工作面上顺槽掘进防突安全技术措施.doc

工作面上顺槽掘进防突安全技术措施
一、工程概况
        B101工作面上顺槽位于-800m水平后一采区，巷道东邻-675回风大巷，北接-650石门，南邻〔-717至-675〕边界回风上山。该巷以西及上方均为未采区。
        B101工作面上顺槽制定沿B2煤层顶板掘进，方位174°3′，巷道走向平距646.1m，标高-647.3m～-664.3m，倾角0°～15°。
        依据B2煤层底板等高线图〔三维地震勘探〕及底抽巷内钻孔施工资料，区域内B2煤层主要呈黑色，条痕为棕黑色，玻璃光泽，主要由亮煤组成，夹少量镜煤、暗煤及丝炭透镜体或薄层，质松软，能搓成粉末，强度低，牢固性系数一般小于0.5。煤层结构简单，局部为复杂结构。
        该掘进区域B2煤层为1/3焦煤，发热量〔Qb，ad〕平均24.25MJ/kg，水分〔Mad〕平均0.94%，灰分(Ad)含量平均17.54%，挥发分〔Vdaf〕平均为24.98%，磷(Pd)含量小于0.0042%，硫分〔St,d〕含量0.44%，真相对密度〔TRD〕1.50，煤层的粘结指数〔GRI〕平均为80。
        B101上顺槽掘进采纳综掘工艺，锚网索支护，过地质异常带采纳U型钢+锚网索支护。
        二、瓦斯地质概况
        1、煤层顶底板状况
        该掘进区段B2煤层顶板由下向上依次为粉砂岩、细砂岩、中砂岩，厚度分别为0～6.4m、3.0m、18.0m左右。其中粉砂岩，灰黑色，裂隙不发育，较坚硬，层理不显然，含植物根部化石；细砂岩，灰色，层理发育，质坚硬，有较厚泥岩夹层；中砂岩，以浅灰白色为主，灰白色、浅灰绿色次之，矿物成分以石英为主，长石次之，泥钙质胶结，具有斜层理及未充填斜交裂隙。
        B2煤层直接底板由上至下为泥岩、中砂岩，厚度分别为0～1.0m、16.0m左右。泥岩，灰色，含植物化石。中砂岩，灰色，裂隙不发育，坚硬，成分以长石、石英为主，斜层理，缓波状斜层理，局部发育垂直裂隙，泥质充填。
        2、地质构造
        依据B102上下顺槽、-650石门实际揭露、-675回风大巷探煤孔及首采区三维地震勘探报告提供的B2煤层底板等高线图综合分析，推测该巷自开门位置向前施工至约210.0m处，B2煤会受褶曲影响，煤层走向方向上煤层倾角起伏较大，褶曲影响范围比较大；该处为应力集中区，到时巷道应强化支护；褶曲带可能积聚瓦斯或围岩破碎，给掘进施工带来一定的安全风险。
        煤层顶板以上1.5m范围内存在滑动构造，滑动层面一定范围内围岩破碎。掘进区域内无岩浆岩侵入。
        3、煤层瓦斯状况
        依据B101上顺槽底抽巷钻孔施工期间收集的瓦斯资料，掘进范围内B2煤层瓦斯压力在0.5～0.9MPa，瓦斯含量6.0～8.2m3/t，其中最大值出现在距开门口210m左右处。至2021年7月，第一评价单元经预抽后区域内瓦斯压力降至0.2MPa，瓦斯含量降至4.05m3/t。估计掘进期间巷道内风排瓦斯涌出量0.6～1.0m3/min，回风瓦斯浓度0.1～0.15%。
        三、区域综合防突措施
        依据河南理工大学对金黄庄矿井B2煤层特别危险性鉴定结果，B2煤层为特别煤层，此掘进区段按特别危险区管理。
        巷道采纳穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施，钻孔控制到巷道两帮轮廓线外15m范围内的所有煤体，钻孔终孔点按不大于10m×5m间距布置〔巷道轴线方向×巷道轴垂线方向〕。该区域采纳分单元预抽评价，直接测定残余瓦斯压力和残余瓦斯含量进行效果检验。区域效果检验合格后在采纳安全防护措施的前提下进行掘进作业。
        巷道掘进过程中，执行工作面循环推测〔效检〕，假设推测〔效检〕指标超标则执行局部综合防突措施。
        〔一〕区域防突措施
        B101工作面上顺槽掘进前采纳穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施使待掘区段达到消除特别危险的目的。
        1、穿层钻孔在B101工作面上顺槽底抽巷〔-675m回风大巷〕内施工，钻孔控制到巷道两帮轮廓线外15m范围内的所有煤体，钻孔终孔点按不大于10m×5m间距布置〔巷道轴线方向×巷道轴垂线方向〕。
        2、钻孔孔径94mm，执行“打一，封一，合一〞，采纳全程下套管、注水泥浆封孔。下套管时，最里段为3根1吋PVC花管，花管里段加防堵锥头，最外段为2根1吋半PVC实管及1根1吋半铁管，中间段使用1吋PVC实管连接。
        3、钻孔封孔后及时进行合茬抽采，孔口抽采负压不小于13KPa，并进行了抽采自动计量。
        〔二〕区域防突措施效果检验及区域验证
        1、巷道采纳分单元预抽效果评价，B101上顺槽共分为四个计量评价单元，单元瓦斯预抽率≥35%后，进行区域措施效果检验。效果检验点按每30m布置一个，采纳直接测定残余瓦斯含量和残余瓦斯压力的方法进行预抽效果检验。至2021年7月，第一评价单元完成了效果检验工作，共布置4个效果检验点；其他单元效果检验工作正在进行。单元瓦斯预抽率计算如下：
        单元预抽率(η)＝[单元瓦斯抽采量/单元瓦斯储量]×100％
        其中：单元瓦斯抽采量为钻孔合茬抽采后累计抽采量之和，抽采量以抽采自动计量为准，统计的瓦斯抽采量必必需为自动计量装置完好状况的监测数据，否则予以去除，不计入统计量；
        单元瓦斯储量＝评价单元面积×煤厚×容重×实测煤层原始瓦斯含量。
        2、各效果检验点布置于评价单元内钻孔密度较小、孔间距较大、预抽时间较短的位置，并尽可能远离各预抽钻孔或尽可能与四周预抽钻孔保持等距离，且避开掘进巷道的排放范围和掘进工作面的预抽超前距。
        3、在瓦斯预抽率≥35%状况下，区域效果检验直接测定煤层残余瓦斯含量小于8m3/t、残余瓦斯压力小于0.74MPa且检验钻孔施工过程中未发生，喷孔、顶钻及其它特别预兆，则预抽区域为无特别危险区；否则判定为特别危险区，必必需补充实施区域防突措施，可采纳增加钻孔数量或延长抽采时间的方法，直至区域措施效果检验有效。
        2021年7月19日，B101上顺槽底抽巷第一评价单元瓦斯预抽率达59.3%，施工效检孔实测掘进区域煤层最大残余瓦斯含量4.05m3/t，最大残余瓦斯压力0.2MPa，且检验钻孔施工过程中未发生，喷孔、顶钻及其它特别预兆，故判定评价单元内采纳的区域防突措施有效。
        4、在区域措施效果检验有效范围内进行掘进作业前，必必需采纳钻屑指标法对掘进迎头进行特别危险性推测。该巷道在掘进过程中执行循环推测。
        5、推测过程中指标不超标，且在推测钻孔施工过程中无瓦斯异常涌出、喷孔、顶夹钻现象，方可在留有2m推测〔验证〕超前距并采纳安全防护措施前提下，进行巷道掘进作业。
        6、每次推测前必必需复核上循环掘进长度。每个评价单元之间必必需留有不少于20m的预抽超前距，掘进施工必必需均衡进尺，严禁超掘。
        7、推测结果假设有特别危险或推测钻孔施工过程中有瓦斯异常涌出、喷孔、顶夹钻现象时，则认为工作面具有特别危险性，必必需马上停止进尺并采纳局部防突措施，只有经局部措施效果检验合格后，方可进尺。
        8、每次推测后，防突员必必需如实将推测〔验证〕结果填写在防突牌板上，并认真做好记录，推测〔验证〕状况及时向矿调度室及相关领导汇报。
        四、局部综合防突措施
        〔一〕工作面特别危险性推测
        B101工作面上顺槽掘进期间采纳钻屑指标法进行工作面特别危险性推测。指标的测定方法如下：
        1、钻屑瓦斯解吸指标值测定
        在迎头煤层内施工3个孔径为42mm、孔深为8～10m的测定钻孔〔存在软分层时钻孔布置在软分层中〕。
        迎头左边测定钻孔(1#)和右边测定钻孔(3#)开孔位置距巷道左帮和右帮分别为0.5m，终孔位置距巷帮轮廓线外4.0m。迎头中间测定钻孔(2#)开孔位置位于迎头煤层中部，推测钻孔布置如以下图。

        钻孔施工采纳φ42mm的钻头钻进,螺旋钻杆排渣，速度控制在1m/min左右，钻进速度应均匀。
        钻孔每钻进2m测定一次钻屑瓦斯解吸指标△h2及K1值，△h2值采纳MD-2瓦斯解析仪测定，K1值采纳WTC瓦斯特别参数仪测定，取测定的最大值作为该钻孔的钻屑瓦斯解析指标值。
        2、钻屑量指标S值测定
        钻孔每钻进1m测定一次该1m段全部钻屑质量，取测定的最大值作为该钻孔的钻屑量检验值。
        3、推测结论确实定
        钻屑瓦斯解吸指标△h2临界值为100Pa〔干煤〕，K1临界值为0.3〔mL/g· 〕，钻屑量指标S临界值为3.0Kg/m。只有当三个推测钻孔的最大钻屑瓦斯解吸指标△h2、K1值及最大钻屑量指标S值均在临界值以下，且施工推测钻孔过程中无顶钻、夹钻等异常现象时，方可确定为无特别危险工作面，否则确定为特别危险工作面。
        工作面出现以下状况之一时，应视为特别危险工作面。
        〔1〕地质构造破坏带，包括断层、褶曲、火成岩侵入等。
        〔2〕煤层赋存条件急剧变化的区域。
        〔3〕在工作面检验过程中出现喷孔、顶钻、夹钻等动力现象。
        〔4〕工作面出现显然的特别预兆。〔如：a、煤壁中发生煤炮声、机枪声、劈裂声、蜂鸣声、闷雷声、断梁折柱声，声音由远及近，由小到大；b、顶帮来压项板放线开裂，煤壁移动；c、煤体结构松软，煤层光泽暗淡；d、煤层层理紊乱；e、支架变形或断梁折柱；f、瓦斯浓度异常，工作面温度忽高忽低。〕
        〔5〕采掘应力迭加区域。
        〔二〕局部防突措施
        1、工作面推测为特别危险时，必必需马上停止掘进，执行局部防突措施，局部防突措施采纳抽采钻孔措施。
        2、抽采钻孔孔径不小于94mm，长度不小于40m，钻孔控制巷道轮廓线外15m的范围，钻孔按终孔间距不大于2m在控制范围均匀布置。局部防突措施钻孔参数依据巷道施工时煤层赋存状况另行制定。
        3、钻孔施工中如有瓦斯异常状况或经分析有地质构造异常带，施工单位应及时汇报矿调度室、地测技术部、通防技术部及相关领导，地测技术部及时分析地质构造的赋存状况，以确切弄清迎头及前方地质构造赋存状况，并提供相关成果资料，以便通防部门采纳针对性的补充防治特别措施。
        〔三〕局部防突措施效果检验
        局部防突措施施工后必必需进行效果检验〔效检方法同推测〕。当效果检验有效时，应当在巷道掘进方向留有不少于20m的防突措施孔投影孔深超前距，并同时保留有至少2m校检孔投影孔深超前距的条件下，采纳安全防护措施后实施掘进作业。
        〔四〕安全防护措施 
        1、通风系统
        巷道掘进期间建立安全可靠、稳定的局部通风系统，局部通风机的安装位置、规格、数量必必需满足要求，回风系统必必需保证畅通无阻，断面必必需满足有关规定要求。
        〔1〕风量计算
        u 按工作面同时工作最多人数计算：
        Q1=4×N=4×11=44m3/min
        式中：Q -- 风量，m3/min
        N -- 工作面同时工作最多人数，综掘工作面额定每班最大人员数量9人，瓦检员、安检员2人，合计11人。
        u 按瓦斯绝对涌出量计算：

        式中：q -- 最大瓦斯绝对涌出量；依据B102上、下顺槽掘进及-800m、-757m及-717m揭煤期间瓦斯涌出量q在1.0m3/min左右，取其1.5倍值为1.5m3/min；

        C -- 回风瓦斯控制浓度；取0.8%
        u 
        u 风速验算：
        巷道最低风速0.25m/s，最高风速为4m/s。

       ×S×××60＝186.8m3/min；
        Qmax=4×S×60=4××60=2988m3/min；
        Qminmax；
        故掘进工作面所必需最小风量 Q掘＝281.3m3/min。
        〔2〕局部通风机选型