矿井掘进工作面过老巷及断层安全技术措施研究_邵志杰.pdf

2023年第2期西部探矿工程*收稿日期：2022-12-30作者简介：邵志杰（1988-），男（汉族），河南商丘人，助理工程师，现从事采矿工程工作。矿井掘进工作面过老巷及断层安全技术措施研究邵志杰*（潞安化工集团李村煤矿，山西 长治 046000）摘要：针对潞安化工集团某矿复采掘进工作面过老巷及断层时，面临着顶板难管理，通防安全隐患大，水文地质情况复杂存在较大安全隐患等问题，基于该复采掘进工作面过老巷及断层工程概况，通过强化顶板管理，加强通防安全管理，防治水管理，进行过老巷维修安全管理以及应用掘进工作面过断层安全技术措施，该复采掘进工作面安全顺利地通过了老巷及断层，取得了较好的经济效益与安全效益，可为类似工况下的掘进工作面过老巷及断层提供参考。关键词：掘进工作面；老巷；断层；措施中图分类号：TD821 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)02-0128-041概述潞安化工集团某矿目前主要开采3号煤，3号煤层从1997年开始开采，至2005年结束，但由于当时的条件和工艺条件，只有一层2.2m的回采，留下了大量的残余煤，并造成了大面积的顶板破碎1。为解决煤炭资源枯竭的问题，提出了对九采区煤矿资源复采的建议。在93091轨道顺槽开门口往里约341m、从停掘位置按大于煤层线角度25下山施工至揭露9309下顺槽末段，由于在掘进的过程中需要留存一定的煤，低煤不大于0.5m，一直掘进到出现F63断层为止。F63断层如图1所示，其处于开门口往里432m，该位置是正断层，其落差大致有10m，对应的倾角为45。图193091轨道顺槽预测平面图在穿越老巷和断裂区域过程中，由于顶板管理困难，通防和水文地质条件不明，采取了强化顶板管理和超前钻探等措施，确保了穿越老巷和断层的施工，提升了生产的安全性。2掘进工作面过老巷及断层期间安全技术研究2.1掘进工作面过老巷顶板安全技术管理（1）在对 93091 轨道顺槽施工的过程中，工作人员需要在 9309 下顺槽前、后 10m 的位置上实施加固工作，所采用的顶部锚杆选用螺纹钢，对应的尺寸为：16mm2000mm，选用的锚杆间排距尺寸为700mm700mm，并且规定误差保证在100mm范围。帮部锚杆采用16mm1500mm 螺纹钢，锚杆间距700mm，误差100mm。通常需要在巷道内部设置一排锚索，假如处于右帮位置的煤柱小于0.5m时，那么通常需要在右帮靠近肩窝位置再增加一排锚索。（2）当两帮以及顶板煤体较软、片帮严重时，那么需要帮部锚杆需要选用长锚杆，长度为2.0m，顶帮选用托盘或钢筋梯子，尺寸为15cm15cm(10mm)。（3）在开挖中，当顶板岩体质量不佳时，必须进行加固。当有重皮、破碎或有软弱的情况下，在顶板上打一条双排锚，两条缆绳相隔1.5m，从巷中对称排列（偏差为100mm)，每三列锚杆之间设置一条绳缆，与顶板之间的距离不能大于 6m，当顶板破碎时，应立即跟进。在上部采用锚杆+钢条或锚杆+钢筋梯子进行加固，加固支护应向正常断面伸出3m以上。（4）93091轨道顺槽揭露9309下顺槽后，当右侧帮部出现小面积悬空现象时，为了能够有效地降低右侧帮部冒顶事故率，通常在沿右侧帮部悬空位置设置左1282023年第2期西部探矿工程旋无纵筋全螺纹钢，其规格为16mm1500mm。2.2掘进工作面过老巷通防安全技术管理（1）在老巷爆破工程中，应实行先探后挖的原则。根据需要挖出的探头，在不需要的情况下，采用黄泥封紧。由于有一个较窄的洞口，所以在前面的直巷上设置了一个洞。（2）钻透老巷后，老巷瓦斯检查人员对瓦斯进行了测试，其中CH4、CO2、O2、CO等测试项目。由于氧气和氮气浓度过高，导致了光瓦探测结果的偏移，如老巷O2含量小于18%时，使用便携式仪器进行CH4测定，确定老巷中的瓦斯含量小于1%时才能进行，若瓦斯含量大于1%，应采取相应的爆破方法，以暴露老巷。（3）93091号导轨在离老巷0.5m以下的煤柱（以帮部探孔为基准）时，停止开挖，首先露出老巷，然后继续开挖。为了避免贯透老巷中的高浓度氧气和高氮气的突然喷发，不能一次大规模穿透老巷，应采用先打小孔，再逐步扩大的方法穿透老巷。（4）老巷曝光后，采用检定棒长胶管对老巷进行瓦斯监测，若瓦斯含量小于1%，则将短节抛入老巷，将老巷中的瓦斯排出，施工时将漏斗与漏斗连接，以控制送风流量；使用便携式仪器，可以随时监测进风口和回风口的气流状况，当有害气体浓度超过 规程 或者含氧浓度小于18%时，应减小送风流量。在老巷回风气流中，各气体的浓度均达到要求，并保持30min不变时，才能收回风筒，继续进行正常的施工。（5）老巷彻底暴露后，在距离曝光点 56m 的地方，安装了一道全封闭的铁丝网，禁止进入，并挂上瓦斯检查牌，每隔一段时间，瓦工至少要对围栏周围的瓦斯进行一次检查。如果暴露点以外的巷道不能修复，则需要对其进行修复和加固，修复的范围应视暴露点的小三角形条件而定，以小三角煤柱的保存为准，为了下一阶段的封堵，外部维护不能少于6m。（6）如当暴露点之外的巷子基本上可以修复时，隧道修复完成下一阶段的盲巷将被永久的密封。（7）若暴露部位之外的巷道板盖不能修复，则在曝光部位安装隔离墙用喷浆机进行围护。隔断墙体以破碎的煤炭或破碎的研磨堆砌而成，其宽度应小于1.5m，两边悬挂铁丝网，并与帮头紧固，两边和顶部的固位点应小于3个，以避免墙体倾斜。注浆：沿壁及外侧的巷道帮顶，沿沟内的小三角形及外侧5m以内的巷帮、巷顶1.5m，喷浆量应超过金属网层。2.3掘进工作面过老巷防治水安全技术管理该巷道前面属于未开发空间，并且地质情况不明朗，因此在预掘进过程中可能会出现其他类型的地质构造。工作人员应该加强对揭露9309下顺槽老巷末段积水、有害气体监测。与此同时需要在迎头以及右帮每6m位置设置一组探眼。此外，需要在巷道中顶板下2.0m位置设置迎脸探眼，其长度设置为7m。在右肩窝顶板下2.0m设置右帮探眼，其长度设置为7m，探眼顺向下扎布置。在93091钢轨顺槽穿越老巷后，右肩窝侧的钻孔停止了施工。在变更先期探井施工需求时，应按勘测部门的通告进行。在探放水之前，应确保抽水泵（风泵、电泵）的状态良好，如果探井和老巷贯通后没有水，则在完成探井后，应及时用黄泥将探井堵塞。在钻井过程中，瓦检员轮流值班，监测瓦斯的变化，发现异常，及时报告2。2.4掘进工作面过老巷维修安全管理（1）在检修之前，要对老巷进行支护和老巷的洞口进行清扫。维护工作按照从外到内，由巷向两边依次进行。配备1位专业技术工人，专班监视顶面，查看巷道的支撑状况，并配备一支长柄器，并认真落实“打帮问顶”的工作，一旦有不安全事件发生，应立即进行处置。（2）当上帮坠落的情况比较严重，首先把网绳松开，把落下的煤炭放下。一次松开网孔的范围不宜过大，通常不会超出一根锚链间距，足够一列的锚链适时地吊上一列。在拆除掉落铁丝网和生锈铁丝网后，应仔细检查是否有危险，然后进行锚网支撑。（3）检修时，首先要找出顶帮掉下来的煤炭，找不到的就不要找，以免找顶、找帮后漏顶和片帮的扩大。对于落煤较为显眼或由于落下破碎煤炭而导致原有锚杆破坏的位置，再用补锚，上紧托板，压紧煤岩体，应将金属网张紧；当原支护的锚固对工程实施造成影响，应立即进行清理或切割。（4）在维护期间，采用帽点柱进行临时支护，点柱的初拉力不得低于4MPa，柱帽必须顺位排列，不会影响到锚杆的安装，各立柱间距为0.81.2m。带帽点柱的柱盖尺寸长度不得少于 0.6m，厚度和宽度不小于0.1m。如顶板破裂等冒落物高度不规则，难以按照以上要求进行打桩，帽点柱的间距、角度等应根据现场的具体情况而定，并保证支护的有效性。在单个支撑柱进行临时支撑时，柱子与最前面的一根锚杆之间的间距不能大于一列，柱帽的最前端与第一根锚杆之间的间距不能大于1根。1292023年第2期西部探矿工程（5）在施工之前，在安装一根立柱之前，要先把上部和两侧的危险岩石都清理干净，为了缩短顶洞的时间，采用液压在隧道的一边安装一根单根支撑，然后逐渐安装另外一根。每隔一段时间，就会有一条新的通道被打通，然后按照距离来移动。（6）对于顶部与帮部而言，当工作人员进行维修时可以选用左旋无纵筋螺纹锚杆，其型号为：16mm1500mm。在对老巷顶部进行维修时，可以在中间位置设置1根锚杆，接着可以向后侧设置锚杆，锚杆之间的距离设置为900mm900mm，且误差保持在100mm。工作人员在设置新锚杆时必须错开原锚杆，并依据实际设置锚杆。（7）维修挂网采用10号铁丝，并将其加工成为菱形金属编织网。该金属编织网网格尺寸为长宽=70mm70mm。通常情况下，编制网络在进行连接时选用直接对接的方式。2.5掘进工作面过断层安全技术管理（1）由于断层的作用，在煤层发生断裂或松动的时候，应进行加固，经过后，加固支护延伸到一般断面至少 10m 以上，F63断裂的水文地质条件尚不清楚，在93091导轨的施工过程中，可以按照煤层厚度、煤层倾斜度和探矿的实际状况进行调节，在穿越断裂后，依次进行分段开挖。（2）由于93091轨顺通过F63断层，因此受断层的影响工作人员必须提前15m对其进行支护保护。顶、帮部锚杆加密，通常情况下顶部锚杆选用左旋无纵筋全螺纹钢，其型号为16mm2000mm，锚杆之间的距离设置为 700mm700mm，相应的误差100mm。对于帮部锚杆而言，选用左旋无纵筋全螺纹钢，其型号为 16mm 1500mm，锚 杆 之 间 的 间 距 设 置 为700mm。在巷道中设置双排锚索，其间距设置为1.5m，并且选择从巷道中间向两侧对称设置，其误差保持下100mm，每3排锚杆设置1根，通常将锚索与迎头之间的距离设置为小于6m。（3）当两帮以及顶板煤体出现软或者片帮严重时，那么帮部需要设置2.0m长锚杆，顶帮选用支护方式为锚杆+钢带、托盘等。在帮部最下面设置一排锚杆之后迎头距离小于1个锚杆间排距。（4）若顶板坚硬，难以破岩时，可采用锚网支护，后回采综采卧底下钻，并减少采顶厚度。段巷高的卧底应以真实情况为依据。在部分巷道高的情况下，顺平底板的平滑过渡是可行的。卧底后可在二次合练后对裸露的高处进行补钉，在暗桩的基础上补上锚杆的裸露部位不大于一列锚杆之间的排距。（5）由于93091轨顺通过F63断层，通常在经过断层前后15m位置设置锚网后套棚。在进行套棚时棚梁及棚腿选用12号工字钢，其中棚梁长度大致设置为3.9m，棚腿长度大致设置为 3.5m。顶部背板设置为56块。而处在帮部的背板设置为4块，以背板上边缘为基准距离棚梁下平面400600mm。下面第二块与上面第一块之间的距离保持在 8001000mm 之间。下面第三块与其上面的一块之间的距离保持在8001000mm 之间。下面第四块与其上面的一块之间距离保持在8001000mm之间。为了能够有效地提高钢棚的稳定性，工作人员可以选用左旋无纵肋螺纹钢16mm的锚杆配合夹板固定，其中，锚杆长度设定为1500mm，而相应的锚固长度应该大于700mm，对应的锚杆外露长度设定为满足要求为基础。通常，棚腿必须设置2组专用夹板进行固定。当工作人员架设棚时，首先固定棚腿，接着上棚梁，在上梁的过程中工作人员必须注意手脚。（6）在套棚时，首先用普通的锚网支撑，再用工字钢搭建（可在复合梁后面或与前部锚网一起安装）。当顶帮煤层破裂较大，支护锚固不牢靠时，应在两个钢棚间设置顶板和帮部锚。（7）所建棚屋必须是梁平的，且垂直于巷道的中轴线，并有一个与巷道斜坡相适应的迎山角，通常为68的迎山角，以确保棚屋的支护强度；棚腿和棚脚之间应设置拉杆，每一棚架设置6个拉杆，其中4个在棚脚的两边安设，2个在边；在顶梁的两端各安装一根，拉杆应保证稳定可靠，相同部位的拉杆应打在一条直线上（除非在变坡处或坑道底板有很大的波动），并且可以采用夹具来紧固；梁端要用木刹和两帮刹固，梁和顶、腿和帮之间用木刹、背板固定3。3效果分析及总结综采工作面穿越老巷和断裂区域时是煤矿生产管理的重中之重，因此，加强顶板管理、通防和洪水预警是煤矿生产中的一个重要环节，采取了强化支护等措施，确保了老巷施工中的顶板和顶板的安全。通过超前钻孔提高支护能力，确保了过老巷和断裂段施工作业中的安全，没有发生通防洪涝灾害。参考文献：1马雪峰.掘进工作面过断层综合探测与支护技术研究J.煤矿现代化,2022,31(6):10-13.1302023年第2期西部探矿工程2王丽军.长距离掘进工作面通风降尘模拟分析及优化研究J.山西化工,2021,41(6):51-53.3张明新.矿井掘进工作面冒顶事故的原因及防治对策研究J.世界有色金属,2021(7):44-46.图293091轨道顺槽复棚断面图(单位:mm)（上接第127页）层，根据建立的长8段储层综合评价测井解释标准，结合试油数据进行分析，其中25层符合，5层不符合，解释符合率达83%（见表3），说明建立的综合评价测井解释模型较为准确可靠。4结论（1）在传统的以孔隙度、渗透率及束缚水饱和度参数来进行储层评价的基础上增加了四个反映孔喉结构的参数：可动流体孔隙度、排驱压力、中值压力、吼道半径均值，能够从孔隙结构的角度来评价储层的优劣。模型分子和分母均用连乘表达，这样可以进一步放大储层之间的差异，从而便于更有效地评价储层。（2）通过实例证明，所建立的储层综合评价指数模型，解释符合率达83%，证明了其有效性，可以推广至其他油田的低孔低渗致密砂岩储层评价中。（3）有关利用常规测井曲线预测可动流体孔隙度、排驱压力、中值压力和吼道半径均值的方法有待进一步深入研究以提高其相关系数。参考文献：1梨盼,孙卫,李长政,等.低渗透砂岩储层可动流体变化特征研究以鄂尔多斯盆地马岭地区长8储层为例J.地球物理学进展,2018,33(6):2394-2402.2冯军,张博为,冯子辉,等.松辽盆地北部致密砂岩储集层原油可动性及控制因素J.石油勘探与开发,2019,46(2):1-10.3曲占庆,许霞,刘建敏,等.辐射状分支井产能电模拟实验研究J.西安石油大学学报:自然科学版,2007,22(4):65-68.4金维平,付代国,张庆甫.谭庄沈丘凹陷油气形成条件分析及勘探思路J.西北地质,2009,42(1):105-114.5张欣悦,孙卫,尹红佳,等.低渗透储层核磁共振可动流体研究以姬塬地区长6储层为例J.石油化工应用,2014,33(8):42-52.6王震,李仲东,惠宽洋,等.鄂尔多斯盆地镇泾地区中生界油气成藏条件分析J.天然气勘探与开发,2007,30(2):21-25.7符翔,刘德华.油井产能效率及影响因素分析J.油气井测试,2007,16(3):42-44.8陈明强,张志国,曹宝格,等.鄂尔多斯盆地延长组超低渗透砂岩储层油井产能影响因素分析J.西安石油大学学报:自然科学版,2009,24(3):38-40.9王丽,袁伟,丁磊,等.基于常规测井资料的储层流体识别方法J.地质科技情报,2019,37(2):241-245.10李治硕,杨正明,刘学伟,等.特低渗透砂砾岩储层核磁共振可动流体参数分析J.科技导报,2010,28(7):88-90.131