急倾斜煤层开采.ppt

急倾斜煤层开采,文学宽研究员煤炭科学研究总院,联系电话13681569425,大兴煤矿特大水灾事故典型案例分析2005年8月7日13时13分，广东省梅州市大兴煤炭发生特大透水事故，造成121人死亡，伤1人，直接经济损失4391.02万元。,2005年8月7日广东梅州大兴煤矿透水事故，121人遇难,事故中失去亲人的母子,事故中一对失去亲人的祖孙,2005年8月7日广东梅州大兴煤矿透水事故，121人遇难,兴宁矿难透水事故中伤亡矿工家属伤痛欲绝,兴宁矿难透水事故中失去矿友的矿工呆坐在井口,事故中伤亡家属在祭拜亲人,2005年8月7日广东梅州大兴煤矿透水事故，121人遇难,兴宁矿难透水事故死亡矿工尸体,2005年8月7日广东梅州大兴煤矿透水事故，121人遇难,兴宁矿难透水事故的矿井远景,兴宁矿难透水事故救援人员,2005年8月7日广东梅州大兴煤矿透水事故，121人遇难,1.煤矿演变过程大兴煤矿位于梅州市的兴宁市黄槐镇，在兴宁市和平远县交界处，南距兴宁市44km，北距平远县22km，东南距梅县64km。20世纪90年代，在原四望嶂矿务局范围内，约有300处小煤窑开采。由于乱采滥挖，使国有煤矿失去了安全生产的基本条件，加之企业亏损严重，经梅州市同意，将原四望嶂矿务局开采范围和有关资产有偿转让给民营企业继续经营生产，并重新规划为大径里、梨树坑、东兴、大兴、大窝里和上丰煤矿6对矿井，大兴煤矿是其中的一个矿井。,2.矿井地质、水文地质情况大兴煤矿为二叠系上统龙潭组含煤地层，倾角55o～75o，平均65o。井田范围东以F16断层为界，西以F1断层为界，上以-180m隔水煤柱为界，下至-500m水平。煤矿水文地质条件较简单。,煤层情况大兴煤矿井田主要有5个煤层，自下而上分别为七煤、六煤、五煤、四煤（9号煤）、三煤（10号煤），其中七煤和四煤为全井田可采。七煤厚度0～1.79m，平均0.91m，靠近F16断层附近煤层厚度变大，上距四煤平均距离为36.27m；四煤平均厚度为0.28～7.28m，平均厚度为3.54m,3、矿井开拓方式大兴煤矿采用斜井开拓方式，主、副井和风井3条明斜井与暗斜井分三级延伸至-480m水平。主斜井由地面282m至－55m水平，第一级暗斜井由-55m水平至-290m水平。第二级暗斜井由-290m水平至-480m水平。副斜井由地面356m至42m水平，第一级暗斜井由＋42m水平至-290m水平，第二级暗斜井从-290m水平至-480m水平。风井由地面282m至75m水平；第一级暗斜井75m水平至-55m水平，第二级暗斜井-55m水平至-290m水平。,4、采煤方法大兴煤矿采用斜坡短壁采煤法，采用打眼爆破落煤工艺，自然垮落管理顶板，开采顺序为下行式。5、排水系统大兴煤矿深部正常涌水量150m3/h，最大涌水量200m3/h；矿井分三级排水，-480m水平的水先排到-290m水平，再由-290m水平分别排到-55m水平和42m水平，分别通过主、副斜井排至地面。,6.矿井积水区的形成1999年11月，因小煤窑开采破坏，当年降水量大，矿井排水能力不足及排水费用过高，矿井采区被淹，井下巷道大量积水，为了保护矿井不被淹掉和减少排水费用，各矿均在-180m水平以上，各水平构筑了井下堵水闸墙，6对矿井共构筑29处堵水闸墙。使-180m水平以上采空区逐步充满，形成1500～2000万m3积水区。从262m平硐溢出。,7.积水区下煤炭开采的形成2000年5月，大兴煤矿委托北京煤炭设计研究院编制完成了永丰煤炭延深方案设计和防水闸墙施工计算咨询。该设计从-180m水平至-290m水平留设垂高110m防水隔离煤柱，延深开采老空积水区下深部煤炭资源。2001年2月26日由广东省经贸委审查通过该设计，该矿开始向深部延伸开采。,,8.水害事故发生经过2005年8月7日13时13分左右，发生透水，透水发生后，主、副井井筒均有雾气冒出，出现反风现象。13时30分，副井调度室接到-290m水平西三暗斜井绞车房（-281m）电话，说“水很大，我跑不出去了，”，但话未说完电话就断了，说明此时水已涨至-281m绞车房。14时，水已涨至离主井口80m（斜长），此时水位为245m。透水后原四望嶂一矿明斜井水位从262m降至255.5m，下降6.5m，经专家估算，矿井总透水量约为25万m3。,9.水害事故的原因分析经调查和专家组技术鉴定，认定在主井东翼四煤-400m石门以东150m附近，由于煤层倾角大（75度左右）、厚度大（3～4m），小断层发育，煤质松散易塌落，-400m以上各水平在生产过程中煤层均发生过严重抽冒。在此抽冒严重的情况下，大量出煤，超强度开采，致使-180m水平至-290m水平防水煤柱抽冒，导通了262m水平至-180m水平的老空积水区，造成上部老空积水大量溃入，导致事故的发生。,9.1该区域煤层厚、出煤多，曾多次发生抽冒矿井西翼煤层较硬，据了解没有发生过抽冒；中部煤层较薄，未进行大规模开采；矿井东翼-400m石门四煤厚度3～4m，倾角大，约75o，较松散，小断层发育，易发生抽冒，是该矿的主要产煤区，据事故矿井资料证实，从2004年到现在，在东翼-400m石门东侧-400水平以上各水平都在出煤，且出煤量较大，在8月7日13时13分透水事故发生前的8月7日早上还看到在该地区采出105～120t，该处四煤的出煤量为9000t左右。,9.2该区域离F16断层较近，小断层发育东翼-400m石门以东150m处距离F16断层仅100m左右，F16断层为逆断层，断距90m，该处-290m水平的四煤小断层发育，煤层比较松散，且此处四煤倾角是全矿井最大的地方，平均煤层倾角达75o左右，近似直立，易抽冒。,10.抢险救灾经过大兴煤矿特大透水水害事故发生以后，党中央、国务院领导同志做出重要批示，要求全力以赴抢救被困人员，并保证抢险救灾人员的安全。国家安监总局和广东省委。省政府主要领导及时赶赴现场，组织抢险救灾工作，立即成立大兴煤矿特大透水水害事故现场抢险救援指挥部，迅速启动重特大安全事故应急预案。来自广东省、梅州市、兴宁市党委、政府和有关部门以及各方面300余人参加了抢险救援，并聘请了国内有关技术专家组成专家组，提供技术服务，指导救援工作。,制订了抢险排水总体方案，形成了“强排、封堵、多点、防渗”的综合抢险排水工作方案，并根据现场条件具体细化，科学论证，组织分步实施，取得积极的效果。广东省迅速从江西、河南、中煤排水站调集了6台大流量高扬程潜水泵，以及19名专业技术人员投入抢险排水，8月9日19时20分主井水泵排水，8月15日3时40分副井、风井相继排水，截至8月18日，共排水25万m3，发现3具遇难矿工尸体。,特大水害矿井透水量的计算该矿历年所产煤炭共约38万吨，煤的视密度为1.6t/m3，采空区充水系数按1计算（因采后顶板不冒落），据专家组计算采空区体积约20万m3，巷道容积约5万m3，因此该矿透水量约25万m3。据调查了解，8月7日13时13分发生透水事故，至13时30分，矿井被淹至-281m，透水量达23.1万m3，据此估算此段时间的透水强度约为1.36万m3/min；从13时30分至14时，矿井被淹至245m，此时间段透水量约1.9m3，估算此段时间的透水强度约为633m3/min。,对开采区域上部采空区有积水的矿井，必须先排空采空区积水，方可进行采掘活动，否则不许生产；矿与矿之间要按煤矿安全规程规定留足矿界煤柱，矿井内设计的其他各类保安煤柱，一定要严格保护，如有煤柱垮塌都应及时维护，并停止出煤，更不能区偷采煤柱；对有水害危险的矿井，一定要配备相应的探访水设备，对工作面有疑点的，应采取“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”十六字原则和“防、堵、疏、排、截”五项治理措施；停产整顿煤矿在停产整顿期间，要严格按照制定的整改方案进行整改，防止停而不改，利用整改之名违法出煤生产；,特大水害事故防范措施及建议,煤矿必须依法生产，依法经营，要按照规定范围开采，没有“四证一照”的矿井不得开采；认真落实安全生产责任制，杜绝违章指挥、违章作业、煤矿企业的矿长及其他管理人员，一定要牢固树立“安全第一、预防为主”的思想，要严格执行各项规章制度，有事故隐患及主要危险源存在的矿井，发现问题，要及时整改，把事故消灭在萌芽之前；矿井要按核定的生产能力生产，不得超能力生产。,淮河下急倾斜煤层开采方法淮南孔集煤矿是在含水层下开采急倾斜煤层群的矿井。具有煤层厚、层数多、倾角大、煤质松软易于抽冒、部分煤层顶板坚硬以及砂层含水丰富且与淮河水有直接水力联系等特点，地质和水文地质条件十分复杂。为了控制急倾斜煤层开采后煤柱的抽冒实现安全开采，采取了有效的开采方法及技术措施。,1.伪倾斜柔性掩护支架采煤方法该矿采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法，在水体底界与开采上限留设90100m垂高的防水煤柱。,2.长走向、小阶段、间歇开采该方法有利于顶板充分冒落、上覆地层整体平缓下沉和避免防水煤柱受到剧烈破坏，可起到抑制导水裂缝带发展的作用。具体参数是工作面沿走向的连续回采长度不小于100m；第一水平第一小阶段的段高不大于20m，以下各小阶段采后的导水裂高发展情况而定，且一般也不应大于30m，下一小阶段应在上一小阶段采后46个月回采。,3.按尺定产，控制超限出煤为了防止人为因素造成煤柱抽冒。制定了采出量与允许采出量的定期核算制度。每星期核算一次，及时发现问题，采取措施，保证安全生产。所谓超限出煤就是采出了规定回采范围以外的煤炭，可用下式表示△QQ1Q2式中△Q超限出煤量，t；Q1实际产量（统计产量），t；Q2允许煤量，t。,4.充填采空区对于一些地质、水文地质条件复杂的煤层，或为了少留防水煤柱，减少地表移动及变形值等，使用了充填采空区的方法进行开采。孔集煤矿用矸石充填法开采了20多个厚和中厚煤层工作面，采出煤炭80多万t。经采后施工的冒落孔（探测导水裂高的钻孔）资料证实，即使只充采一个下阶段，以下用垮落法开采，导水裂高只有全部垮落法开采的1/21/3。,5.采后黄泥注浆为解决部分工作面顶板（或煤层）局部导水裂缝带发展过高的问题，保证下一小阶段工作面的安全开采，可利用在地面施工的冒落孔对采空区进行黄泥注浆，以封堵导水裂缝和固结采空区已冒落的煤矸，达到抑制防水煤柱抽冒和降低导水裂高的目的，并可起到防火作用。孔集煤矿曾有计划地先后利用14个冒落孔对4个工作面进行黄泥注浆，共注入黄泥3211m3，效果良好。,6.中深孔挤压爆破强制放顶我国煤矿大都采用自然垮落法管理顶板，已达到安全开采的目的。然而，有些煤层顶板坚硬难冒，不得不采用爆破的方法，进行人工强制放顶。对于急倾斜煤层的爆破放顶在淮南的孔集煤矿采用“中深孔挤压爆破”进行了试验研究。,6.1挤压爆破的原理当急倾斜煤层开采之后，还未进行爆破放顶之前，煤柱也会有一些抽冒，这些抽冒下来的松散煤体，占据了爆破放顶的自由空间。为了在急倾斜煤层取得好的爆破放顶效果，如另外再开凿爆破所需的自由空间，在技术上的难度比较大，且在经济上也不合算，只能在这种条件下借助爆破时巨大的冲击力，挤压顶板所对应采空区里的松散煤体使其退移、压实，以获得爆破所需的补偿空间，达到预期的爆破顶板的效果。,6.2挤压爆破的方法和爆破参数为了获得较大的爆破冲击力，采用多排炮孔、逐排微差毫秒爆破的起爆方法。（1）爆破巷道布置方式爆破放顶工作，主要在爆破石门内进行。爆破石门既是爆破放顶工作的场所，又是爆破放顶的主体和提供一部分补偿空间的自由面。,爆破石门沿工作面的回风巷每隔15m往煤层顶板掘进；也可在顶板岩石里专门掘一条和回风巷相平行的顶板岩巷，然后再沿顶板岩巷每隔15m向回风巷方向掘爆破石门。,（2）炮孔布置每排炮孔都布置成扇形，扇形面与煤层层面平行，并分成双面扇形和单面扇形两种。,（3）炮孔数和排数扇形炮孔的孔数和排数是由大密集系数确定的。大密集系数的计算公式如下ma/w式中m大密集系数；a炮孔孔底间距，m；w最小抵抗线，即排距，m。,（4）装药量及装药方式炮孔孔径为58mm左右。为改善爆破时的间隙效应，使单发雷管所能传爆的炸药长度尽量增加，加大了炸药药卷的直径和单卷药卷的长度。爆破药卷的直径45mm，长500mm，重800g。每个炮孔除孔口2m装填封泥外，其余部分全部装药。每两卷药插1个电雷管，每排炮孔使用同时起爆的雷管，但排与排之间为微差起爆，延时起爆时间130ms。,6.3爆破放顶与回采的顺序（1）采后爆破爆破范围内煤层已回采，且掩护支架已经下放而形成的采空区内进行。,（2）采前爆破没有顶板岩巷的爆破采取采前爆破。,6.4挤压爆破放顶效果7个工作面96次的中深孔挤压爆破，安全采出15万t煤炭。为水体下安全开采顶板坚硬难冒的急倾斜煤层取得了如下经验。（1）在顶板的爆破范围内，形成了一个截槽同时，使顶板更大范围产生崩开裂缝，从而加速了顶板岩层的变形、冒落，充填了部分采空区，对抑制防水煤柱抽冒过高和促使采动引起的破坏影响由煤柱转向顶板方面起到了一定的作用。,（2）导水裂缝带最大高度由所采煤层内转移到顶板内，其绝对值接近于缓倾斜煤层。（3）由于实现了爆破放顶，留设的防水煤柱未发生过高的抽冒，因而煤柱上方冲积层水位没有异常变化，工作面涌水量也没有增加。（4）地表没有出现突然塌陷的现象。,7.结论通过采取开采措施在孔集煤矿正常地质采矿条件下，只需留设7080m高的防水煤柱就能保证用垮落法安全开采急倾斜煤层；用矸石充填法开采时，只需留设3040m的防水煤柱。必须指出，急倾斜煤层导水裂缝带高度虽有经验公式可以进行计算，但由于影响裂高发展的因素很多，因此除根据相似地质采矿条件下的实际裂高资料，确定留设新工作面得防水煤柱之外采取有效的开采措施，控制防水煤柱的抽冒，才会取得水体下急倾斜煤层的安全开采。,,,,,谢谢,