明矾沟煤矿副斜井主排水泵房揭下12煤层实施方案.docx

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明矾沟煤矿副斜井主排水泵房揭下12煤层实施方案

名称

新疆华地投资有限公司明矾沟煤矿副斜井主排水泵房揭穿下12煤层实施方案

编制

项目经理

技术中

心主任

技术管理部负责人

分院主

管院长

新疆华地投资有限公司明矾沟煤矿

副斜井主排水泵房揭穿下12煤层

实施方案

中煤科工集团重庆研究院有限公司

二〇一四年十月

1前言

新疆华地投资有限公司明矾沟煤矿一号井（以下简称明矾沟煤矿）地处天山南麓山前坳陷带北缘，库~拜煤田东部。

2010年8月8日，明矾沟煤矿副斜井在揭露下10煤层发生煤与瓦斯突出（以下简称突出）动力现象，抛出煤量约700t，按照《防治煤与瓦斯突出规定》的相关要求，明矾沟煤矿下10煤层为突出煤层，矿井为突出矿井。

从2011年4月至2011年8月，明矾沟煤矿开展了煤层瓦斯基本参数测定和煤层突出危险性鉴定工作，下2、下4、下5、下7煤层被鉴定为突出煤层。

目前矿井为基建矿井，建井期间揭煤次数多，为了确保揭煤安全，除已经鉴定为突出煤层的各煤层外，其余煤层按照突出煤层进行管理。

为此，新疆华地投资有限公司委托中煤科工集团重庆研究院有限公司进行揭煤工作面瓦斯治理。

目前副斜井主排水泵房掘进工作面迎头距离下12煤层法向距离约为7m。

中煤科工集团重庆研究院有限公司根据《防治煤与瓦斯突出规定》要求并结合矿井实际情况，编制了明矾沟煤矿副斜井主排水泵房揭穿下12煤层实施方案。

2矿井概况

2.1交通位置

库车县目前与外界已形成了较为完善的公路、铁路和航空运输网络体系，库车县的交通条件极为方便。

明矾沟煤矿位于库车县北东（方位10°）50km，现有3.5km简易公路与独-库公路（217国道）相连，经217国道向北可通伊犁等地，向南80km达库车县城，交通尚属便利。

2.2煤层

本区含煤地层为侏罗系下统塔里奇克组（J1t），地层厚度416～580m，平均厚度485m，含煤10～13层，煤层最大总厚36.64m，平均总厚度19.70m，含煤系数4%，煤层从上至下为下1、下2、下3、下4、下5、下6-1、下6-2、下7、下8、下9、下10、下11、下12、下13煤层，其中可采煤6层，即下2、下4、下5、下7、下10、下12煤层；主要可采煤层2层，即下5、下10煤层。

可采煤层总厚27.91m，平均厚16.13m，其余煤层局部有可采点。

2.3开拓开采

1、矿井开拓

矿井设计生产能力60万吨/年，设计采用斜井开拓方案，主、副井及各采区风井均为斜井。

主斜井倾角26°，斜长618m，装备一条1.0m宽钢丝绳芯胶带输送机，担负全矿井的煤炭提升及进风任务。

平行主斜井40m布置一条副斜井，倾角25°，井筒落底水平+1550m，斜长544m，担负全矿井的辅助提升及进风任务。

首采区布置一条回风斜井，为1号回风斜井，倾角35°，井筒落底标高为+1750m，担负中央11采区的回风任务。

2、水平划分及阶段垂高

矿井划分为三个水平，一水平标高为+1550m，采用上山开采，阶段垂高360~200m；二水平标高为+1350m，采用上山开采，阶段垂高200m，三水平标高为+1200m，采用上山开采，阶段垂高150m。

3、采煤方法

各煤层采用伪斜柔性掩护支架采煤法，工作面采用伪倾斜25°～30°布置，区段垂高40m，工作面回采长度70m，工人在柔性掩护支架下操作，放炮落煤，人工装煤，采面采用搪瓷溜槽自溜运煤。

2.4通风、瓦斯

1、通风情况

矿井目前处于建井期，主、副井，1号斜风井均采用局扇由地面供风。

主斜井风量平均364m3/min，副斜井风量平均304m3/min，回风井风量平均214m3/min。

2、瓦斯突出情况

明矾沟煤矿为突出矿井，突出煤层为下2、下4、下5、下7、下10煤层；至今共发生突出1次，突出强度为700t。

3、瓦斯抽采系統

明矾沟煤矿于2008年7月建立了地面临时瓦斯抽采系统，安装有2台水环式真空泵，其额定工况流量为35m3/min。

3揭煤地点概况

明矾沟煤矿副斜井井口标高为+1780m，巷道净宽3.8m，净断面12.5m2，巷道方位角为25°，倾角25°。

副斜井落平处标高为+1550m，井底车场巷道净宽4.4m，净断面14.59m2，巷道方位角为25°，倾角0°。

主排水泵房巷道净宽5.1m，净断面27.8m2，巷道方位角205°，倾角0°，采用正台阶方法掘进，台阶高度为3m。

副斜井井底车场已揭穿下12、下13-2等煤层，变电所已揭穿下13-2煤层，目前准备施工副斜井主排水泵房，向副斜井主排水泵房方向的前探钻孔表明，目前掘进工作面迎头前方距下12煤层约7m，如图3-1-1所示。

图3-1-1副斜井主排水泵房位置图

根据施工的地质探孔，下12煤层赋存为N103°E∠77°，煤厚约为1.5m。

与巷道掘进方向夹角为78°。

由副斜井+1550m水平井底车场揭露下12煤层区域预测时测得下12煤层原始瓦斯含量为12.0m3/t。

由主斜井+1550m水平井底车场揭露下12煤层区域预测时测得下12煤层原始瓦斯含量为14.95m3/t。

4揭煤总体方案

依据现有巷道实际掘进情况及《防治煤与瓦斯突出规定》石门揭煤要求，在主排水泵房掘进迎头距下12煤层法向距离7m处执行区域综合防突措施：

首先施工钻孔进行区域预测，在区域预测有突出危险的情况下施工区域防突措施钻孔，然后进行防突措施效果检验。

在防突措施效果检验为有效或经区域预测为无突出危险性时，巷道掘进至距离下12煤层法向距离5m、2m处进行区域验证，在区域验证为无突出危险的情况下，一次性揭开下12煤层。

副斜井主排水泵房揭穿下12煤层流程如图4-1-1所示。

图4-1-1副斜井主排水泵房揭穿下12煤层流程图

5区域综合防突措施

5.1区域预测

5.1.1预测方法及指标

根据《防治煤与瓦斯突出规定》要求，突出危险性区域预测可采用煤层瓦斯含量或瓦斯压力作为评判指标，石门揭煤可采用钻屑瓦斯解吸指标进行区域防突措施效果检验。

本方案采用瓦斯含量作为下12煤层区域预测指标，同时采用钻屑瓦斯解吸指标K1值作为参考指标进行评判，采用的临界值为煤层瓦斯含量7m3/t，钻屑瓦斯解吸指标0.4mL/g•min1/2（干煤样，湿煤样临界值为0.3mL/g•min1/2）。

如果所有实测的指标值（煤层瓦斯含量及钻屑瓦斯解吸指标）均小于临界值，并且在钻孔施工过程中未出现喷孔等突出预兆，则该工作面为无突出危险工作面，否则为有突出危险工作面。

5.1.2预测钻孔布置

根据《防治煤与瓦斯突出规定》要求及现掌握的煤层赋存情况，设计5个预测钻孔（在区域防突措施钻孔中选择6-2、2-6、6-6、9-6、6-10），钻孔控制下12煤层范围为巷道轮廓线外上帮9.3m，右帮9.4m，左帮9.4m，下帮5.5m。

区域综合防突措施钻孔布置示意图如图5-1-1所示，钻孔参数见表5-2-1。

a开孔位置图

b钻孔设计平、剖面布置图

图5-1-1区域综合防突措施钻孔布置示意图

5.1.3预测钻孔施工

预测钻孔采用ZYD750型钻机配套直径为 Φ75mm的钻头进行施工，施工过程中严格按照钻孔设计参数进行布孔并严格按照钻孔施工安全技术措施、钻机操作规程进行操作。

上向钻孔在岩层段采用水排渣，在煤孔段采用压风排渣，下向钻孔全部采用压风排渣；钻孔在接近煤层位置推进时应尽量保持匀速，并保证排渣的速度，以便于实验煤样的接取。

5.1.4相关参数测定

1、煤层瓦斯含量测定

（1）井下解吸瓦斯量测定

①井下解吸瓦斯量测定仪器包括井下解吸仪、煤样筒、矿用大气压力表、温度计、秒表、连接乳胶管、记录表、笔及相应工具；下井前要仔细准备并反复检查上述携带物品，保证无遗漏且完好；需密封装置要检查气密性。

②将井下解吸仪底塞打开灌水至适当刻度（根据煤层瓦斯含量大小确定），放入密封垫圈后拧紧底塞并观察是否有漏水现象。

③解吸仪灌水完毕并检漏后将其悬挂，用乳胶管一端连接解吸仪进气嘴，一端待煤样筒装入煤样后连接煤样筒出气嘴。

④打开煤样筒盖，准备煤样的装入；打开煤样筒盖上阀门检查出气嘴是否有堵塞现象，检查完毕无误后关紧阀门，与“O”型密封圈一起放置一旁以便随时取用。

⑤将矿用大气压力表和温度计取出暴露在空气中，一段时间后读取大气压力（kPa）和温度计读数（℃）。

⑥煤样取出后迅速装入煤样筒，安装好密封圈盖紧煤样筒盖，完毕后快速把煤样筒出气嘴连接到乳胶管的一端。

⑦打开出气阀门前准确读数井下解吸仪液面（凹液面）刻度并作记录作为初始刻度，打开阀门瞬间待气体涌出后迅速读取液面刻度作为0min刻度并打开秒表计时，然后每一分钟读取液面刻度一次，直至30min结束；当解吸瓦斯体积达到井下解吸仪最大量程85%时，关闭解吸仪阀门重新灌水后继续解吸；30min内解吸瓦斯量用以推算瓦斯损失量Q1；解吸30min后解吸仪读数与初始刻度读数之差即为井下瓦斯解吸量Q21。

所读读数务必做好记录填入相应已准备的表格。

⑧在井下解吸过程中要仔细做好开始解吸时间。

⑨解吸完毕后关闭煤样筒阀门放置一旁，待上井时一同带入井上实验室；取另一空煤样筒重复上述③～⑧中操作进行下一次的取样解吸；待全部取样结束后收好工具放好。

（2）地面瓦斯解吸系统操作

①井下取芯与解吸人员升井后立即把装有煤样的煤样筒带入实验室进行地面瓦斯解吸，并记录到达实验室和开始地面解吸的时间。

②将煤样筒出气嘴连接到地面瓦斯解吸测量管上，开启地面解吸装置背光灯管，操作玻璃管操作手柄到吸水排气档，按动真空泵启动按钮进行排气吸水，当液面到达适当位置（根据瓦斯解吸量确定）时停止；调节解吸管操作手柄到隔绝真空泵连通状态，使解吸管处于密封状态。

③解吸管密封性检测：

当解吸管处于密封状态时注意观察液面情况，是否有漏气存在，若存在要及时排除方可进行瓦斯解吸。

④在确认调试完好后，缓慢打开煤样筒阀门，隔一定时间间隔读取一次瓦斯的解吸量，时间间隔的长短取决于解吸速度；并注意观察解吸累计量的变化规律，发现异常及时处理，或报废。

⑤当实测解吸瓦斯体积达到单根测量管最大量程85%时，打开转换手柄用第二根测量管测量。

⑥记录周围环境的温度、大气压力及测试人员等。

⑦测量结束后，记录释放出的瓦斯量。

（3）称重系统操作

①打开电子天平电源，使电子天平预热，待大约5min后电子天平处于稳定状态可进行称量；将大煤样盆放在电子天平上称重，等读数稳定后按电子天平的“去皮键”进行煤样盆重量去皮。

②煤样解吸测量完成后，将去皮后的大煤样盆从电子天平上取下，打开煤样筒小心地将煤样倒入大煤样盆，避免煤样撒出；除去明显的外来矸石等杂质后放在电子天平上进行称重，同时观察核对煤样粒度大小并记录煤样总重量G和煤样粒度描述（棒状、大块、大小块、碎块和粉状）。

③粉碎煤样称重：

从煤样盆中取两份相等量的二次煤样，记录二次煤样重量G2，煤样的质量一般是15克到300克，选择整芯或较大块的煤样，确保二次煤样和全煤样有相同的特性。

如果两份二次煤样测试结果有较大的差别，应该再取第三份二次煤样。

④测量每份二次煤样的质量G2后，然后用铁锤在破碎试验台上砸为较小颗粒（最大粒度不超过10mm），将煤样装入粉碎机容器中。

（4）煤样粉碎系统操作

①将称量好的二次煤样放入缸体内，而后放入磨盘，盖好带有密封圈的盖子，并压紧密封严实。

②连接容积测量装置（其操作与地面解吸系统中测量管操作相同），检查气路部分的气密性，保证气路系统和缸体、盖三者之间不漏气。

③开机前应先开循环水泵，保证循环冷却水先运行。

④将粉碎机定时器定时为3～5min，运行时观测解吸瓦斯量体积，当实测解吸瓦斯体积达到单根测量管最大量程的85%时，打开转换开关用第二根测量管测量。

⑤若两份同质量的煤样瓦斯解吸量相差不大，则取其平均值作为残余可解吸瓦斯含量并作记录；若二者相差过大，则要重新称取第三份二次煤样进行粉碎。

⑥煤粒在粉碎机粉碎3~5min，或粉碎至基本无可解吸瓦斯析出为止，同时保证95%粉碎后的煤样通过212微米网目的分样筛。

（5）煤层瓦斯含量计算

采用DGC煤层瓦斯含量计算软件计算煤层可解吸瓦斯含量，通过朗格缪尔方程计算煤层残存瓦斯含量，两者之和即为煤层瓦斯含量。

2、钻屑瓦斯解吸指标测定

根据前探钻孔所探得的煤层厚度，确定取样深度为钻杆进入煤层后0.5m处。

测试方法按WTC说明书进行操作。

5.2区域防突措施设计

在区域预测结果为有突出危险的情况下，必须执行区域防突措施并达标后方可进行掘进。

区域防突措施的选择根据区域预测时测得的煤层原始瓦斯含量确定：

在煤层原始瓦斯含量小于10m3/t时采用钻孔排放瓦斯为区域防突措施，在煤层原始瓦斯含量等于或大于10m3/t时采用钻孔抽采瓦斯为区域防突措施。

排放、抽采钻孔孔径均为Φ75mm。

区域防突措施钻孔的施工与预测钻孔施工相同，钻孔控制范围为巷道轮廓线外上帮和左、右两帮各12m，下帮6m，钻孔过煤点间距为3m，钻孔布置如图5-1-1所示，钻孔参数见表5-2-1。

表5-2-1区域措施钻孔设计参数表

钻孔编号

方位角/°

倾角/°

钻孔长度/m

钻孔编号

方位角/°

倾角/°

钻孔长度/m

1-1

127.5

44.2

18.6

6-1

141.0

0.0

14.6

1-2

133.7

49.7

17.0

6-2

148.9

0.0

12.7

1-3

143.1

55.7

15.8

6-3

159.3

0.0

11.1

1-4

157.7

61.3

14.9

6-4

172.8

0.0

10.0

1-5

179.5

65.0

14.4

6-5

188.7

0.0

9.5

1-6

205.0

64.8

14.4

6-6

205.0

0.0

9.8

1-7

226.1

60.9

14.9

6-7

219.3

0.0

10.7

1-8

240.2

55.1

15.9

6-8

230.7

0.0

12.2

1-9

249.3

49.2

17.2

6-9

239.2

0.0

14.0

1-10

255.3

43.7

18.7

6-10

245.7

0.0

16.1

1-11

259.5

39.0

20.5

6-11

250.6

0.0

18.2

2-1

130.4

37.5

17.1

7-1

143.4

-9.9

15.1

2-2

137.1

42.7

15.4

7-2

151.4

-11.3

13.4

2-3

146.9

48.4

14.0

7-3

161.8

-12.8

11.9

2-4

161.6

53.8

13.0

7-4

174.9

-14.0

10.9

续表

钻孔编号

方位角/°

倾角/°

钻孔长度/m

钻孔编号

方位角/°

倾角/°

钻孔长度/m

2-5

182.0

57.2

12.5

7-5

189.8

-14.6

10.5

2-6

205.0

56.8

12.6

7-6

205.0

-14.2

10.8

2-7

224.3

52.8

13.2

7-7

218.4

-13.0

11.7

2-8

237.8

47.2

14.3

7-8

229.3

-11.6

13.1

2-9

246.9

41.6

15.7

7-9

237.7

-10.2

14.8

2-10

253.1

36.5

17.5

7-10

244.1

-8.9

16.8

2-11

257.5

32.3

19.4

7-11

249.1

-7.9

18.9

3-1

133.2

29.6

15.8

8-1

145.7

-12.4

15.6

3-2

140.3

34.0

14.0

8-2

153.8

-14.0

13.9

3-3

150.4

39.1

12.5

8-3

164.1

-15.6

12.6

3-4

165.0

43.9

11.4

8-4

176.7

-16.9

11.7

3-5

184.2

46.7

10.9

8-5

190.8

-17.4

11.3

3-6

205.0

46.1

11.0

8-6

205.0

-16.9

11.6

3-7

222.8

42.4

11.7

8-7

217.7

-15.7

12.5

3-8

235.7

37.3

13.0

8-8

228.1

-14.1

13.8

3-9

244.7

32.5

14.6

8-9

236.3

-12.5

15.5

3-10

251.0

28.3

16.5

8-10

242.6

-11.1

17.4

3-11

255.6

24.8

18.6

8-11

247.6

-9.8

19.5

4-1

135.9

20.4

15.0

9-1

147.9

-20.9

16.7

4-2

143.3

23.7

13.1

9-2

156.1

-23.2

15.1

4-3

153.7

27.4

11.5

9-3

166.2

-25.4

13.9

4-4

167.9

31.0

10.3

9-4

178.3

-27.1

13.2

4-5

185.9

33.0

9.8

9-5

191.7

-27.7

12.9

4-6

205.0

32.4

9.9

9-6

205.0

-27.0

13.2

4-7

221.5

29.4

10.8

9-7

217.0

-25.3

14.0

4-8

233.8

25.7

12.2

9-8

227.0

-23.1

15.2

4-9

242.7

22.1

13.9

9-9

234.9

-20.7

16.8

4-10

249.1

19.1

15.9

9-10

241.3

-18.6

18.6

续表

钻孔编号

方位角/°

倾角/°

钻孔长度/m

钻孔编号

方位角/°

倾角/°

钻孔长度/m

4-11

253.9

16.7

18.1

9-11

246.3

-16.7

20.6

5-1

138.5

10.3

14.5

10-1

150.0

-28.2

18.1

5-2

146.2

12.0

12.6

10-2

158.2

-30.8

16.7

5-3

156.6

13.9

11.0

10-3

168.1

-33.2

15.6

5-4

170.5

15.7

9.8

10-4

179.8

-34.9

15.0

5-5

187.4

16.7

9.3

10-5

192.4

-35.4

14.8

5-6

205.0

16.3

9.5

10-6

205.0

-34.6

15.1

5-7

220.3

14.7

10.4

10-7

216.3

-32.8

15.8

5-8

232.2

12.8

11.9

10-8

225.9

-30.3

16.9

5-9

240.9

11.0

13.7

10-9

233.7

-27.7

18.4

5-10

247.3

9.5

15.8

10-10

240.0

-25.1

20.0

5-11

252.2

8.3

18.0

10-11

245.0

-22.8

21.9

5.3区域防突措施效果检验

在采用抽采瓦斯为区域防突措施时应对抽采钻孔进行封孔接抽。

钻孔采用聚氨酯封孔，封孔长度为5m。

抽采管为DN40mm矿用瓦斯抽采塑料管或铁管，抽采管在孔内端钻10~20个直径10mm的小孔，并用双层铁筛网扎好。

在封孔管路上应安设足够的放水器和抽采流量、抽采负压测定的仪器仪表。

根据抽排瓦斯总量及区域预测时测得的原始瓦斯含量计算煤层残余瓦斯含量及预抽率，当计算得到的煤层残余瓦斯含量小于7m3/t及预抽率大于30%时，进行区域防突措施效果检验，检验指标为煤层残余瓦斯含量和钻屑瓦斯解吸指标K1值，若测定的煤层残余瓦斯含量小于7m3/t且钻屑瓦斯解吸指标K1值小于0.4mL/g•min1/2（干煤样，湿煤样临界值为0.3mL/g•min1/2），则判定防突措施有效，否则防突措施无效。

效果检验钻孔孔径为Φ75mm，钻孔布置在措施钻孔之间，分别位于巷道上部、两帮、下部。

效果检验孔长度以能够控制预抽范围为准，并且至少有一个检验测试点位于预抽区域内距边缘不大于2m的范围内。

下12煤层布置5个检验钻孔，检验结果为无效时，必须采取补充措施。

效果检验钻孔布置如图5-1-1所示，钻孔参数表见表5-3-1。

表5-3-1区域防突措施效果检验钻孔设计参数表

孔号

方位角/°

倾角/°

终孔深/m

备注

检1

146

-5

13.9

控制左帮

检2

194

53

11.6

控制上部

检3

197

-8

10.0

控制中部

检4

199

-32

13.9

控制下部

检5

242

-5

15.3

控制右帮

5.4区域验证

当区域防突措施有效时，工作面掘进至距下12煤层法距5m、2m位置时分别进行区域验证。

区域验证采用钻屑瓦斯解吸指标法，当煤层瓦斯钻屑解吸指标K1值小于0.4mL/g•min1/2（湿煤样小于0.3mL/g•min1/2）时，则判断区域验证无突出危险，否则有危险。

区域验证钻孔布置如图5-4-1、5-4-2所示，区域验证孔设计参数见表5-4-1、5-4-2，必要时区域验证钻孔参数可根据措施钻孔施钻图进行调整。

区域验证钻孔采用ZYD750型钻机配套直径为Φ75mm的钻头进行施工。

区域验证为无突出危险时，采取安全防护措施进行揭煤作业。

在经验证为有突出危险时，应采用局部防突措施。

表5-4-1验证孔设计参数表（5m）

孔号

方位角/°

倾角/°

终孔深/m

孔号

方位角/°

倾角/°

终孔深/m

验1#（5m）

166

0

8.0

验4#（5m）

205

-25

10.1

验2#（5m）

205

41

8.1

验5#（5m）

234

0

10.3

验3#（5m）

205

0

7.7

表5-4-2验证孔设计参数表（2m）

孔号

方位角/°

倾角/°

终孔深/m

孔号

方位角/°

倾角/°

终孔深/m

验1#（2m）

154

41

5.1

验6#（2m）

233

0

6.2

验2#（2m）

205

44

4.8

验7#（2m）

173

-26

6.2

验3#（2m）

239

32

6.2

验8#（2m）