采空区施工专项安全技术措施方案.docx

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采空区施工专项安全技术措施方案

整体解决方案系列

采空区施工专项安全技术措施

（标准、完整、实用、可修改）

编号：

FS-QG-49020

采空区施工专项安全技术措施

Specialsafetytechnicalmeasuresforgoafconstruction

说明：

为明确各负责人职责，充分调用工作积极性，使人员队伍与目标管理科学化、制度化、规范化，特此制定

　　第一节编制说明及依据

　　一、编制说明

　　神东矿区活鸡兔井（一期）生态环境综合治理工程（二区）剥挖工程一标段开采范围内存在有大量采空区。

为了保证采剥安全，并保障员工在生产作业过程中的人身安全，结合采空区实际情况及近期采空区作业现状，特制定本标段采空区安全专项治理方案。

　　二、编制依据

　　1、项目设计方案及施工设计图纸;

　　2、《煤矿安全规程》及其它相关依据性文件，现行的法律法规、规范等;

　　3、《中华人民共和国矿山生产法》（1992年5月7日）;

　　4、《中华人民共和国矿山生产法实施条例》（1996年10月11日）;

　　5、《煤炭工业露天矿设计规范》（GB20197-2005）;

　　6、《中华人民共和国煤炭法》（1996年8月29日）;

　　7、《中华人民共和国劳动法》（1994年7月第八界全国人大常委会第八次会议通过）;

　　8、《中华人民共和国职业病防治法》（20xx年10月27日第九届全国人大常委会第二十会议通过）;

　　9、神木县政府有关文件及建设单位相关文件;

　　第二节采空区管理组织机构及职责

　　为采空区施工、治理安全，确保施工质量、工期，我公司项目部特成立了采空区作业安全管理机构。

　　一、采空区作业安全管理小组

　　为了贯彻落实采空区安全治理方案，保障安全生产及员工生产作业期间的人身安全，成立采空区作业安全管理小组，各成员如下:

　　组长:

高军伟

　　副组长:

申喜军蔡龙兴李刚

　　成员:

生产技术办安管办各生产区队。

　　二、安全管理小组成员岗位及部门职责

　　组长:

负责采空区作业的全面管理。

　　副组长:

对采空区作业的实施方案的科学性、合理性进行把关，协助组长进行全面管理。

　　生产技术办:

负责采空区安全治理方案的日常执行管理工作，协助日常监督工作，负责本方案的制定、修改及完善工作。

　　安管办:

负责监督本方案的落实情况，及时制止生产中存在的不安全行为，并对本方案提出安全生产的意见和建议。

　　各生产区队:

负责组织本队员工认真学习本安全治理方案，并在生产中严格执行。

　　采空区管理是活鸡兔井安全生产管理中极为重要的部分，要求各个岗位、部门在采空区作业过程中严格执行以下管理措施:

　　第一，在采空区作业以前，必须将本实施方案传达贯彻到每一位员工，使每位员工学习掌握，经培训考试合格后方可上岗作业。

　　第二，必须严格按照岗位职责办事，无论哪一级人员，不得更改既定的措施。

　　第三，在采空区作业过程中，所有环节执行“三不作业”原则，即:

前一环节措施未落实不作业，本环节措施不明确不作业，遇见突发隐患不作业。

一定要严格按照既定的应急响应程序执行。

　　第三节采空区作业安全隐患分析

　　经风险评估，该工程采空区作业主要存在以下安全隐患:

　　一、顶板垮塌陷落造成人员伤亡、设备损坏

　　在空巷上方作业时，作业的设备有钻机、液压挖掘机、自卸汽车以及其他辅助设备及操作人员，所以空巷顶板一旦塌陷，容易造成人员伤亡或设备损坏。

　　二、煤炭自燃可能引发火灾

　　空巷在未露天开采前是密闭的，露天开采后和外界空气连通，可能引起煤炭自燃，进而引发采区内火灾。

　　三、老采空区内有可能存在高温区或在开采过程中产生高温区，从而在爆破装药时引发意外。

　　四、采空区内积水

　　从设计及勘探资料来观察，采空区巷道内低凹处有近1m深的积水，工作面推进方向与煤层倾向一致，造成人员伤亡和设备损坏可能性较小。

　　五、采空区有害气体

　　空巷在未露天开采前是密闭的，露天开采后和外界空气连通，可能引起煤炭自燃、伴有气体、烟雾冒出、对人体造成伤害。

　　针对上述安全隐患，制定本治理方案。

　　第四节采空区施工方案

　　为施工安全，提高效率，减少困难，降低危害，确保钻机、挖机等大型机械、设备安全进入工作面进行施工作业。

我们所采用的方法是，按露天台阶开采方式循环渐进。

其主要工艺是:

首先探清地下采空区的形状和确定采空区顶板台阶的最小安全厚度，再根据最小安全厚度和施工大型机械、设备确定末台阶高度和根据其他因素选择其余爆破参数，然后进行剥挖。

　　实践证明，只要探明了地下采空区的形状，确定末台阶的最小安全厚度，有适宜的钻孔设备，选用合理的爆破参数和采剥工艺，地下采空区顶板岩体可以用露天开采方法来剥挖。

保证正常台阶剥挖过渡到末台阶时，能有效地剥挖采空区顶板上全部岩体，同时也证明:

　　1、地震CT技术探测采空区形状和体积误差小，基本上能反映地下采空区的实际情况。

　　2、可以采用厚跨比估算法和普氏拱理论估算法来确定采空区末台阶的最小安全厚度，而且适用可靠。

　　3、采剥末台阶岩体的爆破参数确定合理，工艺先进。

　　一、末台阶最小安全厚度的确定

　　在采空区顶板岩体中，最后采剥的台阶，称之为末台阶，它在人员和施工机械、设备等的作用下，不发生塌陷破坏的最小厚度称为末台阶最小安全厚度。

在采空区剥挖施工过程中，随着按露天台阶开采进行，施工台阶越来越接近采空区，即采空区顶板岩体的厚度越来越薄。

当厚度小于一定数据时，就会发生塌陷，造成设备和人员安全事故。

末台阶的最小安全厚度是保证施工作业人员和机械、设备的安全和有效地开采全部采空区顶板岩体的关键。

　　1、厚跨比估算法

　　当采空区顶板为完整顶板时，其顶板的厚度H与其跨越采空区的跨度W之比满足:

H/KW≥0.5，则认为顶板是安全的。

　　式中:

K--安全系数，取1.3）;

　　H--顶板厚度，m;

　　W--采空区巷道的跨度，最大取8m;

　　得出顶板安全厚度H为5.2m.

　　2、普氏拱理论估算法

　　采空区未坍塌时，处于自然平衡状态，如岩石发生变形与位移形成压力拱，其拱高为:

　　H=b+h×tan（45-φ/2）

　　式中:

H---压力拱拱高，m;

　　φ---岩石内摩擦角，（取均值28.02）;

　　b---空场宽度之半，取4m;

　　h---空场最大高度，取9m（活井1-2煤层最大厚度为9m）;

　　---岩石强度系数，（保守取法）取Ⅵ:

1.5~Ⅵa:

2;

　　普氏压力拱理论计算的基本前提是硐室上方的岩石能够形成自然压力拱，这就要求硐室上方有足够的厚度且有相当稳定的岩体，以承受岩体自重和其上的荷载。

因此，计算出压力拱拱高H之后，还要加上一定的稳定岩层厚度才为最终的安全顶板厚度。

本计算中取稳定岩层厚度等于压力拱拱高，则顶板安全厚度为压力拱拱高的2倍。

我们取末台阶的最小安全厚度即最小安全厚度为2H=2×6.27=12.54m。

　　通过上述两种计算和分析，我们确定施工末台阶最小安全厚度为12.54m。

另外，这一厚度参考工程经验比法也相近。

　　影响露天采场下采空区顶板安全厚度的因素很多，除岩体本身的强度等内在因素外，还有诸如爆破震动及地表雨水浸蚀等外在因素。

这些因素相互干扰，复杂多变，构成了确定顶板安全厚度的众多不确定性。

因此，具体仍要根据实际情况及时制定切实的工艺、措施。

　　二、施工工艺

　　采空区末台阶的剥挖，采用KY-250B型钻机穿孔，钻头直径d=125mm。

炮孔平面呈三角形布置。

为了确认采空区顶板的实际位置，保证△h（炮孔孔底距采空区顶板的合理高度）的精度，获得好的爆破效果，在平面上每隔一定距离布置一个穿透末台阶剥挖层的探测孔。

采空区形状复杂和采空区边界不明确处适当加密探测孔。

探测孔同时又是爆破孔。

探测孔和其它穿透末台阶采剥层的炮孔，装药前用铁丝悬吊木塞堵住孔底口。

然后在孔内木塞上方填3m砂子或岩粉和细小碎石。

炮孔堵塞物为钻孔矿岩粉。

当矿岩粉不够时用细砂或细小碎石堵塞。

采用复式导爆索传爆，导爆管起爆，排间微差间隔时间为25ms。

大型挖机挖装，挖装时若遇到原采空区内矿柱，采用QZ-100K简易钻机处理。

穿孔时，当孔位遇到浮碴不能正常穿孔时，用黄泥加少量石灰和水护孔。

　　1、爆破参数的确定

　　采空区末台阶采用多排孔微差爆破。

爆破参数的确定程序是，先确定最小的炮孔堵塞长度l、炸药单耗q、炮孔孔底距采空区顶板的合

　　理高度△h和孔距a、排距b。

（1）、最小炮孔堵塞长度l=20d。

最小而可靠的炮孔堵塞长度能充分利用炮孔空间多装炸药，扩大孔网参数，充分利用爆炸能量改善台阶上部岩石的破碎质量。

（2）、炸药单耗按q=0.60~0.65kg/m3。

　　（3）、孔底到采空区顶板的合理高度△h是直接影响末台阶回采的关键参数之一。

实际爆破设计中，取△h=3m。

　　（4）、炮孔孔距a=10~12m，爆破中取a=11m。

　　（5）、通过计算，炮孔排距b=4m。

爆破设计布孔时，在采空区末台阶下盘没有采空的情况下，应考虑炮孔超深1.0~1.8m。

爆破自由面处无采空区时，第一排孔的最小抵抗线W，根据爆堆坍散距离与岩石移动速度而定。

依挖机作业要求，爆堆坍散距离宜控制在30~35m。

前排孔的堵塞长度一般等于最小抵抗线W。

　　2、剥离、采装和运排

　　具体执行该工程《施工组织设计》中的施工组织与设计部分。

　　第五节采空区安全隐患预防及处理措施

　　一、采空区范围的确定

　　1.根据设计图纸，由生产技术办定出采空区范围，采剥队现场做好安全标志。

　　2.穿爆队用钻机在煤顶及上一层台阶，即1140.7台阶采空区范围线外侧打两排间距为3×12m的探测孔，深度要求见煤后再下探4m，如打钻后仍有采空区存在，继续按照此办法向前延伸。

直至准确控制采空区范围。

　　二、对顶板垮塌的预防和处理。

　　首先将原有井下全部巷道及采空区的位置、范围以及探测到新的采空区及时反映在采剥平面图等图上，进行井上下严格对照，并在现场进行测量标定，设置警示牌示警。

　　其次，将本安全治理方案以及相应的施工组织措施，由煤矿组织相关人员进行培训，保证相关人员对存在的危险源和既定的安全治理方案全面掌握，能够严格按作业规程、安全治理方案进行作业，对异常情况应制定应急预案。

　　再次，生产技术办要对生产作业情况定期进行核查，发现异常及时进行处理;一旦出现突发事件，按照《活鸡兔井综合应急预案》的相应规定执行，并且应根据异常情况与突发事件完善、优化、修改、补充相应的应急预案。

　　另外，采空区作业必须实行专项负责制，现场要指派专人作为作业负责人。

　　三、煤遇空气后发生自燃火灾的预防和处理。

　　采空区煤层揭露后很容易自燃，为了保证生产，杜绝自燃火灾事故，要严格控制煤顶出露面积。

采空区每次爆破量不宜过大，每次爆破后采剥队要及时组织设备进行装运清理作业。

一旦发生自燃火灾，应根据实际情况采用以下三种方法处理:

　　1.水浇灭法

　　利用采场内部防排水系统所汇集的水作为消防水源，设立泵站并在采场内建立一套送水管路网路，用消防水枪向火区喷洒注水、通过钻孔注水或采用大型洒水车直接把水喷洒到火区，使火区降温熄火。

　　2.沙土覆盖法

　　用汽车或铲车装运细碎的沙土、黄土等物料覆盖在火区上，使火区的供氧通风受到抑制，最终使火区火源缓慢的窒息。

　　3.隔离灭火法

　　火势较大，燃烧速度较快时，需挖隔离带，然后将火点用挖机勺斗压实薄埋一层黄土，洒水降温，直至火源熄灭。

　　四、高温隐患的预防和处理

　　采用测温仪测量温度，然后采取相应降温措施、办法消除高温隐患。

　　五、对采空区积水的预防和处理

　　采空区内积水不多，且工作面推进方向与倾向一致，造成人员伤亡和设备损坏可能性较小。

在低凹处依积水量情况布置相应数量水泵将水排出坑外即可。

汛期在采空区巷道口做防洪堤，以免洪水涌入采空区。

　　六、对采空区有害气体的预防和处理

　　1.在预定区域施工前，先用潜孔钻对施工区域进行打孔钻探，并用温度计测试孔内温度，发现有明火的钻孔或孔内温度在40℃以上的高温孔，必须先采取灭火、降温措施。

　　2.对每个钻孔，矿用多功能气体检测仪对钻孔内的气体年度进行检测，若气体浓度值过高，则要停止挖掘或爆破作业，先用自然扩散法降低施工区域范围煤层或采空区内气体浓度，从而降低气体压力，防止其突然涌出。

　　3.对发现有害气体浓度较高的区域或地点，可采用减小（加密）钻孔间距，加大排气通道数量，使下面煤层或采空区内集聚的有毒有害气体能够快速扩散，以降低其浓度。

　　4.在钻孔（探孔）施工过程中，施工人员要处于风头上方（上风头），以避免有害气体中毒事故发生，安全员、瓦检员要随施工人员一起在施工现场，并不间断对施工作业区域10m内的空气中有害气体浓度进行检测，发现危险情况，及时报警，并指挥现场人员快速撤离到安全地点，严禁冒险违章作业。

　　5.若发现施工区域内有害气体浓度过高，用打孔自然扩散的方法无法尽快排散降低气体浓度，则要安装移动式瓦斯抽放泵来抽放煤层或采空区内的有毒有害气体，为安全施工创造条件。

　　6.对发现的高温区，要先采取打孔注水灭火降温的方法，以降低内部温度，而后进行气体检测和气体排放工作。

　　7.施工过程中必须坚持“有挖必探、先探后挖”的原则。

　　8.严禁在以探明的高温、高气体浓度的危险区域采用挖掘机直接剥挖的作业方式，以防气体突然涌出发生人员中毒事故，或发生气体爆炸事故而威胁人员安全。

　　9.煤层剥挖施工作业过程中，带班队（组）长、安检员、瓦检员必须现场跟班作业，随时观测施工现场的安全情况、发现危险、及时撤人，坚决保证施工人员安全。

　　第六节采空区作业的具体操作措施

　　一、穿孔作业

　　1.1140.7台阶高度按12m留设，穿孔至煤顶，如遇空巷，应在两孔之间补孔、孔深小于空巷处岩石层高度1.5m。

　　2.1140.7台阶穿孔作业时应配备指定的安全管理人员，若遇特殊情况必须制定相应的安全技术措施。

　　3.操作人员应站在填实的地方。

　　4.设备发生故障时转移到采空区外维修。

　　5.发现任何不安全隐患，操作人员应立即停止作业，撤离至安全地点待命，及时向带班队长汇报，由带班队长向安全管理小组汇报。

　　二、爆破作业

　　1.爆破全部采用乳化炸药，不得和其他炸药混用。

　　2.当班作业人员的配备由带班队长亲自组织。

　　3.装药速度要快。

　　4.可适当加大炸药单耗，确保采空区岩层垮塌。

　　5.装药前对每个孔测温。

建立专门的测温记录，记录清楚每个孔内的温度、记录人等，确定孔内温度在60℃以下，方可装药。

　　6.放炮前的正掌子面警戒距离必须满足煤矿安全规程第五百六十六条规定的1.5倍。

　　7.起爆后按规定程序检查炮区。

　　8.运送炸药时车辆必须停在爆后的实体上或采空区外，人工将炸药搬到炮区。

　　9.高温孔爆破注意事项

（1）凡是在老空巷区、煤及半煤岩等温度异常的区域爆破时，装药前必须仔细检查各炮孔内温度，对于有明火及高温孔（高于60℃），必须经过灭火降温处理，温度降至60℃以下采取措施后方可装药爆破，否则严禁装药。

（2）检查孔温及操作方法

　　a.仪器检测法。

用红外线测温仪检查孔内温度，操作人员应距炮孔3m以外，详细记录检查结果，对超温孔应插上标志。

　　b.高温孔可采用灌水降温方式，如无法处理，不得装药，按废孔处理。

　　c.高温孔经降温处理检查合格后按下列顺序操作

　　①复查孔深，配好各孔药量，把药包摆在炮孔旁;

　　②装药前先派出警戒哨，应先布置好警戒线。

　　③首先将各炮孔起爆器材连接好;先装填温度正常的炮孔，同时撤出一切不用的器材;

　　④预备起爆信号发出后，起爆人做好起爆的一切准备;所有装药人同时装填高温孔，炮区负责人随后检查。

　　⑤装药人全部撤离炮区并躲到安全地点后，立即起爆。

　　d.装填高温孔注意事项

　　①按两人装一个炮孔安排装药人数，无关人员不得进入炮区。

　　②尽可能减少一次爆破高温孔的数量，视现场情况，可采取分次起爆方式。

　　③装药发生卡堵不宜处理。

　　④装药顺序为炸药→起爆器材，正向起爆法。

　　⑤采用整装药，少充填;禁止使用散炸药。

　　⑥装药人在装填完毕自己负责的炮孔时应迅速撤离，不得再靠近已装填完毕的高温孔或他人负责装填的炮孔。

　　⑦高温孔装填操作总时间不得超过10分钟。

　　⑧高温孔不得进行扩壶作业。

　　e.高温孔的起爆器材应采用导爆索并将炸药隔热包装。

　　三、采装作业

　　1.采空区范围内使用液压挖掘机采装，台阶高度均按设计高度12m留设。

　　2.1142台阶爆破后采剥队必须对空巷是否放塌进行确认。

必须在确定空巷放塌的情况下，才可进行采装作业。

　　3.在装运过程中，空巷煤层高温时要采取降温措施，用洒水车或沙土，根据实际情况使用。

　　4.采装过程中严禁所有人员在掌子面边缘下车、停留。

　　5.爆破后，掌子面边缘冒烟地段用沙子填实，控制火源。

　　6.采装过程中出现明火，应及时处理。

　　7.作业完毕设备不准在采空区停留，开到50m以外安全地点停放。

　　8.采空区巷道处理:

　　a）专人负责每一个巷道的处理。

　　b）采空区上部由360液压挖掘机处理，下挖3m，下部由装载机处理。

　　c）上部和下部不准同时作业。

　　d）装载设备视线不清时停止作业。

　　e）排弃的高温煤岩，必须当班覆盖处理完毕。

　　f）设备应根据风向及时调整作业地点（设备、人员应在上风向作业），防止有害气体伤人。

　　第七节采空区火灾扑救措施

　　1.项目部调度室是扑救火灾的指挥中心，接到汇报后，首先通知现场调度进入火灾现场，指挥施救工作，其次是组织其他人员和设备尽快赶到现场。

　　2.现场调度得到汇报或得到项目部调度的指令后，要马上进入现场，确定扑救方法，指挥现场的扑救工作。

　　3.消防车和洒水车司机接到现场调度或项目部调度的指令后，要选择最近的路线，以最快的速度赶到火灾现场。

　　4.其他人员，接到项目部调度的命令后，也要马上赶到现场，利用消防器材和设施进行灭火，直到火灾扑灭为止。

　　5.任何人员，无论是否接到指令，只要在现场发现火情，都应参加到扑救过程中去。

　　6.除使用消防车、水车外，坑下发生火灾，还可利用雨季集水坑内集水，用水泵进行灭火。

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