10-现代化矿井安全生产保障技术

涂敏教授博士安徽理工大学电话:[phone](O);手机:[phone]E-mail:[e-mail]采矿新技术讲座现代化矿井安全生产保障技术主要内容实现矿井高效、安全生产是一项大的系统工程。需要建立矿井地质、综采设备、矿井提升、运输、安全、一通三防等保障系统。4.1矿井地质保障系统一井一面（二面）矿井建立地质保障系统的重要性。•坚硬顶板条件•大断层•岩溶陷落柱•构造异常区域开采前及开采过程，准确查明煤层赋存特征和地质构造，为矿井生产提供可靠、正确决策的依据。对于采区的合理布置、主要巷道的开掘、综采工作面地质条件预测等，对保障矿井安全高效生产起到了重要作用。现代化矿井安全生产保障技术陷落柱突水实例开滦范各庄煤矿2171工作面发生特大陷落柱突水,造成全矿被淹，最大突水量达2053m3/min，为目前世界上水量最大的突水。陷落柱富含水层工作面采动裂隙直接导通含水层突水实例广东兴宁大兴煤矿，下层煤开采时，采动裂隙扩展破坏了上层煤开采所留设的防水煤柱，导致特大突水，死亡123人。含水层上工作面下工作面煤柱采动裂隙4.2综采设备保障系统以计算机为核心的工况监测与故障诊断系统已成为大功率、高效率综采设备的一个主要特点。•采煤机的远程故障诊断系统；•工作面输送机的计算机故障诊断系统；•电液控制的高工作阻力液压支架。采场矿压灾害事故实例分析采场矿压灾害事故•矿压灾害控制与液压支架选型顶板来压液压支架压死；立柱折断、顶梁开缝、立柱洞穿顶梁；工作面架前煤壁垮落，顶板开裂、溃砂溃水，工作面被掩埋。•采场覆岩关键层的破断与运动向下直接影响到采场（支架）；•上直接影响到地表。液压支架设计的技术原则：“短块砌体梁”理论（1）采用强力掩护式液压支架：支架工作阻力应能承担其控制区内直接顶重量和阻止老顶关键块滑落失稳。（2）加大顶梁前端支护力：浅埋深工作面顶板基岩沿全厚度切落。典型一般•覆岩运动范围大，下至直接影响到采场（支架），上至影响到地表。•覆岩具有弱胶结特性，破断后岩块的长高比较小，称为“短块砌体梁”。块体铰接处极易脱“铰”，而产生上下错动，滑动失稳。•提供足够支护力防止关键块体沿煤壁整体切落，支架和顶板结构共同作用来平衡顶板的滑落失稳。1max11max11sinsin2/5.0sinsiniibPhblPkm根据矿压规律分析和计算采场支架的最大工作阻力需大于6700kN，才能承受最大采场来压。控制后的顶板关键块运动规律4.3“一通三防”保障系统（1）瓦斯防治技术采前预抽；边采边抽；采空区抽采。顶板钻孔、顺层钻孔、高抽巷、开采解放层卸压抽采、临近层抽放、采空区抽采、地面钻井抽采等技术。（2）粉尘防治技术尘源及粉尘浓度分布；粉尘综合治理。（3）防灭火技术基础性防火措施；专项防火措施。采动覆岩结构运动与采动裂隙演化示意图技术应用范围：•地面钻井抽采瓦斯•离层注浆减沉•井下钻孔抽采瓦斯注浆充填软弱层表土层软弱层关键层关键层抽采瓦斯主关键层关键层亚关键层首采煤层地表采动卸压原理冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首采煤层地表风巷机巷冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首采煤层地表风巷机巷走向高抽巷冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首采煤层地表风巷机巷倾向高抽巷冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首采煤层地表风巷机巷倾向穿层孔冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首采煤层地表风巷机巷顶板走向孔冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首采煤层地表风巷机巷地面钻井冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首采煤层地表风巷机巷底板巷穿层钻孔冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首采煤层地表风巷机巷底板巷穿层钻孔下保护层开采对上覆煤层开采的动态影响开采范围；煤层层间距与卸压效果；煤柱留设；采动裂隙动态发育。冒落带:顶板最大冒落带高度13.6m，为采高4倍，岩石垮落不规则。裂隙带：发育高度约为采高的17.2倍，在采空侧下位顶板裂隙明显，0～58.7m范围内裂隙互相沟通，58.7m以上顶板岩层也有裂隙发育，但互相不沟通；裂隙呈偏向采空区方向50°左右向上发育。弯曲下沉带：位于裂隙带之上，采动裂隙与下部采空区未沟通。25卸压应力分带26从卸压应力分布观点看，岩层的垮落、自然充填的支撑和压实等作用，在采空区上方的横向方向上形成“四带”。应力集中带、初始卸压带、充分卸压带和应力恢复带。•采空侧顶板应力分布分为增压区、卸压区、卸压稳定区•采空侧顶板竖向裂隙发育区呈向偏采空区发展。右边界以50°，左边界为采动影响边界线，与煤层底板夹角为110°。采空侧裂隙发育区采动冒落顶部空隙区采场空间采空区上部发育的空隙区呈”O”型，采空区的游离瓦斯上浮，聚集于该区。卸压开采采空侧顶板裂隙演化持征28顶板裂隙带中竖向发育区离层裂隙和竖向破断裂隙发育，横向和竖向裂隙贯通，并采动冒落顶部空隙区相连通。29卸压开采采空侧顶板裂隙演化持征采动远程卸压增透区煤体中离层裂隙为主，煤层的透气性显著增加。远程卸压煤层与首采卸压层中间具有致密隔气性较好的泥岩，远程煤层中的高压煤层气不能通过中间卸压层流入首采关键卸压层的采动空间。30卸压开采远程卸压煤层裂隙演化持征采场顶板瓦斯富集区顶板竖向裂隙瓦斯富集区远程卸压煤层瓦斯富集区采场空间瓦斯富集区确定采场顶板瓦斯富集区32下煤层开采时，在采空区侧顶板偏采空区方向存在环形裂隙发育区。垂直煤层顶板向上8~15m，向采空区方向0～30m，裂隙充分发育区，为高浓度瓦斯富集区。顶板竖向裂隙瓦斯富集区33竖向裂隙发育区内离层裂隙和竖向破断裂隙发育，并与采动冒落顶部空隙区相连通。瓦斯卸压、解吸后，由于瓦斯升浮移动和渗流，本煤层的瓦斯沿裂隙通道汇集到顶板竖向裂隙充分发育区内，形成卸压瓦斯积存库。远程卸压煤层瓦斯富集区34远程卸压煤层中的富含瓦斯储集在煤层中，卸压瓦斯可抽性好。因此，可利用斜上向穿层抽采钻孔，把钻孔布置在远程煤层卸压区内，可长期连续抽采卸压瓦斯，且能够获得理想的抽采效果。卸压抽采钻井布置方法将卸压瓦斯抽采钻井布置在卸压膨胀裂隙发育区，可以保证钻井有长时间的、大范围的、较高的卸压瓦斯抽采率。地面抽采钻井卸压抽采煤层气条件：留巷、煤巷或底板岩石巷道顶板斜上向穿层高位长钻孔顶板斜上向竖向裂隙区低位穿层钻孔卸压瓦斯抽采孔布置方法36采矿新技术\煤气共采.swf实例：卸压瓦斯抽采钻井平面布置37φ177.8×9.19mm石油套管下深625.3mX=35743.17Y=59939.9Z=-597.4314煤顶板坐标:13煤顶板坐标:X=35724.61Y=59936.8Z=-617.60终孔坐标:X=35687.03Y=59936.41Z=-700.5753m55.9m井口坐标:X=34790.0Y=59937.4Z=23.57开切眼Ψ1Ψ2+23.57推进方向13-111-21#钻井38孔深744,垂深696.65m见13-1煤孔深840,垂深778.31m见11-2煤终孔深度848m,垂深785.87m80m86.6m485-693m,φ215.9mm孔径,0-683m,下φ177.8×9.19mm石油套管并固井0-485m,φ311.15mm孔径,下φ244.5×10.03mm石油套管并固井井口坐标:X=34377.7Y=59729.7Z=23.7X=34408.33Y=59903.41Z=-762.17终孔坐标:Ψ3Ψ4+23.711-213-14钻井39开切眼Ψ1Ψ2+23.5X=34457.312Y=59922.116Z=23.5井口坐标:见13-1煤顶板Φ244.5*8.94mm石油套管下垂至垂深495.4m,管长496.93m.Φ177.8*9.19mm石油套管下垂至垂深689.96m,管长790.15m.终孔位置770.48m工作面推进方向11-2煤13-1煤水平钻井405＃钻井井口坐标:X=34052.0Y=59844.0Z=23.7X=34044.69Y=59838.46Z=-702.29见13-1顶板:X=34043.15Y=59837.06Z=-782.72见11-2顶板:X=34042.91Y=59836.09Z=-795.06终孔坐标:0-466.6m,φ344.5mm孔径,下φ244.5×11.05mm石油套管并固井25mΨ3Ψ4+23.713-111-2井口坐标:X=35419.0Y=59904.0Z=23.7X=35419.0Y=59904.0Z=-713.99见13-1顶板:X=34042.91Y=59836.09Z=-750.00终孔坐标:90m0-490m,φ311.15mm孔径,下φ244.5×11.05mm石油套管并固井Ψ3Ψ4+23.713-111-22＃、3＃、6＃钻井41