450揭穿煤层技术方案 20110424 -2

阜康气煤公司一号井

+450m水平轨道石门揭穿煤层技术方案

阜康气煤公司一号井目前正在施工+450m水平轨道石门，巷道为半圆拱型，宽4.2m、高3.9m。根据2010年4月22钻孔施工资料，在巷道水平距6.1m处见到煤层，该煤层介于A2与A3之间，暂定该煤层编号为A2-3。在钻孔揭露该煤层时有喷孔现象，按照相关要求，需编制揭煤的专项防突措施，为确保揭煤的安全，特对一号井+450水平轨道石门的施工编写揭穿A2-3煤层的技术方案。

1煤层赋存情况

1.1 矿区煤层赋存情况

矿井有0.3m以上的煤层12层，平均总厚38.81m，按井田内八道湾组第二段（J1b2）和第三段（J1b3）含煤地层平均总厚486.93m计，含煤系数为7.97%，其中可采、局部可采煤层8层，自上而下依次编号为A1、A2、A3、A4、A5′、A5、A6、A7。A1为局部可采煤层，A2、A3、A4为全井田可采煤层，而对于A4以下煤层，仅在Ⅰ线以东地表有出露，煤层埋深较大，无法进行控制，因此对其可采性暂难说清。

孔处有分叉（分为4个分层）变薄外，其余控制点煤层厚度均较为稳定；同时A3、A4煤层在井田内沿倾向和走向上的延伸都较稳定。A1～A4煤层可采平均总厚为15.09m。可采系数为90.90%。

井田内煤层呈有规律地变化，东部煤层稀疏，西部煤层集中，浅部煤层薄，深部煤层有变厚的趋势。

1.1 可采煤层

① A2煤层

为矿井主要开采煤层，其中在ZK201孔中A2煤层形成了4个分层，自上而下A21厚2.74 m，A22厚0.36m，A23厚1.46m，A24厚1.78m。在Ⅱ—Ⅲ线间ZK301孔、ZK302孔煤层已火烧。该煤层为厚煤层，沿走向由东向西由厚变薄，沿倾向由浅入深由薄变厚，全层厚度平均10.73 m，标准差4.98m，变异系数46.41%，可采厚度平均9.84 m，标准差4.96 m，变异系数50%。该煤层在地下深处厚度虽有变化，但总体上相对较稳定，为较稳定煤层。

② A3煤层

为一结构简单的中厚煤层，该煤层全层厚度平均为 2.10m，标准差为0.47m，变异系数为22.31%，可采厚度平均为2.09m，标准差为0.45 m，变异系数为21.53%。A3煤层属较稳定的全井田可采煤层。

③ A4煤层

为一结构简单的中厚煤层，煤层全层厚度平均为 2.22m，标准差为0.67m，变异系数为30.18%，A4煤层厚度虽存在着一定变化，但规律性较明显，东薄西厚，浅部薄深部厚，为较稳定煤层。可采煤层有关参数详见表1。

表1可采煤层参数表

1.2.2 地层及构造情况

矿区位于中新生代乌鲁木齐山前拗陷的东段，博格达复背斜弧形推覆体北侧，区域地层以水磨沟—李家庄断层F1为界，以南属北天山地层分区博格达地层小区，以北属准噶尔地层分区吉木萨尔地层小区。

本区位于北天山褶皱带博格达复背斜以北，准噶尔盆地南缘乌鲁木齐山前拗陷东段，受南部博格达复背斜的推覆，在区域范围内褶皱及断裂构造发育。褶皱形态以紧密的背斜和向斜为主，褶皱两翼倾角变化很大，褶皱轴长十余千米乃至几十千米，而褶皱轴宽度则仅2～3km，在弧顶部位背斜及向斜多倒转，轴部常遭受断裂破坏，断裂多为高角度逆断层及小规模的层间断层。

井田位于阜康向斜东段近向斜转折端附近的向斜北翼，井田内地表断裂构造不发育，仅在井田北部发现一走向逆断层F7从井田北部边缘穿过，但本次勘探区部分地段通过三维地震勘探共解释出组合断层31条

1.3 矿井瓦斯情况

根据2008年新疆维吾尔自治区煤炭工业管理局对本井田《矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定报告》的批复：瓦斯相对涌出量为3.13 m3/t，瓦斯绝对涌出量为6.63 m3/min；矿井二氧化碳相对涌出量为3.50 m3/t，二氧化碳绝对涌出量为7.39 m3/min。矿井为低瓦斯等级矿井。

根据地勘资料，井田内各煤层瓦斯成分主要以CH4和N2为主，CH4成分平均值18.85～90.19%，N2成分平均值5.09～73.52%，CO2成分平均值4.72～10.41%，瓦斯分带以氮气-沼气带为主，局部地区为沼气带。通过对以上测试数据和以往地质工作资料的分析研究，井田内瓦斯含量分布差异

性较大，井田构造因素对瓦斯含量的影响比较明显，在逆断层、地形起伏处等位置，瓦斯局部富集，含量高达8m3/t以上（个别点大于10m3/t）。另外，本井田内煤层围岩主要以砂砾岩、砂岩为主，有利于瓦斯逸散，瓦斯总体含量相对较小，但围岩是炭质泥岩和粉砂岩的部位，瓦斯含量相对较高。

2 方案内容

⑴巷道揭煤煤层瓦斯的探测技术与方法；

⑵工作面突出危险性预测；

⑶巷道揭煤煤层瓦斯防治技术措施；

⑷巷道揭穿煤层的揭煤方法等掘进技术；

⑸揭穿煤层的安全防护措施。

3 总体技术方案

⑴在工作面施工探煤钻孔，结合2010年3月及4月的探煤资料，准确探明巷道掘进工作面和煤层的相对位置。

⑵采用敏感指标进行工作面预测。

⑶如经测定A煤层具有突出危险性，实施穿层钻孔预抽等区域防突措施。

⑷采用前探孔边探边掘，掘进工作面至煤层法向距离2m位置后，采用工作面预测方法进行最后验证，若经验证仍有突出危险则继续采取工作面防突措施，直至有效。

⑸在采用安全防护措施的条件下，采用远距离爆破揭穿煤层。

⑹在“过煤门”至A煤层顶板前，按照煤巷掘进防突措施的要求在A 煤层中掘进。

⑺巷道穿过煤层进入顶板2m（最小法向距离）为揭煤作业结束。

4. 揭穿A2煤层的措施及瓦斯防治

4.1 前探钻孔探测煤层层位

1、3月地质勘探情况

矿井于2011年3月在+450m水平轨道石门施工了5个前探钻孔，勘探该区域煤层赋存情况，钻孔参数如下表：

注：钻孔偏角向右为+，向左为﹣

由上表知，各钻孔只有见到煤层时的长度，没有穿出煤层时的长度，因此无法确定煤层厚度，不能给石门揭煤提供基础数据，影响了石门揭煤专项防突设计及安全技术措施的编制。

2、4月22日钻孔施工情况

矿井与4月22日在+450m水平轨道石门施工了1个钻孔，钻孔方位与巷道方向相同，倾角为-2°，钻孔在6.1m处见到煤层，9.9m时发生喷孔现象。据此可以初步判定该处煤层具有突出危险性。

3、副斜井揭露情况

矿井施工副斜井时，在+550m水平A2煤层底板揭露煤线数层，各煤线间间距较小，介于0.1～1.0m。经初步推断，+450m水平轨道石门处煤层为+550m水平A2煤层底板揭露煤线在+450m水平的延续，为同一煤线群。据此判断+450m水平轨道石门处煤层赋存较复杂。

建议矿方采用取芯方式补充施工地质勘探孔，准确掌握A2-3煤层的赋存情况及煤层前方20m范围的岩层情况。根据补充勘探后的资料，修改本方案。

4.2 工作面突出危险性预测

石门揭煤工作面的突出危险性预测应采用综合指标法、钻屑瓦斯解吸指标法或其他经试验验证有效的方法进行。在工作面出现喷孔、顶钻等动力现象或工作面出现明显突出预兆时应直接判定为突出危险工作面。

本次在施工钻孔时有喷孔现象，据此判断为具有突出危险性。

4.3 穿层预抽钻孔区域措施

如果经预测煤层具有突出危险性，则必须采取预抽措施或排放措施。

穿层预抽钻孔或排放钻孔的施工必须严格按照《防治煤与瓦斯突出规定》的要求施工。预抽钻孔最小控制范围是：巷道轮廓线外12m，同时还应当保证控制范围的外边缘到巷道轮廓线的最小法向距离不小于5m。

由于矿井井下地质勘探资料不准确，导致+450m水平轨道石门与煤层位置关系不详。在此假定：巷道轴向与煤层走向垂直，煤层倾角25°，A2-3煤层厚度3.0m，在该区域内A2-3煤层顶、底板范围内无间距小于7m的其它煤层存在。

根据4月22日钻孔勘探情况，掘进工作面距离煤层6.1m（水平距）。

巷道与煤层位置关系如下图：

钻孔布置如下图：

钻孔布置剖面图1

A-A剖面

1号钻场2号钻场3号钻场4号钻场5号钻场6号钻场7号钻场8号钻场9号钻场

钻孔布置剖面图2

B-B剖面

9-9

9-8

9-7

9-6

9-5

9-4

9-3

9-2

9-1

钻孔布置剖面图3

1号钻场预抽钻孔参数设计表

2号钻场预抽钻孔参数设计表

3号钻场预抽钻孔参数设计表

4号钻场预抽钻孔参数设计表

5号钻场预抽钻孔参数设计表

6号钻场预抽钻孔参数设计表

7号钻场预抽钻孔参数设计表

8号钻场预抽钻孔参数设计表

9号钻场预抽钻孔参数设计表

10号钻场预抽钻孔参数设计表

11号钻场预抽钻孔参数设计表

12号钻场预抽钻孔参数设计表

13号钻场预抽钻孔参数设计表

4.4 揭煤前煤层瓦斯防突效果检验

在采取了以上预抽煤层瓦斯措施，经过一段时间的抽放后，能否达到消除突出危险的目的，需要进行效果检验。只有当钻孔控制范围经检验确认无突出危险后，才能进行采掘作业。

本次揭煤可选择钻屑瓦斯解吸指标法作为防突效果检验方法。

测定方法为：在揭煤工作面正前方、上、下、左、右各布置1个钻孔，共5个钻孔取煤样测定。其中边缘的四个钻孔位于边缘线内侧距边缘线0.5m范围，钻孔示意图见下图所示。

在施工岩石段钻孔时，可先采用岩石电钻钻进，钻孔进入煤层后，再换为直径42mm的螺旋钻杆施工。在钻孔钻进到煤层时每钻进2m，采集一次孔口排出的粒径为1～3mm的煤钻屑，钻进速度尽量保持在1m/min，在接钻屑时不能停止钻进。钻屑指标临界值K1＝0.5(mL?(g?min1/2))-1，

S=6kg/m。

效果检验钻孔示意图

4.5 揭穿煤层

经预抽钻孔预抽效果检验和效果验证证明没有突出危险后，采用前探孔边掘边探，巷道施工至煤层法向距离1.5m位置采用工作面预测的方法进行最后验证。

4.6 揭穿煤层

验证为无突出危险性工作面后，在采取安全保护措施的条件下采用远距离爆破揭开煤层。

4.7 安全保护措施

揭煤的安全防护措施应严格执行《煤矿安全规程》和《防治煤与瓦斯突出规定》的相关规定。同时，根据矿井的具体情况和巷道揭煤的特殊条件，提出以下建议：

① 施工单位应编制完善的揭煤操作规程，采用远距离爆破时，应制定包括爆破地点、避灾线路及停电、撤人和警戒范围等的专项措施，并对相关人员进行技术培训；

②采用控制爆破全断面一次揭开煤层时，与石门相关的其他工作面必须停止作业，爆破后进入工作面检查的时间由揭煤工作部门技术负责人根据情况确定，但不得小于30min；

③“过煤门”期间的工作，按石门揭煤的安全和技术措施执行。工作面掘进循环进尺控制在0.8～1.0m。巷道见煤前10m及整个石门揭煤过程中均采用封闭式金属支架加强支护，间距0.4～0.6m，支架必须进行连锁牢固。采用金属网背严背实，并及时进行喷浆支护；

④在钻孔施工前，采用金属支架对迎头进行加强支护，支架间距0.4～

0.6m；

⑤在全部作业过程中，井口前方50m、两侧20m范围内严禁有任何火源。

⑥揭煤前矿井安全监测系统必须安装调试正常；

⑦安全组织问题：明确职责，分工协作。

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