于井田南西部 岩性 下部为灰黄色 黄色钙 质泥岩为主 中部为浅灰色 灰色灰岩 上部为紫红色 黄绿色钙质泥岩 夹粉砂质泥 岩 厚度 600m 左右 E 第四系 Q 分布在地势低洼和缓坡地带 为耕植土 黄粘土和碎石等 厚 0 8m 2 4 2 煤层赋存情况煤层赋存情况 矿区内含煤地层从上到下有 C7 C12 二层为全区可采煤层 C7煤层 产于龙潭组中部 上距二叠系上统长兴组 P3C 底界为 43 57m 煤 层中普遍含一层厚 0 02 0 10m 的泥岩夹石 煤层顶板一般为粉砂岩 底板为泥岩及粉砂 岩 含黄铁矿结核 煤层厚 2 70 3 80m 平均厚 3 00m 属稳定的半光亮型块壮无烟煤 是矿区的主采煤层之一 C12煤层 位于龙潭组下部 上距 C7煤层 25m 煤层中局部含 1 2 层厚 0 02m 的泥岩夹石 一般厚 0 08m 煤层顶板为黑色泥岩或深灰色粉砂岩 含植物化石 直接底 板为深灰色泥岩 富含植物屑化石 煤层平均厚 1 30m 属稳定半暗淡型状无烟煤 矿井 可采煤层特征详见下表 表表 2 22 2 可采煤层特征表可采煤层特征表 顶底板岩性 煤层编 号 平均厚度 m 平均层间距 m 煤层稳定性煤层结构 顶板底板 C73 粉砂岩 泥岩及粉砂岩 含黄铁矿结核 上距长兴组 43 57 C121 3 25 稳定结构单一 黑色泥岩或深灰色 粉砂岩 含植物化 石 深灰色泥岩 2 4 3 煤质特征煤质特征 C7 煤层 为黑褐色 似金属光泽 细条带状 线理状 块状 碎块 贝壳状 参差 状 为半暗至半亮型煤 C12 煤层 为褐色 半金属光泽 中至细条带状 块状 阶梯状 为半亮型煤 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 7 页 根据 贵州省仁怀市五马镇三元煤矿矿产资源 储量核实报告 煤质特征如表 表表 2 32 3 煤质主要特征表煤质主要特征表 工业分析 平均值 煤层编 号 煤样类 别水份 Ma d 灰份 Ad 挥发份 Vdaf 全硫 St d 发热量 Qnet v ar 原煤 4 0718 377 741 2634 9 C7 精煤 3 925 65 970 7135 59 原煤 3 620 738 62 7534 78 C12 精煤 3 846 715 631 3235 38 2 5 地质构造地质构造 矿区位于长岗向斜北西翼西端 地层倾向为 220 200 倾角 23 为一单斜构 造 矿区内断层 褶皱等构造发育 在井田东侧发育有一条断层 F6 对井田东部边缘 煤层开采影响尚未查明 有待进一步工作 F6断层 见于井田东部 呈北西南东向展布 倾向南西 倾角 60 落差 35m 区内延长 1200m 为压复性逆断层 断层切割了 P2m P31 和 P3C T1y 等地层 2 6 开拓开采开拓开采 矿区范围内煤层出露 根据在三元煤矿矿区地形的考察 矿区内有适宜斜井和平硐的 条件 根据区内地形的特点 结合矿井现有实际开采情况 工业场地选择主要考虑以下 几个因素 工业场地应选择在地势较为平坦 交通较为便利的地方 本矿井为技改扩能 矿井 原有三元煤矿工业场地经改造后可以满足现矿井生产能力需求 煤层倾角平均在 23 根据现场实地踏勘 具备平硐和斜井开拓的条件 井口及工业场地的选择应有利于 开拓开采和工作面的接替 井口及工业广场的选择应考虑少占良田好土 少拆迁或者不 拆迁村庄或房屋 工程地质较好的地段 节省初期投资和缩短建井工期 经现场踏勘设 计根据地形地貌特点 工程地质条件及井下煤层赋存情况综合分析 可供选择的井口及 工业场地为原有三元煤矿工业场地和田坝工业场地 本矿井采用一条主平硐担负煤 矸石 材料 设备的运输 以及排水 铺设管线等任 务 用一条进风行人井做进风和行人之用 用一条风井专作回风之用 因此井口数目为 3 个 主平硐位于矿区北部一平坦地带 主井和进风行人井平行布置 采用并列抽出式通 风 采用平硐开拓 主平硐 行人平硐井口标高均为 735 0m 主平硐方位角为 345 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 8 页 坡度为 3 掘进 360m 后布置轨道下山 进风行人平硐方位角为 345 坡度为 3 掘 进 327m 后布置行人下山 回风平硐井口标高为 770 63m 方位角均为 357 坡度为 3 利用原有的布置于 C12 煤层的一条巷道做回风上山 在主平硐尽头位置分别布置行 人下山 回风下山和进风行人下山 三条下山均布置在 C12 号煤层底板中 距 C12 号煤 层 15m 布置 倾角 23 三条下山分别掘至 620 0m 水平贯通并布置水仓 泵房 设计 首先开采 C12 煤层做为 C7 煤层的保护层 主平硐铺设 22kg 钢轨进行煤炭 矸石等材料 的运输 行人平硐主要用于进风及行人 根据矿区煤层赋存情况和主平硐标高 矿井设 置一个开采水平 水平标高为 735m 本矿井不布置大巷 2 7 矿井通风 瓦斯概况矿井通风 瓦斯概况 2 7 1 通风通风方式方式 通风方式 并列式 采面独立进回风 通风方法 矿井主要通风机的通风方法采用抽出式 回采工作面采用 U 型通风方式 掘进工作面采用局部通风机接风筒压入式通风 2 7 2 主要通风机性能参数主要通风机性能参数 该矿主要通风机为 BDK54 6 No13 型防暴对旋轴流式通风机两台 一台运行 一台 备用 风机配套电机功率 2 22kw 风量 18 5 28 8 m3 s 风压 1621 566Pa 2 7 3 瓦斯情况瓦斯情况 根据贵州省煤炭管理局文件黔煤行管字 2005 209 号 对遵义市煤矿 2005 年度第一 批矿井瓦斯等级鉴定的批复 三元煤矿绝对瓦斯涌出量为 2 54m3 min 相对瓦斯涌出量为 20 48 m3 t 2007 年三元煤矿瓦斯等级鉴定批复为 矿井绝对瓦斯涌出 2 49m3 min 相对 涌出量 49 8m3 t 该矿 C7 煤层已经发生过突出 该矿属煤与瓦斯突出矿井 三元煤矿截至 2010 年 10 月 25 日 矿井在采掘过程中未发生过一次符合 煤与瓦 斯突出矿井鉴定范围 AQ1024 2006 5 1 1 中煤与瓦斯突出基本特征的瓦斯动力现象 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 9 页 3 3 煤层 基本参数 鉴定测定煤层 基本参数 鉴定测定 3 1 技术方案技术方案 根据三元煤矿实际 由鉴定人深入井下分析地质构造 煤层赋存条件 巷道掘进情 况决定在三元煤矿标高 620mC12 煤层行人下山及 620m C12 煤层回风下山布置两个钻场 测定煤层瓦斯压力如图 3 2 详见附图 从测压钻孔中取煤样进行实验室试验测定参数 利用单项指标法进行判断 3 2 煤层原始瓦斯压力测定煤层原始瓦斯压力测定 3 2 1 煤层瓦斯压力测定原理煤层瓦斯压力测定原理 煤层瓦斯压力测定的原理是向煤层打一钻孔 深入煤层内 通过钻孔在煤孔内布置 一根瓦斯管与外界沟通 连上瓦斯压力表 封闭钻孔与外界的联系 此时 由于煤孔内 的瓦斯已经向外放散 压力较低 煤孔周围的煤层中瓦斯向煤孔内运移 压力逐渐增高 由于煤孔周围的煤体体积远大于煤孔的空间体积 煤层内的吸附瓦斯量又比游离瓦斯量 大得多 故经过一段时间的瓦斯渗流 煤孔内的瓦斯压力逐渐接近煤层的原始瓦斯压力 从外部的压力表上可以读出煤孔内的瓦斯压力值 煤层瓦斯压力应按照国家安全生产行业标准 煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方 法 AQ 1047 2007 进行 3 2 2 地质单元确定地质单元确定 根据 煤与瓦斯突出矿井鉴定规范 的要求 测压地点应按照不同的地质单元分别 进行布置 每个地质单元内在每层走向和倾向方向分别布置 3 个以上测点 由于三元煤 矿井田范围很小 可以按照两个地质单元考虑 为准确测定煤层瓦斯压力 使测出的压 力值能够代表煤层的原始瓦斯压力 在该地质单元内 对所有可能进行测压的地点进行 了筛选 要求测压地点应选在不受断层影响和裂隙小的地区 3 2 3 测定选择测定选择 测定地点的分布和选择应能有效代表待鉴定采掘范围的煤层 每个地质单元内在走 向和倾向方向布置 4 个测压点 根据三元煤矿的客观条件决定对标高 620m 处 C12 煤层 行人下山布置 2 个钻孔 及在标高 620m 处 C12 煤层回风下山布置 2 个钻孔 测点有以 下要求 1 测定地点应优先选择在石门或岩巷中 选择岩性致密的地点 且无断层 裂隙 地质构造处布置测点 其瓦斯赋存状况要有代表性 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 10 页 2 测压钻孔应避开含水层 溶洞 保证测压钻孔与其距离不小于 50m 3 对于测定煤层原始瓦斯压力的测压钻孔应避开采动 瓦斯抽采及其它人为卸压 影响范围 并保证测压钻孔与其距离不小于 50m 4 选择测压点应保证测压钻孔有足够的封孔深度 根据测点要求 结合三元煤矿的现场实际条件 布置两个测压点 每个测压点由三 元煤矿准备 2 2 3m 的工作空间 保证机器和人员能够正常工作 测压孔的开孔位置距 离煤层底板的直线距离不小于 5m 测压孔是经后岩层揭穿煤层 保证测定煤层瓦斯压力 为原始压力 测压点所在钻场示意图如图 3 1 所示 每个钻孔实际参数见实际测压记录 表 2m 煤层 钻场 钻孔 3m 5m 钻钻场场断断面面 钻场 5m 钻孔 煤煤层层 3m 2m 图 3 1 钻场示意图 3 2 4 测压钻孔施工技术测压钻孔施工技术 1 测压钻孔的技术要求 由于施工测压钻孔周围岩石比较破碎 裂隙较多 为保证测到原始瓦斯压力 要求 对测压钻孔周围岩层进行注浆处理 要求如下 测压孔开孔用 110mm 钻头钻进孔深 2 3m 测压孔终孔直径为 75mm 孔口管采用 90 5mm 无缝钢管加工而成 孔口管设计长为 2m 孔口管一头焊 接与其配套的高压法兰盘 设计孔口管耐压 120Kg cm2 封堵岩层底板裂隙注浆终压为 120Kg cm2 2 瓦斯测压孔施工步骤 由工程测量人员给出开孔位置及钻孔方向线 根据工程测量人员给定的线进行稳钻机 使钻杆的方位与钻孔方向线重合 使 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 11 页 钻杆的仰角与钻孔设计仰角相等 然后固定好钻机 由工程测量人员验收钻机安装是否 合格 确保钻机安装合格 钻机安装合格后 先用 110mm 钻头钻进 2 3m 深停 退出钻杆 扫净孔内岩粉 将孔口管送进孔内 孔口管外露长 200 300mm 用水 灰 0 75 1 的灰浆与水玻璃一起注浆加固孔口管 水玻璃浓度采用 38 波美度的液体 灰浆 水玻璃 1 0 5 注浆压力达 60Kg cm2 孔口管外不跑浆为止 待孔口管加固的双液浆凝固 8h 后 用 75mm 钻头扫孔钻进 2 3m 停 然后退出 钻杆 用注浆机注水进行孔口管耐压试验 要求耐压 120Kg cm2 耐压稳定时间不小于 30min 耐压试验合格方可钻进 不合格则重新注浆加固 重新耐压试验 直至孔口管耐 压试验合格 孔口管耐压试验合格后 用 75mm 钻头正常钻进 见到煤层即停 然后进行注 单液浆封堵岩层裂隙 注单液浆的浓度 先注稀浆后注浓浆 浆液水灰比为 2 1 1 75 1 1 5 1 1 25 1 1 1 0 75 1 等六个配比级别 最后注 0 75 1 的浓浆封孔 注浆终压达 120kg cm2或注 5 6 包水泥即可 待水泥浆凝固 8 小时左右 用 75mm 钻头扫孔钻进进入煤层 1 0m 1 5m 停钻 退出钻杆 即完成测压孔施工任务 3 2 5 测压封孔技术测压封孔技术 1 到现场后 根据孔深的要求量取瓦斯管 水管和回浆测压管 2 准备毛巾 大小适当 以能封住孔为准 3 将带来的胶囊连接好手动试压泵打水 再次检查气密性 4 将回浆管往胶囊的一头拧好固定 根据孔深和胶囊长度一节一节地连接把胶囊 送入孔内 一般回浆管留在孔外 0 5 1m 在将回浆管送入孔内的同时 将瓦斯管 水管 和回浆测压管用卡接连接并用胶布固定其上 5 用手动试压泵往胶囊里打水 打到 2 5MPa 左右即可 6 往回浆测压管里打水 以便后来读回浆压力用 7 在水桶里混合聚氨酯 要适量混合 第一团棉纱适当大点 以聚氨酯有滴下状 为宜 在聚氨酯还没充分反应之前 用钢管 最好是实心的 空心的前头可用棉纱堵上 将其捣入孔中 一般第一团距注浆管前头 1 5m 为宜 然后混合第二团 第三团 直到离 孔口 0 5m 左右 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 12 页 8 一直注浆到回浆测压管压力为 0 2 0 3MPa 然后再注一分钟左右 即可停止 注浆 10 封孔完毕 整理器具 此次所采用封孔测压工艺示意图如图 3 2 所示 聚胺酯 注水管瓦斯压力测定管 注浆管 瓦斯压力表 水泥药浆 胶囊 钻孔 矿用封孔注浆泵 图图 3 23 2 封孔测压工艺示意图封孔测压工艺示意图 为了加速气体压力的上升 缩短测压时间 要向测压室充入高压氮气或二氧化碳气 体 等压力稳定以后即可得到煤层瓦斯压力数值 由于测定条件所限 本次测定未注入气体 采用被动式测压 3 2 6 瓦斯压力测定结果瓦斯压力测定结果 封孔后进行了现场观测 确认测压钻孔的测压设施在测压期间没有人为动过的痕迹 测定的瓦斯压力数据是可靠和准确的 测定数据如表 3 1 3 2 3 3 3 4 所示 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 13 页 图图 3 33 3 钻场位置平面图钻场位置平面图 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 14 页 钻场 2 1 2 1 标高 620mC12煤层行人下山 钻场 图图 3 43 4 标标高高 620m 620m C12C12 煤层行人下山煤层行人下山钻孔布置示意图钻孔布置示意图 表表 3 13 1 标标高高 620m 620m C12C12 煤层行人下山煤层行人下山位置瓦斯压力位置瓦斯压力 1 1 孔测定记录孔测定记录 矿 井 三元煤矿 煤层名称 C12 煤层 测压地点 标高 620m C12 煤层行人下山 测点大气压 0 100MPa 煤层厚度 1 5m 测压标高 620m 开钻时间 10 月 14 日 揭煤时间 10 月 15 日 钻完时间 10 月 15 日 封孔时间 10 月 15 日 钻孔参数 孔号 方位角 倾角 岩孔长度 m 煤孔长 m孔长 m封孔长 m备注 1 孔 120351421614 时间 d压力 MPa时间 d压力 MPa 10160 0610210 25 10170 121022 0 27 10180 161023 0 28 10190 21024 0 28 10200 221025 0 28 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 15 页 表表 3 23 2 标标高高 620m 620m C12C12 煤层行人下山煤层行人下山位置瓦斯压力位置瓦斯压力 2 2 孔测定记录孔测定记录 矿 井 三元煤矿 煤层名称 C12 煤层 测压地点 标高 620m C12 煤层行人下山 测点大气压 0 100MPa 煤层厚度 1 5m 测压标高 620m 开钻时间 10 月 15 日 揭煤时间 10 月 16 日 钻完时间 10 月 16 日 封孔时间 10 月 16 日 钻孔参数 孔号 方位角 倾角 岩孔长度 m 煤孔长 m孔长 m封孔长 m备注 2 孔 1904514 51 616 114 5 时间 d压力 MPa时间 d压力 MPa 10170 0410220 22 10180 0810230 24 10190 1210240 25 10200 1510250 25 10210 1810260 25 标高 620m C12 煤层行人下山位置测压曲线如图 3 5 所示 0 0 05 0 1 0 15 0 2 0 25 0 3 12345678910 天 d 压力 Mpa 1 孔 2 孔 图图 3 53 5 标高标高 620m 620m C12C12 煤层煤层行人下山位置测压曲线行人下山位置测压曲线 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 16 页 钻场 2 1 2 1 标高 620mC12煤层井底水仓 钻场 图图 3 73 7 标高标高 620m 620m C12C12 煤层煤层回风下山位置回风下山位置钻孔布置示意图钻孔布置示意图 表表 3 33 3 标高标高 620m 620m C12C12 煤层煤层回风下山回风下山位置瓦斯压力位置瓦斯压力 1 1 孔测定记录孔测定记录 矿 井 三元煤矿 煤层名称 C12 煤层 测压地点 标高 620m C12 煤层回风下山 测点大气压 0 100MPa 煤层厚度 1 3m 测压标高 620m 开钻时间 10 月 16 日 揭煤时间 10 月 17 日 钻完时间 10 月 17 日 封孔时间 10 月 17 日 钻孔参数 孔号 方位角 倾角 岩孔长度 m 煤孔长 m孔长 m封孔长 m备注 1 孔 1903015 51 817 315 5 时间 d压力 MPa时间 d压力 MPa 10170 0210220 17 10180 0410230 18 10190 0810240 18 10200 1210250 18 10210 1510260 18 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 17 页 表表 3 43 4 标高标高 620m 620m C12C12 煤层煤层回风下山回风下山位置瓦斯压力位置瓦斯压力 2 2 孔测定记录孔测定记录 矿 井 三元煤矿 煤层名称 C12 煤层 测压地点 标高 620m C12 煤层回风下山 测点大气压 0 100MPa 煤层厚度 1 3m 测压标高 620m 开钻时间 10 月 17 日 揭煤时间 10 月 18 日 钻完时间 10 月 18 日 封孔时间 10 月 18 日 钻孔参数 孔号 方位角 倾角 岩孔长度 m 煤孔长 m孔长 m封孔长 m备注 2 孔115451521715 时间 d压力 MPa时间 d压力 MPa 10180 0410230 21 10190 0810240 23 10200 1210250 24 10210 1610260 24 10220 1910270 24 回风下山位置测压曲线如图 3 8 所示 0 0 05 0 1 0 15 0 2 0 25 0 3 12345678910 天 d 压力 Mpa 1 孔 2 孔 图图 3 83 8 标高标高 620m 620m C12C12 煤层回风下山煤层回风下山位置测压曲线位置测压曲线 3 2 7 瓦斯压力的确定瓦斯压力的确定 将观测结果绘制在以时间 d 为横坐标 瓦斯压力 P MPa 为综坐标的坐标图上 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 18 页 如图 3 5 3 8 所示 观测结果均在 10d 且瓦斯压力变化小于 0 015MPa d 测压工作可 以结束 测压结束后打开压力表阀门发现钻孔均无水涌出 不需要进行修正 两个点四 个孔发现标高 620mC12 煤层行人下山位置 1 孔瓦斯压力最大 瓦斯相对压力为 0 28 MPa 由于测定大气压力为 0 100MPa 所以认为确定直接测定法得到 C12 煤层的瓦斯压 力为 0 28MPa 测定的瓦斯压力数据是可靠和准确的 3 3 实验室参数测定实验室参数测定 3 3 1 煤的破坏类型煤的破坏类型 在本次突出鉴定过程中 我们对三元煤矿 C12 煤层构造情况进行了观察 观察采用 放大镜仔细观察 从取得的煤样看 根据新颁布的中华人民共和国安全生产行业标准 AQ1024 2006 即 煤与瓦斯突出矿井鉴定规范 对煤的破坏类型的规定 如表 3 6 该 C12 煤层属于 类煤 表表 3 63 6 煤的破坏类型分类表煤的破坏类型分类表 破坏类型光泽构造与构造特征节理性质 节理面 性质 断口性质手试强度 类 非破坏 煤 亮与半 亮 层状构造 块状构造 条带清晰明显 一组或二 三组节理 节理系统 发达 有 次序 有充填物 方解石 次生面少 节理 劈 理面平整 参差阶状 贝状 波 浪状 坚硬 用 手难以掰 开 类 破坏煤 亮与半 亮 1 尚未失去层状 较 有次序 2 条带明显 有时扭曲 有错动 3 不规则块状棱角 4 有 挤压特征 次生节理 面多 且 不规则 与原生节 理呈网状 节理 节理面有 擦纹 滑 皮 节理 平整 易 掰开 参差多角 用手极易 不 剥成 小块 中 等硬度 类 强烈破 坏煤 半亮与 半暗 1 弯曲呈透镜构造 2 小片状构造 3 细小碎 块 层理紊乱无次序 节理不清 系统不发 达 次生 节理密度 大 有大量擦 痕 参差及粒 状 用手捻之 可成粉末 碎粒 类煤 粉碎煤 暗淡 粒状或小颗粒胶结而 成 形似天然煤团 无节理呈 粘块状 粒状 用手捻之 可成粉末 类煤 全煤粉 暗淡 1 土状构造 似土质 煤 2 如断层泥状 土状 易捻成粉 末 疏松 3 3 2 煤的坚固性系数测定煤的坚固性系数测定 1 测定原理 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 19 页 煤的坚固性用坚固系数的大小来表达 本次测定采用常用的落锤破碎测定法 简称 落锤法 所测结果采用一种假定指标称为 A 值 这个测定方法是建立在脆性材料破碎 遵循面积力能说的基础上 这个学说是雷延智在 1867 年提出来的 他认为 破碎所消耗 的功 A 与破碎物料所增加的表面积的 S 的 n 次方成正比 即 3 1 n SA 实验表明 n 一般为 1 以单位重量物料所增加的表面积而论 则表面积与粒子的直 径 D 成反比 3 2 DD D S 1 3 2 设 Dq与 Dk分别表示物料破碎前后的平均尺寸 则面积就可以用下式表示 3 3 qh DD KA 11 式中 i 比例常数 与物料的强度 坚固性 有关 上式可以写为 3 4 1 i AD K q 式中 i Dq Dk i称为破碎比 i 1 从上式可知 当破碎功 A 与破碎前的物料平均直径为一定值时 与物料坚固性有关 的常数K与破碎比有关 即破碎比 i 越大 K值越小 反之亦然 这样 物体的坚固性可 以用破碎比来表达 2 仪器设备 1 JPT 2 型架盘天平 Max 200g e 0 2g 2 量筒 直径 23mm 3 落锤 4 分样筛 孔径 0 5mm 3 测定步骤 1 从煤样中选取块度为 20 30 mm 的小煤块分成 5 份 每份重 50g 各放在测筒 内进行落锤破碎实验 测筒包括落锤 重 2 4kg 圆筒及捣臼组成 测料及量具如图 3 10 图示 2 将各份煤样依次倒入圆筒 8 及捣臼 9 内 落锤自距臼底 600 mm 高度自由下落 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 20 页 撞击煤样 每份煤样落锤 1 5 次 可由煤的坚固程度决定 3 5 份煤样全部捣碎后 倒入 0 5 mm 筛孔的筛子内 小于 0 5 mm 的筛下物倒入 直径 23 mm 的量筒内 测定粉末的高度h 落锤 量筒 图图 3 103 10 硬度测定装置硬度测定装置 4 数据处理 试样的坚固性系数按下式求得 3 5 hnf20 3020 式中 f20 30 煤样粒度 20 30 mm 的坚固性系数测定值 n 落锤撞击次数 次 h 量筒测定粉末的高度 mm 如果煤软 所取煤样粒度达不到 20 30 mm 时 可采取粒度 1 3 mm 煤样进行测定 并按下式进行换算 当时 1 3 0 25f 3 6 14 0 57 1 313020 ff 当时 1 3 0 25f 3 7 313020 ff 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 21 页 式中 煤样粒度 1 3 mm 的坚固系数测定值 1 3 f 5 测定结果 测定结果见表 3 7 表表 3 73 7 煤样的坚固性系数测定结果汇总表煤样的坚固性系数测定结果汇总表 煤层 编号 采样地点 选取粒径 mm 每份试 样锤击 次数 次 量筒所测 粉末高度 mm f1 f 3f 20 f 30 1 33571 051 51 1 33531 131 64 1 33591 021 45 标高 620m C12 号煤 层行人下山 1 33630 951 36 1 33521 151 67 1 33601 001 13 1 33481 251 82 C12 标高 620m C12 号煤层 回风下山 1 33541 111 60 根据上述测试结果 三元煤矿 C12 煤层的坚固性系数为 1 13 3 3 3 煤样瓦斯放散初速度煤样瓦斯放散初速度 p 测定测定 煤的瓦斯放散初速度 p 也是预测煤与瓦斯突出危险性的指标之一 该指标反应了含 瓦斯煤体放散瓦斯快慢的程度 p 的大小与煤的瓦斯含量大小 孔隙结构和孔隙表面性 质等有关 在煤与瓦斯突出的发展过程中 瓦斯的运动和破坏力 在很大程度上取决于 含瓦斯煤体在破坏时瓦斯的解吸与放散能力 1 测试原理 在煤与瓦斯突出发生 发展过程中 就煤质自身而言 人们公认的观点只有两个因 素 一是煤的强度 强度越大越不容易被破坏 对突出发展的阻力就越大 突出的危险 性也就越小 相反 煤的强度越小越易被破坏 其阻力就越小 破碎所需的能量就越小 突出危险性也就越大 中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室 报告编号 2010TC0400 第 22 页 图图 3 113 11 WT 1WT 1 型瓦斯扩散速度测试系统型瓦斯扩散速度测试系统 二是煤的放散瓦斯能力 在突出的最初一段时间内煤中所含的瓦斯放散出的越多 在突出过程中就越容易形成携带煤体运动的瓦斯流 其突出危险性也就越大 相反 如 果煤中含有的瓦斯在短时间内放出的量很小 那么这种煤虽然含有大量瓦斯 但不易形 成瓦斯流 其突出危险性也就越小 煤的放散瓦斯能力可以用煤的瓦斯放散初速度 p 来描述 它是指在 1 个大气压 下吸附后用 mmHg 表示的 45 60 秒的瓦斯放散量 p2与 0 10 秒内放散量 p1的差值 煤 的瓦斯放散初速度可以用 WT 1 型瓦斯扩散速度测试系统来测定 测试系统见图 3 11 2 试样制备 1 在井下采集被