成庄水力割缝实施方案样本

晋煤科技项目

成庄矿有效防治煤与瓦斯突出措施研究

实施方案

晋煤(集团)成庄矿

中国矿业大学

7月

1.前言

中国是世界上突出最为严重的国家之一, 在100个国有重点煤炭生产企业的609处矿井中, 高瓦斯矿井占26.8%, 煤与瓦斯突出( 以下简称突出) 矿井占19.6%, 低瓦斯矿井占53.6%。中国的煤炭赋存条件差, 95%是井工开采, 随着开采深度的增加, 煤层瓦斯含量逐渐增加, 煤层瓦斯压力增大, 突出的危险性增高, 防治难度越来越大。特别是在突出的机理、预测及防治技术措施等方面, 都有许多问题需要深入研究和探索。

近几年晋城矿区随着矿井开采深度的增加和向西部的扩大, 在一些矿井接连发生了多起突出和具有某些突出特征的瓦斯动力现象。1994年永红煤矿发生”

3.25”突出事故, 突出108t煤、瓦斯1760m3。1998年加丰煤矿发生”6.17”突出事故, 突出200t煤、瓦斯1.8万m3, 加丰煤矿发生”

4.19”突出事故, 突出250t煤、瓦斯4.5万m3。有记载的这几次突出都是发生在掘进工作面, 都是放炮诱发的突出, 发生在软分层中。特别是晋煤集团寺河矿在掘进工作面采取多项防突措施情况下, 但依然发生”

5.20”煤与瓦斯突出事故, 这就需要研究适合成庄矿预防煤与瓦斯突出事故的新防突措施。

成庄矿现采的3#煤层赋存稳定, 倾角小, 埋藏较深, 多为100～300m, 有的深达300m以上。顶、底板为黑灰色泥岩和细砂岩, 坚硬致密, 覆盖层完整性好, 透气性低, 煤层瓦斯含量高, 突出的危险性将越来越大, 给安全生产带来严重的威胁。同时, 掘进工作面进行长时间抽放后, 消突效果复验指标依然超标严重, 执行局部防突措施时打孔数量多、时间长以及抽放时间长, 影响快速、高效生产。

因此, 急需针对成庄矿的特点, 开展掘进工作面高压磨料射流快速消突技术的研究, 以确保煤矿生产过程中的安全、高效生产。

高压磨料射流割缝快速消突技术工业性试验是根据《煤矿安全规程》、《防治煤与瓦斯突出细则》、《晋城煤业集团瓦斯治理技术管理若干规定》等规定, 按防突分区治理原则, 结合现场实际情况和高压磨料射流割缝能力, 制定高压磨料射流割槽快速消突技术工业性试验实施方案。

2．试验区工作面概况

成庄矿4104巷北邻4102巷, 煤层总厚度6.20m, 煤层倾角2-6, 黑色, 条带状结构, 煤中有薄层状夹矸。4216巷巷道主要受一单斜控制, 对掘进影响程度较小。预计该巷沼气绝对涌出量为3.0m3／min左右, CO

的绝对涌出量预计为

2

0.19m3／min。无煤尘爆炸危险, 无煤的自燃倾向。4104巷倾斜长5.5m, 工作面标高381-574.8m, 盖山厚度337.8—500.2m。

4104巷从13#横川开始设计施工长度278m, 在13#横川对正处、巷道南帮施工一个钻场; 然后向东综掘机械化掘进98m。完后改为炮掘( 爬坡见矸挑顶) 102m, 根据地测科给出腰线爬坡跨过4102巷和4103巷, 然后以4°坡向下掘进, 见底板后沿底板掘进, 确保与12#横川安全贯通。

根据成庄矿瓦斯基本参数的测定报告、矿井瓦斯地质图的分析以及突出危险性预测结果, 该区域存在煤与瓦斯突出危险。

预测孔孔径φ42mm, 孔深10m, 上、下部预测孔距离顶、底板500～600mm, 中部预测孔位于巷道正中, 左、右侧预测孔距离巷帮500mm。施工时左、右侧预测孔与巷道中线的夹角为17-25°, 终孔点位于巷道轮廓线外2-4m。布置方式:

1) 正常条件下布置4个预测钻孔, 顶板巷上部分左、中、右布置3个, 下部中间布置一个; 底板巷下部分左、中、右布置3个, 上部中间布置一个( 见附图2.1及2.2) 。

2) 工作面有软分层存在时, 预测钻孔分两排布置, 每排3个孔。当软分层在上部时, 在软分层分左、中、右布置一排外, 还应在下部位置再布置一排预测孔( 见附图3.1.1及3.1.2) ; 当软分层在下部时, 在软分层分左、中、右布置一排外, 还应在上部位置再布置一排预测孔( 见附图3.2.1及3.2.2) ; 顶板巷当软分层在中部时, 还应在下部再布置一排; 底板巷当软分层在中部时, 还应在上部再布置一排( 见附图3.3.1及3.3.2) 。预测孔孔深不小于10m, 而且两侧钻孔的终孔点位于巷道轮廓线外2-4m( 煤层倾角大于8°时, 底部或下帮5m) 。

3)工作面前方有地质构造、异常区时, 该区域前后30m范围内在巷道上部、下部分左、中、右分别布置3个预测钻孔。( 见附图4.1及4.2)

4) 在半煤岩巷中, 煤层厚度小于1.8m时, 只在煤层中分左、中、右布置三个预测钻孔即可。( 具体施工钻孔的位置等, 现场有防突员根据实际情况指定)

预测钻孔每打1m测定一次钻屑量S值, 每打2m测定一次钻屑解吸指标K

1值。其中1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10m测钻屑量S值; 2、 4、 6、

8、 10m测钻屑解吸指标K

1值。预测孔的最大钻屑量S

max

和最大钻屑解吸指标K

1

判定工作面突出危险性。S

max 和K

1

的突出危险临界值参照表1执行。

表1 钻屑指标法判定煤巷掘进工作面突出危险性的临界值

当预测为无突出危险时, 采取安全防护措施后能够向前掘进, 但应留不小于4m的预测孔超前距( 允许掘进6米) 。

经预测S

max 值、 K

1

值任一指标等于或大于临界值时, 该工作面判定为突出危

险工作面, 突出危险工作面必须严格执行防治煤与瓦斯突出措施。

3．拟采取的技术措施

煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯和煤的物理力学性质三者综合作用的结果, 是聚集在围岩和煤体中大量潜能的高速释放, 其中, 高压瓦斯在突出的发展过程中起决定性的作用, 地应力是激发突出的因素, 而煤的物理力学性质则是阻碍突出的因素。因此, 为了消除工作面前方煤体的突出危险性, 主要采取的措施应当是排放瓦斯( 降低瓦斯压力、消除瓦斯潜能) 和煤体的卸压( 降低煤体所受地应力、消除围岩和煤体中的潜能) 。

3.1选择技术方案的基本原则:

首要原则是合法性原则, 技术方案必须符合相关的安全生产法律法规和相关的技术标准。主要依据有《安全生产法》、《矿山安全法》、《矿山安全法实