精细化地质管理在突出矿井石门揭煤中的研究应用

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  摘 要:矿井地质构造复杂,小构造发育,石门揭煤过程接触地质构造带情况时有发生。通过精细化地质管理加强地质前探工作为瓦斯治理创造了条件,增强了瓦斯治理的针对性,极大提高了防突措施效果。
  关键词:煤矿地质;石门揭煤;精细化管理
  郑州矿区井田地质构造复杂,小构造发育,石门揭煤过程接触地质构造带情况时有发生,加之围岩较为破碎、地应力大,揭煤距离长、过程复杂,多次连续过“煤门”、石门,给石门揭煤增加了不少难度。为预防石门揭煤过程中发生煤与瓦斯突出事故,根据《防治煤与瓦斯突出规定》及公司防突技术文件规定,丰阳矿通过精细化地质管理加强地质前探工作为瓦斯治理创造了条件,极大提高了防突措施效果,取得了较好的安全效果和经济效益。
  一、丰阳煤矿瓦斯概况
  丰阳煤矿位于登封煤田中西部的郭沟井田,在登封市西南约20km,行政隶属送表乡管辖,矿井是由豫嵩、刘楼、磊鑫等小煤矿整合而成。可采储量3212.2万t。井田面积12.37k㎡,东西走向长约2.69~4.31km,倾向宽约1.42~3.92km,主采煤层为二1煤层,设计生产能力0.60Mt/a,煤层倾角平均32°最大回采倾角达到47°,煤层平均厚度4.24m,属三类不易自燃煤层,煤尘具有爆炸危险性,爆炸性指数30%。矿井瓦斯绝对涌出量为10.73m3/min,矿井相对瓦斯涌出量为13.60m3/t,采面最大绝对瓦斯涌出量为3.38m3/min,掘进面最大瓦斯涌出量为1.28m3/min。二1煤层破坏类型属于Ⅳ类;瓦斯压力最大为0.66MPa,煤的坚固性系数最大为0.21,煤层透气性为0.187,本矿区属高瓦斯矿井,随深度的增加,瓦斯涌出量增大明显,甚至可引起瓦斯突出。
  二、-16m水平运输大巷围岩性质、用途及石门揭煤的紧迫性
  -16m水平运输大巷为-16m水平主要运输大巷、底板抽放巷,主要用于-16m水平集中运输、-16m水平区域瓦斯综合治理,是下一步穿层抽放钻孔施工、石门揭煤、保护层工作面开采等区域瓦斯治理工作的关键。巷道布置在L7灰岩中,距二1煤层间距15-22m。
  目前礦井生产水平为+70m水平,接替水平为-16m水平,+70m水平已回采至两翼边界位置,接替任务紧张,如何尽快完成-16m水平区域瓦斯治理工作,尽快安全完成石门揭煤、保护层工作面布置及回采,显得较为紧迫。石门揭煤工作需要地质部门提供详细地质资料,防止前方未知构造造成误揭煤,准确煤层赋存资料保证石门揭煤瓦斯治理工作针对性、有效性。
  三、《防治煤与瓦斯突出规定》石门揭煤的要求
  根据《防治煤与瓦斯突出规定》:石门和立井、斜井揭穿突出煤层前,必须准确控制煤层层位,掌握煤层的赋存位置、形态。
  在揭煤工作面掘进至距煤层最小法向距离10m之前,应当至少打2个穿透煤层全厚且进入顶(底)板不小于0.5m的前探取芯钻异孔,并详细记录岩芯资料。当需要测定瓦斯压力时,前探钻孔可作测定钻孔;若二者不能共用时,则测定钻孔应布置在该区域各钻孔见煤点间距最大位置。
  在地质构造复杂、岩石破碎的区域,揭煤工作面掘进至距煤层最小法向距离20m之前必须布置一定数量的前探钻孔,以保证能确切掌握煤层厚度、倾角变化、地质构造和瓦斯情况。
  石门揭煤工作面从距突出煤层底(顶)板的最小法向距离5m开始到穿过煤层进入底(顶)板2m(最小法向距)的过程均属于揭煤作业,揭煤作业严格按照揭煤程序进行。
  四、开展精细地质前探工作为治理瓦斯创造条件
  1、石门揭煤地质前探成果
  根据1#、2#、3#钻孔实际揭露二1煤层情况,巷道掘进前方至揭二1煤位置(平距54m范围内)二1煤层赋存连续稳定,煤层倾角平均34°,煤厚平均3.4m。-16m西二石门掘进前方不存在较大落差(h≥3m)断层:巷道向前施工至通尺15.6m位置时,距二1煤层法向距7m;施工至通尺18.8m位置时,距二1煤层法向距5m;施工至通尺22m位置时,距二1煤层法向距3m;预计施工至通尺26.8m位置时,揭二1煤。
  2、石门揭煤精细化地质工作流程
  底板巷及开石门地质资料收集→石门预想剖面图→石门地质前探设计→地质前探工程施工→地质前探效果评价、实钻剖面图→施工现场悬挂安全效果评价图、限位牌板→石门揭煤施工→石门揭煤地质资料收集→石门揭煤施工至停掘位置(距二1煤法向距7m)→局部防突措施孔施工→石门揭煤地质资料收集→施工总结→地质前探设计优化。
  五、效益分析
  1、安全方面
  通过相邻巷道实际揭露地质资料及地质前探工程施工、效果评价,准确掌握石门揭煤前方煤层赋存情况,前方构造发育情况、岩性变化,控制工作面距二1煤层底板最小法向距,能有效防止误揭煤层。
  2、经济方面
  (1)对比分析:开石门后直接施工抽放钻孔,瓦斯孔成本3000元∕孔。地质超前钻效果评价后,巷道掘进至法线距7m,再施工瓦斯孔成本800元∕孔。
  (2)-16m西一石门、-16m西二石门、-16m东一辅助石门、-16m东二石门。
  表格对比:
  3、效果方面:通过地质前探钻孔施工、效果评价后,巷道掘进至距二1煤法线距7m后,进行局部防突措施孔施工,防突措施孔施工有针对性,抽放设计及施工能按照防突规定要求进行。达到瓦斯抽采浓度高、抽采周期短的目的,极大提高了防突措施效果。
  六、结论
  石门揭煤精细化地质工作让石门揭煤施工安全可靠,防突措施有针对性,方向明确,节约大量防突措施成本,经济完好。极大提高了防突措施效果,通过不断的地质精细化,让石门揭煤施工安全、高效、流程化,值得推广。
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