深水平强突出煤层揭煤技术研究报告

1、.深水平强突煤层石门揭煤技术研究王平 樊铁成 张先和 田双龙 （沈阳煤业集团红菱煤矿有限责任公司 辽宁省沈阳市 110106）摘 要：红菱煤矿为煤与瓦斯突出矿井。煤与瓦斯突出严重的制约着矿井的安全生产。红菱煤矿经多年的理论研究与实践，分析总结了一套切实可行的高瓦斯矿井石门揭煤技术。本文叙述了红菱煤矿石门揭煤突出情况和石门揭煤的危险性分析，介绍了石门揭煤设计方案和具体施工方案。关键字：煤与瓦斯突出；揭煤；灾害防治；安全生产0. 前言沈煤集团红菱煤矿主采煤层为7*、12*煤，煤层瓦斯压力大、含量高，相对瓦斯含量12煤为22.5m3/t，7煤为12.8m3/t。7煤瓦斯压力为2.43.1MPa，12

2、煤瓦斯压力为4.17.6MPa，其主采的12煤平均厚4m，由厚0.8m的 12-1煤，厚0.5m的夹矸和厚2.7m的12-2煤组成。煤层平均倾角40°，煤质松软，瓦斯渗透性极低，自然释放能力较差，构造复杂，煤与瓦斯突出灾害严重。现生产水平为-550m-780m，开拓至-900m水平。突出频度和强度随开采深度增加而增加。1. 红菱煤矿石门揭煤过程中的煤与瓦斯突出现状石门揭煤是一项危险性大、技术难度高的工作，往往成为制约矿井合理采掘部署的瓶颈。石门揭煤直接影响着安全生产和企业的生存发展。红菱煤矿目前开采深度已超过800m，红菱煤矿在石门揭煤过程中，历史上曾发生石门揭煤煤与瓦斯突出15次（

3、见表1 ），有14次发生在12煤层，严重威胁着红菱矿安全生产，造成的直接损失、间接损失不可估量。目前，煤炭行业高瓦斯突出矿井的主要矛盾存在于高产高效的发展趋势与高瓦斯煤层采掘接续紧之间。解决问题的关键在于如何确保石门揭煤的安全。安全、快速的揭煤技术是红菱煤矿安全生产和生存发展的根本。表1 红菱煤矿石门揭煤突出统计序号揭煤地点揭煤时间揭煤标/m突出煤量/t瓦斯量/m31主井一石门1972.02.12-550250255232副井二石门1972.03.12-5504826883副井二石门1972.03.14-5505338104副井二石门1972.03.15-5506244855副井一石门1972

4、.03.15-5506214956北二三道北石门1979.10.17-435434687北二四道中石门1981.11.16-474153208南一三道一石门1984.07.26-483709南三四道四石门1990.12.20-550170400010北三-550南石门1996.04.03-5506995452211南翼-620南小石门1996.06.20-620539042042012北翼-750北石门1996.06.14-7505794446013南翼-620四小石门1997.04.09-620168311444414南翼-700南石门1998.12.24-700408241000015北三

5、-610北石门2001.09.01-6107566002石门揭煤过程中突出危险源辨识红菱煤矿煤层瓦斯压力大。12煤层为强突出煤层，瓦斯含量大，压力大。在12煤层-780m水平测得的瓦斯压力值达到7.6MPa，远大于规定值0.74MPa。矿井地质构造复杂。地质构造运动改变了本区的构造应力方向，产生了近水平的扭动作用，使12煤层产生牵引褶曲和产状上的急剧变化，形成了应力集中带，煤厚发生了厚薄变化。由于煤层间产生了滑动使煤的各种物理性质发生改变,形成了软分层(即构造煤),瓦斯在瓦斯压力的驱动下，运移、聚集而形成高压瓦斯的聚集区。12煤层顶板为14m厚的海相泥岩，对12煤层中的瓦斯有屏障作用；煤层直接

6、顶底板岩性松软、抵抗强度小，放炮瞬间易造成应力失衡诱发突出。煤层倾角大，在揭穿岩层后顶板上部的煤极易冒落，诱发煤与瓦斯突出。因此在石门揭煤前必须采取探测措施，准确掌握煤层瓦斯赋存情况(包括含量、压力、突出危险性等)，保留足够的安全屏障。采取抽放钻孔、排放钻孔等局部防突措施，降低瓦斯含量，释放其弹性潜能和瓦斯压力，消除揭煤地点的突出危险性。3.强突出危险煤层石门揭煤方案设计红菱煤矿对石门揭煤工艺进行了认真研究，在瓦斯压力测定、排放钻孔布置和数量确定、揭煤炮眼数量、放炮网络、放炮距离、防护措施、通风系统等有关技术措施和管理措施方面做了大量细致工作，积累了一定的经验，摸索并形成了一套完整的矿井石门揭

7、煤技术模式，石门揭煤流程见图1。穿煤48h后 施工探测孔，控制煤层层位，探清构造； 测压、测突出指标，初步评估煤层突出危险性。垂距煤层10m停掘，施工绕道钻场，施工瓦斯排放钻孔，排放瓦斯，防突措施效果检验，无突出危险后继续掘进。垂距煤层5m垂距煤层1.5m进一步确认无突出危险后，加固煤体，做倒斜面，准备揭煤。做好安全防护工作，经现场总指挥检查无误后远距离全断面一次起爆揭开煤层。穿煤段穿煤24h后进行探查，一切正常后，按措施排放瓦斯。检查无异常后，打钻下管，注马丽散及罗克休材料形成假顶，执行过煤门安全技术措施过煤门。穿煤48h后图1 石门揭煤防突流程图4.石门揭煤工程实践4.1 试验地点基本情况

8、图2 实验点平面图试验地点在下七区-900m北石门，标高-895.581m，地表标高+29.5m，如图2所示。打钻情况揭露12煤层为复合煤层，其中12-1煤厚约1.0m，12-2煤厚约1.7m，夹矸厚约0.3m，13煤厚0.7m。12煤直接底板为粉砂岩，厚0.8m，直接顶板为厚约12.8m的泥岩，岩性黑色致密，泥质胶结。直接底板为厚约0.9m的泥岩，老底为厚约0.7m的粉砂岩，黑色，含化石。13煤层底板为黑色粉砂岩，富含植物化石。煤层产状为走向290。倾向1190。倾角400。该石门附近12煤绝对瓦斯涌出量为12.5 m/min，相对瓦斯涌出量为35m3/t。该地点打钻时喷钻现象严重，在-78

9、0m水平测得的瓦斯压力为7.6MPa，远大于规定值(0.74MPa)。4.2 瓦斯抽采钻孔施工情况石门工作面距突出煤层法距5m时，停掘，由施工队首先在石门工作面左右两侧各做一个钻场(深5m、宽4m、高同石门规格相同)。然后再做绕道钻场，由打钻队打直径为90mm排放孔，排放钻孔必须布置到石门周界外10m的煤层内，且孔底间距不大于2m，穿过煤层全厚并进入顶板不少于0.5m，钻孔成网格式布置，如图3、4、5和6所示。石门共计施工直径90mm的排放钻孔394个，打钻过程中普遍都喷孔。图3 巷道排放钻孔布置平面图图4 绕道钻孔布置剖面图图5 绕道钻孔布置平面图图6 左右钻场钻孔布置剖面图4.3 石门揭穿

10、煤层区域瓦斯抽采与效果检验该石门采用YD-型移动抽放泵进行抽放，单孔抽浓度在0.5%6%，抽放负压在200mmH左右。并采用MD-2型钻屑瓦斯解吸仪测h2值，每米一测，湿煤，最大h2值为100Pa。-900m北石门通过石门钻场和绕道钻场，对12煤进行打钻进行瓦斯抽排，保证了石门上下左右5m范围内瓦斯的释放，降低了煤层瓦斯压力，消除了煤体的突出危险性。经过近6个月时间的抽排，最终8个测定孔测定最大h2值为100Pa。经效果检验后加固煤体，做倒斜面，然后通过远距离放炮一次性安全揭露全煤层，在穿煤门期间，施工的10个措施孔每米测定的h2值均小于60Pa，实现了安全揭穿煤层。4.4 石门揭穿煤层过程中

11、瓦斯涌出情况-900北石门于05年7月31日23时揭12煤，8月3日乙班探查煤层已揭开，8月6日丙班进组作业，出货50车。其间瓦斯涌出情况如表2所示，除煤体偏帮、传感器失效、停风等特殊情况外瓦斯涌出正常。表2-900m北石门揭煤过程中瓦斯涌出量情况表 瓦斯涌出日期工作面/%工作面回风/%备注最小值平均值最大值最小值平均值最大值2005.8.20.0031.0740.000.150.240.38排瓦斯2005.8.3停电2005.8.40.005.3539.000.110.160.50工作面探头故障2005.8.50.040.080.130.110.140.172005.8.60.040.060

12、.090.070.110.172005.8.70.050.110.360.070.100.282005.8.80.101.1221.900.091.1722.10煤层片帮2005.8.90.280.958.600.000.200.41工作面探头故障2005.8.100.000.427.800.000.263.98校验2005.8.110.001.263.010.001.263.01煤层脱落2005.8.120.000.6812.300.000.6812.30停风机排瓦斯2005.8.130.000.310.530.000.310.532005.8.140.180.260.390.180.260

13、.392005.8.150.080.210.520.080.210.522005.8.160.060.190.470.060.190.472005.8.170.130.180.220.130.180.222005.8.180.140.231.040.140.231.042005.8.190.110.181.040.110.181.042005.8.200.080.170.760.080.170.76校验2005.8.210.080.140.260.080.140.262005.8.220.100.303.600.100.303.60停风机2005.8.230.000.140.240.000.1

14、40.242005.8.240.000.130.230.000.130.232005.8.250.000.132.380.000.132.38校验2005.8.260.000.101.750.000.101.75试跳2005.8.270.000.161.400.000.161.40调试2005.8.280.050.140.800.050.140.802005.8.290.000.130.280.000.130.282005.8.300.000.375.000.000.375.00打钻2005.8.310.000.160.210.000.160.21由此可见，综合的瓦斯治理起到了预期的效果。4.5 石门过煤门过程中的煤体加固情况为了防止揭煤后工作面上方煤体垮落和保证安全穿过12煤煤门，在距工作面12m处，打沙门子，将其注沙充填严。然后在沙门子外顶板向工作面上方倾向2m左右外打钻下管，注马丽散材料形成假顶。然后再向假顶上方冒落空间打钻下管，注罗克休材料进行充填，使巷道支护空间往上形成坚硬假顶，假顶上方空间充严并与垮落煤体形成一体。并在穿过12煤煤门使用金属梁，确保顺利穿过12煤，如图7所示。图7-900m北石门揭煤煤体加固示意图5 结 论红菱煤矿经过多年的理论研究与实践过程