化处煤矿2373机巷极软煤低透气性安全掘进技术的研究.docx
- 文档编号:10779138
- 上传时间:2023-02-22
- 格式:DOCX
- 页数:57
- 大小:505.38KB
化处煤矿2373机巷极软煤低透气性安全掘进技术的研究.docx
《化处煤矿2373机巷极软煤低透气性安全掘进技术的研究.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《化处煤矿2373机巷极软煤低透气性安全掘进技术的研究.docx(57页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
化处煤矿2373机巷极软煤低透气性安全掘进技术的研究
摘要
改革开放以来,我国煤炭工业得到很大发展。
随着装备水平的提高,技术进步,管理水平的提高,计算机网络监控技术的发展等,煤矿安全生产形势也逐步好转。
但由于煤炭工业,职工等危险源多,煤矿事故时有发生。
其中发生的最多的是煤和瓦斯突出,爆炸和屋顶事故。
挖掘工作场所发生安全事故集中,挖掘面临最大的危险。
数据显示,在国有煤矿事故中,采面占76.92%,重瓦斯事故占埋地面积42.82%,煤面占25%。
巷道事故占了很大的比例。
因此,开挖巷道安全施工,生产是煤矿安全生产最重要的一个环节,特别是高瓦斯,软弱,低渗透的巷道安全尤为重要。
本文根据煤与瓦斯的突出理论,巷道支护应力理论为基础,结合工程实例—六枝工矿集团化处煤矿2373机巷,通过现场实际考察、问卷调查、理论分析、经验公式推算方法研究影响此类巷道掘进的安全及效率的诸多因子中的主要因子:
瓦斯涌出量大、支护设计需优化。
提出采用水力压裂的方法提高煤层透气性加边掘边抽技术结合综合快速治理掘进巷道瓦斯的方法,并在掘进过程中采用钻屑指标法、综合指标法作为突出预测方法,有效防止发生煤与瓦斯突出事故。
提出巷道支护优化方案,对优化支护方案进行评价,得出支护优化方案的安全性效率性更高结论。
最终形成一套专门解决极软低透气性煤巷掘进安全掘进技术体系。
关键词:
安全生产;高瓦斯;巷道支护;软及低透气性煤;快速治理;
Abstract
Themaineventofthecoalindustrysafetyproduction,sincethereformandopeningup,China'scoalindustryhasagreatdevelopment,withtheimprovementofequipmentlevel,technologicalprogress,improvethelevelofmanagement,computernetworkmonitoringtechnologyandthedevelopmentofcoalmineproductionsafetysituationisgraduallygettingbetter.However,duetothecoalindustry,inadditiontoawiderangeofpractitioners,multihazardfactorssuchascoalminesafetyaccidentsstilloccur.Amongthem,themostseriousanddangerousonesarecoalandgasoutburst,explosionandroofaccident.Theconcentrationofsafetyaccidentsmostlyoccursattheminingsite,andtheriskofdrivingfacesisthebiggest.Datashowthat,inthestate-ownedcoalmineaccidents,miningfacesaccountedfor76.92%,inheavygasaccidents,thedrivingsurfaceaccountedfor42.82%,coalminingareaaccountedfor25%;roadwayaccidentsaccountedforrelativelylarge.Therefore,thesafetyconstructionandproductionofthetunnelisthekeypointofthecoalminesafetyproduction,especiallytheroadwaysafetyofhighgas,softandlowpermeabilitycoalseamismoreimportant.
Accordingtothetheoryofcoalandgasoutburst,roadwaystresstheory,combinedwiththeengineeringexample,sixmininggroupcoalmine2373tunnel,throughfieldinvestigation,questionnairesurvey,throughtheoreticalanalysis,empiricalformulaforpredictingtheinfluenceofmainfactorsofsafetyandefficiencyofsuchfactorsintunnelexcavationthelargeamountofgasemission,supportingdesignoptimization.Themethodofhydraulicfracturingmethodwasproposedtoimprovethepermeabilityofthecoalseamedgeexcavationandgasdrainagetechnologyandsynthesisforrapidcontrolofroadwaygas,andadoptsthemethodofdrillingindex,comprehensiveindexmethodasthepredictionmethodinthetunnelingprocess,effectivelypreventtheoccurrenceofcoalandgasoutburstaccident.Theoptimizationschemeofroadwaysupportisputforward,andtheoptimizedsupportschemeisevaluated,andthesafetyandefficiencyofthesupportoptimizationschemearehigher.Finally,asystemofsafedrivageforcoalroadwaydrivingwithextremelysoftandlowpermeabilityisformed.
Keywords:
safeproduction;highgas;roadwaysupport;softandlowpermeabilitycoal;rapidtreatment;
1绪论
1.1研究背景和意义
1.1.1研究背景
目前,随着科学技术的发展,新能源如:
太阳能、风能、地热能等逐渐被开发利用,但只依靠这些新能源远远不能满足能源需求,煤作为我国一次性主要能源,仍然对我国经济发展有着举足轻重的作用。
我国煤炭开采中,安全是煤矿生产的前提条件,没有安全就无法生产。
虽然煤矿安全生产在随着社会和科学技术的发展过程中越来越受到重视,相关的安全管理机制、安全施工技术、安全设备的投入等越来越完善,但是由于多方面的因素,煤矿安全事故仍然无法完全杜绝。
据统计,2015年煤矿矿难遇难人数为189人;2016年煤矿矿难遇难人数为195人;2017年一季度矿难死亡已达人数90余人。
巷道掘进是井下煤矿现场施工的首要重点,是确保形成煤矿生产、瓦斯治理、通风、供电、运输等一系列系统的硬件要求,其在煤矿生产中扮演十分重要的角色。
但掘进过程中发生的事故层出不穷、防不胜防,危害严重。
巷道掘进的安全受多种因素的影响,特别是瓦斯和围岩性质。
我国在主要的产煤地区普遍采用了瓦斯抽放技术,包括采(掘)前预抽,邻近层抽放,本煤层抽放,这些抽放措施在一定程度上解决了高瓦斯、煤与瓦斯矿井生产的难题。
特别是贵州地区许多矿区已进入深部开采,瓦斯涌出量大,煤层软,透气性差等状况。
一些抽放措施效果并不理想,采掘过程中瓦斯事故时有发生。
据统计,在瓦斯爆炸事故中,约60%~70%发生在掘进工作[1]。
巷道掘进工作面是煤矿事故的高发地点。
特别是高瓦斯软煤层低透气性巷道的掘进,由于受特殊地质条件的影响,瓦斯事故、顶板事故更频繁,这不仅造成经济损失、人员伤亡、生产的停顿,更严重的是造成极大的社会影响。
高瓦斯软煤低透气性巷道快速掘进工作面是矿井事故多发地点,如何实现巷道的安全、高效掘进,特别是高瓦斯软煤低透气性巷道的快速、高效掘进是目前煤矿安全生产工作中迫切需要解决的课题。
因此,实现巷道掘进的安全高效施工对整个煤矿工业的安全生产和促进国家经济发展具有重要的意义。
高瓦斯问题和软煤岩问题是煤矿井下开采中两个非常棘手的难题,当这两个问题交织在一起时,解决的难度就更大了。
如六枝工矿集团化处煤矿在生产过程中就遇到了这一问题。
该矿区的煤层底板存在范围广、煤层软,在巷道掘进过程中,由于煤层顶部岩石及煤层的透气性差,造成煤系地层瓦斯含量很大。
虽然经过抽放,但在掘进过程中仍时常出现瓦斯超限现象,这不仅影响煤矿正常生产工作的开展,且严重严重威胁这矿工生命安全,威胁国家资源、财产安全。
这就使得如何对高瓦斯软煤低透气性巷道的安全高效掘进成为急需解决的问题。
1.1.2研究目的和意义
本文研究主要有以下目的:
本文以六枝工况集团化处煤炭分公司2373机巷为工程实例,研究软煤低透气性煤巷掘进的安全高效掘进技术。
本文研究目的:
(1)找出影响高瓦斯软煤低透气性煤巷掘进安全施工因素,并进行分析,找到众多因素中的主要因素。
(2)针对影响2373机巷掘进安全施工主要因素,结合工程实例实际情况,采用相应技术方案解决,并对技术效果的有效性、优越性进行总结分析。
(3)通过分析结果,提出针对高瓦斯软煤低透气性煤巷掘进的安全技术及措施。
本文研究主要意义:
掘进工作面是安全事故发生的高发地带,制定和落实相应的安全技术措施是严防安全事故发生的第一道关口。
威胁掘进工作面安全的因素很多,但特别是一些经过抽放治理后的极软煤低透气性煤巷掘进工作面,在施工过程中煤层瓦斯涌出量又还较大的情况,更是煤矿安全生产管理的重点和难点。
通过研究的开展,能够为同类型煤矿提供软煤低透气性煤巷施工安全技术方法及经验,有利于贵州省的煤矿同类型煤矿结合自身煤矿实际合理、正确制定在软煤低透气性煤巷掘进过程中有效的安全技术方案,有效减小极软煤低透气性掘进工作面掘进安全威胁。
同时又有三方面作用,一是促进巷道支护技术在煤矿安全生产中的应用,提高掘进效率;二是促进掘进工作面瓦斯的治理,降低工作面瓦斯涌出量,提高瓦斯抽采率;三是达到了消除煤与瓦斯突出危险性的目的,提高了煤矿掘进施工的安全水平和施工效率。
1.2国内外研究现状
在国家重视的情况下,通过深化煤矿安全生产管理,贯彻落实“安全第一,预防为主,综合治理”的安全生产指导方针,各地,各部门和煤矿企业提高认识,加强管理。
随着煤矿经济形势的恢复和安全投入普遍增加,煤矿安全生产总体保持稳定,产量大幅增加。
但煤矿安全生产形势依然严峻。
据统计,2015年,地雷受害者人数为189人;2016年,地雷受害者人数为195人;2017年第一季度的矿难事故达九十多起。
我国煤矿安全状况主要表现在以下几个方面:
(1)煤矿自然条件差,灾害多。
我国大多数煤矿地质条件复杂,导致自然灾害多,容易发生重大事故,给安全生产带来很大困难。
(2)煤矿数量多,大,中,小共存。
差别很大,煤矿分散生产能力。
(3)煤矿机械化程度低,缺乏安全技术和设备。
(4)煤矿工人结构复杂,整体素质差,管理不善。
1.2.1煤巷瓦斯治理技术现状
巷道瓦斯治理的好坏,影响着掘进安全和掘进效率,从而影响回采工作面的交替接替,对煤矿工作的正常有序开展带来很大的阻碍。
目前我国瓦斯治理技术面临的问题主要有:
采掘深度加大,瓦斯含量加大、地质条件复杂化;集约化开采程度加大。
为了解决和利用煤层瓦斯,人们总结和创造很许多有效的瓦斯治理技术。
(1)岩石集中巷穿层钻孔预抽
钻孔现场在煤层底板岩石集中巷道内相互隔开一定距离,在钻场内钻出钻孔。
根据实际情况,在每个钻井场布置不同角度的钻孔。
距离侧面一定距离后,在孔打到煤层底板后,启动套管,排水管与密封材料连接排水。
(2)排放钻井技术
技术是隧道的过程。
每隧道掘进一定距离后,根据带有排放设备的巷道的截面大小,预先布置一定数量的钻孔,高瓦斯带前面可能存在瓦斯涌出。
排放钻井适用于气体不均匀的情况。
通常情况下,开采低瓦斯的煤矿隧道。
利用排水井有利于识别前部气层的地质构造,如构造煤集聚带形成的小褶皱,小断层和瓦斯,预先释放瓦斯,避免发现这些构造带是大量的瓦斯涌出现象。
(3)边抽边采技术
边缘抽采技术包括先进排水钻井技术的掘进和巷道布置,长井排采技术的方向。
包括掘进和巷道两套先进的钻井排水技术,是根据隧道断面的大小,车头在隧道施工深度10〜16m的钻孔。
在距离巷道2〜3m距离巷道两侧各帮助施工孔深20〜30m,巷道角度为20°〜30°。
钻孔控制范围在4米范围内的道路轮廓。
然后插上孔然后抽水。
长壁钻井和排水是在巷道两帮进行施工的钻井场进行的,然后在沿钻孔方向的巷道施工方向上进行长距离钻孔,同时可以在车头钻孔中钻孔,钻孔,钻孔,然后向下抽水。
该方法可以在不受迎头施工影响的情况下平行运行,并且能够有效释放射击落煤产生的振动圈内的释放气体,还可以有效地检测到前面的地质构造的发生有利于防止和防止突发性的炮火瓦斯涌出。
(4)控制落煤强度技术
由于新揭露的煤壁瓦斯涌出量和煤层面积下降,爆破产生的松动圈范围和新露出的煤壁裂缝,煤块下落面积越大,下落煤量,松动圈和新露出的煤壁裂缝越大,瞬间涌出的气量越大,导致炮后气量超标。
因此,控制掉煤的强度,并采用短孔,多循环的方法可以降低煤的瓦斯涌出强度下降。
有利于防止突然,防止瓦斯超限。
但对于一些低渗透煤层来说,泄压率很低,排采煤层后含气量依然很高。
所以这种方法有很大的局限性。
随着先进科学技术发展,煤巷瓦斯治理技术优化性、综合性较强,特别是在软煤低头性煤层巷道中得到广泛使用。
朱加强针对淮北矿业公司石台煤矿的3422工作面采取了瓦斯综合治理措施,两帮钻场内施工顺层钻孔、迎头施工超前钻孔和浅孔动压注水综合措施,达到了预想效果[10]。
方伟针对国投新集二矿二水平C8突出危险煤层掘进通过优化超前钻孔布孔参数,达到了解决掘进工作满防止突出危险性问题,且实现了突出煤层快速掘进[11]。
刘明举,潘辉,张文永等淮南辛庄子煤矿C13煤层属于煤层存在的严重危害,采用先进的卸料措施,严重影响了掘进工作面的生产效率,通过采用液压挤压和路边边抽组合的综合防突技术,较好地消除了工作面突出危险,掘进速度提高了1倍以上,实现了安全快捷的掘进[12]。
为解决高瓦斯低渗透煤层瓦斯抽放问题,结合高压水动力特点,陆有昌提出采用高压水力压裂煤层提高煤层的渗透性。
根据第一强度理论,通过分析压裂孔周围的应力状态,建立了煤体的破裂条件,研究了高压水作用下煤体的破裂机理,推导出了压裂孔的破裂压力。
煤层的发生特征,计算煤层水力压裂所需的开裂压力,优化水力压裂参数;水力压裂设备和工艺开发并成功应用于矿山;数据分析表明,压裂后,抽采流量,浓度增加5倍以上[13]。
马小涛等通过对芦岭煤矿Ⅱ1048工作面的理论分析和现场工程试验,提出了高低渗透深孔爆破增透技术的基本原理。
钻孔布置,爆破和工艺设备参数。
提高深孔有效排水半径和高瓦斯煤层深孔爆破后的渗透率,可使瓦斯抽放率提高一倍,降低突出风险,有效解决高瓦斯突出工作面瓦斯超限问题,煤与瓦斯突出问题[21]。
1.2.2煤巷掘进支护技术现状
煤矿巷道支护形式主要有临时支护和永久支护两种。
(一)临时支护:
在掘进工作面常用的支撑梁架式棚架,支柱和梁,悬臂式镗床机载临时支撑装置和撬紧螺栓单元支撑临时护板装置。
随着挖掘技术和螺栓支撑技术的快速发展和应用,提高临时支护速度,降低劳动者的劳动强度,解决临时支护问题是非常重要的。
刘兴光在对吕家坨矿业分公司当前临时支护现状进行了分析基础上,结合使用实践工作面的临时支护进行改进,从悬吊式长钢梁的材料选型、点柱的改进及使用方法等进行改进[17]。
李俊峰归纳总结了金属梯型支架支护、拱型金属支架支护、锚喷(杆)支护等不同支护条件下掘进工作面临时支护成功经验,研究试制了适用于不同类型掘进巷道的金属前探梁临时支护设施并说明其适用条件及使用方法[19]。
(二)永久支护:
煤矿巷道支护经历了木支护、砌碹支护、型钢支护到锚杆支护的漫长过程。
永久支护根据支护对围岩的作用方式可将煤矿巷道支护分为4类:
①支护力作用在巷道围岩表面的支护方式,如各种类型的支架、喷射混凝土、砌碹支护等;②支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支护方式,如锚杆与锚索支护;③改善巷道围岩力学性质,提高围岩强度的加固方法,如各种注浆加固方法;④改善巷道围岩应力状态,使巷道处于应力降低区,如各种应力控制技术。
煤矿锚杆技术经历了从低强度,高强度到高预应力,有力支撑的发展过程。
已开发包括巷道围岩地质力学试验,动态信息支持设计,高强度高刚度支护材料,快速施工设备与技术,工程质量检测与岩压监测,锚注联合加固锚杆支护技术等成为首选,安全高效的主要支持模式[16]。
1.2.3极软煤极低透气煤巷掘进技术现状
无论地质条件复杂与简单,煤层及瓦斯赋存条件好坏,煤矿掘进技术主要有钻爆法掘进和综合机械化掘进两种。
(1)钻爆法掘进,即打眼—装药—放炮—清理为施工工艺的掘进技术,其中包含了爆破技术。
该方法灵活,适应性强,基本可以适用于各种条件
(2)综合机械化开挖,即采用综采机械化采煤成套一次运输工艺,大大降低了人工劳动强度,提高了掘进效率,在一定程度上增加了施工的安全性和安全性。
近年来的发展过程中,中国的煤矿掘进技术主要有以下几类:
一是悬臂掘进机和单螺栓钻机配套一线,又称煤机综合掘进,在我国国有重点煤矿已被广泛使用,主隧道掘进机为悬臂掘进机,适应范围广泛;二是中国沉东,万里等矿区和鄂尔多斯地区的连续采煤机和锚杆支护作业线正在推广应用。
主要的驱动机器是连续采煤机。
它需要多车道挖掘和交叉换位施工。
第三类是锚杆锚杆机组的综合开挖锚杆,仅用于部分矿区,目前处于试验阶段。
刘建斌,李剑锋针对极软煤岩巷进行综掘技术研究,提出了采取三星拱拱形断面,拱顶全锚索,两帮“锚杆加锚索”联合支护,综掘机掘进增设联络巷等综合措施,控制了巷道变形,缓解了矿井采面接续[4]。
郭金栋,谢绍东,许福乐等人,针对在高瓦斯低透气突出煤层巷道掘进过程中,瓦斯频繁超限、突出预测指标超标次数多、防突措施的钻孔工程量大、巷道掘进缓慢等问题,提出了用深孔控制爆破来释放煤体所积聚的弹性能,以扩大工作面前方煤体卸压带的范围,结合巷帮钻孔边抽边掘的措施,达到增透卸压强化抽放快速消突的目的,实现巷道安全快速掘进[21]。
1.3主要研究内容
本论文在广泛收集资料和大量调研的基础上,针对化处煤矿2373机巷实际客观条件,运用理论分析、现场实际考察相结合的综合研究方法,对2373机巷掘进工作面瓦斯治理、爆破设计、支护设计、施工组织等相关因素进行考察,总结分析危险安全及影响施工效率的主要因素,并针对主要因素提出解决方法,研究解决软煤岩低透气性煤巷掘进安全技术。
主要研究内容包括:
(1)瓦斯地质参数测试与调查;
(2)极软煤极低透气煤巷掘进瓦斯治理技术;
(3)软煤软岩煤巷掘进安全支护技术。
1.4技术路线
本文以工程实例的地质条件、煤层瓦斯赋存条件、煤层性质为基础条件。
通过现场调查化处煤矿2373机巷瓦斯地质参数,现场施工工序及施工管理组织,并采用调查问卷形式,以威胁该巷道施工安全和影响巷道掘进效率因素为研究对象,通过调查、分析,总结得出其主要影响因素。
并结合工程实例实际针对影响影响因素通过观测数据对比,效果分析对比,提出解决影响因素的方法,从而提高巷道施工安全,提高巷道施工效率。
图1-1技术路线图
2瓦斯地质参数测试与调查
2.1化处煤矿概况
六枝工矿(集团)化处煤炭分公司生产规模60Mt/a。
化处煤炭分公司按“一矿两井”共用工业场地进行管理,矿井境界包括岱港和大寨两个勘查区,其中:
南井(大寨勘查区),北井(岱港勘查区)。
南井1970年兴建,1974年简易投产,设计能力30万t/a,1992年达到设计生产能力,2006年南井核定生产能力为36万吨/年。
由于开采时间较长,一至四采区一水平+1300m以上已开采结束,生产系统老化等造成运输距离远,巷道变形严重、通风系统复杂,井田范围内的产能无法提升。
北井该工程于2004年贵州省经济贸易委员会《关于下达2004年贵州省重点技术改造项目计划(第一批专题项目)的通知》(黔经贸投资〔2004〕349号文批准,该项目于2004年11月开工建设,2008年9月,完成了+1300m水平以上各生产系统及安全设施的建设,并于2012年9月完成+1300m标高至+1200m标高系统工程。
2015年通过安全设施验收,2016年3月颁发安全生产许可证,2016年9月13日永久封闭。
2.1.1地理位置及交通
化处煤炭分公司属六枝工矿(集团)有限责任公司生产矿井,位于六枝特区县城东部18km,隶属大用镇岱港村管辖。
井田范围极值地理坐标,东经105°33′05″~105°36′26″,北纬26°08′45″~26°15′00″。
根据贵州省国土资源厅2001年9月17日颁发的采矿许可证(证号:
5200000140078)划定的矿界,矿区范围由31个拐点坐标圈定,矿区北部走向长2.60Km,倾向宽1.165Km;南部走向8.00Km,倾向宽1.0176Km。
约2.2Km,倾斜宽:
约1.3Km。
矿区面积:
11.1698km2,开采深度由+1575m至+1100m。
根据贵州省国土资源厅2015年2月25日下发的《关于调整六枝工矿(集团)有限责任公司化处煤炭分公司矿区范围(兼并重组)的批复》(黔国土资矿管函〔2015〕256号)的批复,矿区范围由29个拐点坐标圈定,走向长10.60km,倾向宽1.165-1.3km,面积12.2819km2,其中:
南部走向长8.00km,倾向宽1.0176km,面积8.1408km2;北部走向长2.60km,倾向宽1.5927km,面积4.1411km2,开采深度由+1575m至+750m。
2.1.2矿区地质情况
1矿区地质特征
本井田出露地层由新到老为:
(1)第四系:
坡积、残积、洪积层,厚0~19m。
(2)三叠系:
1)中统关岭组(T2g):
分五段,由上而下为白云岩、石灰岩、杂色泥岩等组成,厚度不详。
2)下统永宁镇组(T1yn):
分三段,上部层段中厚层状石灰岩夹白云岩,厚65m;中段泥岩夹石灰岩及块状白云岩,厚97m;下段中厚层、厚层状致密石灰岩,厚约140~210m,平均厚165m。
3)下统夜郎组(T1y):
分七段,其中2、3、4、6段,主要是中厚层状石灰岩;1、5、7段主要是泥质灰岩、泥岩、粉砂岩等。
厚约480~790m,平均厚580m。
其中1段120~170m,平均140m;2段60~120m,平均80m;3段60~90m,平均70m;4段100~200m,平均120m;5段50~80m,平均60m;6段50~70m,平均60m;7段40~60m,平均50m。
与三叠系分界标志为一薄层状灰黑色泥岩,并夹灰绿色蒙脱石泥岩。
(
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 煤矿 2373 机巷极软煤低 透气性 安全 掘进 技术 研究
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)