西安科技大學工程論文復雜地質(zhì)構(gòu)造松軟煤層高瓦斯長巷掘進通風技術(shù)實踐研究

論文題目：復 雜 地 質(zhì) 構(gòu) 造 松 軟 煤 層 高 瓦 斯 長 巷 掘 進 通 風 技 術(shù) 實 踐 研 究專 業(yè)：礦業(yè)工程碩 士 生： (簽名) 指導教師： (簽名) (簽名) 摘 要瓦斯災害是煤礦地下開采過程中危害最大的自然災害，解決高瓦斯礦井煤巷掘進工作面瓦斯災害的主要措施是依靠掘進通風機通風，而掘進通風機作為常年運轉(zhuǎn)的設(shè)備，易出現(xiàn)故障，造成掘進工作面瓦斯積聚，甚至釀成瓦斯爆炸事故。隨著掘進工作面的推進，掘進工作面長度的增加，單巷掘進通風技術(shù)難度和管理難度也不斷增加。復雜地質(zhì)條件對煤層瓦斯含量有重要的影響，在地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)存在大量裂隙，掘進過程中瓦斯涌出不均勻，增加掘進通風的難度。松軟煤層在采動的影響下，極易破碎，造成煤壁在暴露初期瓦斯涌出量增加。在高瓦斯、復雜地質(zhì)構(gòu)造、松軟煤層中進行長巷掘進，掘進通風技術(shù)研究的主要內(nèi)容是選擇合適的掘進通風設(shè)備包括掘進通風機和風筒；創(chuàng)造先抽后掘的條件；合理的通風方案；合適的錨網(wǎng)支護參數(shù)；瓦斯監(jiān)測監(jiān)控。其關(guān)鍵技術(shù)路線是要選擇大功率對旋式風機；大直徑特制風筒；設(shè)計合理通風方案；噴漿封閉巷道；先抽后掘；完善安全保障體系，合理地向掘進工作面配風，控制瓦斯涌出量，使供給的風量能夠稀釋瓦斯?jié)舛鹊桨踩珴舛纫韵?，?chuàng)造良好氣候條件，在技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的前提下，達到安全掘進長巷、布置長走向采煤工作面的目的，為礦井的高產(chǎn)高效服務(wù)。研究結(jié)果表明：在復雜地質(zhì)構(gòu)造、高瓦斯、松軟煤層長巷中掘進，采用大功率對旋式掘進通風機通風，大直徑風筒供風為主要手段，再通過噴漿封閉巷道，減少后巷瓦斯涌出，選擇合理通風方案，減少單巷供風的長度，對瓦斯監(jiān)測監(jiān)控，及對煤層進行瓦斯抽放、安全措施到位等手段綜合治理瓦斯災害，能夠達到安全掘進的目的。在復雜地質(zhì)構(gòu)造、高瓦斯、松軟煤層中長巷掘進通風技術(shù)在試驗礦井靖煤公司大水頭煤礦試驗成功，取得良好的效果，該項技術(shù)有一定推廣價值。關(guān) 鍵 詞：復雜地質(zhì)構(gòu)造；松軟煤層；長巷掘進；高瓦斯；通風技術(shù)研究類型：應(yīng)用研究Subject : Practice Study on Ventilation Technology of the Long Distance Digging Coal Laneway with High Consistency Gas in Soft Seams and Complicated Geological Conditions Specialty : Mining EngineeringName : Jiao Jian (Signature) Instructor: Li Shu-gang (Signature) Liu Sheng-li (Signature) ABSTRACTGas calamity is the most fatal natural calamity during the course of the underground mining of coal mine. The major measure to solve the gas calamity of the high consistency gas coal entries on the working-face is to use local-ventilator to ventilate. Local-ventilator is the equipment which operates all the year round, so machine malfunction is always found. This causes the gas gathering in the digging-workface and even causes the gas explosion accident. With the length of the digging-workface increasing, the difficult of the digging ventilation technology and the management will increase endlessly. The complicated geological condition has an important influence to the gas content of the coal seams, because there are plenty of cracks among the geological structure tape. During the process of digging, the gas gushes unevenly. This makes the single digging ventilation more difficult. With the influence of mining, the soft seams will easily break which will cause the gushing of gas increase at the beginning of explosion of coal wall. When digging in the long-entries with high consistency gas, complicated geological structure and soft seams, the main digging ventilation technology is to choose the suitable local-ventilation equipment including local-ventilator and ventilating-canister, creating condition to whop gas before digging, selecting a reasonable ventilating project, choosing a reasonable anchor-net support parameter; supervising and controlling the gas. The key technology route is to choose a high-power reversely rolling ventilator and special great-diameter ventilating-canister, to design ventilation project in reason, to spray with concrete to obdurate the entries, to whop gas before digging, to consummate safety indemnificatory system, to ventilate to the digging workface reasonably and to control gas gushing so that the consistency of methane can be diluted under a safe level by the supporting air and a better condition is provided.Key words: Complicated geological conditions Soft seams Long-digging High-consistency gas Ventilation technologyThesis : Research of application目 錄I目 錄1 緒論.11.1 前言 .11.2 選題的背景及研究的意義 .21.2.1 選題的背景 .21.2.2 研究的意義 .21.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .31.3.1 單巷掘進巷道長度現(xiàn)狀 .31.3.2 長巷掘進通風技術(shù)的研究 .41.3.3 礦井瓦斯災害防治研究 .61.3.4 在復雜地質(zhì)構(gòu)造及松軟煤層中采掘研究 .81.4 研究的技術(shù)路線 .92 掘進通風方法及掘進風量計算.112.1 掘進通風方法 .112.1.1 掘進通風機通風 .112.1.2 礦井全風壓通風 .142.1.3 引射器通風 .162.2 掘進通風設(shè)備及掘進工作面風量計算 .162.2.1 掘進通風設(shè)備 .162.2.2 掘進工作面風量計算 .172.2.3 長巷掘進通風特點 .182.3 本章小結(jié) .183 長巷掘進通風技術(shù)在大水頭礦東 103 工作面的研究應(yīng)用.203.1 東 103 工作面概況 .203.1.1 煤層賦存 .203.1.2 工作面構(gòu)造特征 .203.2 掘進巷道需風量計算 .233.2.1 計算依據(jù) .233.2.2 計算參數(shù)選擇 .233.2.3 掘進巷道需風量計算 .233.2.4 計算結(jié)果討論 .243.3 通風方案的選擇 .24西安科技大學工程碩士學位論文II3.3.1 方案的提出及其特點 .243.3.2 通風方案的比較 .253.4 通風設(shè)備選型 .283.5 本章小結(jié) .294 長巷掘進通風技術(shù)現(xiàn)場工業(yè)試驗.304.1 輔助聯(lián)絡(luò)巷前后兩個掘進階段通風瓦斯情況 .304.2 噴漿封閉巷道 .344.2.1 噴漿質(zhì)量要求 .344.2.2 巷道未噴漿時瓦斯涌出情況 .354.3 先抽后掘 .354.4 完善安全保障體系 .364.5 安全技術(shù)措施 .364.6 本章小結(jié) .375 長巷掘進通風技術(shù)試驗結(jié)果分析.385.1 長巷掘進通風技術(shù)優(yōu)越性分析 .385.2 長巷掘進通風技術(shù)研究的經(jīng)濟效益和社會效益 .395.2.1 技術(shù)研究經(jīng)濟效益 .395.2.2 技術(shù)研究的社會效益 .405.3 本章小結(jié) .416 結(jié) 論.42致 謝.45參考文獻.46附 錄.481 緒 論11 緒論1.1 前言煤礦地下開采，受到礦井瓦斯、礦塵、礦井水災、礦井火災、頂板事故等自然災害的嚴重威脅，其中礦井瓦斯災害造成的危害是煤礦開采過程中的事故災害之首。在近代煤炭開采史上，瓦斯災害每年都造成許多人員的傷亡和國家財產(chǎn)的具大損失，我國 20 世紀 6090 年代，礦井生產(chǎn)技術(shù)相對落后，礦井瓦斯防治以通風為主要手段，瓦斯監(jiān)測主要使用瓦斯檢定器，礦井安全生產(chǎn)條件差。進入 21 世紀，煤礦生產(chǎn)技術(shù)條件有很大的改善，瓦斯災害仍然威脅著礦井的安全生產(chǎn)。近兩三年，我國煤礦瓦斯事故不斷，其中黑龍江雞西城子溝煤礦特大瓦斯爆炸事故、鄭煤集團公司大平煤礦煤與瓦斯突出及瓦斯爆炸事故、陜西銅川煤業(yè)集團陳家山煤礦瓦斯爆炸事故，造成百人以上的人員傷亡和重大財產(chǎn)損失，給人們帶來慘痛的教訓。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在煤礦井下最易發(fā)生瓦斯爆炸的地點是采掘工作面，如 19701979 年瓦斯爆炸次數(shù)統(tǒng)計中，發(fā)生在掘進工作面的次數(shù)達到 41%。所以，如何預防掘進工作面瓦斯事故對于高瓦斯礦井顯得尤為重要。掘進工作面容易發(fā)生瓦斯爆炸的原因歸納起來有兩點，一方面，這些地點采用掘進通風機通風，掘進通風機作為常年運轉(zhuǎn)的設(shè)備，極易出現(xiàn)故障，造成風機停轉(zhuǎn)，從而導致掘進工作面停風，而風筒在送風時沿途破口和接頭存在漏風，造成掘進工作面有效風量降低，不能稀釋排出瓦斯，造成瓦斯積聚；另一方面，放炮、掘進機械、掘進通風機、電鉆等設(shè)備，易產(chǎn)生高溫火源。在高瓦斯礦井煤巷掘進中，通風技術(shù)難度和通風管理難度較大，單巷掘進長度受諸多因素的影響，瓦斯涌出量的大小是其主要影響因素之一。而瓦斯涌出量的大小與煤層瓦斯含量、地質(zhì)構(gòu)造、煤層的破碎程度、煤層露頭、圍巖透氣性等因素有關(guān)。在復雜地質(zhì)構(gòu)造、高瓦斯、松軟煤層進行長巷掘進，其通風技術(shù)的關(guān)鍵是要解決如何合理地向工作面配風，在整個掘進過程中，沖淡稀釋掘進工作面與后巷瓦斯?jié)舛仍诎踩珴舛纫韵拢乐雇咚狗e聚，防止煤塵飛揚，不斷加強管理，達到安全掘進的目的。通過對靖遠煤業(yè)公司大水頭礦井東一采區(qū)走向長 1631m 工作面長巷掘進通風技術(shù)的實踐研究，總結(jié)出在高瓦斯、復雜地質(zhì)條件下、松軟煤層中長巷掘進的通風技術(shù)，在現(xiàn)場指導完成包括開切眼在內(nèi) 1800m 長的巷道掘進任務(wù)的同時，總結(jié)出了在同等條件下較為先進的掘進通風技術(shù)，對今后高瓦斯礦井煤巷掘進通風提供理論指導。該項技術(shù)的研究成果在甘肅省乃至全國高瓦斯礦井煤巷掘進通風中具有一定先進性，在復雜地質(zhì)構(gòu)造、高瓦斯、松軟煤層進行長巷掘進，該技術(shù)有一定推廣價值。在開采技術(shù)西安科技大學工程碩士學位論文2不斷發(fā)展，國家對于礦井安全生產(chǎn)要求越來越高，高產(chǎn)高效礦井不斷涌現(xiàn)的今天，大型機械設(shè)備的應(yīng)用，采煤工作面走向長度不斷增加，煤礦開采對各項技術(shù)的要求越來越高，對掘進通風技術(shù)也會提出更高的要求，掘進通風技術(shù)的研究和應(yīng)用也將邁上一個更高的臺階。1.2 選題的背景及研究的意義1.2.1 選題的背景近年來，隨著我國煤礦開采深度的增加，掘進工作面單進水平的提高，掘進速度的加快，煤壁暴露面的瓦斯泄放速度也在增加，致使掘進工作面的絕對瓦斯涌出量大大提高，瓦斯災害日趨嚴重，特別是煤巷獨頭掘進工作面瓦斯事故頻發(fā)。解決煤巷掘進工作面瓦斯災害的主要措施是依靠掘進通風機通風。而掘進通風機作為常年運轉(zhuǎn)的電機設(shè)備，由于各種原因常出現(xiàn)各種故障，造成掘進工作面瓦斯積聚，甚至釀成事故。對于瓦斯涌出量較大的礦井，掘進工作面掘進通風機的數(shù)目有時高達 34 臺，不僅耗電量大，而多風筒供風造成掘進巷 道 斷 面 縮 小 ， 且 長 巷 供 風 風 筒 損 耗 大 ， 且 風 筒 漏 風 ，工 作 面 有 效 風 量 率 降 低 1。 所以對高瓦斯礦井，瓦斯涌出量成為制約巷道掘進長度的關(guān)鍵因素。另外，隨著礦井機械化程度的提高，高產(chǎn)高效礦井長走向、大斷面采煤工作面的普及與推廣，巷道掘進長度不斷增加，對長巷掘進通風技術(shù)提出了更高的要求 2。地質(zhì)構(gòu)造是影響煤層瓦斯含量的重要因素之一。在圍巖低透氣性條件下，封閉型構(gòu)造有利于瓦斯的儲存，而開放型地質(zhì)構(gòu)造有利于排放瓦斯。其中斷層對瓦斯含量的影響比較復雜，一是斷層（帶）的封閉性，二是與煤層接觸的對盤巖層的透氣性。開放性斷層，無論與地面是否相通，斷層附近的煤層瓦斯含量會降低；封閉性斷層，煤層對盤透氣性低時，阻止瓦斯釋放。如果地質(zhì)構(gòu)造復雜，既有開放性斷層，又有封閉性斷層，煤層瓦斯含量就會不穩(wěn)定，掘進時瓦斯涌出量具有不均衡性,如果裂隙發(fā)育，采掘過程中出現(xiàn)瓦斯異常涌出。瓦斯涌出的不均衡性會影響安全掘進 3。軟煤層也影響煤層瓦斯含量。如果煤層硬度小，透氣性差，瓦斯含量高，同時在采動的影響下容易破碎產(chǎn)生裂隙，采掘過程中瓦斯涌出量增加，對于安全掘進影響較大 4。靖遠煤業(yè)公司大水頭煤礦東一采區(qū)布置走向長 1631m 超長工作面，目的是提高工作面可采儲量，減少大噸位綜采設(shè)備搬家次數(shù)，減少回撤封閉的材料、人工投入，為礦井持續(xù)穩(wěn)定高產(chǎn)創(chuàng)造條件，同時由于各種費用的減少，使噸煤成本下降，經(jīng)濟效益提高。該區(qū)域是在高瓦斯、軟煤層、復雜地質(zhì)構(gòu)造、煤塵具有爆炸性的自然條件下，準備采區(qū)及工作面，進行長巷掘進，掘進通風技術(shù)難度大，該項技術(shù)是否具有可行性，1 緒 論3成為一項有待研究的課題。1.2.2 研究的意義掘進通風是生產(chǎn)礦井通風的組成部分，是井巷掘進的必要條件，也是實現(xiàn)安全生產(chǎn)的重要前提。掘進通風的特點在于井巷獨頭部分不能形成貫穿風流，必須使用導風設(shè)施，使新鮮風流和污風分開，且多數(shù)需要通風動力設(shè)備。隨著掘進長度增加，掘進工作面有效風量會降低，在一定程度上不能滿足掘進工作面的需風量。對瓦斯涌出量大的煤礦，其瓦斯涌出量成為影響煤巷掘進長度的關(guān)鍵因素，采掘過程中采 用 任 何 一種 單 一 瓦 斯 治 理 方 案 ， 往 往 無 法 有 效 治 理 采 面 瓦 斯 超 限 ， 只 有 結(jié) 合 多 種 瓦 斯 治 理 方 案 ，才 能 達 到 預 期 的 效 果 。 在復雜地質(zhì)構(gòu)造、高瓦斯、松軟煤層長巷掘進，受瓦斯涌出量的影響，掘進通風技術(shù)和管理技術(shù)難度大。復雜地質(zhì)構(gòu)造、高瓦斯、松軟煤層長巷掘進通風技術(shù)的研究，在現(xiàn)場中指導完成了靖遠煤業(yè)公司大水頭礦東一采區(qū)在復雜地質(zhì)構(gòu)造、高瓦斯、松軟煤層，煤塵具有爆炸性的條件下，完成走向 1631m 超長工作面長巷掘進，布置工作面，提高工作面可采儲量，減少大噸位綜采設(shè)備搬家次數(shù)，減少回撤封閉的材料、人工投入，為礦井持續(xù)穩(wěn)定高產(chǎn)創(chuàng)造條件，同時由于各種費用的減少，使噸煤成本下降，經(jīng)濟效益提高。研究總結(jié)出復雜地質(zhì)構(gòu)造、高瓦斯、松軟煤層掘進中先進科學的掘進通風技術(shù)，為同等條件下煤層中井巷掘進提供理論依據(jù)。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1 單巷掘進巷道長度現(xiàn)狀長巷掘進普遍應(yīng)用于鐵路隧道、金屬礦山井下巷道施工、煤礦井下巷道施工。長巷在掘進過程中，由于不能形成貫穿風流，往往借助于掘進通風機供風，風筒導風來稀釋和排出瓦斯及其它有害氣體，稀釋和排出礦塵，創(chuàng)造良好氣候條件。掘進長度受到掘進通風機全壓范圍、風筒風阻及風筒漏風、瓦斯涌出量等諸多因素的影響。掘進長度越長，通風技術(shù)的難度和管理難度越大。在鐵路隧道、金屬礦山井下巷道施工、煤礦巖巷掘進中，由于受到瓦斯涌出的影響小或不受影響，掘進長度國內(nèi)有 4000m 以上的記錄。煤巷掘進由于受到瓦斯涌出量的影響，甘肅省窯街、華亭兩大煤業(yè)集團所屬低瓦斯礦井，長巷掘進長度未超過 1500m。甘肅省靖遠煤業(yè)公司所屬高瓦斯礦井，歷年來長巷掘進長度在 8001200m。國內(nèi)其他地區(qū)高瓦斯礦井中，山西陽泉、湖南漣邵、黑龍江雞西等煤業(yè)集團公司所屬部分煤礦，其絕對瓦斯涌出量大于 25m3min，但并不是破碎軟煤層，煤層賦存的地質(zhì)條件也簡單，長巷掘進長度有 1300m 的紀錄；山東兗礦東灘煤礦長巷掘進達 2800m，但屬低瓦斯 礦 井 5； 大 同 煤 業(yè) 集 團 馬 脊 梁 礦 掘 進 長 度 有西安科技大學工程碩士學位論文42600m 的 記 錄 ， 也 屬 低 瓦 斯 礦 井 6； 平頂山煤業(yè)集團六礦屬高瓦斯礦井，局部供風長度1800m1，但不是在復雜地質(zhì)構(gòu)造、松軟煤層中掘進。采煤技術(shù)先進的國家，由于其科學技術(shù)水平相對發(fā)達，對于高瓦斯、破碎軟煤層復雜地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域己不進行井下直接開采，而是對該區(qū)域采取相關(guān)技術(shù)使其轉(zhuǎn)化為煤層氣直接進行抽采。到目前為止，在復雜地質(zhì)構(gòu)造、高瓦斯、破碎軟煤層中掘進長巷，單巷掘進長度尚未達到 1800m 長的。1.3.2 長巷掘進通風技術(shù)的研究孫森等在“高瓦斯煤巷掘進全負壓通風技術(shù)探討研究”中認為 1：掘進巷道全負壓通風技術(shù)的應(yīng)用，減少了掘進通風機的數(shù)量，節(jié)省