錢營孜煤礦石門過斷層技術(shù)及管理之工程碩士研究

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1、錢營孜煤礦石門過斷層技術(shù)及管理之工程碩士研究1 緒論1.1 研究背景與研究意義安全是社會永恒的主題，尤其對于礦業(yè)行業(yè)等本身就高危的行業(yè)，安全的弦必須實(shí)時繃緊，如何搞好煤礦的安全生產(chǎn)是煤炭人長期以來關(guān)注的重點(diǎn)問題，頻發(fā)的煤礦安全事故為我們敲響了警鐘，意識的模糊，制度的缺乏，方法的缺失，理論的陳舊是煤礦事故數(shù)量常年以來居高不下的重要原因。如何做到煤礦的安全高效長期生產(chǎn)一直是煤礦管理人員關(guān)注的問題，不僅關(guān)乎煤炭人的自身安全，更加關(guān)乎我國的能源安全，對于多煤少油的我國，保證煤炭能源安全意義重大1-5。煤炭作為我國主要的能源，長期以來有著黑色的金子，工業(yè)的糧食的美譽(yù)，無論是國內(nèi)還是國外，煤炭的重要地位不

2、可動搖。我國煤炭產(chǎn)量從建國時的 3243萬噸到 2017 年的 33 億噸6-10，翻了將近 7 翻，尤其的近幾年來，雖然受國家能源戰(zhàn)略的調(diào)整，煤炭產(chǎn)量有一定的波動，但是，總體上煤炭的產(chǎn)量是增加的，根據(jù)權(quán)威專家的預(yù)測，未來幾年內(nèi)國家煤炭產(chǎn)量仍將保持一定的增量。建國以來我國煤炭產(chǎn)量及相關(guān)對比下圖。img alt= src=http:/ style=text-size-adjust: none; padding: 0px; margin: 0px; width: 346px; height: 286px.1.2 研究現(xiàn)狀綜述1.2.1 超前探查與過斷層研究（1）超前探查技術(shù)地質(zhì)情況是煤礦開采過程中

3、最重要的基礎(chǔ)性生產(chǎn)材料，特別是當(dāng)煤礦開采遇到復(fù)雜的地質(zhì)情況比如斷層時，地質(zhì)情況探測的準(zhǔn)確性與礦山能否安全息息相關(guān)14-15。目前國內(nèi)外采用的超前探查方法種類繁多，總結(jié)歸納可分為地震法、電磁法、雷達(dá)法、電法、物理定向法，且上述方法能夠適用的場所各有不同，得到的結(jié)果精度也各不相同16-19。謝瑞等17等以某礦區(qū)為研究區(qū)域，研究了包括瞬變電磁等在內(nèi)的 6 種物探技術(shù)優(yōu)劣，得到的結(jié)果是當(dāng)兩種以上方法綜合使用時，其結(jié)果的準(zhǔn)確性明顯增強(qiáng)。戴世鑫等20在地震法準(zhǔn)確性受到懷疑的情況下，通過增加對速度普線的分析證明對探勘的結(jié)果準(zhǔn)確性提高具有相當(dāng)高的增強(qiáng)效果。張濟(jì)懷等21-23在礦井面臨高的承壓水情況下，通過鉆探

4、的情況下取得了較好的勘探效果，說明了勘探在超前探查中的重要作用。劉樹才、項(xiàng)望、劉振慶、張平松、董蘇蘇24-29等學(xué)者在電磁法方面有較為深入的研究，通過在水文地質(zhì)復(fù)雜情況下的煤礦的實(shí)際探測，學(xué)者們均認(rèn)為電磁法作為當(dāng)前主流的探測方法，在復(fù)雜水文地質(zhì)情況下的探勘準(zhǔn)確性確實(shí)較好。歐元超、王振宇等30-32學(xué)者通過在蘭州某隧道現(xiàn)場施工時將雷達(dá)法實(shí)地運(yùn)用后得到，雷達(dá)法在隧道及涌水較多的淺層地段有著較好的探測效果。董健、白峰青等33-35通過在某礦某輔助巷道的實(shí)地運(yùn)用后，得到電法在含水層的地段的探測效果良好，尤其是水中富含離子的情況下，其效果更好。（2）支護(hù)方式探查是為了給后期的支護(hù)提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐，探查

5、的準(zhǔn)確性直接關(guān)乎到后期支護(hù)方式的選擇，但是僅有準(zhǔn)確的探查還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，安全的過斷層技術(shù)還應(yīng)該包括有效的支護(hù)方式。國內(nèi)由于意識上的缺乏以及技術(shù)上滯后，在支護(hù)領(lǐng)域研究發(fā)展均較晚，國際上最先開始研究支護(hù)方法的是德國，其研究理論的深度在國際上也屬前沿36-41。目前國內(nèi)使用較多的支護(hù)方式主要有：錨桿錨索支護(hù)、錨噴支護(hù)、U 型鋼支架、單體液壓支護(hù)等。錨桿錨索技術(shù)在 19 世紀(jì)的英國率先的到應(yīng)用，開始時是用來支護(hù)邊坡，后來在各個領(lǐng)域得到了充足的應(yīng)用，之后該技術(shù)傳至美國和法國，得到了進(jìn)一步的發(fā)展 42-47。該技術(shù)在我國建國后進(jìn)行了重點(diǎn)攻關(guān)，并取得良好成績48-50，目前在國內(nèi)應(yīng)用廣泛。黃偉、方樹林51-52

6、等學(xué)者通過在煤礦現(xiàn)場試驗(yàn)后得到結(jié)果，錨噴技術(shù)在深部圍巖控制方面效果良好。面對我國煤礦支護(hù)強(qiáng)度不斷加大、支護(hù)阻力不斷提高的情況53-58。中國礦業(yè)大學(xué)張農(nóng)、鄭西貴等59學(xué)者應(yīng)用 CAD 與ANSYS 兩軟件聯(lián)合建立 U 型鋼受力模型，得到了較為良好的支護(hù)效果。.2 西三采區(qū)集中石門過斷層技術(shù)研究2.1 過斷層施工超前探查研究地面探查是超前探查的一種主要技術(shù)手段，根據(jù)對巷道超前探查的研究本次對巷道進(jìn)行超前勘探時擬采用 35-3、36-6、29-30-5、29-2、28-6、27-10、68-4、24-3 等鉆孔控制。二維探測方面，為了得到準(zhǔn)確的測試結(jié)果，研究設(shè)置 12 個測試點(diǎn)，A、B、C 級點(diǎn)數(shù)

7、量按比例 7:4:1 設(shè)置。三維探測方面，安排 155 個測點(diǎn)，A、B 級點(diǎn)設(shè)置按照 132：23 設(shè)置。根據(jù)“疊前時間偏移”技術(shù)，在 F22 大斷層附近，由于受斷層的牽引、擠壓的作用，附近出現(xiàn)了較多的隨生斷層，有些地段甚至形成了小的褶曲，剖面上呈現(xiàn)出來的構(gòu)造形態(tài)特征為“階梯”狀。為保證探查結(jié)果，設(shè)計(jì)施工 Z1、Z2、Z3 三個鉆孔，根據(jù)之前的實(shí)施的地質(zhì)勘探可以基本得知該區(qū) F22 斷層的落差基本在 240m，同時還發(fā)現(xiàn)在此斷層的西北方向還有一條伴隨斷層，由臨近資料分析，應(yīng)為 F22-1 斷層，落差 90m。F22、F22-1 斷層情況如圖 2- 1、圖 2- 2 所示。經(jīng)過對勘探與鉆探后得到

8、的成果進(jìn)行分析比對，互相印證后可說明 F22 斷層（組）的性質(zhì)為可判斷為可靠斷層。img alt= src=http:/ style=text-size-adjust: none; padding: 0px; margin: 0px; width: 335px; height: 509px.2.2 過斷層技術(shù)研究斷層結(jié)構(gòu)是煤礦生產(chǎn)過程中常見的一種地質(zhì)結(jié)構(gòu)，因斷層周圍的巖石力學(xué)性質(zhì)被破壞，因此巷道在過斷層時支護(hù)難度會急劇增加，給礦山生產(chǎn)帶來極大隱患。針對本次研究區(qū)域錢營孜煤礦的實(shí)際情況，筆者提出一種巷道圍巖注漿加固和超前管縫式錨桿管控頂板支護(hù)技術(shù)，以確保巷道順利通過斷層。2.2.1 方案設(shè)計(jì)根據(jù)

9、勘探結(jié)果，結(jié)合以往類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，提出了巷道圍巖注漿加固和超前管縫式錨桿管控頂板支護(hù)技術(shù)。具體的施工方案如下。（1）施工方法過斷層期間采用超前預(yù)注漿結(jié)合“U”型棚支護(hù)方式，巷道掘進(jìn)采用掘進(jìn)機(jī)實(shí)現(xiàn)，U29 型棚由人工負(fù)責(zé)架設(shè)，每次掘進(jìn)后進(jìn)行出貨和支護(hù)工作，隨掘隨支，按正規(guī)循環(huán)組織生產(chǎn)。（2）施工順序?qū)ο锏烙^頂板進(jìn)行超前預(yù)注漿，每進(jìn)尺 5 棚布置一組超前預(yù)注漿錨桿，即注 5m，進(jìn)尺 3m，循環(huán)進(jìn)行。緊貼迎頭巷道頂板以 1020左右斜向上順巷道施工方向打設(shè)管縫式錨桿，眼深度不小于 2200mm，護(hù)頂距離 2 棚。架棚支護(hù)施工順序交接班-安全檢查-割窯進(jìn)尺-安全檢查（如敲幫、問頂）-臨時支護(hù)-上

10、棚梁接頂、超前支護(hù)-出貨-栽腿子腰幫-全斷面噴漿-進(jìn)行下一循環(huán)。施工滯后注漿錨桿（索），觀察巷道情況，當(dāng)頂板、兩幫位移量達(dá)到 100mm時，及時注漿加固。.3 過斷層施工安全及施工進(jìn)度管理研究.373.1 工程管理在煤礦施工管理中的現(xiàn)狀. 373.2 超前探查安全管理. 384 煤礦過斷層施工工程安全管理新模式研究.564.1 過斷層施工工程安全管理體系. 564.2 過斷層施工工程安全管理要求.585 結(jié)論.644 過斷層施工工程安全管理新模式研究4.1 過斷層施工工程安全管理體系精細(xì)化管理就是落實(shí)管理責(zé)任，將管理責(zé)任具體化、明確化，它要求每一個管理者都要到位、盡職。第一次就把工作做到位，工

11、作要日清日結(jié)，每天都要對當(dāng)天的情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正，及時處理等等。過斷層施工安全風(fēng)險大，在做好安全防護(hù)與安全管理的同時，要對項(xiàng)目實(shí)行更加精細(xì)準(zhǔn)確的管理，確保前述技術(shù)與管理落實(shí)到位，據(jù)此筆者研究總結(jié)了錢營孜煤礦過斷層施工工程安全管理的體系，主要是包括兩個“3”和一個“1”的精細(xì)化安全管理，即三個時段（班前、班中、班后）和“三人聯(lián)崗”安全確認(rèn)以及一個“1”，即干部走動式管理的安全管理新模式，確保錢營孜煤礦在在管理過程中，基本做到全過程、全員、全企業(yè)抓安全生產(chǎn)。4.1.1 安全確認(rèn)在全礦一、二線 11 個單位，包括采煤區(qū)、安裝區(qū)、開拓區(qū)、掘進(jìn)區(qū)、鉆探區(qū)、機(jī)電科、運(yùn)輸區(qū)、通風(fēng)區(qū)、機(jī)廠、選煤廠

12、、煤質(zhì)運(yùn)銷科、營鼎公司全面實(shí)施安全確認(rèn)。（1）確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)三個時段安全確認(rèn)班前確認(rèn)員工身體和精神狀態(tài)，排查隱患人；安排當(dāng)班安全生產(chǎn)任務(wù)，向所有當(dāng)班人員明確安全生產(chǎn)的重要性，提高其安全意識，特別要明確當(dāng)班零星工程和零散作業(yè)任務(wù)、措施、現(xiàn)場安全負(fù)責(zé)人及確認(rèn)事項(xiàng)；具體確認(rèn)情況應(yīng)當(dāng)在班前會記錄本上做好記錄。集體入井人員必須由當(dāng)班帶班人員帶隊(duì)，列隊(duì)進(jìn)入副井上口指定的安全確認(rèn)區(qū)域，對一線生產(chǎn)所需隨身攜帶的物品進(jìn)行逐項(xiàng)“手指口述”進(jìn)行確認(rèn)，相互檢查明確一線生產(chǎn)所需的各種物品材料是否攜帶齊全。確認(rèn)結(jié)束后，填寫“入井登記表”，排隊(duì)進(jìn)行虹膜考勤，等待入井。井口安監(jiān)員現(xiàn)場監(jiān)督，井口把鉤工進(jìn)行安全檢身后，入井人員順序進(jìn)入

13、罐籠。.5 結(jié)論本文主要就西三采區(qū)集中石門過斷層技術(shù)及其管理進(jìn)行了研究，通過研究得到以下主要結(jié)論：針對煤礦過斷層施工風(fēng)險大，管理難度高的問題，提出在施工技術(shù)方面，通過地面探查、鉆探物探一體化探查，超前探查等方式對西三采區(qū)集中石門進(jìn)行超前探查，明確了巷道過斷層處的斷層落差、富導(dǎo)水性、斷層帶發(fā)育情況。通過井下循環(huán)超前探查和物探鉆探一體化方法探查研究，確認(rèn)了斷層富導(dǎo)水性弱，查明了斷層破碎帶的位置、寬度、填充物和膠結(jié)情況。根據(jù)斷層條件提出一種超前管棚+管縫式錨桿超前支護(hù)作掩護(hù)技術(shù)；明確了方案實(shí)施的具體步驟，就工程管理維護(hù)提出了可行方案，實(shí)踐表明方案取得了良好效果，方案設(shè)計(jì)為整個煤礦過斷層施工管理提供了

14、技術(shù)支撐，同時節(jié)約成本 73 萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。針對過斷層施工期間安全管理與進(jìn)度安排進(jìn)行了研究，明確了安全管理措施，研究制定了超前探查期間施工的安全管理，選擇了應(yīng)急避險通道。研究制定了巷道過斷層施工時包括頂板探查、架棚等在內(nèi)的多項(xiàng)工序的管理措施。對西三采區(qū)單線以及系統(tǒng)貫通時各工序時間進(jìn)行了計(jì)算，對施工進(jìn)度進(jìn)行了管理，繪制了采區(qū)單線及系統(tǒng)貫通項(xiàng)目流程圖，保證了煤礦過斷層施工安全。為了確保技術(shù)與管理落實(shí)到位，提出通過構(gòu)建精細(xì)化安全管理體系，形成以三個時段（班前、班中、班后）和“三人聯(lián)崗”安全確認(rèn)以及一個“1”，即干部走動式管理為基礎(chǔ)的 331 安全管理新模式。通過對精細(xì)化管理基礎(chǔ)研究以及精細(xì)化管理創(chuàng)新研究，推進(jìn)了安全風(fēng)險管控和事故隱患排查的方式方法的創(chuàng)新，為過斷層施工工程管理提供了有力保障。