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復雜地質條件下突出煤層石門安全揭煤技術研究

文檔作者：白振峰文檔來源：河南煤業(yè)化工集團		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年08月31日
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第4期
2011年12月
水力采煤與管道運輸
HYDRAULIC COAL MINING ＆ PIPELINE TRANSPORTATION
No．4
Dee．2O1l
復雜地質條件下突出煤層石門安全揭煤技術研究
白振峰
(河南煤業(yè)化工集團鶴煤公司八礦河南鶴壁458000)
摘要：針對鶴壁礦區(qū)突出煤層瓦斯特征和復雜地質條件，采用交叉鉆孔集中抽采防突措施、平行煤層施工短
導硐和金屬骨架一注馬麗散組合加固煤層技術結合震動爆破揭煤方法，實現(xiàn)了安全快速揭煤。
關鍵詞：石門 揭煤導硐 鉆機
中圖分類號：TD713 ．3 文獻標識碼：A 文章編號：1006—0898(2011)04—0019—03
鶴煤八礦位于鶴壁礦區(qū)南部，井田南北走向長5．
25km，東西傾向1．7—1．9km，面積約7．9km 。1958年建
井，1960年投產(chǎn)，礦井設計生產(chǎn)能力為10萬t／ a，1970—
1974年擴建為60萬t／a的中型礦井，目前礦井生產(chǎn)能力
為8O萬t／a。
礦井開拓方式為立井、斜井混合開拓。礦井通風方式
為混合式通風，布置井筒6個，其中工業(yè)廣場立井、大皮
帶斜井、中央進風井、南窯風井為進風井，工業(yè)廣場風井、
桐家莊新風井為回風井。布置有3201。南、3002、31011
三個采煤工作面，3201。北上順槽、3201。下順槽、3101
北上順槽、1410下順槽4個煤巷掘進工作面和北翼一軌
道下山延深、北翼專用回風巷、30皮帶上山、中央軌道暗
斜井、31皮帶上山、3105底板巖中巷6個巖巷掘進工作
面。
2002年8月經(jīng)撫順煤科院鑒定為突出礦井，2009年
礦井瓦斯等級鑒定結果為煤與瓦斯突出礦井，礦井絕對
瓦斯涌出量為35．08m ／min，相對涌出量為22．58m ／t。
1 石門揭煤技術研究的必要性
據(jù)統(tǒng)計，在全國煤礦上萬次的各類突出事故中，石門
揭煤工作面平均突出強度最大，達316t／次；千噸以上的
特大型突出事故中，石門揭煤工作面突出就占77％ 。八
礦自1993年以來，在煤巷掘進及石門揭煤過程中共發(fā)生
煤與瓦斯突出9次，都未造成人員傷亡。從突出強度來
看，突出強度較大的4次都發(fā)生在石門揭煤過程中。
由于石門揭煤突出強度大，波及范圍廣，造成的破壞
嚴重，能給礦井帶來毀滅性的災難。同時，由于石門揭煤
施工工藝的特殊性，揭穿突出煤層全過程都有突出危險，
并可能發(fā)生連續(xù)突出、延期突出和自行揭開突出。隨著
礦井開采深度的延深，突出危險性越來越大，石門揭煤難
度越來越大，因此，石門安全揭煤技術研究意義重大。
2 揭煤地點概況
3201集中巷位于三水平北翼三二采區(qū)，是在煤層底
板巖石中布置的一條集中運輸巷，距煤層20m左右。該
采區(qū)走向長1 140m，傾斜寬570m，主采煤層為二 煤，埋
深543 ～778m。采區(qū)地面標高129～142m。東部為未開
采的四水平北翼采區(qū)，南部為未開采的三水平零采區(qū)，北
為八、六礦礦界煤柱，西為正在開采的二水平四采區(qū)2405
工作面。煤層厚度6．40～8．13m，平均6．96m，煤層傾角
24。左右。煤質為黑色、金剛光澤，均一狀和條帶狀結構，
硬度小，松散易碎，塊煤較少。
采區(qū)內(nèi)地質構造總體形態(tài)區(qū)為一單斜構造，走向南部
為NE6～13。，向北部漸轉為NW18～55。，傾向由sE漸轉
為NE，傾角18～26。，鹿樓背斜位于采區(qū)的中部。該采
區(qū)瓦斯基礎參數(shù)實測：3201巖中巷南垂深591．82m處，
瓦斯含量11．6m ／t，瓦斯壓力0．9MPa；3201巖中巷北垂
深559．95in處，瓦斯含量20．09m ／t，瓦斯壓力1．7MPa。
煤的堅固性系數(shù)f值為0．25～0．45。
采區(qū)位于礦井三水平中部，鹿樓背斜位于采區(qū)中部，
易于聚積瓦斯，屬于瓦斯涌出的高值區(qū)，極易發(fā)生煤與瓦
斯突出。2003年11月23日位于3201上區(qū)段的2405巖
中巷三石門在掘進過程中發(fā)生過一次誤揭煤造成煤與瓦
斯突出，突出煤量73t，突出瓦斯量為9855m 。
礦井具有完整的永久性瓦斯抽采系統(tǒng)，地面廣場泵房
安設2臺2BEC一40型水循環(huán)式真空泵，泵抽放能力為
80m ／min。3201石門揭煤地點具有獨立的通風系統(tǒng)。
3 石門揭煤技術方案
石門揭煤工作面采取集中抽放瓦斯防突措施，即在石
門揭煤工作面巷道兩側預留3 nl巖柱各掘進一個鉆場，
在鉆場布置空間交叉鉆孔，預抽一定時間后掘進揭煤導
硐，導硐平行煤層底板掘進，長度5in。然后導硐內(nèi)注射
馬麗散加固頂板煤體，經(jīng)效果檢驗指標不超后，采用震動
放炮揭開煤層。
具體作業(yè)工序：掘進巷旁鉆場一鉆場內(nèi)施工抽放鉆孔
一平行煤層底板做導硐一防突效果檢驗一導硐內(nèi)頂板煤
體加固一震動放炮揭開煤層一清理、支護一煤門掘進，完
成揭煤工作。
3．1 煤層瓦斯基礎參數(shù)測試
根據(jù)《防止煤與瓦斯突出細則》規(guī)定，工作面掘進至
距煤層法線距離不少于5m前，必須測定煤層瓦斯壓力。
結合八礦情況，3201石門掘進距離煤層底板巖柱8In
處，進行煤層瓦斯壓力等基礎參數(shù)的測試。打鉆期間，分
別測試鉆孔瓦斯含量、瓦斯壓力、吸附常數(shù)、放散初速度、
堅固性系數(shù)、煤層透氣性系數(shù)等參數(shù)。根據(jù)測試結果，計
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2011年12月 水力采煤與管道運輸 第4期
算揭煤地點的綜合指標D、K值，進行突出危險性預測分
析。
3．2 防突措施鉆孔的布置
石門測試煤層瓦斯壓力等基礎參數(shù)后，嚴格執(zhí)行探煤
措施，直至掘進至巷道頂板距煤層底板垂直巖柱3m處，
在巷道兩幫分別施工一個鉆場，深度5m，高度3m，寬度
3．2m，其內(nèi)分別布置抽放鉆孔。抽放鉆孔具體布置見圖
1
[===]下口 E三
三三j：巨蘭蘭
圖1 石門耳巷抽放鉆孔布置示意圖
在鉆場內(nèi)，分3排布置抽放鉆孔24個，排間距和孔間
距均為0．5m。每排最里面的兩個鉆孑L起到孔幫截流的
作用，其余鉆孑L則是交叉抽放。為提高鉆孔的抽放效果，
鉆孔施工完畢，及時連抽，并設置單孔抽放孔板進行連續(xù)
計量。
3．3 防突措施效果檢驗
鉆孑L經(jīng)過一定時間的抽放，抽放率達到不少于30％
的要求后，進行防突措施效果檢驗。即在3m巖柱處，布
置效檢鉆孔4個，1、2、3號鉆孔控制上部煤層，4號鉆孔
控制正前煤層。效果檢驗方法采用鉆屑瓦斯解吸指標值
(△h 或K )，A h 臨界指標為300 Pa，K，臨界指標為
0．5mL／(g·min )。
當任一鉆孔檢驗指標大于臨界值，則必須繼續(xù)進行抽
放；若所有鉆孔檢驗均無突出危險，則巷道掘進至2m垂
直巖柱處，重新進行效果檢驗。若檢驗指標超限，則采取
排放鉆孔防突措施，檢驗無突出危險，則施工揭煤導硐。
進行效果檢驗和施工巖巷期間，加強對抽放措施鉆孔
的管理，未受影響的鉆孑L，應繼續(xù)進行抽放。
3．4 揭煤導硐的施工
若檢驗無突出危險，石門正前停止掘進，施工揭煤導
硐。掘進揭煤導硐以一24。平行煤層底板，必須保持與煤
層底板垂距2m的巖柱，導硐長度5m，高度1．8m，寬度
3．2m，矩形斷面。
掘進導硐時，每掘進一個循環(huán)，都必須向煤層底板方
向打3個探眼，探明導硐與煤層底板之間的距離，確保導
硐與煤層底板之間的巖柱厚度為2m。
導硐施工結束后，在導硐內(nèi)再次進行效果檢驗，校檢
指標不超限時，在導硐上部注馬麗散加固煤體。
3．5 導硐頂板加固措施
導硐掘好后，為了防止巷道頂部煤層下落，在導硐內(nèi)
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采用馬麗散對上部煤體進行加固。距煤層底板垂距2m
時，揭煤前，自導硐開口處起施工鉆孔，每lm一排，每排
3個，孔底間距2．5m，孔徑42ram，孔深以見到煤層頂板為
準。在孔內(nèi)插入鐵管注馬麗散，利用馬麗散加固煤層底
板附近煤體，防止揭煤期間煤體冒落。
3．6 震動爆破揭煤措施
3．6．1 導硐內(nèi)炮眼布置
整個震動爆破分為3個區(qū)，I、Ⅱ、Ⅲ區(qū)分別用l段、2
段、3段毫秒延期雷管先后爆破，其中I區(qū)為掏槽區(qū)。導
硐內(nèi)炮眼布置如圖2所示。
圖2 石門導硐震動爆破鉆孔布置示意圖
圖2中，實心的為煤眼，空心的為巖眼。煤眼進入煤
層不得小于0．5 m，巖眼不得打人煤層，眼底距煤層
0．2m，如果已打人煤層，必須在眼底的巖石中充填0．2m
的炮泥。眼深大于0．6m、小于1m的，封泥長度不小于眼
深的50％ ；眼深大于1m、小于2．5m的，封泥長度不小于
0．5m；眼深超過2，5m的，封泥長度不小于1m。藥卷之間
要緊密，炮泥要封密實。
3．6．2 揭煤主要安全技術措施
① 放炮揭煤時間安排在八點與四點交接班期間進行，
采用遠距離放炮，放炮前該采區(qū)停電撤人。
② 距工作面20—25m安設兩道堅固可靠的防護柵
欄，其它防護措施必須靈敏可靠。
③ 揭煤前，認真檢查該地區(qū)通風系統(tǒng)，保證回風系統(tǒng)
暢通無阻，防突風門堅固可靠。
④震動放炮拉炮地點設在不受揭煤地點影響的進風
流中，安設壓風自救器及防爆電話，壓風自救器數(shù)量不少
于20個，并保證不間斷通風。
4 3201石門揭煤情況
4．1 石門耳巷瓦斯抽放
在石門耳巷共施工50個抽放鉆孔。自2008年1月
3日開始帶抽到5月7日，抽出瓦斯量為34 589．8 m ，除
以1．3的抽出不均勻系數(shù)，校正后正前的抽采量為26
607．5 m 。石門正前抽采控制面積為870m ，煤厚按探孔
確定的6．5m，煤的密度1．41t／m ，瓦斯含量10．89m ／t，
最終計算的瓦斯儲量為8 6 8 3 2 m ，瓦斯抽采率為
30．6％ 。
4．2 效果檢驗
導硐前進行效果檢驗，最大A h 為80 Pa，最大q值
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第4期
2011年12月
水力采煤與管道運輸 ．
HYDRAULIC COAL MINING &amp;amp; PIPELINE TRANSP0RTAT10N
No．4
Dec．2011
液粘軟啟動裝置的應用研究
張軍
(內(nèi)蒙古伊泰煤炭股份有限公司內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000)
摘要i闡述了凱達礦帶式輸送機的運行環(huán)境與設定參數(shù)，對軟啟動裝置進行選型，分析了液體粘性軟啟動裝
置的工作原理，針對啟動過程的功率平衡問題，根據(jù)功率平衡電氣控制要求，對以往的控制原理進行了改進，
保證了帶式輸送機啟動的平穩(wěn)性與安全性。
關鍵詞：帶式輸送機液體粘性軟啟動 功率平衡
中圖分類號：TH137．33 文獻標識碼：A 文章編號：1006—0898(2011)04—0021一o3
0 前言
帶式輸送機是連續(xù)性輸送物料的機械，在當今礦山、
港口運輸中起著重要的作用，帶式輸送機直接啟動時，不
僅會沖擊電網(wǎng)，而且會使膠帶和機械設備承受很大的拉
伸力和沖擊力，產(chǎn)生巨大的振動，降低整機的壽命? ，在
以大功率，長距離、大運量、高帶速的帶式輸送機為發(fā)展
方向的背景下，軟啟動裝置已經(jīng)是帶式輸送機中必不可
少的選擇。
1 軟啟動類型選擇
凱達礦采用斜井開拓方式，場地內(nèi)布置主斜井，主斜
井凈寬3．4m，凈斷面8．3m ，傾角為6。，長度293m，裝備
一條帶寬為1m的鋼絲繩帶式輸送機。礦井主運輸全部
采用帶式輸送機，煤流從工作面到地面實現(xiàn)連續(xù)運輸。
帶式輸送機及其關聯(lián)設備輸送流程如圖1所示。從礦區(qū)
開采的煤炭經(jīng)料斗由刮板輸送機運送人破碎機，破碎后
由帶式輸送機運送到廠區(qū)，由礦車運走。凱達礦此條帶
式輸送機的運行參數(shù)如表1所示。
／
。
l ：l ／
1一礦車；2一帶式輸送機；3一破碎機；4一傳動滾筒；
5一刮板輸送機；6一料斗
圖1 煤炭輸送流程圖
為保證輸送機啟動的平穩(wěn)性與安全性，帶式輸送機
采用軟啟動裝置控制啟動的加速度，減少對電網(wǎng)及元部
件的沖擊。主要部件的連接形式為電動機一高速軸聯(lián)軸
器一軟起動裝置一低速軸聯(lián)軸器一傳動滾筒。根據(jù)調(diào)速
設備的不同，目前國內(nèi)外常用的帶式輸送機軟起動裝置
主要有：電控軟起動、調(diào)速型液力偶合器、液體粘性軟起
動裝置、變頻調(diào)速裝置、CST系統(tǒng)和BOSS系統(tǒng)等 』，各類
軟起動裝置的特性如表2所示。從表2所列出的常見軟
起動裝置的特性比較可以看出，液體粘性軟起動裝置控
制簡單、體積小、成本低、性能可靠，能滿足絕大多數(shù)帶式
為2．4L／min，最大S值2．6 kg／m。導硐內(nèi)進行效果檢
驗，最大△h 為100Pa，最大q值為3．1L／min，最大s值
2．6 kg／m 。
4．3 石門揭煤瓦斯含量
采用遠距離震動放炮，一次性全部揭開煤層底板，炮
后瓦斯探頭顯示工作面瓦斯0．8％ ，回風瓦斯0．6％ ，巷
道成形較好，頂板沒有發(fā)生冒頂，確保了安全揭煤。
5 結語
① 鶴煤八礦地質條件復雜，斷層較多，在揭煤時須準
確掌握石門前方煤層賦存情況。施工探孔時，一般4～5
個為宜，兼顧左右兩幫，不能把所有的孔施工在同一平面
內(nèi)，即不僅要掌握煤層的傾向、傾角，還要掌握煤層走向，
這樣才能準確地探明巖柱厚度。
② 交叉鉆孔比扇形鉆孔的抽放效果好。在巖柱3～
5m施工抽放鉆孔時，在掘進頭兩幫施工深5m的鉆場，在
鉆場內(nèi)布置空間交叉鉆孑L，一方面截流巷道兩幫瓦斯，另
一方面抽排導硐上部煤層瓦斯，抽放均勻不留空白帶，抽
放與導硐掘進可以平行作業(yè)，巷旁截流鉆孔能截流抽放
巷道兩幫煤體的瓦斯，并且在揭煤全過程可以連續(xù)抽放，
瓦斯抽放強度大、效果好。
③底板揭煤時用短導硐和直接掘進揭煤各有優(yōu)劣。
在導硐內(nèi)放震動炮可以一次揭開全斷面煤層，避免了直
接揭煤時多次放炮在巖柱逐漸減小過程中可能引起的煤
與瓦斯突出，但在導硐施工過程存在頂板不易支護、可能
冒頂、引起突出的危險。
④ 在底板揭煤時，向上部煤體注馬麗散可有效防止
揭煤時的頂煤冒落。
⑤ 該項石門揭煤技術，保證了3201采區(qū)3個石門安
全揭煤。目前，30采區(qū)、31采區(qū)石門揭煤全部采用掘耳
巷布置交叉鉆孔抽放，推廣應用該項石門揭煤技術。
作者簡介：
白振峰(1985一)，男，河南安陽人，助理工程師，本科畢業(yè)，
工學學士學位，現(xiàn)從事一通三防技術管理工作。
收稿日期：2011—05—27
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