II832石门揭煤防突设计.doc
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1、某矿矿832运输石门揭煤防突设计某矿煤矿2014年2月832运输石门揭煤防突设计一、工程概况1、井巷工程832工作面开采煤层为8煤,工作面位于3采区北翼一区段,南至F19断层为界,北以8煤层工业广场保安煤柱线为界,上邻一水平833工作面(已回采完毕),下邻834工作面(未采面)。工作面标高为-483m-408m,其中石门揭煤处标高为-474.1m。832运输石门设计从832岩机巷处拨门,拨门方位为3571,巷道以3坡度施工69.6m,再按14上坡施工27.2m,最后变平施工至超过机巷拨门位置3m处,即拨门施工832机巷,巷道设计全长165.8m。该巷按设计施工,前段18m(平)巷顶距断层上盘8
2、煤层1417m,施工后段距断层下盘8煤层430m,在机巷拨门位置揭露8煤层。832运输石门设计为半圆拱形断面,设计断面规格为4.63.8m,巷道采用二次锚网喷+注浆复合支护,巷道在距8煤层法距10m处改用架棚支护,架棚巷道断面规格为4.63.5m。2、地层及构造地层从地质资料分析来看,832运输石门煤层岩性自上而下:、细砂岩:厚2.02.6m。、泥岩:厚2.73.6m。、中、细粒砂岩:厚7.09.5m。、砂质泥岩:厚2.03.5m。、8煤:厚6.015.15m。、砂质泥岩:厚1.52.5m。、细砂岩:厚2.07.0m。(详见综合柱状图1)。煤层赋存与断层构造情况832运输石门揭煤为8煤层,8煤
3、层为稳定结构的特厚煤层,石门揭煤处煤层厚度在6-15m。宏观煤岩类型以半亮煤为主,顶部和局部有少量半暗型煤,构造以粉末、细小碎块状为主,鳞片状、块状次之,煤层松软,局部煤层灰份较高。普氏硬度平均f :0.3,煤层松软。煤层走向132151、倾向4261、倾角2228。煤层柱状图如下:图1、832运输石门煤岩层综合柱状3、 煤层瓦斯情况煤层瓦斯赋存832运输石门设计见煤点标高约-474.1m, 根据中国矿大对8煤层进行的煤与瓦斯突出危险区域划分,3采区位于突出危险区。832工作面瓦斯压力为2.6MPa,瓦斯含量为13.39 m3/t。区域瓦斯治理效果根据矿井3采区区域瓦斯综合治理方案,3采区北翼
4、采取开采保护层区域综合治理措施,即沿煤层倾角开采两个保护层面(1034、1036工作面)保护一个被保护层面(832工作面)见图2。目前1034、1036保护层面已回采结束,保护层开采期间,局部未保护区实施钻孔大面积预抽,通过利用地面井、底板穿层孔、高位拦截钻孔等立体式综合抽采卸压瓦斯。根据抽采瓦斯量统计,其被保护层面卸压瓦斯预抽率达80%以上,同时根据区域校检钻孔采用直接测残余瓦斯含量值。揭煤处位于1034保护层保护范围之内,预计该石门段残余瓦斯含量已达到8m3/t以下,瓦斯压力小于0.74MPa,已实现消突目标。1034风巷1034机巷832风巷832机巷1036风巷1036风巷保护范围未充
5、分保护范围图2、工作面的对应关系及保护范围示意图4、局部通风系统根据矿技术科施工设计,结合通风系统的合理性与可靠性,将832运输石门局部通风机安装在831车场内,局部通风机及启动装置安装必须符合煤矿安全规程规定。该掘进工作面采用两台230KW对旋局扇单路风筒供风,一台运转一台备用,局扇供电实行 “三专三闭锁”。选用直径800mm阻燃风筒实施单路供风,风筒沿832岩机巷经832运输石门接到迎头。通风路线如下:石门进风:主、副井三五采轨道大巷、三五采皮带机大巷3轨道上山831车场832岩机巷832运输石门。南二进风井五采行人进风下山五采大巷3轨道上山831车场832岩机巷832运输石门。石门回风:
6、832运输石门832岩轨巷3回风上山3回风平巷二水平总回风上山南二回风井地面。832运输石门832岩轨巷3回风上山857集中巷、岩轨巷五采行人上山南二回风井地面。5、揭煤施工组织安排及揭煤流程为保证揭煤工作顺利完成,根据防突管理规定相关要求,按照如下程序进行揭煤作业:矿成立石门揭煤领导小组,组长由矿长担任,矿总工程师和安全副矿长担任副组长,成员包括副总工程师和相关科室单位负责人。石门距煤法距10m(地质构造复杂、岩石破碎区域20m)前施工地质探查孔及测压孔。地质探查孔准确控制煤层层位,探明煤层赋存参数及地质构造;测压孔测定煤层瓦斯压力,残余瓦斯含量,评定该区域煤层的突出危险性。若测定瓦斯含量及
7、压力低于突出临界值则判定该石门揭煤区域无突出危险性,采用先探后掘的方式掘进至距8煤层法距7m后,再次经效果检验无突出危险性后即可继续采用先探后掘的方式掘进至距8煤层法距5m之前。若测定瓦斯含量及压力大于突出临界值,则判定该区域为突出危险区。采用先探后掘的方式掘进至距8煤层法距7m之前,采取密集钻孔预抽的区域防突措施,直至突出危险性消除,并经过效果检验措施有效验收合格后,恢复掘进施工。在距煤层法距5m之前,采用钻屑瓦斯解析指标法或综合指标法进行工作面突出危险性预测。预测有突出危险时,实施工作面局部防突措施,直至突出危险性消除,经效果检验措施有效后,恢复掘进施工;验证无突出危险时,则直接采用先探后
8、掘及远距离放炮措施掘进至距煤层法距3m位置。在距煤法距3m位置实施金属骨架煤体固化措施,金属骨架煤体固化措施实施结束后,采用先探后掘、远距离放炮措施掘进至距煤法距1.5m处。在距煤层法距1.5m位置时,采用钻屑指标法,进行突出危险性验证。验证有突出危险时,则继续实施工作面排放钻孔等防突措施,直至消除突出危险性,经效果检验确认措施有效后,恢复掘进施工;验证无突出危险时,则在采取安全防护措施的情况下,直接远距离放炮揭开煤层。若首次揭煤的远距离爆破未能一次揭穿煤层,则继续按照远距离爆破揭煤的安全技术措施执行,直至巷道全断面进入煤层。巷道见煤后,采用钻屑指标法实施工作面连续突出危险性预测,检测指标小于
9、临界值时,方准进尺,但每循环预留不小于2m(投影)预测超前距。石门揭煤防突流程见下图3:施工地质探查孔,准确控制煤层层位,探明地质构造。测压、测突出指标,初步评估石门揭煤区段突出危险性。施工效检钻孔,若无突出危险性,先探后掘至距煤法距5m;若有突出危险性,则需施工瓦斯预抽钻孔进行瓦斯预抽,并对防突措施进行效检。图3、石门揭煤流程图二、地质探查钻孔及取样、测压钻孔设计1、钻孔设计揭煤前首先必须掌握所揭煤体附近煤层赋存、地质构造和瓦斯赋存等情况。在石门拨门前由地测科设计施工了3个地质探查孔,对石门预想地质剖面图进行了钻探核实。根据探查孔施工成果资料分析该处煤层赋存正常,允许巷道施工至距煤法距10m
10、位置。在距煤法距10米位置施工4个钻孔进行取样、测压。地质探查钻孔、测压钻孔设计见图4、5、6、7。图4、探查钻孔设计平面布置图图5、探查钻孔设计剖面布置图 图6、测压钻孔设计平面布置图图7、测压钻孔设计剖面布置图2、钻孔施工及瓦斯压力、含量测定要求钻孔开孔位置距煤层法距10m,所有钻孔均要求取芯,测定f值及a、b吸附常数,工业指标,瓦斯含量W等。钻孔施工好后,立即安装测压表测压,见下图8。钻孔施工要求探查钻孔要求穿透煤层全厚且进入底板不小于0.5m。钻孔孔径为94mm。钻孔若出水,必须增加注浆堵水设计。每个钻孔都要进行测斜,确定钻孔落点准确。瓦斯压力测定方法钻孔施工:钻孔的开孔位置应选择在岩
11、石完整的位置;钻孔施工应严格按设计钻孔参数进行,并保证钻孔平直、孔形完整,穿透被测煤层。在钻孔施工中,应准确记录钻孔参数、钻孔见煤时间、终孔时间,钻孔见煤深度。安装测压管和回浆管:测压管为81.5mm的PA11尼龙压力管,用于测定瓦斯压力。测压管的总长度由钻孔长度确定。测压管最前端用纱布包裹,防止煤渣进入测压管。回浆管为PVC管,2m长一节,用管箍相连,胶水密封。回浆管末端带有阀门。将测压管和回浆管一起送入钻孔,回浆管在煤层底板位置设置三通,三通下方用棉线缠绕,棉线沿回浆管缠绕长度为500mm,厚度10mm。安装注浆管:注浆管为黑布胶管,长4m,带有阀门和高压胶管快速接头,以便和注浆泵相连。将
12、注浆管送入钻孔。密封钻孔口:为了防止注入的浆液流出钻孔,必须先对钻孔口密封。所需材料为聚胺脂、毛巾。注浆:待聚胺脂凝固后,用注浆泵把水泥浆通过注浆管注入钻孔,待回浆管有浆液流出后停止注浆,并关闭注浆管上的阀门。瓦斯压力观测:定期观测瓦斯压力,直至瓦斯压力稳定为止。各钻孔在封孔后前5天每小班观测并记录压力表读数和观测的时间,以后每1-2天观测一次。并做到压力观测不少于15天。DGC瓦斯含量测定方法煤层瓦斯含量直接法主要通过井下取芯、井下解吸、煤样称重和粉碎、水分测定等方式测定煤层瓦斯含量。钻孔施工前确定取芯钻孔倾角、方位、钻头直径、开孔高度、取芯管及钻机型号,并做好相关记录。岩芯管送达孔底后,进
13、行取样钻进。取样钻进过程中记录起钻时间、记录钻进结果时间、对所取煤样进行分选和装筒,记录煤样筒密封时间。同时做好取芯时间、取芯位置、取芯位置埋深、取芯人员、钻机及钻头型号、开孔时间及位置、开孔高度、开孔倾角及方位角、煤样粒度大小、煤层厚度、取芯深度、钻机钻进到预定深度时停钻时间、钻杆退出钻孔时间和开始解吸时间等参数。煤样取出送达地面后,在实验室通过对煤样地面解析、煤样称重、粉碎、水分测定等对煤样瓦斯含量进行综合测定,从而得出煤层瓦斯含量。图8、瓦斯压力测定示意图3、探查钻孔施工结果根据探查成果资料分析832运输石门揭煤区域受断层影响,但煤层赋存情况稳定,钻孔施工过程中无喷孔现象,有少量出水现象
14、。探查钻孔施工成果平剖面图见下图:图8、探查钻孔成果平面图图9、探查钻孔成果剖面图三、区域性突出危险性预测1、揭煤地点的突出危险性区划情况根据某矿矿8煤层突出危险区域划分报告,矿井F10断层以南-300m及其以下划为突出危险区域。该石门揭煤处巷道底板标高为-474.1m,处于8煤突出危险区域。2、 瓦斯压力或瓦斯含量测定距煤法距10米处施工测压钻孔,直接测定煤层瓦斯压力和瓦斯含量,若测定结果瓦斯压力P大于临界值(0.74MPa)或瓦斯含量W大于临界值(8.0m3*t-1 ),则判定该石门揭煤区域为突出危险区,需要采取区域防突措施。否则该石门揭煤区域为无突出危险区,施工至距煤法距5米处采取局部防
15、突措施。四、区域性防治突出措施1、区域防突措施设计在距离煤层法距7m位置,施工底板穿层钻孔,预抽石门揭煤处及其附近区域煤层瓦斯:预抽钻孔孔径为113mm,根据我矿及邻近矿井8煤层抽放经验推测我矿8煤层有效抽放半径大于2.5m,该石门揭煤处钻孔设计轴间距为3m。钻孔控制范围为巷道两帮不小于12m、石门揭煤处巷道上下沿层面距离不小于12m(钻孔控制范围,还必须同时满足巷道轮廓线上下不小于5m)。要求所有钻孔均采取有效的防喷孔措施,钻孔施工完毕封孔后接入抽放系统抽放。预抽钻孔平、剖面图见下图。图10、预抽钻孔布置平面图图11、预抽钻孔布置剖面图2、钻孔施工与管理按照钻孔设计的相关要求,为保证区域钻孔
16、布设的合理性,在所有钻孔施工前均由矿地质测量部门按照设计资料,对各钻孔开孔点按照间距不小于0.4m,标示钻孔前中、后中,施工部门施工时严格按照标示点组织开孔。为保证钻孔施工质量,每个钻孔均由测气员、防突员共同负责验收,详细记录钻孔施工参数,保证钻孔施工的质量。防突区施工人员要认真填写钻孔原始记录,并及时将打好的钻孔资料反馈给瓦斯办,由瓦斯办技术人员上图分析。根据钻孔分析,确定补孔参数,确保预抽钻孔无空白带。防突区针对钻孔施工要求编制专门的钻孔施工安全技术措施。3、抽采系统与计量管理832运输石门预抽钻孔实行集中联管,并入南二地面永久抽采系统。瓦斯抽放管径设计为200mm,孔口抽放负压不小于-1
17、3kPa,为保证抽采瓦斯参数的准确性,利用矿KJ90NB监控系统子系统对抽采瓦斯量进行监控和统计,即在抽放管路上安装V锥流量计,并在V锥旁路安设孔板流量计。每周对V锥进行比对调校,确保计量准确。该处预抽时间不少于3个月。1)抽采系统设计抽采管路流量计算832运输石门揭煤区域实测瓦斯压力为2.6MPa,推算瓦斯含量为13.39 m3/t,按保护层开采期间预抽卸压瓦斯量统计,瓦斯预抽率达60%以上,残余瓦斯含量为5.4 m3/t,根据残余瓦斯含量对抽采管路选型。832运输石门抽放期间通过地面永久抽采系统抽采纯瓦斯量预计最大为1.2m3 /min,按照抽放浓度不低于30%标准,则抽采管道流量计算为:
18、QH=QG/C=1.2/0.3=4.0m3 /min管径、管材、壁厚的确定管路内径计算抽采管路管内径计算如下:D=0.1457(QH/V)1/2=0.1457(4.0/5)1/20.13m式中: QG:抽放纯流量; C:抽放浓度; QH:抽放混合流量; V:管道经济流速,515m/s;根据管路内径计算,布设的抽采管路内径不得小于0.13m,管径初步选定为8英寸(200mm)。管材、壁厚的确定抽采管管壁厚度计算公式:= Pdw/2式中:瓦斯管管壁厚度,;P:管路最大工作压力,MPa;Dw:瓦斯管外径,;:容许压力,铸铁管取20 Mpa;根据管材及壁厚公式计算,管材及壁厚选定厚度为3mm的铁皮卷管
19、能够满足抽采需要。抽放管道系统阻力计算摩擦阻力:按照摩擦阻力HI=9.8dcLQc2/KD5公式计算HI =9.870420.99554230/(0.71205)489.5Pa式中:HI管道的摩擦阻力,Pa;L管道长度,m;D管径,cm;Qc管内混合气体的流量m3/h;K系数,取0.71;dc混合气体对空气的密度dc=1-0.00446C;C混合气体中沼气浓度,%,取C=30;局部阻力:局部阻力一般取总摩擦阻力(10%-20%),该系统按20%取值计算。抽放系统总阻力:H=(1+20%)HI=1.2489.5587.4Pa瓦斯泵抽采负压、流量计算抽放泵压力计算瓦斯泵压力:Hp=K(HI +H孔
20、+H出)=16.591.423.23KPa式中:K:压力富裕系数取1.4 H孔:钻孔孔口最低压力,取15kpa(根据规定,卸压瓦斯抽采负压不得小于13kpa); H出:泵站出气口压力, 瓦斯泵出口处所必须的正压,取1KPa;抽放泵流量计算Q=(100Q纯/X)K1=(1.2100/(300.8))1.2=6.0m3/min式中:Q瓦斯泵的额定流量,m3/min; Q纯抽放期间抽出的最大纯瓦斯量之和,m3/min; X瓦斯泵入口处的瓦斯浓度 ,取30; 瓦斯泵机械效率,取0.8; K1瓦斯抽放的综合系数,取1.2;抽放泵型号地面永久瓦斯抽放泵型号为2BEY-62水环式真空泵,配备电机为400KW
21、,其主要参数见下表。2BEY-62水环式真空泵参数表 型号耗水量电机功率真空度额定流量2BEY-6240m3/h400KW101KPa350m3/min根据瓦斯泵抽采负压、流量计算结果,结合抽放泵性能曲线,该地点采用2BEY-62水环式真空泵作为地面永久瓦斯抽放系统,能够满足钻孔瓦斯抽采需要。管路铺设线路及计量系统安装位置、数量。832运输石门(安装V锥计量系统1套)检修联巷832岩机巷回风联巷3回风上山3回风平巷水平总回风上山南二回风井南二地面抽放泵站(安装V锥计量系统1套)。2)瓦斯抽采监测、计量装置选型V锥计量选型832运输石门穿层孔并入永久抽采系统抽放,抽采管径为200mm、管壁3mm
22、的抽采管路。被测介质:煤层瓦斯气体。管道内、外径(mm)选择抽采系统管路内径:d=D-=200-3=197mm;计量装置尺寸为:197 mm3mm(内径壁厚)选用V锥流量传感器的形式矿瓦斯监控系统为KJ90NB监控系统,抽采计量监控系统附属于KJ90NB监控子系统,故V锥流量计拟选用GLY系列矿用气体流量传感器。刻度流量单位刻度流量单位选择m3/h。常用流量、最小流量、最大流量永久抽采管路最大和最小抽采流量:管路抽采流量计算公式为:Q=VD=0.Q/d2D;公式中:Q:流量;V:流速:D:管路截面积;按照瓦斯预抽率60%,抽排三个月推算,预计永久抽采系统平均纯瓦斯抽采量为0.8 m3/min
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