余吾南风井揭煤措施.docx
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余吾南风井揭煤措施
余吾南风井揭煤措施
山西潞安集团余吾煤业有限责任公司
南进、回风立井井筒揭穿3#煤层瓦斯防治技术研究
总体技术案
山西潞安集团余吾煤业有限责任公司
煤炭科学研究总院重庆研究院
2009年10月
⑴《山西潞安矿业(集团)有限责任公司屯留煤矿南风井工程初步设计》,山西潞安集团余吾煤业有限责任公司,2009年6月;
⑵《矿井初步设计说明书》,山西潞安集团余吾煤业有限责任公司,2009年6月;
⑶《煤矿安全规程》,国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局,2009年;
《防治煤与瓦斯突出规定》,国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局,2009年;
《石门揭穿煤层煤与瓦斯突出危险性的测定方法》(MT/T839-1999),中华人民共和国煤炭行业标准,1999年;
《石门揭穿煤与瓦斯突出煤层程序技术条件》(MT/T955-2005),中华人民共和国煤炭行业标准,2005年;
《远距离爆破技术条件》(MT/T959-2005),中华人民共和国煤炭行业标准,2005年;
余吾煤业有限责任公司南井工程项目经理部提供的有关资料。
2矿井基本情况
2.1地质概况
2.1.1井田地质概况
潞安矿区位于沁水煤田东部中段,处于华北断块区吕梁~太行断块沁水块坳东部次级构造单元的沾尚~武乡~阳城北北东向褶曲带中段,晋获断裂带西侧。
矿区主体部分为新生代叠加的长治新裂陷,屯留井田位于新裂陷西北部。
井田内及其外围广为第四系黄土覆盖,仅北部及西部沟谷中有二叠系上统上石盒子组,石千峰组及三叠系下统刘家沟地层出露。
井田内地层从新至老有第四系(Q)、三叠系下统刘家沟组(T1L)、二叠系上统石千峰组(P2sh)、二叠系上统上石盒子组(P2s)、二叠系下统下石盒子组(P1x)、二叠系下统山西组(P1S)、石炭系上统太原组(C3t)、石炭系中统本溪组(C2b)、奥陶系中统峰峰组(Q2f)。
矿区主构造线近南北,以褶曲为主,向斜紧密,背斜开阔,断裂较少,地层走向近南北,倾向西且略有起伏;倾角3~15o。
褶曲以北北东~南北向为主,贯穿全井田的褶曲自西向东依次有坪村向斜、余吾背斜、余吾向斜、苏村背斜及屯留向斜。
其中以西部的坪村向斜和东部的苏村背斜构成井田内煤层起伏的基本形态。
另外,还有东邓向斜和墙则背斜。
井田地质构造简单。
主采煤层为3号煤层。
3号煤层赋存稳定、结构简单,厚度5.0~7.25m,平均厚度5.99m。
煤层属近水平~缓倾斜煤层,倾角一般3~11°,局部褶曲带达18°。
煤层顶底板岩性一般为泥岩、粉砂岩,直接顶中等稳定。
井田内煤层起伏不定,褶曲带较多,地质构造以褶曲为主、南北走向断层次之,煤层多被密集村庄煤柱分割为不规则可采区块。
井田内水文地质条件简单,煤层瓦斯含量高、属不易自燃煤层,但有煤尘爆炸危险性。
2.1.2区域地质概况
本次工程区域为井田南翼,总体为向东、西倾斜的背斜构造,南五、南六采区为向西倾斜的单斜构造。
2006年12月山西省煤炭地质物探测绘院在井田南翼刘家坪附近做了三维地震勘探,勘探面积13.79km2,勘探成果揭示,本区3号煤层的赋存形态总体为一向西倾斜的单斜构造,在此基础上发育有次一级褶曲,共查明幅度大于5m的褶曲4个,其中背斜2个,向斜2个,在勘探区内地层走向近于EW向,倾角为3°~8°。
区内3#煤层底板赋存标高在255~510m之间,西南部标高低,东北部标高较高。
3#煤层赋存最浅部位于测区东北部,埋深为415m左右,最深处在测区西南部,埋深为720m,一般埋深在420~700m。
查明断层9条,落差大于5m的断层2条,解释了落差小于5m的断层7条;陷落柱9个,直径均大于等于20m。
2.2矿井生产概况
屯留矿井设计生产能力为6.00Mt/a,其中一期工程设计生产能力2.70Mt/a,目前一期建设工程已经完成,于2007年5月正式通过竣工验收,投入生产,2007年生产原煤205万t。
一期工程在南二采区布置一个低位放顶煤工作面,该工作面于2006年7月开始进行试生产,已经开采完毕S2202工作面,工作面推进长度690m.,出煤110多万吨。
目前工作面搬迁到S2201工作面正在回采。
二期工程设计生产能力3.30Mt/a,各项工程施工建设正在顺利进行,主工业场地的建、构筑物已基本完成,阎庄进、回风井井筒已施工完毕,井下正在施工阎庄井底车场,北一采区上山目前正在施工。
南翼大巷在南二采区下山向南已施工了900m左右,继续向南风井方向掘进。
矿井设计年工作日为330d,地面实行“三·八”制,每天3班生产,井下实行“四·六”制,每天4班作业,其中3班生产,1班准备。
每天净提升时间为16h。
2.3矿井瓦斯情况
屯留矿井为高瓦斯矿井,根据地质报告提供的数据,3号煤层瓦斯含量平均为9.48ml/g.r,最大含量达21.05ml/g.r。
根据重庆煤科分院对井底车场附近的3号煤层瓦斯进行的测定,屯留矿井原煤瓦斯含量为8.4~8.63m3/t,平均8.51m3/t,残存瓦斯含量为2.37m3/t,煤层瓦斯原始压力为0.42~0.45MPa,钻孔瓦斯流量衰减系数为0.0811~0.2525d-1,煤层透气性系数为0.524~1.7415m2/MPa2·d,百米钻孔瓦斯涌出量为0.015~0.037m3/min·hm,瓦斯放散初速度△P=20,煤的坚固性系数f=0.44~0.53,煤的空隙率为4.93~6.71%。
根据中国矿大测定瓦斯压力资料,3号煤层瓦斯压力最大值达0.87MPa。
瓦斯抽采难易度为较难抽采到可以抽采类型。
根据屯留矿提供的南风井钻孔瓦斯含量,计算南风井原煤瓦斯含量为10.91~13.35m3/t,平均12.32m3/t,残存瓦斯含量为3.9m3/t。
3揭煤总体技术方案
3.1揭煤防突工艺流程
屯留矿南进、回风井立井揭煤防突工艺首先在距煤层法线20m处对3#煤层进行超前预探,精确控制煤层层位及产状,防止误揭煤层并为揭煤防突措施提供基础数据。
预探煤层时,测定煤层瓦斯压力和瓦斯含量,对所揭3#煤层突出危险性进行初步预评价;在掘进到距3#煤层法线7m前的位置对煤层的突出危险性进行二次预测。
若预测该煤层有突出危险,则根据煤层突出危险情况编制具体的揭煤方案。
对有突出危险性的3#煤层,在掘进到距3#煤层法线10m处的位置前必须采用区域性综合防突综合措施,包括对煤层突出危险性进行区域性预测、防治突出措施、防突措施效果检验和安全防护措施的“四位一体”的综合防突措施。
图3-1揭煤防突工艺流程示意图
若预测煤层无突出危险,在施工中也应实施瓦斯综合治理的措施,加强通风、监测,采用安全炸药远距离放炮揭煤等安全防护措施。
在距煤层法距5m的位置开始,采用“短进尺、弱爆破、强支护”的施工技术边预测边掘边探至距煤层最小安全法距处,通过远距离放炮揭开煤层。
揭煤防突工艺流程如图3-1所示。
3.2立井揭煤施工过程
立井揭煤就是立井自煤层顶板岩石与煤层法线距离10m外开始,进入或穿过煤层底板法线距离大于2m的全部作业过程。
其揭煤施工过程见图3-2所示。
图3-2南进回、风立井揭煤施工过程示意图
3.3立井揭煤前的准备工作
在揭穿煤层前,要收集南回风井区区基本地质地貌概况,揭露煤层的厚度、埋深和倾角、倾向、走向等产状情况、煤层基本瓦斯地质资料以及立井与煤层的相互位置关系。
调查收集3#煤层的产状、标高、埋深、地勘及生产期间煤层的主要参数,包括瓦斯压力、瓦斯含量、煤样分析结果(吸附常数a、b值,工业性分析,真假比重,孔隙率等)、煤的坚固性系数f、瓦斯放散初速度ΔP、煤层的煤尘自然、爆炸性等参数。
对以上资料进行分析整理,了解立井煤系地层各煤层的地质及瓦斯基本概况,定位立井揭穿煤层的大致位置,对煤层的突出危险性做出初步分析,为立井施工中顺利揭穿各煤层提供参考数据资料。
4井筒揭煤突出危险性预测
4.1超前钻孔探测
在井筒施工至煤层法线距离10m之外,施工至少2个以上前探钻孔,准确探明井筒工作面和煤层的相对位置,掌握煤层赋存条件、地质构造等基本情况。
目前回风立井距3#煤层约有29.9m,现必须对回风立井穿越3#煤层的赋存条件进行超前探测,为安全揭煤提供可靠的基础资料。
超前探孔沿立井前进方向施工两个垂直超前探煤钻孔,钻孔尽可能穿透煤层全厚且进入煤层底板不小于2m。
垂直超前探煤孔示意图见图3-3所示。
钻孔具体设计和钻孔参数在施工前另行设计。
图4-1垂直超前探煤孔设计示意图
4.2煤层瓦斯压力测定
在立井开挖工作面至距推测煤层法距不小于10m时所施工的超前探测钻孔,取其中3个岩层比较完整的钻孔进行封孔、注浆,测定其煤层原始瓦斯压力,其余探测钻孔用水泥沙浆封死。
为准确得到煤层原始瓦斯压力值,测压孔与前探孔不能共用时,两者见煤点的间距不得小于5m。
利用前探钻孔测定煤层的瓦斯压力,可缩短测压周期以减少其对井筒施工的影响,为了缩短测压时间,本次测压拟采用主动式测压,补充气体为高压氮气。
钻孔封孔测压方法如图2所示。
压力表选用1.5MPa量程。
图4-2立井测压封孔示意图
1─压力表;2─堵头;3─测压孔;4─排水孔;
5─水泥浆;6─棉纱;7─托盘;8─筛孔管;9─煤层
打钻时取钻孔煤样2~3Kg,煤样取完后尽快用密封性好的塑料袋封装并填写煤样标签,送实验室分析有关参数,煤样标签格式如表4-1。
在实验室测试煤的瓦斯吸附常数、工业分析指标、真假比重、孔隙率、△p和f值等。
在煤层瓦斯压力测定结果出来后,计算煤层瓦斯含量。
表4-1煤样标签格式
煤层名称:
取样具体位置:
取样类别:
全煤断面□软分层□钻孔□
取样日期:
年月日班
需要实验室分析的参数:
吸附常数a,b
真比重
△p
K1-p关系(软分层)
□
□
□
□
工业分析
假比重
f
□
□
□
*在需要测定的参数后面划√
4.3煤层突出危险性预测
立井揭煤的突出危险性预测分区域性突出危险预测和工作面突出危险预测。
区域性突出危险预测采用瓦斯压力或瓦斯含量,并参考其他单项指标;工作面突出危险预测指标选用钻屑瓦斯解析指标K1值以及综合指标法D、K值。
4.3.1立井揭煤区域性预测
在开挖面距煤层法距不小于10m时,对煤层突出危险性进行初步预测,预测方法采用测定煤层瓦斯压力法或瓦斯含量法。
若条件允许,考虑测定煤层的坚固性系数f值、瓦斯放散初速度△P,辅助参考f值、△P等单项指标。
用瓦斯压力或瓦斯含量对煤层进行初步预评价的临界值见下表4-2所示:
表4-2煤层瓦斯压力或瓦斯含量预测临界值表
瓦斯压力P(MPa)
瓦斯含量W(m3/t)
预测结果
P<0.74
W<8
无突出危险
其他情况
突出危险
若煤层无突出危险,则在开挖工作面掘进至距煤层垂距不小于5m处,对所揭煤层突出危险性进行工作面突出危险预测。
若煤层有突出危险,则在开挖工作面掘进至距煤层法距不小于7m处,对所揭煤层实施区域防突措施,措施有效后方可开挖。
4.3.2揭煤工作面突出危险预测
在开挖工作面距煤层法距不小于5m时,应对煤层突出危险性进行工作面预测或者效果检验,即施工钻孔直径为Ф75mm的5个以上穿透煤层全厚的预测钻孔,分别位于立井的上部、中部和两侧。
测定钻孔钻屑瓦斯解吸指标K1值等,并按要求取煤层煤样测定煤的坚固性系数f值和瓦斯放散初速度△P,由此计算综合指标D、K值。
预测钻孔布置示意图见图4-3:
图4-3预测钻孔布置设计示意图
a—钻孔开孔位置平面图;b—钻孔平面图;c—钻孔剖面图
4.3.2.1预测指标K1值的测定及其临界值
采用WTC瓦斯突出参数仪测定钻屑瓦斯解吸指标K1值。
根据煤层具体情况,预测钻孔进入煤层后,用事先准备后的组合筛子在孔口接取钻屑,
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