南北边界石门工作面局部防突设计.docx
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南北边界石门工作面局部防突设计
第一章、工程概况
第一节、概述
兴安四水平延深工程，由矿建处一工区承担施工。
根据剩余工程的总体安排矿建处一工区将施工四水平南、北边界石门工程，其中包括：
北部边界轨道石门，北部边界皮带石门，南部边界轨道石门，南部边界皮带石门。
根据兴安矿提供的-500m水平切面图及已施工完的北一机、轨石门，南一石门巷道，预计北部边界机、轨石门将穿过30#、27#、24#、23#、22#、21#、18#、17#、11#九层主要煤层，及26#、25#、13#、12#四层较薄煤层，同时也将遇到F11、F19、F20三个较大断层。
南部边界机、轨石门将穿过33#、30#、27#、24#、23#、22#、21#、18#、17#九层主要煤层，及28#、26#、25#三层较薄煤层，也将遇到SF9较大的断层（详见-500水平切面图），地质条件较复杂。
其中22#煤层在施工四水平一分段轨道石门时曾经发生过突出事故，17-1#煤层在施工四水平南一石门时也发生过突出事故。
2005年6月抚顺煤科院对兴安四水平突出煤层进行鉴定，其结果将22#、18#、17#煤层定为突出煤层，与兴安矿相邻的峻德矿30#煤层在-500m标高发生了煤与瓦斯突出，因此30#煤层按突出煤层管理。
为了提高防突工作的把握程度，决定对兴安矿四水平南、北边界石门所穿过的33#、30#、28#、27#、26#、25#、24#、23#、22#、21#、18#、17#、13#、12#、11#等15个厚度超过300mm的煤层，均采取局部防突措施。
为确保在石门揭煤过程中的安全，预防突出事故的发生，特提报此揭煤综合防突设计。
第二节、煤层、瓦斯、地质构造及巷道布置情况
1.2.1巷道布置情况
兴安矿四水平南、北边界石门分别布置在四水平南、北两翼边界，巷道坡度：
3‰，巷道方位：
N90°。
北部边界轨道石门起点坐标：
X:
107590.384,Y:
115103.963,Z:
-494.955m;终点坐标：
X:
107590.384,Y:
116690.00,Z:
-490.196m;北部边界皮带石门起点坐标：
X:
107557.923,Y:
115109.428,Z:
-494.97m;终点坐标：
X:
107557.923,Y:
116660.000,Z:
-490.342m;与北一石门相距870mm；南部边界轨道石门起点坐标：
X:
104516.64,Y:
115476.588,Z:
-492.87m;终点坐标：
X:
104516.643,Y:
117510.000,Z:
-486.771m;南部边界皮带石门起点坐标：
X:
104544.004,Y:
115600.992,Z:
-492.8m;终点坐标：
X:
104544.044,Y:
117712.992,Z:
-486.8m;与南一石门相距1300mm；
1.2.2穿过煤层情况：
根据-500m水平切面图及已施工完的北一机、轨石门，南一石门巷道，预计这四条边界石门将穿过33#、30#、28#、27#、26#、25#、24#、23#、22#、21#、18#、17#、13#、12#、11#等主要煤层。
各煤层特性见下表：
厚度（m）
倾角（°）
倾向（°）
瓦斯含量
（m³/T）
煤层顶底板岩性
备注
顶板
底板
33
1.3-9.5
23-32
85-90
9
黑色粉砂岩夹页岩
白色粗砂岩
中央石门揭穿
30
1.4-7.5
21-31
95-105
9
黑色粉砂
黑色粉砂
南、北大巷揭穿
28
1.29-1.74
29-30
27
1.8-3
29-30
95-103
10
粉砂岩
粉砂岩含凝灰质
南一石门揭穿
26
0.6
22-31
粉砂岩
粉砂岩
25
1.00
21-35
粉砂岩
粉砂岩
24
0.14-3.6
22-35
粉砂岩
粉砂岩含凝灰质
23
0.4-2.5
23-37
细砂岩
粉砂岩
南一石门揭穿
22
0-4.2
24-35
97-105
9.08
白色中砂夹长石
粉砂岩
南、北一石门揭穿为突出煤层
21
1.5-7.5
22-33
88-95
11
砂质页岩
粉砂岩
南一石门揭穿
18
0-8
22-30
82-90
11
粉砂岩
中砂岩
南一石门揭穿
为突出煤层
17—1
0-5.5
25-33
22-35
10.39
灰色粉砂岩护层
中砂岩
南一石门揭穿
为突出煤层
17—2
0.4-5
22-35
25-35
中砂岩
细砂岩含凝灰质
南一石门揭穿
13
0-2.65
26-33
粉砂岩
粉砂岩
12
0.9-3.06
25-31
粉砂岩
粉砂岩
11
1.1-7.5
22-31
98-108
8
粉砂岩
细砂岩
边界下山揭穿
1.2.3地质构造：
南部边界石门受SF9断层的影响使得该石门2次穿过27#、26#、25#、24#、23#、22#、21#、18#煤层。
北部边界石门受到F20、F11、F19、F3等较大的断层影响。
各断层特性详见表3
断层特性表3
倾角
倾向
走向
落差（m）
断层性质
F3
25-33
SW
NW-NE
30-50
正断层
F11
25-40
SW
NW
15-180
正断层
F19
70
SE
NE
120
正断层
SF9
30
SW
NW
200-270
正断层
F20
60
NW
NE
80
正断层
第二章、通风系统
第一节、通风系统
兴安矿属压入式通风，主要通风系统为：
四水平新风由皮带暗斜井、入风暗斜井、回风暗斜井供入，回风由新副井井筒排出至地面。
但目前施工的南部边界皮带石门的部分回风：
由南一石门→十七层下山→四水平总回风道→七D三号井→地面。
北部兴安三水平有部分回风通过北一石门区，进入四水平，由新副井排到地面。
目前四水平的通风系统较复杂，防突期间由兴安矿通风区将南部回风全部由新副井排出。
第二节、局部通风
2.2.1、通风概况：
目前南、北皮带巷尚未与南、北边界皮带石门贯通,已施工的北部边界石门风机安设在皮带暗斜井底弯道处，南部边界石门风机安设在南大巷入口处。
通过风筒给工作面供风，回风分两路：
北部边界机、轨石门回风由工作面→北大巷→中央石门→新副井→地面；
调整后的南部边界机、轨石门回风由工作面→南大巷→皮带井车场外环→中央石门→新副井→地面；（详见通风系统图）。
当南、北皮带巷与南、北边界皮带石门贯通后。
北部边界石门风机将安设在北翼皮带巷与北部边界皮带石门的贯通处，南部边界石门风机将安设在南部边界皮带石门起坡处。
贯通后，新风由四水平皮带通路进入南、北翼皮带巷，通过各自的风机向工作面供风。
回风同贯通前相同。
2.2.2、通风设施：
南、北边界石门施工采用型号：
DBKJ-2×30KW对旋风机。
风机使用双风机、双电源，风电联锁，自动转换（专线停转动线自动启动，动线停转须手动复位）。
风筒为￠800mm抗静电阻燃胶质风筒。
在新风侧设置牢固可靠的反向风门，每两道为一组，两道风门的距离不小于4m。
南部防突的反向风门设5组（南翼皮带巷与南大巷联络巷内一组，皮带暗斜井车场南部三道正向风门外一组，南部边界皮带石门起坡处一组，皮带井车场北翼空车线一组该组与北部共用，皮带暗斜井车场北部两道正向风门外一组该组与北部共用）。
北部防突的反向风门设4组（皮带暗斜井车场北部两道正向风门外一组该组与南部共用，皮带井车场北翼空车线一组该组与南部共用，北一皮带石门底弯处，北翼皮带巷起坡处一组）（详见通风系统图）。
第三节、通风管理
2.2.1风机、风筒管理
1、加强通风管理，局部风机必须有专人看管，其他人员不得随意开停。
2、风筒要用抗静电、阻燃胶质风筒。
风筒吊挂平直，风筒末端到工作面的距离不得大于5m。
3、局部风机要保证随时运转，无论工作面是否工作都不得停止风机运转。
4、局部风机必须保证双风机双电源，保证“三专两闭锁”。
5、因故障风机停止运行，在恢复通风前必须检查停风区域中的瓦斯浓度，只有在瓦斯浓度低于1.0%时，二氧化碳浓度低于1.5%时，方可通电恢复通风。
6、风筒必须有专人负责检查护理，严禁有脱节、破口现象。
2.2.2风门及密闭管理
1、调节风窗、风门等设施由运输设专人看管，不得随意开风门，挪风窗。
2、执行防突措施时，各组反向风门必须由掘进队设有专人看管，工作面无人和放炮时反向风门必须关闭，放炮后，人员进入工作面时必须把反向风门打开、顶牢。
3、通风系统内的密闭每班必须由看风机人员巡视一遍，看是否有损坏现象，如发现问题必须立即修补。
第三章、煤层、构造及瓦斯情况探测
探测采用前探钻孔方法进行探测。
3.1、打钻硐室布置
为了了解工作面前方煤岩层的赋存条件，掌握煤层、构造的具体位置及瓦斯情况，每隔60m在巷道右帮（北部在左帮）施工1个打钻硐室,打钻硐室在耙斗机前施工，在距工作面不超过25m位置形成，并具备打钻条件。
打钻硐室规格：
3m（宽）×3m（深）×2.5m（高）；
3.2、超前钻孔施工
打钻硐室形成后，立即进行超前钻孔施工。
在打钻硐室沿巷道前进方向施工2个超前钻孔。
其中一个钻孔仰角3°，方位角87°（北部方位角93°）；另一个钻孔仰角3°，方位角90°；两钻孔开孔间距500mm。
钻孔设计长度120m，超过掘进工作面距离不得小于20m（详见预测钻孔平、剖面图）。
如果超前钻孔遇到煤层，必须穿透煤层且进入顶（底）板不小于0.5m。
根据两个钻孔的遇煤距离推算工作面与该煤层的位置关系，并由地质人员判定该煤层的层号及顶底板岩性。
打钻过程中必须有一名技术人员现场记录钻进情况。
在打钻过程中出现喷孔、顶钻等异常动力现象时，应立即停止钻进并及时汇报矿建处。
钻机型号为ZY-150D型，钻头采用￠63——￠75mm的无芯钻头。
第四章、工作面突出危险性预测
工作面突出危险性预测，采用瓦斯压力指标与钻屑瓦斯解吸指标综合指标法。
根据前探钻孔所确定的煤层位置，工作面距煤层法线距离10m（地质构造复杂、岩石破碎的区域20m）位置，应在工作面打3个钻孔，对煤层的层位进一步确定，同时采取压力测定法进行预测。
4.1、测压法：
根据前探钻孔所确定的煤层位置，工作面距煤层法线距离10m（地质构造复杂、岩石破碎的区域20m）位置，在工作面打3个钻孔，分别对钻孔封孔测压。
首先进行封孔，封孔采用注单液泥浆，水泥浆配比0.75-0.5（水）:
1（水泥）。
封孔材料用4分铁管制作的测压管和注浆管及木质封孔塞。
封孔注浆以测压孔出清水为止。
封孔长度不得小于5m，封孔后3天上压力表测压，压力表量程为4Mpa。
以压力表读数趋于稳定7天后为最终读数。
（封孔详见测压示意图）。
根据测定的瓦斯压力，只要有一个瓦斯压力大于临界值0.74MPa，工作面定为有突出危险性，则必须执行防突措施。
如果瓦斯压力均小于临界值0.74MPa，还需采取钻屑瓦斯解吸指标法进一步预测。
测压期间由掘进队每班派专人看护压力表，严禁人员随意摸碰，技术员每天必须记录压力表值做好记录。
4.1、钻屑瓦斯解吸指标法
根据超前钻孔所掌握的煤层情况，在工作面距煤层法线距离5-10m位置，由工作面向煤层适当位置至少打3个钻孔，在钻孔进到煤层时每钻进1m采集一次孔口排出的颗粒1-3mm的煤屑，测定其瓦斯解吸指标K1或△h2值。
测定时，应考虑不同钻进工艺条件下的排渣速度。
钻屑瓦斯解吸指标法进行突出危险性预测参考临界值表
煤样
Δh2指标临界值（Pa）
K1指标临界值（mL/g•
）
干煤样
200
0.5
湿煤样
160
0.4
4.2、突出危险性预测判定
如果以上所有实测的各项指标值均小于临界值，并且未发现其它如夹钻、喷孔等异常情况，则该工作面确定为无突出危险，在采取安全防护措施的条件下，待工作面掘至最后一炮揭开煤层位置时，再进行最后验证。
如果所有实测的各项指标值只要有一项大于临界值，工作面确定为有突出危险性，则必须采取防突措施。
做钻屑瓦斯解吸指标法预测煤层突出危险性时，必须与兴安矿防突小组共同施工，只有两家所做的指标值一致后方可采用，否则重做。
第五章、工作面防突措施及效果检验
通过上述预测确定工作面有突出危险性后，则必须采取防突措施。
由于兴安煤田储量大，煤层透气性好。
属于“可以抽放”的煤层。
同时根据兴安矿近些年防突经验及现有条件，防突措施采取超前排放钻孔的方法。
第一节、工作面瓦斯排放防突措施
当预测揭煤工作面为突出危险工作面时，则必须采取防突措施。
局部防突措施采用超前排放钻孔措施。
设计钻孔孔径￠75mm以上，有效排放半径取2m。
揭煤工作面钻孔控制范围：
石门的两侧和上部轮廓线外至少5m，下部至少3m。
排放钻孔深度必须穿过煤层全厚不小于0.5m，以轨道石门为例，假定突出煤层厚度2m，走向0°，倾向东，倾角25°，措施钻孔数38个（详见排放孔平面布置图及剖、断面图）。
超前排放钻孔参数见表1。
表1超前排放钻孔参数一览表
钻孔编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
开孔距巷道中心线（m）
+1.6
+0.8
0
-0.8
-1.6
-1.6
-0.8
0
+0.8
+1.6
偏角（°）
+10
+5
0
-5
-10
-11
-6
0
+6
+11
倾角（°）
-6
-6
-6
-6
-6
-3
-3
-3
-3
-3
孔深（m）
32
32
32
32
32
28
28
28
28
28
钻孔编号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
开孔距巷道中心线（m）
+1.6
+0.8
0
-0.8
-1.6
-1.6
-0.8
0
+0.8
+1.6
偏角（°）
+13
+7
0
-7
-13
-15
-8
0
+8
+15
倾角（°）
-1
-1
-1
-1
-1
2
2
2
2
2
孔深（m）
24
24
24
24
24
21
21
21
21
21
钻孔编号
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
开孔距巷道中心线（m）
+1.6
+0.8
0
-0.8
-1.6
-1.6
-0.8
0
+0.8
+1.6
偏角（°）
+18
+9
0
-9
-18
-23
-12
0
+12
+23
倾角（°）
7
7
7
7
7
14
14
14
14
14
孔深（m）
17
17
17
17
17
14
14
14
14
14
钻孔编号
31
32
33
34
35
36
37
38
开孔距巷道中心线（m）
+1.6
+0.8
0
-0.8
-1.6
-0.8
0
+0.8
偏角（°）
+31
+17
0
-17
-31
-22
0
+22
倾角（°）
26
26
26
26
26
39
39
39
孔深（m）
11
11
11
11
11
8
8
8
注：
1）、开孔距巷道中心线：
巷道掘进方向左为“＋”，右为“－”；
2）、偏角为钻孔方向与巷道中心线夹角，左为“＋”，右为“－”。
排放钻孔在揭煤之前应当保持自然排放状态。
第二节、防突效果检验
（一）、防突措施钻孔工程全部施工完成后，由施工单位和兴安矿防突小组共同检查钻孔是否达到设计要求和满足有关的规定、标准等，并了解、收集工作面及实施措施的相关情况、突出预兆等（包括喷孔、卡钻、顶钻等），以此作为措施检验报告的内容一部分，用于综合分析、判定；
（二）、钻孔排放瓦斯30天后，对各项指标进行测定。
采用压力指标和瓦斯解吸指标综合指标法进行防突效果验证。
1、钻屑瓦斯解吸指标测定
由工作面向煤层适当位置至少打5个检验钻孔（见石门揭煤工作面钻屑瓦斯解吸指标法检验钻孔布置图），分别位于石门的上部、中部、下部和两侧，钻孔必须打穿煤层。
在钻孔进到煤层时每钻进1m采集一次孔口排出的颗粒1-3mm的煤屑，测定其瓦斯解吸指标K1或△h2值。
钻屑瓦斯解吸指标法进行突出危险性预测参考临界值表
煤样
△h2指标临界值/Pa
k1指标临界值/
干煤样
200
0.5
湿煤样
160
0.4
2、压力指标测定，工作面全部钻孔采用注浆法封堵，封孔长度不小于2000mm，然后利用解吸指标法检验钻孔布置图的1#、2#、3#钻孔进行测压判定。
石门揭煤工作面钻屑瓦斯解吸指标法检验钻孔布置示意图
如果以上所有实测的瓦斯压力和瓦斯解吸指标值均小于临界值，并且未发现其它如夹钻、喷孔等异常情况，则该措施有效，在采取安全防护措施的条件下，待工作面掘至最后一炮揭开煤层位置时，再进行最后验证。
反之，只要有一项指标超过临界值，则措施无效，应采取补充措施继续排放。
第三节、排放钻孔补充措施
当超前钻孔措施效果检验无效时，采取补充防突措施。
补充防突措施为在上下两排钻孔每两个排放钻孔之间增打18个排放钻孔，钻孔深度穿过煤层全厚1m。
同时将原来排放钻孔再打开继续排放。
补充排放钻孔（详见补充排放钻孔平面布置图，剖、断面图）
表3补充钻孔参数一览表
钻孔编号
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
偏角（°）
9
+6
+3
-3
-6
-9
-11
-7
-4
4
7
11
倾角（°）
-2
-2
-2
-2
-2
-2
4
4
4
4
4
4
孔深（m）
26
26
26
26
26
26
19
19
19
19
19
19
钻孔编号
51
52
53
54
55
56
偏角（°）
13
8
5
-5
-8
-13
倾角（°）
20
20
20
20
20
20
孔深（m）
12
12
12
12
12
12
补充效果检验：
补充措施钻孔施工完成后，由施工单位和兴安矿防突小组共同检查钻孔是否达到设计要求和满足有关的规章、标准等，并了解、收集工作面及实施措施的相关情况、突出预兆等（包括喷孔、卡钻、顶钻等），以此作为措施检验报告的内容一部分，用于综合分析、判定。
补充钻孔排放瓦斯15天后，对各项指标再进行测定。
采用压力指标和瓦斯解吸指标综合指标法进行补充效果验证（方法步骤同第二节）。
如果以上所有实测的瓦斯压力和瓦斯解吸指标值均小于临界值，并且未发现其它如夹钻、喷孔等异常情况，则该补充措施有效，在采取安全防护措施的条件下，待工作面掘至最后一炮揭开煤层位置时，再进行最后验证。
反之，只要有一项指标超过临界值，则措施无效，应继续增加排放钻孔进行排放，或采取其他防突措施，直至各项指标降到临界值以下为止。
第六章、措施效果验证
当经工作面预测或措施效果检验为无突出危险工作面时，可采取边掘边探的方法向前施工，随时掌握工作面距煤层的位置。
当掘进至远距离爆破揭穿煤层前的工作面位置时，再采取用工作面预测的方法进行最后验证。
若经验证仍无突出危险工作面时，则在采取在安全防护措施的条件下采用远距离爆破一次性揭开煤层；否则，必须采取工作面防突措施或补充防突措施。
第七章、安全防护及组织管理措施
第一节、安全防护措施
1、所有入井人员必须佩带隔离式自救器并熟悉其性能和使用方法。
2、石门揭穿突出煤层必须采取远距离爆破措施。
远距离爆破时，放炮地点必须设在进风侧反向风门之外的全风压通风的新鲜风流中或避难所内，放炮地点距工作面的距离不得小于1000m；远距离爆破时，回风系统必须停电、撤人并设警戒。
第一次揭开突出煤层放炮时，必须在24小时后，并且回风系统瓦斯无异常现象的情况下，人员方可进入工作面。
待煤层揭开后，每次放炮后必须等待不少于30min，人员方可进入工作面检查。
3、在四水平入风井底弯道处必须设置避难所，避难所应当符合下列要求：
（1）、避难所设置向外开启的单扇隔离门，门轴设置工作面侧，隔离门标准按照反向风门的标准安设。
室内净高不低于2m，深度满足扩散通风的要求，至少满足60人避难，且每人不得少于0.5㎡.并设有与矿（井）调度室直通的电话。
（2）、避难所内放置足量饮用水、食品等，安设供给空气的设施，每人的供风量不得小于0.3m3/min.
（3）、避难所内应根据设计的最多避难人数配备足够数量的隔离式自救器。
4、当石门掘进超过500m时，必须在距工作面不超过100m的范围内设置工作面避难所。
工作面避难所应当满足工作面最多作业人数的避难要求，其他要求与采区避难所相同。
工作面避难所可利用打钻硐室改造。
5、压风自救设置个数应满足工作面最多人员需要，且每人压缩空气供给量不得小于0.1m3/min，压风自救装置用6分管与压风管连接，一组距工作面距离不得大于40m，若工作面巷道距离较长，每隔50m设置一组压风自救系统，每组压风自救系统可供5-8人使用。
在放炮地点及各个警戒位置各设置一组压风自救系统。
压风自救主阀门处于打开状态，自救袋内阀门处于关闭状态，施工前检查压风如没有或不稳定时禁止作业。
6、当石门揭穿突出煤层时，必须在工作面进风侧设置2道牢固可靠的反向风门以控制突出时瓦斯能沿回风道流入回风系统，风门之间的距离不得小于4m。
距工作面的距离不得小于70m,距工作面回风巷不得小于10m，反向风门由掘进队负责看管，保证放炮时能够正常使用。
工作面放炮和无人时反向风门必须关闭，通过反向风门墙垛的风筒、水沟等，必须设有逆向隔断装置。
放炮后，人员进入工作面时必须把反向风门打开、顶牢。
反向风门的设置：
一组反向风门由两道反向风门组成，两风门距离不得小于４m，风门墙垛可用砖、料石或混凝土砌筑，嵌入巷道周边岩石深度不得小于0.2m，墙垛厚度不得小于0.8m，门框和门采用坚实的木质结构和钢结构，木质风门门框厚度不得小于100mm，木质风门厚度不得小于50mm；煤巷构筑反向风门时，风门墙体四周必须掏槽，掏槽深度见硬帮硬底后，再进入实体煤的深度不得小于0.5m，砌碹巷道必须破碹接实帮实顶。
1—木质带铁皮的风门；2—砖墙；3—铁风筒；4—胶皮风筒；
5—防止瓦斯逆流铁板；6—防止瓦斯逆流铁板立轴；7—定位圈；8—局部通风机；
B1—正常通风时防止瓦斯逆流铁板位置；B2—突然逆风时防止瓦斯逆流铁板位置。
反向风门和防逆流装置
第二节、组织管理措施
6.1、防突钻孔施工的安全技术措施：
所有防突措施规定施工的钻孔由钻机队负责按设计要求组织施工，施工后由兴安矿通风区防突部门进行验收。
1、防突措施规定施工的钻孔参数必须严格按照设计参数施工，不得随意更改；
2、井下打钻地点设电话。
3、打钻作业前，现场施工人员必须严格执行敲帮问顶制度，密切观察巷道顶板状
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