10-现代化矿井安全生产保障技术

涂涂 敏敏 教授教授 博士博士 安徽理工大学安徽理工大学安徽理工大学安徽理工大学电话电话电话电话:0554-:0554-6668736(O);6668736(O);手机手机手机手机:13500571668:13500571668E-mail:E-mail:采矿新技术讲座采矿新技术讲座u现代化矿井安全生产保障技术现代化矿井安全生产保障技术现代化矿井安全生产保障技术现代化矿井安全生产保障技术主要内容主要内容 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、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、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、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。综采设备、矿井提升、运输、安全、一通三防等保障系统。综采设备、矿井提升、运输、安全、一通三防等保障系统。综采设备、矿井提升、运输、安全、一通三防等保障系统。4.1 4.1 4.1 4.1 矿井地质保障系统矿井地质保障系统矿井地质保障系统矿井地质保障系统 一井一面（二面）矿井建立地质保障系统的重要性。一井一面（二面）矿井建立地质保障系统的重要性。一井一面（二面）矿井建立地质保障系统的重要性。一井一面（二面）矿井建立地质保障系统的重要性。坚硬顶板条件坚硬顶板条件坚硬顶板条件坚硬顶板条件 大断层大断层大断层大断层 岩溶陷落柱岩溶陷落柱岩溶陷落柱岩溶陷落柱 构造异常区域构造异常区域构造异常区域构造异常区域 开开开开采采采采前前前前及及及及开开开开采采采采过过过过程程程程，准准准准确确确确查查查查明明明明煤煤煤煤层层层层赋赋赋赋存存存存特特特特征征征征和和和和地地地地质质质质构构构构造造造造，为为为为矿矿矿矿井井井井生生生生产产产产提提提提供可靠、正确决策的依据。供可靠、正确决策的依据。供可靠、正确决策的依据。供可靠、正确决策的依据。对对对对于于于于采采采采区区区区的的的的合合合合理理理理布布布布置置置置、主主主主要要要要巷巷巷巷道道道道的的的的开开开开掘掘掘掘、综综综综采采采采工工工工作作作作面面面面地地地地质质质质条条条条件件件件预预预预测测测测等等等等，对保障矿井安全高效生产起到了重要作用。对保障矿井安全高效生产起到了重要作用。对保障矿井安全高效生产起到了重要作用。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现代化矿井安全生产保障技术现代化矿井安全生产保障技术现代化矿井安全生产保障技术v 陷落柱突水实例陷落柱突水实例 开开开开滦滦滦滦范范范范各各各各庄庄庄庄煤煤煤煤矿矿矿矿2171 2171 工工工工作作作作面面面面发发发发生生生生特特特特大大大大陷陷陷陷落落落落柱柱柱柱突突突突水水水水,造造造造成成成成全全全全矿矿矿矿被被被被淹淹淹淹，最最最最大大大大突突突突 水水水水 量量量量 达达达达 2053 2053 mm3 3/min/min，为为为为目目目目前前前前世世世世界界界界上上上上水水水水量量量量最最最最大大大大的的的的突突突突水。水。水。水。陷落柱富含水层工作面v 采动裂隙直接导通含水层突水实例采动裂隙直接导通含水层突水实例 广广东东兴兴宁宁大大兴兴煤煤矿矿，下下层层煤煤开开采采时时，采采动动裂裂隙隙扩扩展展破破坏坏了了上上层层煤煤开开采采所所留留设设的的防防水水煤煤柱柱，导致特大突水，死亡导致特大突水，死亡123人。人。含水层上工作面下工作面煤柱采动裂隙4.2 4.2 综采设备保障系统综采设备保障系统综采设备保障系统综采设备保障系统 以以以以计计计计算算算算机机机机为为为为核核核核心心心心的的的的工工工工况况况况监监监监测测测测与与与与故故故故障障障障诊诊诊诊断断断断系系系系统统统统已已已已成成成成为为为为大大大大功功功功率率率率、高高高高效效效效率率率率综综综综采设备的一个主要特点。采设备的一个主要特点。采设备的一个主要特点。采设备的一个主要特点。采煤机的远程故障诊断系统；采煤机的远程故障诊断系统；采煤机的远程故障诊断系统；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；工作面输送机的计算机故障诊断系统；工作面输送机的计算机故障诊断系统；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。电液控制的高工作阻力液压支架。电液控制的高工作阻力液压支架。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实例分析采场矿压灾害事故采场矿压灾害事故矿压灾害控制与液压支架选型矿压灾害控制与液压支架选型u顶板来压液压支架压顶板来压液压支架压死；死；u立柱折断、顶梁开缝、立柱折断、顶梁开缝、立柱洞穿顶梁；立柱洞穿顶梁；u工作面架前煤壁垮落，工作面架前煤壁垮落，顶板开裂、溃砂溃水，顶板开裂、溃砂溃水，工作面被掩埋。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）；采场覆岩关键层的破断与运动向下直接影响到采场（支架）；采场覆岩关键层的破断与运动向下直接影响到采场（支架）；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。上直接影响到地表。上直接影响到地表。上直接影响到地表。液压支架设计的技术原则：液压支架设计的技术原则：“短块砌体梁短块砌体梁”理论理论 （1 1）采用强力掩护式液压支架：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。量和阻止老顶关键块滑落失稳。（2 2）加大顶梁前端支护力：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。浅埋深工作面顶板基岩沿全厚度切落。典型典型典型典型一般一般一般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“短块砌体梁短块砌体梁”。块体铰接处极易脱块体铰接处极易脱“铰铰”，而产生上下错动，滑动失稳，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。来平衡顶板的滑落失稳。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6700 kN6700 kN，才能承受最大采场来压。才能承受最大采场来压。控制后的顶板关键块运动规律控制后的顶板关键块运动规律4.3“4.3“4.3“4.3“一通三防一通三防一通三防一通三防”保障系统保障系统保障系统保障系统 （1 1 1 1）瓦斯防治技术）瓦斯防治技术）瓦斯防治技术）瓦斯防治技术 采前预抽；边采边抽；采空区抽采。采前预抽；边采边抽；采空区抽采。采前预抽；边采边抽；采空区抽采。采前预抽；边采边抽；采空区抽采。顶顶顶顶板板板板钻钻钻钻孔孔孔孔、顺顺顺顺层层层层钻钻钻钻孔孔孔孔、高高高高抽抽抽抽巷巷巷巷、开开开开采采采采解解解解放放放放层层层层卸卸卸卸压压压压抽抽抽抽采采采采、临临临临近层抽放、采空区抽采、地面钻井抽采等技术。近层抽放、采空区抽采、地面钻井抽采等技术。近层抽放、采空区抽采、地面钻井抽采等技术。近层抽放、采空区抽采、地面钻井抽采等技术。（2 2 2 2）粉尘防治技术）粉尘防治技术）粉尘防治技术）粉尘防治技术 尘源及粉尘浓度分布；粉尘综合治理。尘源及粉尘浓度分布；粉尘综合治理。尘源及粉尘浓度分布；粉尘综合治理。尘源及粉尘浓度分布；粉尘综合治理。（3 3 3 3）防灭火技术）防灭火技术）防灭火技术）防灭火技术 基础性防火措施；专项防火措施。基础性防火措施；专项防火措施。基础性防火措施；专项防火措施。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采动覆岩结构运动与采动裂隙演化示意图采动覆岩结构运动与采动裂隙演化示意图采动覆岩结构运动与采动裂隙演化示意图技术应用范围：技术应用范围：技术应用范围：技术应用范围：地面钻井抽采瓦斯地面钻井抽采瓦斯地面钻井抽采瓦斯地面钻井抽采瓦斯 离层注浆减沉离层注浆减沉离层注浆减沉离层注浆减沉 井下钻孔抽采瓦斯井下钻孔抽采瓦斯井下钻孔抽采瓦斯井下钻孔抽采瓦斯采动卸压原理采动卸压原理走向高抽巷走向高抽巷走向高抽巷走向高抽巷倾向高抽巷倾向高抽巷倾向高抽巷倾向高抽巷倾向穿层孔倾向穿层孔倾向穿层孔倾向穿层孔顶板走向孔顶板走向孔顶板走向孔顶板走向孔地面钻井地面钻井地面钻井地面钻井底板巷底板巷底板巷底板巷穿层钻孔穿层钻孔穿层钻孔穿层钻孔底板巷底板巷底板巷底板巷穿层钻孔穿层钻孔穿层钻孔穿层钻孔下保护层开采对上覆煤层开采的动态影响下保护层开采对上覆煤层开采的动态影响下保护层开采对上覆煤层开采的动态影响下保护层开采对上覆煤层开采的动态影响uu开采范围；开采范围；开采范围；开采范围；uu煤层层间距与卸压效果；煤层层间距与卸压效果；煤层层间距与卸压效果；煤层层间距与卸压效果；uu煤柱留设；煤柱留设；煤柱留设；煤柱留设；uu采动裂隙动态发育。采动裂隙动态发育。采动裂隙动态发育。采动裂隙动态发育。冒落带冒落带:顶板最大冒落带高度顶板最大冒落带高度13.6 m13.6 m，为采高，为采高4 4倍，岩石垮落不规则。倍，岩石垮落不规则。裂裂隙隙带带：发发育育高高度度约约为为采采高高的的17.217.2倍倍，在在采采空空侧侧下下位位顶顶板板裂裂隙隙明明显显，0 058.7m58.7m范范围围内内裂裂隙隙互互相相沟沟通通，58.7m58.7m以以上上顶顶板板岩岩层层也也有有裂裂隙隙发发育育，但互相不沟通；裂隙呈偏向采空区方向但互相不沟通；裂隙呈偏向采空区方向5050左右向上发育。左右向上发育。弯曲下沉带：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。位于裂隙带之上，采动裂隙与下部采空区未沟通。25卸压应力分带卸压应力分带卸压应力分带卸压应力分带 26从从卸卸压压应应力力分分布布观观点点看看，岩岩层层的的垮垮落落、自自然然充充填填的的支支撑撑和和压压实实等等作作用，在采空区上方的横向方向上形成用，在采空区上方的横向方向上形成“四带四带”。应力集中带、初始卸压带、充分卸压带和应力恢复带应力集中带、初始卸压带、充分卸压带和应力恢复带。采空侧顶板应力分采空侧顶板应力分布分为布分为增压区、卸增压区、卸压区、卸压稳定区压区、卸压稳定区采空侧顶板竖向裂采空侧顶板竖向裂隙发育区呈向偏采隙发育区呈向偏采空区发展空区发展。右边界右边界以以50，左边界为采，左边界为采动影响边界线，与动影响边界线，与煤层底板夹角为煤层底板夹角为110。采空侧裂隙发育区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采场空间采空区上部发育的空隙区呈育的空隙区呈”O”O”型，型，采空区的游离瓦斯上浮，采空区的游离瓦斯上浮，聚集于该区。聚集于该区。卸压开采采空侧顶板裂隙演化持征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卸压开采采空侧顶板裂隙演化持征 采动远程卸压增透区采动远程卸压增透区 煤体中离层裂隙为主，煤煤体中离层裂隙为主，煤层的透气性显著增加。层的透气性显著增加。远程卸压煤层与首采卸压远程卸压煤层与首采卸压层中间具有致密隔气性较好层中间具有致密隔气性较好的泥岩，远程煤层中的高压的泥岩，远程煤层中的高压煤层气不能通过中间卸压层煤层气不能通过中间卸压层流入首采关键卸压层的采动流入首采关键卸压层的采动空间。空间。30卸压开采远程卸压煤层裂隙演化持征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采场顶板瓦斯富集区 顶板竖向裂隙瓦斯富集区顶板竖向裂隙瓦斯富集区远程远程卸压煤层瓦斯富集区卸压煤层瓦斯富集区采场空间瓦斯富集区确定采场空间瓦斯富集区确定 采场顶板瓦斯富集区采场顶板瓦斯富集区 32下煤层开采时，在采空区下煤层开采时，在采空区侧顶板偏采空区方向存在环侧顶板偏采空区方向存在环形裂隙发育区。形裂隙发育区。垂直煤层顶板向上垂直煤层顶板向上815m815m，向采空区方向向采空区方向0 030m30m，裂隙，裂隙充分发育区，为高浓度瓦斯充分发育区，为高浓度瓦斯富集区。富集区。顶板竖向裂隙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竖向裂隙发育区内离层裂隙和竖向破断裂隙发育，并隙和竖向破断裂隙发育，并与采动冒落顶部空隙区相连与采动冒落顶部空隙区相连通。通。瓦斯卸压、解吸后，由于瓦斯卸压、解吸后，由于瓦斯升浮移动和渗流，本煤瓦斯升浮移动和渗流，本煤层的瓦斯沿裂隙通道汇集到层的瓦斯沿裂隙通道汇集到顶板竖向裂隙充分发育区内，顶板竖向裂隙充分发育区内，形成卸压瓦斯积存库。形成卸压瓦斯积存库。远程远程卸压煤层瓦斯富集区卸压煤层瓦斯富集区34远程卸压煤层中的富含瓦斯远程卸压煤层中的富含瓦斯储集在煤层中，卸压瓦斯可储集在煤层中，卸压瓦斯可抽性好。因此，可利用斜上抽性好。因此，可利用斜上向穿层抽采钻孔，把钻孔布向穿层抽采钻孔，把钻孔布置在远程煤层卸压区内，可置在远程煤层卸压区内，可长期连续抽采卸压瓦斯，且长期连续抽采卸压瓦斯，且能够获得理想的抽采效果。能够获得理想的抽采效果。卸压抽采钻井布置方法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。时间的、大范围的、较高的卸压瓦斯抽采率。地面抽采钻井地面抽采钻井卸压抽采煤层气条件：卸压抽采煤层气条件：留巷、煤留巷、煤巷或底板岩石巷道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穿层高位长钻孔顶板斜上向竖向裂隙区低位穿层顶板斜上向竖向裂隙区低位穿层钻孔钻孔卸压瓦斯抽采孔布置方法卸压瓦斯抽采孔布置方法 36采矿新技术采矿新技术煤气共采煤气共采.swf实例：卸压瓦斯抽采钻井平面布置实例：卸压瓦斯抽采钻井平面布置 371#1#钻井钻井384 4钻井钻井39水平钻井水平钻井405 5钻井钻井 2 2、3 3、6 6钻井钻井 41