邹庄煤矿主井揭煤防突技术方案

1、 安徽神源煤化工有限公司 邹庄煤矿主井揭煤防突邹庄煤矿主井揭煤防突 技技 术术 方方 案案 中中 国国 矿矿 业业 大大 学学 煤矿瓦斯治理国家工程研究中心煤矿瓦斯治理国家工程研究中心 2010 年年 02 月月 1 目目 录录 1 矿井概况矿井概况.1 2 主井探煤情况主井探煤情况.2 3 主井揭煤方案主井揭煤方案.3 3.1 距煤层法距不小于距煤层法距不小于 10m的安全技术措施的安全技术措施.3 3.2 距煤层法距不小于距煤层法距不小于 7m的安全技术措施的安全技术措施.4 3.3 距煤层法距不小于距煤层法距不小于 5m的安全技术措施的安全技术措施.7 3.4 距煤层法距不小于距煤层法距

2、不小于 1.52m的安全技术措施的安全技术措施.9 4 抽放钻孔施工注意事项抽放钻孔施工注意事项.10 5 建议建议.11 1 1 矿井概况矿井概况 邹庄矿井位于“两淮”煤炭基地的淮北煤田南部中段之宿县矿区 西南部的双堆小区。行政区划隶属淮北市濉溪县，但距离宿州市较 近，井田中心距宿州市约 25km。矿井位于宿县矿区的西部，西部靠 近临涣矿区。邹庄井田的煤炭勘探工作已完成，井田探矿权面积 39.90km2，煤种为气煤和 1/3 焦煤，资源可靠。矿井具备铁路、公路 运输条件，区域电源充沛，供水水源丰富，矿井建设的外部条件优 越。 邹庄矿设计生产能力为 2.4mt/a 的大型矿井。采用立井开拓方式

3、， 共布置三个井筒，主井、副井、风井各一个。设计第一水平标高- 720m，井底车场巷道和硐室全部位于 32 煤层底板砂岩中。第二水 平标高暂定为-950m。井筒表土段采用冻结法施工，基岩段采用普通 法施工。 井田内主要含煤地层为二叠系的上、下石盒子组和山西组，区 内揭露地层总厚约 974.20m。自上而下含 1、2、3、4、5、6、7、8、10 和 11 等十个煤（层）组，含煤 30 余 层，含煤平均总厚为 23.39m,含煤系数为 2.39%。其中可采煤层 7 层， 为 32、51、52、62、72、82 和 10 煤层，可采煤层平均总厚 13.87m，占煤层总厚的 59.30%。其中 32

4、、62、72、82 为主要可采 煤层，51、52、10 为次要可采煤层,主要可采煤层平均总厚 11.69m，占可采煤层平均总厚的 84.30%。32 煤全区可采，72 煤除 岩浆岩侵蚀区外全区可采，51、52、62、82 煤为大部可采，10 煤为 局部可采。1、2、4、11 煤组煤层不稳定，变化大，易相变为炭质 泥岩或尖灭，煤层难以对比，为不可采煤层。 邹庄矿主井净直径 5.0m，井筒深度为 798.2m，井口坐标为 x=3703685.000，y=39487995.000。据井检孔提供的资料，在井筒垂 深 768.91789.69m 处为中组煤。 2 2 主井探煤情况主井探煤情况 根据主井井

5、检孔的探煤资料，主井在掘进的过程中将依次揭穿 1 煤、2 煤（包括 21煤、22煤，中间有夹矸） 、32煤（包括 321煤、 322煤、323煤、324煤,中间有夹矸） ，具体的煤层参数如图 2-1 及表 2- 1 所示。 图图 2-1 主井煤层参数示意图主井煤层参数示意图 表表 2-1 主井各煤层顶底板岩性主井各煤层顶底板岩性 煤层埋深厚度顶板底板备注 1 煤442.2m0.85m细砂岩泥炭 21煤530.75m0.65m泥炭泥炭 22煤534.85m0.4m泥炭泥炭 32煤653.46m3.77m泥炭泥炭含夹矸 1 煤，厚度 0.85m 21煤，厚度 0.65m 22煤，厚度 0.4m 3

6、2煤，厚度 3.77m 83.2m 4.1m 136.3m 3 3 主井揭煤方案主井揭煤方案 2009 年 8 月 1 日实施的防治煤与瓦斯突出规定对井筒揭煤 作业提出了明确的要求，下面以邹庄煤矿主井揭 1 煤层揭煤工艺来 说明具体的井筒揭煤的工艺流程。 3.1 距煤层法距不小于距煤层法距不小于 10m 的安全技术措施的安全技术措施 3.1.1 前探钻孔布置 在该位置施工前探钻孔，它有两个作用，一是用来探明煤层赋 存和地质构造情况；二是用来预测煤层突出危险性和取煤样进行突 出指标的测定。 严格按照揭煤措施进行探煤工作，并保证前探钻孔质量，准确 控制煤层层位，防止误揭煤层，若发现断层、褶曲或煤岩

7、层产状异 常等，必须增加控制钻孔数量。 详细记录每一钻孔实际施工过程中的数据，并对探煤情况对控 制范围进行反算，保证探煤孔终孔位于煤层底板 0.5m 处，见煤点距 井筒轮廓线外 10m。若施工中存在其他因素影响需调整好开孔位置 时，应根据实际开孔情况对钻孔参数进行修正。 前探钻孔布置图示意如图 3-1 所示。 4 图 3-1 探煤钻孔布置图 3.1.2 取样测试及测压工作 1）取样测试工作 施工前探钻孔同时收集煤样，送实验室进行瓦斯放散初速度值 （p） 、煤的坚固性系数（f）分析等突出参数的测定。 2）测压工作 为了保证揭煤安全，在井筒掘进过程中，将前探钻孔封孔测压， 待瓦斯压力稳定后，根据所

8、测压力结合及测定的其他煤层瓦斯参数 对煤层突出危险性大小进行区域预测。 3.2 距煤层法距不小于距煤层法距不小于 7m 的安全技术措施的安全技术措施 根据在距煤层法距不小于 10m 处对煤层瓦斯压力及其他突出参 数的测定结果，对煤层突出危险性进行区域预测。在距煤层法距不 小于 7m 时，根据区域预测的结果，对煤层采取相应的安全技术措 施。 10m 煤层 1020m 10m 井筒 5 3.2.1 煤层有突出危险性时的安全技术措施 当区域预测煤层有突出危险性时，在距离煤层法距不小于 7m 处采取区域”四位一体”的综合防突措施。 3.2.1.1 抽放钻孔的设计 根据防治煤与瓦斯突出规定和煤矿瓦斯抽采

9、基本指标 及安徽省煤矿瓦斯治理规定的相关规定，中3煤层抽放钻孔共 设计 6 圈。 第 1 圈抽放钻孔从井帮距底 0.5m（荒径）处开孔，控制井筒轮 廓线外 10m 范围内的主井 1 煤层，共 36 个，钻孔终孔间距 3m 左右； 第 2 圈抽放钻孔从距井角（荒径）0.5m 处开孔，控制井筒轮廓线外 7.5m 范围内的 1 煤层，共 29 个，钻孔终孔间距 3m 左右；第 3 圈抽 放钻孔从距井角（荒径）1m 处开孔，控制井筒轮廓线外 5m 范围内 的 1 煤层，共 22 个，钻孔终孔间距 3m 左右；第 4 圈抽放钻孔从距 井角（荒径）1.5m 处开孔，控制井筒轮廓线外 2.5m 范围内的 1

10、 煤 层，共 16 个，钻孔终孔间距 3m 左右；第 5 圈抽放钻孔从距井角 （荒径）2m 处开孔，控制井筒轮廓线外 0.5m 范围内的 1 煤层，共 9 个，钻孔终孔间距 3m 左右。第 6 圈抽放钻孔从距井角（荒径） 2.5m 处开孔，控制井筒范围内的 1 煤层，共 3 个，钻孔终孔间距 3m 左右。 当 1 煤层较软时，为加强煤层支护，保证揭煤过程中的安全， 抽放结束后，可以在第 3 圈抽放钻孔中插入直径不小于 50mm 的钢 管，加固煤体，钢管应穿过煤层进入底板不小于 0.5m，同时向钻孔 内注入水泥或玛丽散等材料，待其凝固后以起到加固煤体的左右。 6 （a）抽放钻孔剖面图及预想孔底图

11、 （）抽放钻孔开孔图 东 西 7m 10m 10m 3.06m 3.00m 3.05m 3.03m 2.97m 2.16m r3.75m r3.25m r2.75m r2.25m r1.75m r1.25m 东 西 0.654m 0.703m 0.783m 0.878m 1.197m 2.165m 开孔位置图 7 图 3-2 1 煤层抽放钻孔布置图 3.2.1.2 区域效果检验 瓦斯经过一段时间的抽放后，煤层消除突出危险性的条件为 （瓦斯抽放区域）：（1）煤层残余瓦斯压力 p0.74mpa（表压） ； （2）煤层残余瓦斯含量 w8m3/t。 当指标超过临界值时，必须采取补充措施，直至消除突出危

12、险 性，每施工一个循环均必须进行区域效果检验。 经过区域效果检验有效后，在采取保障型措施的前提下，正常 掘进至煤层法距不小于 5m 处。 3.2.2 煤层无突出危险性时的安全技术措施 当区域预测煤层无突出危险性时，为保证揭煤作业的安全，在 距离煤层法距不小于 7m 处施工少量的排放钻孔，排放钻孔控制井 筒轮廓线外 58m，钻孔的终孔间距不大于 3m，排放钻孔施工完成 后，经过一定的排放时间后，在采取保障型措施的前提下，正常掘 进至煤层法距不小于 5m 处。 3.3 距煤层法距不小于距煤层法距不小于 5m 的安全技术措施的安全技术措施 当在距离煤层法距不小于 7m 时，采取区域防突措施，区域消

13、除煤层突出危险性后或者煤层本身就处于无突出危险区时，正常掘 进至煤层法距不小于 5m 处，采取局部”四位一体”的局部防突措施。 3.3.1 工作面突出危险性预测 根据区域防突措施实际施工的钻孔参数，绘制出钻孔的终孔位 置图，在钻孔施工的空白带及钻孔控制的煤体的边缘采用综合指标 和钻屑解吸指标或其他经试验证实有效的方法进行对工作面突出危 险性预测。 综合指标 d 与 k 法充分考虑了煤层开采深度、瓦斯压力和煤的 8 物理力学特性对煤与瓦斯突出的影响，其计算公式如下： （3-1）)74 . 0 )(3/0075. 0(pfhd （3-2）fpk/ 式中 煤层突出危险性综合指标；d 煤层突出危险性综

14、合指标；k 开采深度，m；h 煤层瓦斯压力，mpa；p 软分层煤的瓦斯放散初速度指标；p 软分层煤的平均坚固性系数。f 根据防治煤与瓦斯突出规定 ，判断煤与瓦斯突出危险性的综 合指标临界值可参考表 3-1。 表 3-1 综合指标 d、k 参考临界值 煤层突出危险性综合指标d煤层突出危险性综合指标k 无烟煤其他煤种 0.25 2015 当测定的综合指标 d、k 都小于临界值时，或者指标 k 小于临 界值且式 3-1 中两括号内的计算值都为负值时，若未发现其他异常 情况，该工作面即为无突出危险工作面；否则，判定为突出危险工 作面。 采用钻屑解吸指标对揭煤工作面的突出危险性进行预测，钻屑 瓦斯解吸指

15、标的突出临界值，应根据实测数据确定，如无实测数据， 可参考表 3-2 中所列的指标值预测突出危险性。 表表 3-2 钻屑指标法预测揭煤工作面突出危险性的临界值表钻屑指标法预测揭煤工作面突出危险性的临界值表 钻屑解吸指标临界值 h2（pa）k1（ml/g min-1/2） 干煤 2000.5 湿煤 1600.4 选用表 3-2 中任一指标进行预测时，当指标超过临界值时，该 工作面预测为突出危险工作面；反之为无突出危险工作面。 9 3.3.2 工作面有突出危险性时的安全技术措施 当工作面预测或措施效果检验为突出危险工作面时，必须采取 或补充工作面防突措施，直到经措施效果检验为无突出危险工作面。 在

16、采取工作面防突措施时，钻孔直径一般为 75120mm。立井 揭煤工作面钻孔控制范围是：近水平、缓倾斜、倾斜煤层为井筒四 周轮廓线外至少 5m；急倾斜煤层沿走向两侧及沿倾斜上部轮廓线外 至少 5m，下部轮廓线外至少 3m。钻孔的孔底间距应根据实际考察 情况确定。 当防突措施施工结束后，经过一段时间的抽排后，根据实际施 工的抽排钻孔参数，结合区域防突措施施工的钻孔参数，绘制出钻 孔的终孔位置图，对抽排钻孔的空白带及抽排钻孔控制范围内的煤 体施工效果检验钻孔，利用钻屑解吸指标、综合指标对工作面的突 出危险性进行效果检验。当指标超过临界值时，必须采取补充措施， 直至消除突出危险性。待工作面消除突出危险

17、性后，利用加固材料 固化煤体、施工金属骨架，然后正常掘进至不小于煤层法距 1.52m 处。 3.3.3 工作面无突出危险性时的安全技术措施 当工作面预测为无突出危险工作面时，在采取加固材料固化煤 体、施工金属骨架的前提下，正常掘进至不小于煤层法距 1.52m 处。 3.4 距煤层法距不小于距煤层法距不小于 1.52m 的安全技术措施的安全技术措施 当井筒施工至距煤层法距不小于 1.52m 时，经效检工作面无突 出危险性后，采用远距离放炮一次全断面揭穿或揭开煤层。若不能 一次揭穿煤层，在剩余部分施工时，要严格按照局部“四位一体” 防突措施施工，直至穿透煤层底板距煤层法距 5m 以上。揭开煤层 后

18、，要及时加强支护，防止井壁出现片帮。 10 4 抽放钻孔施工注意事项抽放钻孔施工注意事项 1）采用液压钻机施工。抽放钻孔先施工第一圈，其后施工第二 圈，依次向里施工。 2）钻孔施工过程中，若出现废孔，在该孔附近必须补打钻孔， 防止出现盲区； 3）每打过一个钻孔，必须及时反算上图，核实实际终孔位置， 标注清晰，并根据具体情况对以后钻孔施工进行调整，对出现钻孔 稀疏的地方进行补打钻孔，保证保护范围在设计范围内； 4）钻孔施工完毕后须用压风将孔内的水、煤渣冲出，防止孔内 水和钻屑堵塞钻孔，阻碍瓦斯抽放；及时封孔连接抽放管路进行抽 放，抽放一段时间后，根据抽放情况，决定是否重新扫孔，用压风 将孔内水和钻屑扫除，然后进行抽放。这样不断地扫孔抽放， 有效避免了钻孔水和钻屑煤粉对抽放的影响，加速瓦斯抽放。 5）如果钻孔施工过程中遇到喷孔、瓦斯涌出异常等现象，应立 即停止施工，及时上报有关部门。 6）加强地质勘探工作，地测部门要及时绘制地质剖面图，对井 筒内构造进行提早探明。 11 5 建议建议 井筒揭穿突出危险性较大的煤层不仅是危险的工作，而且涉及 的工艺复杂、要求高，应将其作为一项艰巨的系统工程来对待。为 此，在组织管理和具体实施上制定了一系列严密、可靠的保障措施， 主要表现在以下方面： 1）设置以矿和工程处总工程师为首、