5222沿煤运道过断层的防突新措施煤体固化措施铁箕山矿2009、12、285222沿煤运道过断层的防突新措施煤体固化措施 编制： 黄飞云一、矿井概况及地质特征1、矿井位置及交通铁箕山矿井位于邵东县境内，地理坐标为东径11142，北纬2716。距邵阳市与邵东县城分别为22km，8km，距牛马司火车站3.5km。矿区内有潭宝、衡宝公路通过，交通十分方便。详见交通位置图111。2、煤炭资源和开采地质条件一）、煤炭资源a、地层矿井位于牛马司矿区，出露的地层有：上古生界下二迭统栖霞组、当冲组及上二迭统龙潭组和大隆组，中生界下三迭统大冶群及白垩系红层。详见插图1-1-2铁箕山矿区综合地质柱状图。铁箕山矿井综合柱状图插图1-1-2b、含煤地层矿井范围内含煤岩系为二叠系上统龙潭组上段(P2l2)，一般含可采煤层一层（2煤），局部可采煤层一层（1煤）。铁箕山矿井主要可采煤层为2煤层，局部可采煤层为1煤层。综合钻孔和巷道资料，2煤层厚0.24.17m，平均1.84m。该煤层结构简单，厚度稳定，全区可采，为稳定的可采煤层。c、地质构造1）区域构造牛马司矿区为一不对称的向斜构造，平面展布呈不规则的菱形状，向斜中段底部多呈复式向斜。其主轴呈马鞍形起伏，其方向为N2545E，东北端为NE 75，由南西向北东呈“S”形展布，向斜轴面北东段倾向北西，南西段倾向南东，中部近似直立。东南翼倾角较缓，一般2040，西北翼倾角较陡，一般5087。2）矿井构造铁箕山煤矿位于牛马司向斜的西北翼，南起9线北至2线。地层走向为北东20南西，倾角从浅到深，由陡变缓，由45至20。沿走向有一些次一级的褶曲存在。总之，本矿井构造以断裂为主，对煤层的连续性破坏较大，但褶皱构造不发育，构造复杂程度为中等类型。d、煤质2煤层属低灰、低硫、特低磷、易选型主焦煤，结焦性良好，有害组分含量低，机械强度高，属优质炼焦用煤。e、储量及服务年限截止2009年底，矿井保有地质储量为328万t，设计利用储量274万t，可采储量为192万t，按13万t/a的生产能力，储量备用系数取1.4，经计算尚可服务11a。二）、开采技术条件a、瓦 斯牛马司矿业有限公司关于2008年瓦斯鉴定情况的报告牛通字（2008）246号，确定铁箕山矿井属煤与瓦斯突出矿井，最大相对瓦斯涌出量为25.51m3t，最大绝对瓦斯涌出量为4.85m3min。b、煤尘经鉴定，矿井煤尘有爆炸危险性。c、煤层自燃经鉴定，煤层有自燃倾向性，自燃发火期一般3-6个月。d、水文地质本区内仅有较平缓的V字形沟谷，地表水的排泄较好。地表水较丰富，有桐木江及山塘、水库。区内老窑密布，-50m水平以上均已采空，且在不同程度上均有积水，其动态随季节变化明显，随着矿井向深部延深，老窑水不能直接对矿井充水产生影响。据矿方实测矿井涌水量最大为240m3/h，正常为68 m3/h。综上所述，区内地表水虽丰富，但距开采位置垂深较大，且岩层大部分为相对隔水层，断层未切穿主要含水岩层及地表水体，老窑水不能直接对矿井充水产生影响。因此，本矿井充水因素为大气降水、孔隙裂隙充水，水文地质条件简单。e、煤层顶底板煤层伪顶为0.150.76m的泥岩，质软，随采随落。直接顶板为砂质泥岩，有时过渡为粉砂岩，厚1.23m12.13m，一般厚46m，老顶为中粒砂岩，厚025.67m，一般厚414m。矿井开采时围岩压力较大，采用级顶板管理。底板大多为长石石英砂岩，局部为砂质泥岩。长石石英砂岩厚1.009.33m，一般4m左右，岩石等级为级。接近煤层处时有0.020.20m厚的泥岩，当底板为砂质泥岩时，遇水后有底鼓现象。除2煤层顶底板之外，为砂岩与粉砂岩、砂质泥岩等互层，工程地质条件中等。本矿井内的断层，断距较小，断层破碎带影响不大，且未切穿主要含水地层。因此，断层除破坏煤层的连续性外，对工程地质影响不大，本矿井工程地质条件中等。三）、矿井开采a、矿井开拓方式与水平划分本矿井为斜井开拓，布置主、副、风井各一个开发全井田。共划分为-50m、-300m、-400m、-500m、-570m、-620m、-670m、-720m八个水平开采；采用多级暗斜井和底板巷开拓各水平，矿井采用抽出式通风方法，中央边界式通风方式。各水平由轨道下山进风，由管缆下山（或专用回风巷）回风。b、开采现状铁箕山矿井现为422、442、522三个生产采区，主要生产采区为422、442，现有2个回采工作面，即4423（3）、4227回采工作面，4423（3）工作面采高1.84m，工作面走向长350m，平均倾斜长70m，煤层平均坡度约15，工作面年推进度约360米，回采率95%；4227工作面采高1.84m，工作面走向长200m，平均倾斜长90m，煤层平均坡度约30，工作面年推进度约300米，回采率95%。回采工作面均采用走向长壁采煤方法，全部陷落法管理顶板。煤掘工作面共有二个，即4423（4）运输巷、4423（4）回风巷。岩掘工作面共有二个，即5221 -620m底板运输巷、5224工作面-670m底板运输巷。c、矿井通风、采区通风系统矿井现有一个风井，矿井采用抽出式通风方法，中央边界式通风方式。各水平由轨道下山进风，由管缆下山回风。 新风从采区下部车场、采区运输石门进入采区，经采区运输平巷、斗口上山、溜子道到工作面。泛风经采区回风平巷、采区回风石门进入专用回风下山。二、施工地点概况1、施工时间：2006年8月1、巷道名称、位置、相邻关系、工程目的及用途：巷道名称：巷道为5222沿煤运道。巷道位置：5222沿煤运道位于铁箕山矿东翼522采区，地面标高为+252.3m+262m，位于牯牛村一带，井下标高为-670m，垂深约930m。 相邻关系：上为4227采空区，下为还未开采的5224工作面。工程目的及用途：探明5224工作面煤层赋存情况及行人、运输、排水、回风用。 2、煤层瓦斯情况2006年经鉴定，铁箕山矿定为煤与瓦斯突出矿井，相对瓦斯涌出量为20.79m3/t，绝对瓦斯涌出量为4.31m3/min。瓦斯等级鉴定为突出矿井。 3、 巷道地质构造情况:煤的产状为21045,煤厚1.8米，煤层松软。顶、底板岩石为深灰色厚层状细粒砂岩和中粒砂岩，水平层理发育。4、通风系统、新鲜风：由地面经主、副斜井-50主石门-50东大巷312轨道下山312-300车场422上车场422轨道下山422-570车场522上车场522轨道下山5222底板运道经局扇送至垱头。、泛风：垱头5222石门5222底板运道522回风上山422管缆上山312管缆上山112轨道上山风井由风机排入地面大气层。5、施工5222沿煤运道中段遇到一条倾向断层 断层落差为4米的正断层，断层的编号为FW4120，断层的产状为12055。运道向左转30度方向做伪穿层进行底板揭煤。三、过断层揭煤前进行抽采瓦斯 在工作面距煤层的最小法向距离5米时，经过测煤层瓦斯压力，测得为3.1MPa；采用钻屑瓦斯解吸指标法进行K1值预测，测得K1值为0.8ml/g.min1/2。通过预测，断层揭煤前有突出危险性。 在工作面距煤层的最小法向距离5米时，采取上防突措施，即在揭煤工作面钻预抽瓦斯钻孔30个，钻孔直径为75mm，控制范围为巷道的两侧和上部轮廓线外至少5米，下部至少3米。经过措施检验，K1值降为0.36ml/g.min1/2，瓦斯压力降为0.4MPa。防突措施有效。四、揭煤前再采取煤体固化措施经检验防突措施有效后，在采取安全防护措施的前提下掘进至距煤层最小法向距离2米的位置。然后上煤体固化措施：1、首先在巷道轮廓线外0.52.0m的范围内布置多排环状钻孔（4排），用ZY-750液压钻机，钻孔方向与巷道前进方向成一定夹角，钻孔孔底间距为0.5m，钻孔应施工至煤层顶板0.5m以上，当钻孔不能一次施工至煤层顶板时，则进入煤层深度不应小于10m。2、然后在钻孔内插入0.4寸的铁管，一头车丝，车丝的这头留在钻孔外，用木尖和水泥把铁管封堵牢固后，再向孔内注入固化材料（525#水泥浆），根据注入压力升高的情况或注入量决定是否停止注入。3、固化设备自制：一个圆柱体容器（上有一个压力表、一个控制压风的开关、一个进料口、一个丝头子接压风管、一个丝头子接注浆管）。4、固化操作时，应注意如下时项：1）、固化操作时，所有人员不得正对孔口。2）、在巷道四周环状固化钻孔外侧的煤体中，预抽或排放瓦斯钻孔自固化作业到完成揭煤前应保持抽采或自然排放状态。这是由于实施该措施后，将在工作面煤壁形成一圈阻止煤体内瓦斯向巷道流动的固化带，这将增大四周煤体的突出危险性，因此，应保持固化带外侧钻孔的自然排放状态，必要时应补充钻孔。3）、从固化完成到揭煤结束的时间超过5天时，必须重新进行工作面突出危险性预测或措施效果检验。这是考虑到其对工作面煤壁的瓦斯涌出有抑制作用，如果固化后揭煤的时间持续太长，四周煤体的瓦斯仍可能因流动受阻而压力升高。五、采取煤体固化措施揭煤与不采取煤体固化措施揭煤时的效果比较1、掘进速度快在采取煤体固化措施的巷道中掘进时，由于巷道四周煤体内注入了固化水泥，增加了巷道周围煤体的强度，因此掘进速度比未采取煤体固化措施的巷道要快。以前一班只可掘0.5米，现在一班可掘1.5米。2、对未采工作面以后的开采创造条件在采取煤体固化措施的巷道中掘进时，巷道轮廓线外的煤不会垮落下来，不会对巷道上面的未采工作面的顶底板造成破坏，为以后采煤工作面的开采创造了条件。在以前未执行煤体固化措施切割出来的采煤工作面，运道上面20米范围内的采煤工作面顶底板破碎，对工作面的回采推进带来困难。而现在执行了煤体固化措施切割出来的采煤工作面，工作面的顶底板保护得很好。3、安全性高在采取煤体固化措施后，由于改变了煤体的力学性质，增强了煤体的坚固性系数，增强工作面附近煤体的承载能力和稳定性，巷道掘进时不易于发生突出。煤体固化后，相当于在巷道轮廓线周围又增加一道防护线4、瓦斯轻在采取煤体固化措施后，因巷道周围的煤体形成一个固化整体，并在巷道轮廓线外不间断进行瓦斯抽采，瓦斯很难从煤体固化处涌出，因此掘进工作面的瓦斯比较轻。六、煤体固化措施可起的作用1、可防止巷道上邦的煤倾出由于煤层为松软煤层，如果煤层的倾角达到45度以上时，煤体在自重、瓦斯压力和地应力的作用下，很容易使煤体倾出。经过煤体固化措施后，增强了巷道附近煤体的承载能力和稳定性，因此可以防止巷道上邦的煤的倾出。2、可把煤层里的游离瓦斯挤压出来经过煤体固化措施后，高压力把固化水泥注入钻孔和煤体的裂隙中，可以把煤层里的游离瓦斯挤压出来，还可以阻隔巷道轮廓线外的瓦斯从固化处涌出，让瓦斯从抽采管抽走。3、巷道掘进成型好经过煤体固化措施后，由于增强了巷道附近煤体的承载能力和稳定性，巷道所承受的地压均匀，掘好的巷道成型好，且长久保持稳定状态，不需要大的维护。4、揭煤时可确保安全系数更高揭煤时相当于在巷道周围又增加了一道防护挡，起到一定的抑制突出发生的作用。七、煤体固化措施最适应的情况和煤层类型煤体固化措施能增强工作面附近煤体的承载能力和稳定性，而无法有效卸除煤层或采掘工作面前方煤体的应力，也无法排除远处前方煤体中的瓦斯，所以该措施只能在一定程度上起到抑制突出发生的作用。只适应如下这些情况：1、掘