特大型矿井（精选8篇）
特大型矿井 篇1
摘要：随着特大型矿井煤矿规模化、机械化、集约化程度的大大提高, 产生的粉尘、瓦斯等有害物质较多, 对矿井灾害的控制力求通风系统简单、靠, 风量满足要求, 通过对谢桥煤矿通风系统合理性的成功研究, 对全国其特大型矿井具有一定的借鉴作用。
关键词：特大型,矿井通风系统,合理性
1 矿井概况
谢桥煤矿是一座设计生产能力400万吨/年, 服务年限为46a的特大型现代化矿井, 该矿于1983年12月26日开工兴建, 1997年5月14日正式投产。经近几年的改扩建, 矿井生产能力大幅提升, 井田范围东以F22断层与张北矿井为界, 南以谢桥向斜轴或17-1煤层-1000m底板等高线的地面投影线为界, 西至F5断层为刘庄矿为邻, 北以1煤层露头线为界。井田东西走向9.5Km, 倾斜宽4.3Km, 面积约41平方千米。
2 矿井通风系统确定方案
该矿采用立井单水平上下的分区开拓 (如图1) 。全矿井共划分为12个采区, 上山部分6个, 上山部分6个, 每个采区上山部分和下山部分各分为3个区段回采。上山部分年限为25a, 下山部分服务年限为21a, 在生产初期只有2个采区投入生产。
2.1 矿井通风方式
根据前述矿井的地质概况, 开拓方式及开采方法, 提出本矿井通风系统方案为:中央边界式、两翼对角式和分区对角式。表1为三者的优缺点及适用条件。
经过上表的技术比较, 考虑到本矿井为两个采区, 故两翼对角式和分区对角式差别不大的原因, 因此将分区对角式排除在外。
在剩下的方案一:中央边界式;方案二:两翼对角式中做经济比较。如表2所示。
从表2中可以看出中央边界式风流在井下的流动线路为折返式, 风流线路长, 阻力较大不适合现在的高产高效矿井。根据表2-2的经济比较, 方案二投资成本较低, 再加上本矿井煤尘有爆炸性等因素, 为了使每个采区互不影响, 所以综上述考虑采用两翼对角式更为合理。
2.2 采区通风方式
2.2.1 确定采区的通风方式并作技术比较
采区应该有足够的供风量, 并按需分配到各个采、掘工作面。为此采区通风系统就满足以下要求:
(1) 一个采区, 都必须布置回风巷, 实行分区通风。
(2) 采煤工作面和掘进工作面都应采用独立通风。
(3) 采煤工作面和掘进工作面的进风和回风, 都不得经过采空区和冒落区。
本矿井各采区都设置两条上山即运输机上山及轨道上山。为此采区通风方式有两种方案。
方案一、轨道上山进风, 运输机上山回风
方案二、运输机上山进风, 轨道上山回风
轨道上山进风, 新鲜风流不受煤炭释放的瓦斯、煤尘污染及放热影响, 轨道上山的绞车房易于通风;变电所设在两上山之间, 其回风口设置调节风窗, 利用两上山间的风压差通风。
输送机上山进风, 由于风流方向与运煤方向相反, 容易引起煤尘飞扬, 煤炭在运输过程中所释放的瓦斯, 可使进风流的瓦斯和煤尘浓度增大, 影响工作面的安全卫生条件;输送机上山设备所散发的热量, 使进风流温度升高。此外, 须在轨道上山的下部车场内安设风门。为此, 根据本矿井采区条件, 综合考虑采用轨道上山进风, 运输机上山回风比较合理, 通风管理相对较容易。
2.2.2 采煤工作面通风方式
确定采煤工作面的通风方式并作技术比较
工作面的回采顺序有前进式和后退式, 前进式与后退式相比, 回采时不用提前掘出回采巷道, 可以边采边掘, 但是回采巷道的上、下顺槽的维护费用多。并且新鲜风流首先通过采空区, 漏风严重, 且风流会带着采空区涌出的瓦斯进入工作面, 容易使瓦斯超限。煤层本身具有自然发火危险, 前进式通风使自然发火更加容易, 增加通风管理难度, 故考虑采用后退式回采顺序。
由于本矿井的准备巷道是二条上山, 故只能采用U型通风, 再加上本矿井的煤层倾角15°~18°, 属于中等, 并且本矿井相对瓦斯涌出量为11m3/t, 属于高瓦斯矿井, 由于瓦斯比空气轻, 为了减少在上隅角产生瓦斯积聚, 因此采用上行通风方式。
2.3 主要通风机工作方法
主要通风机的工作方式有抽出式、压入式和压抽混合式。详细比较见表3。
采区通风必须满足《煤矿安全规程》的规定。每一个生产水平和每一个采区, 都必须布置回风道, 实行分区通风。回采工作面和掘进工作面都应采用独立通风。对于煤层倾角大的回采工作面应采用上行通风。采煤工作面和掘进工作面的进风和回风, 都不得经过采空区和冒落区。
因考虑服务年限为46年故混合式不于考虑。
抽出式:主要通风机安设在回风井口, 在抽出式主要通风机的作用下, 整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。当主要通风机因故停止运转时, 井下风流的压力提高, 比较安全。
压入式:主要通风机安设在入风井口, 在压入式通风机的作用下, 整个矿井通风系统处在高于当地大气的正压状态。在冒落裂隙通达地面时, 压入式通风矿井采区的有害气体通过塌陷区向外停止漏出。当主要通风机运转时, 井下风流的压力降低。采用压入式通风时, 须在矿井总进风路线上设置若干通风构筑物, 使通风管理难度加大, 且漏风严重。
所以, 通过比较, 选择抽出式通风, 通风管理较容易, 安全可靠性好。
2.4 矿井通风系统
根据矿井的通风方式、采区通风方式和主要通风机的工作方法, 确定的矿井通风系统如图2所示。
3 结语
因该矿属特大型矿井, 产生的粉尘、瓦斯等有害物质较多, 力求通风系统简单、可靠, 风量要满足要求。该矿井通风系统自2008年11月实施以来, 通风系统风流稳定可靠, 通风阻力小, 风量大, 系统设计简单, 通风系统运行至今未出现任何问题, 随着煤矿机械化、集约化程度的大大提高, 对通风系统的要求也越来越高, 该矿通风系统的成功经验对全国其他矿井具有一定的借鉴作用。
参考文献
[1]王显政.煤矿安全新技术.北京:煤炭工业出版社, 2002.
[3]李学成.中国煤矿安全大全.北京:煤炭工业出版社, 1998.
[3]王永安, 李永怀.矿井通风.北京:煤炭工业出版社, 2005.
[4]杨大明.煤矿通风与安全技术.北京:煤炭工业出版社, 1989.
[5]张齐尧.煤矿安全管理学.成都:成都科技大学出版社, 1994.
[6]张国枢.通风安全学.徐州:中国矿业大学出版社, 2000.
特大型矿井 篇2
【字号大 中 小】 发布时间:2010-07-30 来源：中国能源信息网
日前，国家教育部组织了以中国工程院院士袁亮为组长的专家组，对中国矿业
大学“煤矿瓦斯与火灾防治”教育部重点实验室建设计划进行了论证，最终一致同意该实验室建设计划方案通过论证。
据悉，“煤矿瓦斯与火灾防治”教育部重点实验室是以1998年被原煤炭工业部批准的“矿业安全工程”国家煤炭工业重点实验室为基础，依托中国矿业大学安全工程学院“安全技术及工程”国家重点学科、“安全技术及工程“和”安全管理工程“博士点学科进行建设，紧紧围绕煤矿瓦斯与火灾防治领域关键基础科学问题，以遏制矿井重特大灾害事故，满足促进煤炭工业安全、高效、可持续发展的国家重大需求为主要研究目标，涉及矿业安全学、流体力学与流体机械、工程热物理、计算机科学与技术、矿井自动控制与监测、安全管理等学科领域，具有鲜明的矿业安全工程交叉学科特色。
该实验室已与美国肯塔基大学、密歇根理工大学、马里兰大学、加拿大阿尔伯塔大学、澳大利亚昆士兰大学、新南威尔士大学、俄罗斯莫斯科矿业大学、波兰西里西亚工业大学、英国诺丁汉大学、德国波鸿技术学院、澳大利亚联邦科学院等高等院校和研究机构建立了科学研究、学术交流和人才培养机制。实验室近期研究重点为深部瓦斯灾害综合防治理论、煤自燃机理及防治基础、通风系统安全性评价理论、煤岩动力灾害监测及预警理论等。
特大型矿井 篇3
1 应急管理体系建设
为切实加强对应急救援工作的领导,使应急救援工作有组织、有计划、有步骤的顺利进行,公司成立了应急救援工作领导小组,完善了14项应急管理制度,明确了分工与职责,确保了应急救援工作“有人抓、有人管、有人做”。
根据矿井危险源分布和突发事件的特点,认真总结经验和教训,完善和修订应急救援预案,明确了各单位的职责和分工,确保了预案的合理性和可操作性。
针对不同时期、不同特点,对矿井存在的隐患进行排查,由分管领导亲自抓,责任专业具体抓,排查有计划,整改有方案,安全措施有保障,通过排查和整治,最大限度地消除了各类灾害和事故隐患。
以危险源辨识和风险评估为基础,以风险预警防控为核心,以人员不安全行为及水、火、热、压、尘五大灾害隐患为重点,制定了安全预警机制,明确了安全预警标准和防控目标,对公司灾害危险源进行全面、系统的辨识和风险评估,对危险源产生的风险进行了预警并采取措施加以控制,提高了矿井的抗灾避灾能力。
除配置专业救护队伍外,公司成立了以技术骨干为主的快速反应、处置有力的应急救援队伍。对员工进行应急常识和业务知识及技能培训,确保在遇到突发事件时,能够在第一时间有组织、有安排地进行及时有效的应对处置。同时积极开展了应急救援演练工作,在演练中落实预案,增强应急处置能力,并在实践中不断完善预案。
2 应急救援指挥平台数字化
组建了应急指挥系统平台,接入以太网后能够对人员定位系统、通讯信息系统、安全监测系统等进行查看,安装了“三维全息化矿山”系统,实现了三维可视化,能模拟发生水、煤尘、高温等重大灾害事故时人员撤离路线,实现了应急指挥的信息化和科学化。
3 新技术新设备的应用
公司从德国引进了世界先进的移动式救援绞车,用作应急救援人员运输装置。自移式救援绞车的突出优点在于其高度的灵活性和随时可投入使用的快捷性。
绞车被安装在一个标准式的卡车底盘上。其尺寸和重量都在允许的限度范围内,因此,在具备特别通行证的情况下,车载绞车可以以80km的最大时速在公路上行驶,驶往任何一个目的地。绞车本身置于一个旋转平台上。通过一个伸缩起重臂,辅助罐或料斗可以被下放到井筒里,并可准确接近井筒中的预定位置。移动支架安装在坚固的底座上,对位于井筒前方的绞车起到稳定的作用。车载绞车也可以无需使用伸缩臂,而采用安装在井架上的固定天轮进行操作。罐笼罐高6185(mm),直径1200(mm),最大竖井深度:1100米,可承载人数为10人,净绳载荷达5吨/、速度1m/s,可用于井筒的实时救援。
4 结语
通过完善应急管理体系,应用应急救援指挥平台和应急救援绞车,实现了事故响应、救灾和应急管理的自动处理功能和事故救援过程中的信息共享,提高了矿井灾害事故应急处理能力,能够减少和降低事故发生时生命财产损失。
摘要：介绍了特大型矿井应急管理工作的探索与研究,强化职责、完善预案,在构建应急救援平台的基础上引进世界先进的应急救援绞车进行试验应用,极大地提高了应急救援的效率,为煤矿事故救援,减少生命财产损失,提供了有力的保障。
关键词：煤矿,应急管理,救援绞车
参考文献
特大型矿井 篇4
一、探索实践“安全自主管理模式”的必要性
随着矿井的开拓延伸巷道矿压显现明显，巷道变形量大，冲击地压危险显现，安全生产形势严峻。针对公司生产地质条件复杂，灾害种类多，重大危险源数量大、分布面广的客观实际，在总结分析建井以来安全管理经验的基础上，积极探索符合矿井安全生产规律、涵盖煤矿生产全过程的、能有效控制危险源的科学管理方法，创建安全自主管理模式，从而减少事故的发生是十分必要的。
二、推进“一个核心、六个保障体系”安全管理模式的实施
结合矿井安全管理现状，运用现代安全管理理论和方法，将安全管理诸要素以及现有各种安全法律、法规、文件、规章、制度、标准等，进行整合、变革，健全完善“一个核心、六个保障体系”，的安全自主管理模式。
1、确定“一个核心”
以危险源超前预控为核心，全面辨识、评价、超前预控矿井各类危险源，使之形不成隐患，使矿井生产始终处于本质安全状态。
为避免危险源形成隐患和事故，首先应控制（避开）其危险性，其次要杜绝触发因素。危险源超前预控是安全管理的核心要素，准确、全面识别危险源及其危险因素，进而对危险源开展科学合理的危险程度评价，确定安全管理重点，在危险源辨识及评价的基础上，建立起科学合理的安全管理流程、安全管理标准以及符合现场实际的安全作业程序、安全作业标准是安全管理的基础。根据危险源的不同，分别制定有针对性的整改措施，从源头上控制危险源，防止事故隐患的发生。
2、构建六个保障体系
1）、五级隐患排查治理和五薄管理体系
危险源的超前预控是预防隐患的形成，但是煤矿生产与大自然做斗争，有些自然隐患每时每刻都存在，隐患得不到有效治理，就会导致事故的发生。健全五级隐患排查治理体系，通过层层开展隐患治理，从岗位、班组、区队、专业到公司严格把好隐患治理关，将各类隐患消除在萌芽状态，杜绝隐患导致事故的发生。岗位隐患要求员工在工作前首先认真排查，然后进行治理，确保现场安全后方可从事生产工作，对岗位排查出的隐患要登记在现场隐患排查记录本上，便于其他班次岗位人员互相借鉴，防止同类隐患在其他班次造成事故。班组长对本班组施工地点的隐患在交接班后立即排查，排查从现场安全状况、支护情况、设备的完好状况、班组人员的精神状态、安全检测仪器的显示情况等进行排查，排查出的隐患必须指定专人进行整改，然后由安质员验收合格，隐患消除后方可组织生产，并将隐患排查治理登记在班组隐患排查记录本上，便于其他班次借鉴。区队隐患排查由区长主持，每周一召开一次隐患排查治理会，并形成会议纪要，对排查出的各类隐患建档立卡进行登记，并制定整改措施、指定专人进行整改，由安全副区长验收把关。对专业隐患由各专业副总组织每月排查一次，并形成会议纪要，对排查出的隐患制定整改措施，落实整改人员，由安监处和专业部室共同验收整改情况。矿井隐患由总工程师负责每月下旬组织各专业副总和部室主任进行排查，对排查出的隐患落实相关专业进行整改，并编制整改措施，由安监处组织验收整改情况，实行隐患排查、治理、验收、销号的闭合管理。
煤矿五薄管理体系是薄弱人物、薄弱地点、薄弱班次、薄弱时间、薄弱环节等五个方面的管理体系。对薄弱人物的管理严格按照区队、专业、公司三级进行排查，对排查出的薄弱人物不适宜下井的，一律安排在井上学习培训，工区要严格把关，杜绝薄弱人物下井工作；经过培训学习能够继续下井工作的薄弱人物可以安排其下井工作，但不得让其独立工作，应有班组长或经验丰富的老工人搭配工作；对薄弱人物工区必须采取班班排查、重点排查，安全副区长亲自抓的措施。薄弱地点是在矿井开采过程中出现的压力显现、涌水量增大、沿空送巷、长距离托顶煤掘进的薄弱地点；对薄弱地点安排管理人员进行巡查；对出现的隐患安排专人盯班。薄弱班次主要是中夜班，而中夜班生产组织繁忙，人的生物钟颠倒，人员容易疲乏，处理事故和应对紧急情况时反应慢；薄弱时间主要是中夜班的下半班，中夜班生产组织繁忙，尤其是临近交接班的时间，各工作面的施工工序都是收尾的环节，也是人员平行交叉作业最繁忙的时刻，更是人的精力最困乏的时刻；对薄弱班次薄弱时间的管理，严格要求现场安监员发挥把关收卡的作用，按程序监督组织生产，杜绝不按规程施工现象；薄弱环节是生产过程中易发生事故隐患的环节，有放炮的全过程、迎头切割后摘除危岩悬矸时的环节、工作面移架放顶和切割时片帮的环节、人车运行会车的环节、火工品运送存储的环节、通风构筑调整的环节等；对薄弱环节管理安排人员进行重点巡查、盯班，消除安全隐患。
2）、基层区队安全自治、员工自律保障体系
基层区队是矿井安全生产责任主体、安全措施执行主体、隐患排查治理主体，其行为直接影响现场安全。所有安全管理方法、安全技术措施、安全管理手段都要通过基层区队才能落到实处。基层区队的安全管理状况是矿井安全管理的集中体现。
一是建立健全基层区队各项安全管理制度和安全生产责任制。由基层区队自主制定区队内部管理人员下井、抓“三违”、带班、解决现场隐患等安全制度。进行安全隐患自查自纠，开展安全薄弱人物排查，扎实开展质量标准化和精品工程创建活动，全面实施精细化管理。
二是实施班组自治管理。班组是最基层的安全管理组织，是安全生产的前沿阵地，建立完善班组规章制度，班组长要切实履行本班组安全第一责任者责任，实施走动式管理和精细化管理，组织开展班前安全提醒、薄弱人员排查、安全联保互保等活动。做到班组成员之间互相提醒、互相帮助，增强班组成员的集体荣誉感和凝聚力，形成安全共同体，实现安全隐患的有效防控，把班组自我管理、自我创新、自我评估落到实处。
三是开展员工自律活动，充分发挥每一名员工安全工作潜能。抓好个人自我规范、自我学习、自我约束、自查隐患、自我保安等为主要内容的员工自律活动。突出员工个人的安全主体地位，注重调动员工的安全工作自觉性和主动性，以落实安全生产责任制、岗位隐患排查等为主要内容，以实现“三无”和“三不伤害”为目标，引导员工自觉执行手指口述安全确认，严格遵守各项安全法律法规，坚决做到先安全后生产，不安全不生产。
3）、安全绩效考核和安全质量奖惩体系
安全绩效考核是现代安全管理的重要组成部分，是确保各项安全管理制度、措施落实的必需保障，是提升现场工程质量，创造安全舒适的工作环境的必要手段。
构建安全绩效考核和安全质量奖惩体系要抓好以下几个关键：
一是深化对安全绩效考核认识。安全绩效考核是对全体员工安全业绩、安全技能、安全行为、安全意识的综合评价。安全绩效考核保障体系是一个严密的、开放的循环系统，其核心是对区队的安全管理进行综合评价，对超出安全考核指标的单位取消风险金奖励。其目的是不断促使区队加强员工的教育和管理，促使员工提高安全操作水平，促进区队安全管理水平的整体提高。安全绩效考核指标由三部分构成：员工的安全行为指标、区队隐患治理指标、安全事故方面的指标。
二是要严格考核程序。安监处考核各部门和各区队，区队考核班组，班组考核到每一个员工。
三是要健全考核制度，并妥善保存。记录是绩效考核的基础。记录的健全、完整、真实，可以保证绩效管理中绩效考核的真实、公平、有效。
四是深入挖掘绩效考核的成果应用，将考核结果广泛应用于标杆超越、工资增减、评先树优、末位淘汰等方面。深化示范化矿井建设和精品工程建设。
五是安全质量工资考核，发挥业务部室齐抓共管的作用。严把工程质量验收关，各专业依据本专业制定的考核办法，每旬检查验收一次，月底作出总结，按考核办法考核兑现。
4）、安全教育培训、手指口述安全确认保障体系
安全教育培训应以规避和控制人的不安全行为，凝练安全意识、强化安全技能、提升安全素质，实现员工行为的零缺点为目标。坚持全员一般培训与重点培训相结合，业余培训与脱产培训相结合，安全业务培训与新技术普及教育相结合。做到不同时期有不同重点，不同工种有不同内容，不同对象有不同方法，不同层次有不同要求。
手指口述安全确认程序是在煤矿系统全面推广的一种员工自我管理、自我规范的新方法。它通过操作者的心想、眼看、手指、口述四位一体的安全确认，达到安全提醒的作用，在操作中能够发现现场隐患，排除隐患，规范员工行为，杜绝随意操作和违章操作的发生，创建出本质安全的人。手指口述的要点是通过操作者右手小臂用力甩出带动上臂神经，刺激大脑系统，达到安全提醒的作用。该操作系统在公司开展两年来，员工的操作行为得到有效的控制，减少了违章现象。而每月一次的手指口述现场会，更是督促基层单位抓好员工手指口述的好载体，现场会采取抽签的方式召开，体现公平、公正的原则。
5）、安全监督监察保障体系
安全监督监察是推动和实施安全预控管理的主要力量。一是负责安全预控管理信息的接收、传递和处理；二是负责危险源控制措施管理；三是负责对现场落实规程措施的监督；四是负责各专业、各单位隐患排查治理的监督；五是负责组织对新工艺、新技术、新设备、新材料的危险源辨识评价，并参与制定预控措施，监督预控措施的实施效果。安全信息采集应用计算机网络，每天动态在井口大屏上滚动播出安全信息，提醒区队、职工及时掌握自己的安全绩效考核。
6）、安全技术保障体系
安全技术保障体系是与各保障体系相互衔接、相互统带的，成了专家组对危险源辨识及其控制措施进行动态补充、修改、完善；对日常工作中出现的问题进行分析总结，找出原因，提出解决方案，补充完善各保障体系文件及技术措施。
三结语
安全自主管理模式是在对新巨龙公司现有的安全管理方法基础上进行的完善，建立一套以煤矿危险源超前预控为核心、以落实六大保障体系为主要手段、以“建设本质安全型矿井”为目标的管理模式，是对煤矿安全管理方法的一种新的探索，研究完整的“新型矿井安全管理模式”，形成系统化、程序化、规范化和可操作性的煤矿安全标准化方法，为实现新巨龙公司长期稳定的安全生产奠定了理论。
摘要：介绍了安全自主管理模式在新巨龙公司的探索与研究过程,提出了以推进“矿井安全自主管理、创建本质安全型矿井”为目标,以全面落实各类安全管理制度为核心,“一个核心、六个保障体系”的安全自主管理模式。
特大水矿井井下供电技术研究 篇5
2005.8.7广东大兴煤矿发生特大透水事故, 造成井下123名工人遇难;2009.4.4黑龙江鸡西市金利煤矿发生透水事故, 12人遇难;这些事故再次用血的代价告诫人们, 矿井水害防治的重要性、艰巨性及紧迫感, 尤其是对特大水矿井, 水患就像一枚不定时的炸弹, 时时威胁着井下作业工人的人身安全和国家的财产。而安全、可靠的井下供电系统是确保井下正常排水、防治水害的重要一环。
2 水害分布
根据我国不同煤田的水文地质特征, 并考虑到矿井水对生产的危害程度, 可将我国煤矿主要划分为6个矿井水害区: (1) 华北石炭二叠纪煤田的岩溶—裂隙水水害区; (2) 华南晚二叠世煤田的岩溶水水害区; (3) 东北侏罗纪煤田的裂隙水水害区; (4) 西北侏罗纪煤田的裂隙水水害区; (5) 西藏—滇西中生代煤田的裂隙水水害区; (6) 台湾第三纪煤田的裂隙—孔隙水水害区。特别是华北和华南两区, 许多矿井在湖泊、河流等水体下进行作业, 水文地质条件极为复杂, 水害十分严重, 因此水害防治也显得尤其重要。
3 供电技术分析
我国在矿井水害防治方面, 已拥有了诸如疏干降压、注浆堵水、透水预测和探放水等比较成熟的技术和措施, 但对特大水矿井, 一套可靠的供电系统是井下作业工人人身安全的前提, 是治理水害和确保正常生产的根本保障。特大水等地质条件复杂矿井, 宜考虑井下检修设备时透水等事故发生的影响, 就井下供电系统而言, 以下几方面应引起我们从事矿井设计、生产及监管等相关部门的重视。
3.1 宜设置主供排水泵的井下水泵房专用变电所
矿井涌水量大, 应根据实际情况有重点的把防治水害放在关键位置, 井下短路等电气事故往往多发生在环境恶劣的采煤工作面、掘进工作面等, 经过调查发现, 该类事故经常会波及到为采面、掘进面供电的上级变电所, 但不能因采面等电气事故而影响到矿井的排水, 因此主供排水泵的水泵房专用变电所的设置就显得很有必要性, 水泵房专用变电所的设置能够有效避免其它事故对正常排水的影响。
3.2 地面变电所母线、井下水泵房变电所母线和下井电缆的协调配置
(1) 井下水泵房变电所下井电缆回路数不应少于2回, 并引自地面变电所不同母线段, 当任1回下井电缆故障时其余电缆应能保证该变电所全部负荷及部分备用水泵正常运行;每回下井电缆中途不应分接其它负荷, 以避免因其它设备故障而影响水泵房变电所的正常供电;同时下井电缆应按电压等级、特定环境下的持续载流量及经济电流密度选择, 用电压损失、热稳定、动稳定等进行校验。
(2) 地面变电所及井下水泵房变电所均宜采用单母线分段接线方式, 单母线分段接线方式中间环节少, 操作简单、安全, 供电可靠;在确保井下正常供电的基础上, 应适当增加下井电缆截面或备用下井电缆回路数, 一方面供电质量及可靠系数高, 另一方面正常运行经济节能。
(3) 虽然地面和井下母线故障几率很小, 但在矿井透水时母线一旦故障, 代价往往是惨重的, 因此对特大水矿井, 我们可考虑母线故障对矿井水害防治的影响。结合地面及井下母线分段数、下井电缆数, 应做到: (1) 地面1段母线故障时, 其余母线段及相应母线段上的下井电缆应保证井下水泵房变电所正常排水水泵及部分备用水泵正常运转。 (2) 井下1段母线故障时, 其余母线段及相应母线段上的下井电缆确保井下水泵房变电所正常排水水泵及部分备用泵可靠运转。
总之, 应做到地面变电所母线、井下水泵房变电所母线和下井电缆的协调配置。
3.3 适当增加井下排水泵房备用水泵及水泵房变电所水泵备用柜
矿井井下的计算正常涌水量和最大涌水量均为依据地质资料而进行的推算值, 而地质勘察具有偶然性和局限性, 推断值也往往反映的是勘查平均值, 再加上水包、河流、湖泊等其它不定因素, 矿井透水也就显得极具不确定性和偶然性。因此, 在保证满足勘查最大涌水排水的同时, 宜适当增加水泵备用台数, 以弥补地质勘探的不足和突发事件的发生。同时应做到当井下水泵房变电所一段母线故障时, 其它母线段上的水泵台数至少满足矿井计算最大涌水量的排水要求。
由于井下电气设备技术还不十分成熟, 保护比较简单, 再加上环境恶劣, 致使井下电气设备事故时有发生, 为解决透水时电气事故的发生, 建议适当增加为水泵供电的水泵备用柜数量, 当事故发生时, 能做到及时调整接线, 为排水争取时间。
3.4 选择合适的排水泵电机电压等级及启动方式
排水泵电机的供电电压及启动方式关系到水泵是否能够正常启动和正常运转, 特别是在透水事故发生时多台水泵的启动, 而水泵的电压等级及启动方式往往取决于水泵的大小。目前, 井下水泵供电电压等级主要有0.66 kV、1.14 kV、6 kV及10 kV;启动方式主要分直接启动和软启动, 而软启动分有级和无级2类, 其中有级软启动常见的有星/角变换软启动、电抗器软启动等, 无级软启动常见的有磁控软启动、晶闸管软启动及变频软启动。
对特大水矿井, 水泵往往比较大, 从几百千瓦到几千千瓦, 在同等条件下宜优先采用电压比较高的10k V或6k V供电, 电压越高电流越小, 启动越简单, 对电网冲击也越小, 同时运行经济。
对大功率水泵应进行启动电压损失校验, 以确定水泵启动方式。当启动条件允许时, 首选直接启动, 直接启动简单、安全可靠, 启动力矩大, 响应时间短, 启动速度快等。但直接启动也有缺点, 特别是对处于临界启动条件的水泵电机, 直接启动会使供电系统电压波动较大, 对水泵机械传动部件造成非正常的冲击力。
当直接启动时水泵电机端电压小于额定电压的75%或母线电压低于额定电压的8 5%时, 应采用软启动方式。传统的有级软启动启动方式简单、可靠、价格便宜, 但降压启动调节是有级的, 在启动时存在对电机二次电流的冲击, 无法实现恒流, 不能软停。以目前井下水泵用的比较多的电机定子串联固定电抗器启动的方法为例, 在电机的定子回路串入一定值的电抗, 既可限制住定子的启动电流, 也相当于降低了加在电机定子上的电压。在电机启动结束后, 再将电抗器短接, 由于电机启动时的电磁转矩与电机定子所加电压的平方成正比, 因此电抗器的电感不能选得太大, 必须选得使电机的启动转矩大于负载转矩, 同时还需留有一定的余量, 以免电网电压跌落以及其它扰动使电机启动失败。再者因电抗器参数是固定的, 启动电流无调节范围, 电抗器工作时输出电压为输入电压的65%~75%, 因此, 当用于对大容量水泵电机启动时, 供电线网及其它设备的冲击还是很大。
对于大容量水泵电机, 宜采用无级软启动, 尤其是技术成熟、集现代数字信号处理技术、计算机控制技术和电力电子技术于一体的晶闸管软启动装置, 晶闸管软启动装置具备软启动和软停车功能, 电机启动时, 电流能从零平滑上升到设定值, 减小了电网电压波动, 同时可消除骤然停机对某些设备的冲击与损坏等。
为了节约投资, 一些设计常常采用1台软启动装置拖动多台设备顺序启动, 但对特大水矿井的一类负荷——井下主排水泵, 不宜采用此种供电方式, 透水发生时, 一方面一但软启动装置故障, 将致使所带水泵均不能正常启动, 造成灾难性后果;再者, 多台水泵的顺序启动占用时间过长, 对逃生、营救及保证井下财产安全极其不利。
3.5 选择可靠的微机综合保护装置
选择性、速动性、灵敏性、可靠性是对电力系统继电保护装置的基本性能要求, 而今地面高压微机综合保护装置已发展的相当成熟, 虽然井下高压继电保护也得到一定程度的发展, 但目前井下微机综合保护装置还普遍过于简单, 选择性、速动性、灵敏性、可靠性误差较大, 特别是越级跳闸是困扰井下供电系统的一大问题。
为了确保井下排水安全可靠, 选取可靠的微机综合保护装置就成了关键问题, 最近新推出的新型BRD633、ZKJB等综合保护装置, 在一定程度上弥补了分级整定传统保护装置的缺陷。这种新型保护装置具备两段式定时限过流保护、速断保护、三段式零序过流保护等保护功能, 且保护动作电流和时限均能连续可调。
可靠的微机综合保护装置是井下供电系统正常运行的前提, 随着矿井现代化程度的提高, 为了适应和满足需要, 还需不断开发出功能更加齐全的新型微机综合保护装置。
4 创新探讨
4.1 新型微机综合保护装置
该类微机综合保护装置分散安装于井下水泵房变电全部高压柜、为其供电的地面变电所进线柜、联络柜和下井出线柜, 新一代微机综合保护装置除具有常规的保护功能外, 每台微机综合保护装置尚能设置2套定值, 并能实现2套定值的自动切换。当通过传感器检测到正常涌水时, 自动投入其中1套定值, 该运行过程中若水泵电机、线路等电气设备故障时微机综合保护装置作用于相应回路的跳闸及信号;当检测到透水事故时, 自动无级切换投入另1套定值, 通过控制系统断开地面变电所及井下水泵房变电所非安全设施回路, 若此时水泵电机、线路等电气设备故障时仅作用于信号, 而不跳闸, 直至电气设施损毁, 从而为逃生和最大限度挽救财产损失争取尽可能多的时间。
4.2 无人值守变电所和水泵房的设计
井下水泵房变电所宜按无人值守设计, 同时具备遥控、遥调、遥测、遥信功能, 透水时一方面确保各排水泵的迅速启动, 另一方面能够实现地面对井下系统的控制。在满足排水泵能正常工作的条件下, 尽可能的抬高水泵房和水泵房变电所的标高, 此时比水泵房和变电所低的整个井下巷道就相当于1个大水仓, 避免透水时迅速淹没水泵电机和变电所供配电设备, 为逃生及营救争取更可能多的时间。
4.3 完善逃生设施
当透水事故发生时, 往往容易淹没部分巷道壁, 致使井下工人不能辨认方向, 再加上水流急促和缺乏设施, 使逃生极具困难, 为此宜在各巷道顶部及侧壁设置逃生指向标和绳索等逃生设施, 且要求逃生指向标和绳索在黑暗中能清晰显示。
5 结语
总之, 在以人为本的现代化矿井建设中, 特别是对特大水等条件复杂矿井, 一套可靠的井下供电系统是确保井下作业工人生命安全和国家财产不受损失的基本保障, 为了使矿井建设又快又好的健康发展, 还需不断加大安全设施投入和相关部门的监管。
摘要：一套可靠的供电系统是确保特大水矿井安全生产的前提, 本文就井下水泵房变电所的接线方式、水泵启动方式、微机综合保护装置等方面进行了分析, 并就新型微机综合保护装置、水泵房和水泵房变电所的设计、透水事故逃生进行了创新探讨。
关键词：特大水矿井,软启动,透水,微机综合保护装置
参考文献
[1]国家安全生产监督管理总局等.煤矿安全规程2006年版.煤炭工业出版社.2006年
[2]中国煤炭建设协会等.煤炭工业矿井设计规范2005年版.中国计划出版社.2005年
[3]顾永辉, 范延瓒等.煤炭电工手册第二分册.矿井供电.煤炭工业出版社.1994年
矿井通风与重特大事故之间的关系 篇6
矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分, 是煤矿的心脏。它主要包含矿井通风方式、通风方法和通风网络三方面内容。在煤矿事故中, 重特大事故大多与矿井通风因素相关, 因此解决好通风问题可以有效地减少煤矿恶性事故的发生。因此, 通风系统的安全性对于整个矿井的安全生产至关重要[1]。
1 矿井通风的主要任务
(1) 通风排毒。通风能够冲淡并排出井下的毒性、窒息性和爆炸性的气体, 向井下各作业地点提供适量的新鲜空气, 以供给人员呼吸。研究表明当氧气浓度低于某一定值时会给人们的生命安全造成伤害[1]。为创造良好的工作环境, 在矿井通风系统中, 工作面的进风流中氧气浓度不得低于20%。
(2) 通风除尘。由于井下工作场所有限, 在掘进与采煤过程中会产生大量粉尘, 当作业场所的矿尘浓度较高时, 就会影响矿工的身体健康甚至引发事故。那么降低粉尘浓度最简单的方法就是通风, 决定通风除尘效果的主要因素是风速及矿尘密度、粒度、形状、湿润程度等。
(3) 通风降温。由于井下温度随着开采深度的增加而增加, 再加上矿井内有很多热源, 这些致使巷道温度升高, 从而会引起各种事故。降低井下温度最简单直接的方法就是加大风量, 它不仅可以排出热量、降低风温, 而且还可以有效地改善人体的散热条件。
(4) 均压通风预防采空区煤自燃和瓦斯涌出。均压通风技术就是使采空区的主要漏风通道两端风压趋于相等, 从而减少采空区的漏风, 达到预防采空区自然发火和采空区瓦斯的涌出的目的。
(5) 矿井火灾时期风流控制。当井下发生火灾时, 控制灾区的风流流动, 一方面可以防止烟流的扩散、避免灾害的扩大;另一方面可以有目的地保护避灾路线或救灾路线, 为人员撤退和灭火救灾争取时间。风流控制主要通过风流短路、局部反风、全矿反风等措施。
因此, 矿井通风是保障矿工身体健康的前提, 合理的矿井通风系统是防治瓦斯、煤尘、自然发火等事故的关键, 可靠的矿井通风系统是防治重特大事故的基础。“通风可靠”是煤矿灾害防治工作的基础。构建安全可靠的通风系统是保障矿井安全生产、提高矿井抗灾能力和防治煤矿重特大事故的一项标本兼治、重在治本的关键之策。
2 矿井通风与重特大事故之间的关系
通风是“一通三防”中“三防”的基础, 构建合理的通风系统是预防瓦斯、煤尘以及火灾事故频发的根本措施, 也是大幅度减少和降低重特大事故的最有效途径。
建国后死亡百人以上煤矿事故共发生了24起, 其中22起瓦斯、煤尘爆炸事故, 1起火灾事故, 1起透水事故。通过对重特大事故原因进行总结分析, 可以发现重特大事故都与通风系统的缺陷有关。不可靠的通风系统是产生重特大事故的温床, 是使事故扩大、造成重大人员伤亡的主要原因。通风系统缺陷的主要表现形式如图1所示。
2.1 通风系统不合理实例分析
(1) 实例一。1988年2月28日, 黑龙江鸡西矿务局穆棱矿多种经营公司前进小井发生一起特大瓦斯爆炸事故, 该事故造成28人遇难, 其中女职工21人。其事故示意图如图2所示。
经专家组调查, 事故的原因主要是东五路13层进回风巷间只设了一道风门, 而且质量差, 漏风严重, 事故前因工作面温度降低将其敞开, 造成风流短路, 工作面风量不足。这起事故首先是由于井下通风设施不严密, 造成漏风严重, 进而由于工人不按规程办事造成风流短路最终酿成事故。
(2) 实例二。2000年9月27日, 贵州水城木冲沟矿发生瓦斯煤尘爆炸事故, 事故波及整个四采区, 造成162人死亡, 37人受伤。该矿属高瓦斯矿井, 并有突出危险性。矿井采用抽出式通风, 风量为5 078 m3/min, 矿井负压1 930 Pa, 最大风量流程8 040 m。1983年3月20日, 该矿在巷道贯通过程中没能保持正常通风发生过一次瓦斯爆炸事故。
调查得出该矿在生产作业过程中存在的缺陷为:生产集中, 通风系统复杂有2个生产工作面、1个综采准备面和6个掘进工作面;+1813 m水平石门的三道风门开启频繁;排放瓦斯影响区域内没有设置警戒, 而且没有采取停电撤人等措施。其整个通风系统如图3所示, 事故发生地点局部放大图如图4所示。
在图4中 (1) 、 (2) 表示因某种原因巷道内积存大量高浓度瓦斯, 巷道内的瓦斯正通过局部通风机排出, (4) 为风门处于开启频繁、漏风, (5) 为新鲜风流, (3) 安放了4台同等型号的局部通风机, 此时由于总供风不足, 导致新鲜风流的量 (5) 不能满足4台局部通风机需要, 因而在 (3) 处产生了循环风量, 由于局部通风机所抽排的瓦斯为 (1) 、 (2) 内部的高浓度瓦斯, 因而循环风造成巷道内部高浓度瓦斯回流, 此时正好遇到拆卸矿灯的火源引起爆炸。最终造成造成162人死亡, 37人受伤惨剧。
该起事故的发生是由于在通风系统不合理, 采区为剃头下山采区、超通风能力生产等因素造成的。换句话说, 该矿通风系统不可靠, 通风能力与生产需求不匹配造成的, 因此说不可靠的通风系统是产生重特大事故的温床。
2.2 其他代表案例
通风系统缺陷导致事故发生的案例很多, 在近些年发生的事故中也有很好的证明。
2004年10月20日河南郑州煤业集团有限公司大平煤矿发生的特大重大煤与瓦斯突出进而造成瓦斯爆炸事故, 造成148人死亡的事故。经专家调查发现, 导致该事故发生的最主要原因是回风阻力过大, 突出的瓦斯流不能迅速顺利地从回风道排出, 而逆流至西大巷引发的瓦斯爆炸事故。此外调查还发现通风巷道中风门存在严重问题, 正常情况下2个风门应该是相向的, 而该矿部分风门为单向风门或者全是正向风门, 说明该起事故的发生正是由于通风系统抗灾能力弱所导致。
2005年2月14日, 辽宁省阜新市孙家湾煤矿发生瓦斯爆炸事故, 造成214人死亡。这次事故是由于冲击地压造成大量瓦斯异常涌出, 此时正巧在距专门回风巷8 m配电处, 工人带电检修照明信号灯产生电火花引起瓦斯爆炸。《煤矿安全规程》第一百一十三条明确规定, 高瓦斯矿井必须设置至少一条专门回风巷, 发生事故的331采区为“剃头下山”采区, 采区没有专门的回风巷, 3316掘进面和3315综放面串联通风。可见该矿通风系统设置严重违反《煤矿安全规程》规定。
2.3 加大通风量对防止煤矿瓦斯爆炸的副作用
对于高瓦斯矿井, 往往通过加大通风量稀释矿井内部瓦斯浓度, 避免瓦斯积聚造成事故。一些低瓦斯矿井, 当井下瓦斯浓度超过正常水平时也会采用加大通风量来稀释, 这是加强风量的正效应。然而, 在“瓦斯突出”的瞬间, 尤其是在发生轻度瓦斯突出时, 加大的通风量和突出的瓦斯气共同混合成可爆混气[2]。不同的风筒风量能够形成可爆混气的绝对瓦斯涌出量的范围是不同的, 风量大的范围宽, 即风筒风量大, 形成的可爆混气体积大。
加大风筒风量的目的是在正常瓦斯涌出量 (非瓦斯突出) 期间, 让输入的空气与涌出的瓦斯混合、稀释, 使掘进巷道和煤石等区域的甲烷浓度小于1%, 不能产生瓦斯集聚, 满足《煤矿安全规程》的要求, 这是正效应。
轻度瓦斯突出 (绝对瓦斯涌出量为5~75 m3/min或更多) 期间, 时间多为1~2 min或更长一些时间内, 风筒输入的风和突出的瓦斯气共同混合成为可爆混气, 风量越大, 混合成的可爆混气体积越大, 占据巷道的长度越长 (长径比越大) , 遇火花爆炸后产生的爆炸压力也越高。当风筒风量大于200 m3/min时, 能够产生爆轰, 最大爆炸压力可高达1.4 MPa, 能导致与此巷道相通的一定区域内的人员死亡, 这是加大加强通风量的副作用。
3 结论
通风是预防煤矿重大灾害的主要手段, 可靠通风系统的首要特征是系统简单, 即要求矿井用风地点少且分布合理、通风方式和生产布局简单。通风系统越简单, 井下风流的稳定性和可控性越好, 系统的抗灾能力越强。采用矿井通风总阻力和通风网络节点数作为评价通风系统是否简单的指标, 易行、便于操作。
通过对我国煤矿近年来发生的几起重特大事故原因进行分析, 可以得出这样的结论:重大事故多与通风系统的缺陷有关, 不可靠的通风系统是产生重特大事故的温床, 是使事故扩大、造成重大人员伤亡的主要原因。因此构建合理的通风系统可以预防重特大事故发生, 对于预防煤矿重特大事故有着举足轻重的作用。合理的矿井通风系统特点为:通风系统简单、通风设施可靠、分区通风、矿井通风阻力小且分布合理以及抗灾能力强等。
参考文献
[1]王德明.矿井通风与安全[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2007
特大型矿井 篇7
1.1 矿井生产能力指标体系的确定
确定矿井生产能力时, 要考虑的因素很多, 决定一个矿井的生产能力, 应对各种因素进行分析, 但从总体上和目前受公认方面来看, 它主要取决于自然因素, 技术因素和社会因素这三大因素。这三者当中, 矿井自然因素是基础, 技术因素是保证, 社会因素是前提, 它们是相辅相成, 互相制约、互相联系的。然而, 这三大因素是笼统的因素, 必须加以分解, 确定更具体的因素, 以建立因素指标体系。 (如图1)
1.2指标权重系数的确定
在建立指标体系中, 各指标对于确定矿井生产能力所起的作用不同。用权重系数表示各指标对确定矿井生产能力的重要性。 (见表1)
1.3指标量化
确定矿井生产能力是通过对上述指标进行聚类分析而得出的。聚类分析要求各指标必须是量化的指标。应用数学中隶属函数量化法对这些指标进行了量化。
给定隶属函数:
最终量化方法计算:
说明:Li-量化值
Vi-隶属度值
Qi-权重系数
i-具体指标因素
2 JFH方法设计
2.1 JFH方法原理
JFH方法原理有四部分内容:
第一, 首先根据“物以类聚”这一原理, 按生产能力大小对矿井进行初步分类。有相似生产能力的矿井, 它们的自然因素、技术因素和社会因素都具有类似的特性。
第二, 在初步分类的基础上, 确定每一类矿井的生产能力。初步分类是对具有代表性、已知并型矿井进行的分类。
第三, 最终确定矿井生产能力。在初步分类时, 很可能将一些自然因素、技术因素和社会因素没有很大差别的矿井聚在一起, 但其生产能力可能是不一样的。
第四, 确定一个新建矿井的生产能力, 就是将新建矿井的自然因素、技术因素、社会因素与前述具有代表性的已知生产能力的矿井一起进行聚类分析、统计分析和隶属函数综合识别方法, 最终确定该新建矿井的生产能力。
2.2 新建矿井生产能力原则确定
a.若新建矿井与第I类矿井聚在一起的, 其生产能力确定为500T/年;
b.若新建矿井与第II类矿井聚在一起时, 其生产能力确定为400万T/年;
c.若新建矿井与第III类矿井聚在一起时, 其生产能力确定为300万T/年;
d.若新建矿井与第IV类矿井聚在一起时, 其生产能力确定后再进一步重新判定。
最后确定矿井生产能力用隶属函数对照表见表2)
总结
特大型矿井 篇8
1 试验区概况
寺河矿为年产1 000万t的特大型煤矿, 其西井区为年产400万t的突出矿井, 瓦斯灾害与高产高效的矛盾十分尖锐, 严重制约着矿井高产高效的发展。
井田含煤地层为二叠系下统山西组、石炭系上统太原组, 含煤11~21层, 煤层平均总厚度11.49~13.87 m。稳定可采煤层为3#和15#煤层, 局部可采煤层有5#、6#、9#、16#煤层。主要可采煤层为3#煤层, 其倾角2°~10°, 一般5°左右, 平均厚6.11 m。该煤层赋存特征和地质构造相对简单, 煤层的物理力学性质稳定, 煤的坚固性系数一般为1~2。
西井区内3#煤层渗透性相对较好, 透气性系数为56.7~195.4 m2/ (MPa2·d) , 属可以抽采到容易抽采的煤层。
井区内布置1个回采工作面, 设计工作面长度225 m, 推进长度2 000~2 500 m。
2 顺层定向千米钻孔成孔试验
在西井区经过反复试验, 随着经验的积累, 定向钻机顺层钻孔主孔成孔深度从开始的300~400 m提高到目前的600~800 m;单孔主孔最长达870 m, 加上枝状孔则总钻孔长度达1 776 m。单机效率由起初2 000 m/月提升至目前6 000~9 000 m/月 (钻孔主孔长度在800 m左右, 单机效率平均为6 000 m/月;主孔长度在300~500 m, 单机效率可达8 000 m/月以上) 。钻机钻进时一般每隔80~100 m 要开分支进行探顶或探底, 实现控制煤层全厚度的均匀抽采。
通过试验, 施工1个长400 m左右的钻孔一般用3~4 d就可以完成。钻孔深度在200 m以内时, 可以边钻进边排渣;在200~400 m时, 每钻进1根钻杆需要排渣3~5 min;在400~600 m时, 每钻进1根钻杆需要排渣5~10 min;孔深在700 m以上时钻进速度较慢, 容易出现卡钻现象, 并且排渣时间更长。试验结果表明, 当钻孔超过一定深度后, 排渣需要占用大量时间, 钻进效率降低。试验钻孔的施工情况见表1, 顺层长钻孔的成孔效果如图1所示。
由表1可见, 随着钻孔分支的增多以及主孔的加深, 增加了钻孔施工时间, 并且钻孔施工及成孔的难度加大, 施工效率降低, 过长的钻孔则不够经济合理, 因此, 钻孔的最佳长度应根据采掘衔接相关参数来合理确定。西井区工作面长度约为225 m, 使用模块式顺层钻孔预抽瓦斯方法时, 为了安全掩护下一工作面采准巷道的掘进, 钻孔末端要覆盖至下一工作面采准巷道外30 m。西井区工作面一般有5条采准巷道 (3进2回通风方式) , 巷道宽度为5 m。按照3条巷道计算, 巷道宽度为15 m, 联络巷煤柱的宽度为50 m (2个联络巷宽度分别为15, 35 m) , 实现区域递进式预抽, 钻孔主孔的深度应在350 m左右, 这也是施工效率较高、最经济合理的钻孔深度。
3 顺层定向千米钻孔瓦斯抽采特性
在抽放负压相对稳定的条件下, 钻孔的初始瓦斯抽放量qc0和瓦斯抽放量衰减系数β决定着钻孔的瓦斯抽放效果。qc0越大、β越小, 则钻孔瓦斯抽放效果就越好;反之, 则越差。
为了考察钻孔预抽瓦斯效果, 对表征钻孔瓦斯抽放量随时间变化规律的特征参数——qc0, β进行了测定, 同时为保证测定结果的准确性和代表性, 采用了按钻孔长度分组测定方法。测定时, 根据各组钻孔的抽放瓦斯总量、抽放混合瓦斯浓度和组内钻孔总长, 计算百米钻孔的平均瓦斯抽放纯量qct, 并结合组内钻孔的平均抽放时间t, 形成测定参数组 (t, qct) 。qc0和β值可根据 (t, qct) 按回归分析求得:
qct=qc0e-β t
式中 qc0——百米钻孔的初始瓦斯抽放量, m3/ (min·hm) ;
qct——在抽放时刻t每百米钻孔的瓦斯抽放量, m3/ (min·hm) ;
β——钻孔瓦斯抽放量衰减系数, d-1;
t——钻孔组平均瓦斯抽放时间, d。
通过对井下钻孔抽采计量考察, 选取了主孔深度分别为596, 557, 506, 453, 402, 359, 298, 251 m的定向钻孔抽采参数进行分析, 得出西井区不同主孔深度的定向钻孔瓦斯抽采规律, 见表2。
选取3种主孔深度596, 402, 251 m, 其钻孔抽采规律如图2— 4所示。由表2可知, 钻孔深度为251 m时, 百米初始瓦斯流量为0.22 m3/ (min·hm) , 衰减系数为0.005 d-1;钻孔深度为596 m时, 百米初始瓦斯流量为1.48 m3/ (min·hm) , 衰减系数为0.001 7 d-1。可以看出, 随着钻孔深度的增加, 百米初始瓦斯流量随之增加, 钻孔流量衰减系数减小, 但并不是按照钻孔深度呈比例变化。钻孔深度在250~400 m时, 上述抽采特性变化较大, 而钻孔深度在400~600 m时, 抽采特性变化则较小, 这表明在一定范围内, 钻孔深度的增加, 可改变单孔抽采特性, 从而显著提高抽采效率。因此, 西井区内3#煤层钻孔深度在400 m左右时, 可以获得最佳的抽采效果。
4 顺层定向千米钻孔区域防突的应用效果根据成孔试验及抽采效果考察, 可综合得出钻
孔深度在400 m左右时施工最经济, 抽采效果也最好。为此, 西井区2301工作面区域防突措施顺层预抽钻孔的布孔方式采用集中钻场施工扇形孔。将工作面划分为4个区块, 在每个区块的进风巷布置集中钻场, 每个钻场布孔15个左右, 钻孔间距5 m, 钻孔预抽控制范围为400 m×400 m。每个钻孔内设计2~3个分支, 主孔设计深度为400~550 m, 分支水平间距为12~15 m。单孔施工长度一般在1 200~2 000 m, 钻孔直径为96 mm。钻孔控制下一个工作面采准巷道外30 m, 实现递进式预抽瓦斯区域防突。钻孔布置如图5所示。
根据矿井预抽瓦斯的试验考察, 在钻孔间距为5 m时, 将工作面瓦斯含量从21 m3/t降至8 m3/t左右, 需要抽采2 a左右。
西井区首采的1301工作面经过17个月预抽后, 累计抽采瓦斯2 230万m3 , 加上风排瓦斯248万m3, 计算的残存瓦斯含量为7.11 m3/t。采用DGC直接含量法测定装置对32个测点进行评价, 该工作面实测残余瓦斯含量为4.51~7.49 m3/t。检验钻孔在施工过程中没有出现顶钻、喷孔及其他动力现象。通过顺层定向长钻孔预抽煤层瓦斯, 实现了区域防突的目标。
在1301工作面切眼采用钻屑指标法进行区域验证的结果中, 在15个孔深10 m验证孔的测定资料中, K1值为0.10~0.45 mL/ (g·min1/2) , S值为3.5~5.3 kg/m, 均分别小于0.5 mL/ (g·min1/2) 和6 kg/m的临界值。这表明顺层钻孔预抽瓦斯的区域防突措施实施后, 取得了肯定、可靠的防突效果。
5 结语
1) 通过成孔试验研究, 得出定向抽采钻孔施工有一个经济合理的孔长范围, 定向钻孔应根据采掘衔接需要等相关参数来合理确定钻孔长度。
2) 通过定向钻孔瓦斯抽采特性研究, 表明在一定钻孔长度范围内, 钻孔长度增加可改善单孔抽采特性, 大大提高抽采效果;试验确定西井区钻孔长度
在400 m左右时, 其抽采效果最好, 成孔经济合理。
3) 提出了适合于西井区3#厚煤层的顺层定向长钻孔递进式预抽瓦斯区域防突技术, 保障了突出矿井安全高效生产;可为沁水煤田及其他同类型煤田的特大型突出矿井的防突工作提供借鉴。
参考文献
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