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1、成庄矿3号煤区域突出危险性预测及划分实施方案批准：参与会审人员：甲方项目负责人：刘文朝乙方项目负责人：王兆丰承担单位（签章）：河南理工大学编制单位（签章）：河南理工大学编制人：郝天轩 陈向军编制时间：2008年7月28日121、矿井概况成庄煤矿位于山西省晋城市，跨沁水县和泽州县。井田北与大阳井田邻接，南以寺河井田北界为界，东以煤层露头、长河最高洪水位及地方煤矿边界为界，西以潘庄井田东界为界。东西长约10.0km，南北宽约9.7 km；井田面积为74.3338km2，年产量为8000kt/a。井田构造形态主要为一走向北北东（北部）逐渐转折为北东向（南部），倾向北西的单斜构造。地层倾角为315，一
2、般不超过10。井田内褶曲发育，共有六组背、向斜，但背、向斜幅度不大，两翼平缓、开阔。井田内共有断层20余条，均为正断层，断层最大落差未超过30m。另外，建井及生产期间发现了一些小断层，这些小断层落差一般在26m之间。井田内陷落柱较多，从建井到现在共发现陷落柱30多个，几乎每个工作面都有，最多的一个工作面有6个，最少的工作面也有1个。矿井采用斜井石门开拓方式。初建有主斜井、副斜井，中央回风立井、排矸立井4个井筒。后因生产盘区改变和通风需要，新建了南翼措施井、2号进风立井、2号回风立井、3号进风立井、3号回风立井五个井筒，目前共有9个井筒，其中6个进风井，3个回风井。矿井现开采3号煤层，采用走向长
3、壁综合机械化放顶煤采煤方法，工作面走向长1800-3000m，面长180-200m；掘进工艺以综掘为主，普掘为辅。现矿井布置有3个综放工作面和8个煤巷掘进工作面（双巷掘进）。矿井3号煤层采取单水平开采，水平标高+640m。全井田共划分五个盘区，其中，东翼布置一盘区（目前已开采完毕），西翼布置二、三、四、五盘区（二、三、四盘区正在回采，五盘区正在准备）。目前，成庄矿局部区域已进入瓦斯动力异常区域，瓦斯涌出量大，部分工作面具有发生煤与瓦斯突出的可能性。2005年8月，4220工作面发生了2次瓦斯动力现象，经实测该工作面软分层坚固性系数f值最低仅为0.2，瓦斯突出预测指标K1和S指标均超过防治煤与瓦
4、斯突出细则给定的指标临界值。4215巷、4220巷和4216正副巷掘进过程中，突出危险性预测指标K1和S测值约有75%超过临界值。由此可见，尽管成庄矿现有开采范围内没有发生过煤与瓦斯突出，但随着煤层开采深度的延伸，瓦斯含量和瓦斯压力的升高，3煤层在地质构造异常区和软煤发育区有可能具有发生煤与瓦斯突出的危险性。2、研究内容3号煤层地勘和生产期间的瓦斯、地质、生产原始资料收集；3号煤层生产区和开拓区瓦斯基本参数测试；3号煤层瓦斯含量主控因素及控制效应定量研究；3号煤层瓦斯地质单元划分及瓦斯含量分布规律研究；3号煤层瓦斯突出危险性分区分级区域预测；3号煤层瓦斯地质图修编。3、研究目的定量研究煤层瓦斯
5、含量主控因素、控制效应和瓦斯地质规律；合理划分煤层的瓦斯地质单元，深入掌握各地质单元的瓦斯含量分布规律；准确区域预测煤层瓦斯突出危险性，合理区划煤层的突出危险区、突出威胁区和不突出区，最终修编煤层瓦斯地质图。4、主要考核指标瓦斯基础参数测试执行AQ及MT相关技术标准；煤层突出危险性区域预测中，突出危险区预测准确率不低于70%，不突出区预测准确率达到100%；修编后的瓦斯地质图为彩色图，图中要标绘最新的煤层采掘工程、主要地质构造、钻孔、底板等高线、瓦斯含量等值线和突出危险区、突出威胁区、非突出区划分结果。5、试验地点成庄矿五盘区（5212正、副巷和四五联络巷）、二盘区（2233巷、2238副巷）
6、、四盘区（4222副巷、4105巷、4103巷、4217巷）。6、技术措施技术路线项目拟采用现场实测、实验室测试和理论分析相结合的方式进行研究，技术路线如下图示。图1 技术路线图对策措施（一）原始资料收集收集地勘期间和生产期间的煤层瓦斯含量（测试地点、埋藏深度、测值及成分分析）、瓦斯压力（测试地点、测试方法、测压孔深、封孔方式及最终稳定压力）、吸附常数（测试地点及测值）、孔隙率（测试地点及测值）等测定资料，统计分析采掘工作面瓦斯涌出量及其与地质构造的关系（必须统计的回采工作面有3309、2316、4308、4307和5303，统计工作面配风量、绝对瓦斯涌出量和工作面日推进度）；收集矿井瓦斯抽放
7、系统（抽放系统个数、抽放能力、抽放泵型号、抽放管型号）、抽放方式、钻孔布置、预抽时间、抽放浓度、抽放量；收集矿井地质勘探钻孔资料、煤层厚度、地质构造（断层、褶曲）和陷落柱）揭露情况、三维地震探测资料；收集矿井瓦斯动力现象发生情况，统计分析煤与瓦斯突出危险预测指标、瓦斯放散初速度、煤坚固性系数和煤破坏类型等的测值分布（测试单位、测试地点和测值），了解矿井瓦斯突出预测指标体系（预测方法及临界值、指标超标情况）、防突措施采取情况。（二）瓦斯基本参数测试根据现场条件和项目研究需要，在成庄矿补充测定煤层原始瓦斯压力、原始瓦斯含量、瓦斯吸附常数、比表面积、孔隙率、构造煤（非构造煤）孔径分布、坚固性系数、瓦
8、斯放散初速度和构造煤破坏类型等九个方面的瓦斯基本参数：煤层原始瓦斯压力测试方法：由于成庄煤矿均为煤巷，岩石巷道不具备测试瓦斯压力的条件，选用本煤层钻孔方式下的瓦斯压力自然恢复法测定，示意图见图2。条件要求：测压孔周边50m范围内不得有抽放孔和排放孔，且保证为原始煤体。封孔方式：采用胶圈粘液或水泥砂浆或粉煤灰黄泥等材料封孔。测压孔深度及孔径：测压孔深50m,孔径94mm。图2 测压钻孔示意图测试数量及地点：计划测压12个，其中，五盘区3个（5212副巷2000m处布置1个，四五联络巷1巷300m处布置1个，四五联络巷2巷500m处布置1个）；二盘区4个（2233巷600m处斜向前布置1个，223
9、8副巷600m处斜向前布置1个，2233巷200m处斜向东布置1个，2238副巷300m处斜向西布置1个）；四盘区5个（4103巷16号横贯向西80m处垂直煤壁布置1个，4222副巷680m处向西垂直于煤壁布置1个，4105巷16号横贯向西垂直于煤壁向北布置1个，4217巷680m处向东垂直于煤壁布置1个，4217巷300处向东垂直于煤壁布置1个）。（注：具体地点根据实际情况可略有改变）煤层原始瓦斯含量测试方法：采用井下钻屑解吸法测定，即：利用井下施工的抽放钻孔，在钻孔施工深度至20-30m时，孔口停止喷水，在孔口采集干煤屑测定煤样的现场瓦斯解吸量、实验室测试残存瓦斯量和推算的取样过程中损失瓦
10、斯量，最后根据煤样重量确定煤层原始瓦斯含量。条件要求：取样点应为原始煤体，不得受抽放孔和排放孔的影响，选用施工的第一个抽放钻孔测定。测试数量及地点：计划测定原始瓦斯含量20个，其中，五盘区4个（5212副巷2000m处布置1个，5212副巷2500m处布置1个，四五联络巷2巷500m处布置1个，四五联络巷2巷1000m处布置1个）；二盘区8个（2233巷600m处布置1个，2238副巷600m处布置1个，2233巷800m处布置1个，2238副巷800m处布置1个，2233巷1000m处布置1个，2238副巷1000m处布置1个，2233巷1200m处布置1个，2238副巷1200m处布置1个
11、）；四盘区8个（4103巷16号横贯向西80m处布置1个，4103巷16号横贯向西180m处布置1个，4222副巷680m处布置1个，4222副巷1000m处布置1个，4105巷16号横贯布置1个，4105巷16号横贯向西100m布置1个，4217巷680m处布置1个，4217巷1000m处布置1个）。（注：具体地点根据实际情况可略有改变）瓦斯吸附常数用途：用于测压地点煤层瓦斯含量计算。测试方式：现场取样，实验室测定。取样方法及取样重量：在测压钻孔附近采取，煤样重量不小于1000g。测定数量及地点：计划测定8组，其中，五盘区2个（5212副巷2000m处布置1个，四五联络巷2巷500m处布置1
12、个）；二盘区3个（2233巷600m处斜向前布置1个，2238副巷600m处斜向前布置1个，2238副巷300m处斜向西布置1个）；四盘区3个（4103巷16号横贯向西80m处垂直煤壁布置1个，4222副巷680m处向西垂直于煤壁布置1个，4217巷680处向东垂直于煤壁布置1个）。比表面积用途：主要用于分析突出危险区和非突出区的煤层微观结构的差异。测试方式：现场取样，实验室测定。取样方法及取样重量：在新鲜暴露煤壁采取，煤样重量不小于1000g。测定数量及地点：计划测定8组，其中，五盘区2组（5212副巷掘进面采取1组，四五联络巷2巷掘进面采取1组）；二盘区3组（2233巷掘进面采取1组，22
13、38副巷掘进面采取1组）；四盘区4组（4103巷掘进面采取1组，4105巷掘进面采取1组，4222副巷掘进面采取1组，4217巷掘进面采取1组）。孔隙率用途：用于测压地点煤层瓦斯含量计算以及分析突出危险区和非突出区的煤层孔隙率的差异。测试方式：现场取样，实验室测定。取样方法及取样重量：测压钻孔附近采取，煤样重量不小于1000g。测定数量及地点：计划测定8组，其中，五盘区2组（5212副巷2000m处布置1组，四五联络巷2巷500m处布置1组）；二盘区3组（2233巷600m处斜向前布置1组，2238副巷600m处斜向前布置1组，2238副巷300m处斜向西布置1组）；四盘区3组（4103巷16
14、号横贯向西80m处垂直煤壁布置1组，4222副巷680m处向西垂直于煤壁布置1组，4217巷680处向东垂直于煤壁布置1组）。构造煤（非构造煤）孔径分布用途：主要分析构造煤和非构造煤的孔隙结构及孔径差异，用于定性确定突出危险区和非突出区。测试方式：现场取样，实验室测定。取样方法及取样重量：在新鲜暴露煤壁采取，煤样重量不小于1000g。测定数量及地点：计划测定8组，其中，五盘区2组（四五联络巷2巷掘进面采取煤样，硬煤和软煤各一组）；二盘区4组（2233巷掘进面采取煤样，硬煤和软煤各一组，2238副巷掘进面采取煤样，硬煤和软煤各一组）；四盘区4组（4103巷掘进面采取煤样，硬煤和软煤各一组，421
15、7巷掘进面采取煤样，硬煤和软煤各一组）。坚固性系数用途：用于定量测试煤体硬度，是判定煤体突出危险性的指标之一。取样方法及取样重量：现场采样，采用“I”字型刻槽法在采掘工作面新鲜暴露煤壁上采集，刻槽前要清理煤壁浮煤，刻槽位置选在软分层，每个煤样重量不小于500g。条件要求：构造附近必须采集煤样；有软煤时，必须采集软煤煤样。测试方法：实验室落锤法测定。测试数量及地点：计划测定40组，其中，五盘区10组（四五联络巷2巷掘进面每隔100m采取一组）；二盘区15组（2233巷掘进面和2238副巷掘进面每隔100m采取一组）；四盘区15组（4103巷掘进面和4217巷掘进面每隔100m采取一组）。瓦斯放散初速度用途：用于定量测试煤体瓦斯放散速度，是判定煤体突出危险性的指标之一。取样方法及取样重量：现场采样，采用“I”字型刻槽法在采掘工作面新鲜暴露煤壁上采集，刻槽前要清理煤壁浮煤，刻槽位置选在软分层，每个煤样重量不小于50g。条件要求：构造附近必须采集煤样；有软煤时，必须采集软煤煤样。测试方法：实验室测定。测试数量及地点：计划测定40组，其中，五盘区10组（四五联络巷2巷掘进面每隔100m采取一组）；二盘区15组（2233巷掘进面和2238副巷掘进面每隔100m采取一组）；四盘区
