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1、錢營(yíng)孜煤礦石門過(guò)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(huì)永恒的主題，尤其對(duì)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(shí)繃緊，如何搞好煤礦的安全生產(chǎn)是煤炭人長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題，頻發(fā)的煤礦安全事故為我們敲響了警鐘，意識(shí)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(lái)居高不下的重要原因。如何做到煤礦的安全高效長(zhǎng)期生產(chǎn)一直是煤礦管理人員關(guān)注的問(wèn)題，不僅關(guān)乎煤炭人的自身安全，更加關(guān)乎我國(guó)的能源安全，對(duì)于多煤少油的我國(guó)，保證煤炭能源安全意義重大[1-5]。 煤炭作為我國(guó)主要的能源，長(zhǎng)期以來(lái)有著黑色的金子，工業(yè)的糧食的美譽(yù)，無(wú)論是

2、國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，煤炭的重要地位不可動(dòng)搖。我國(guó)煤炭產(chǎn)量從建國(guó)時(shí)的 3243萬(wàn)噸到 2017 年的 33 億噸[6-10]，翻了將近 7 翻，尤其的近幾年來(lái)，雖然受國(guó)家能源戰(zhàn)略的調(diào)整，煤炭產(chǎn)量有一定的波動(dòng)，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(cè)，未來(lái)幾年內(nèi)國(guó)家煤炭產(chǎn)量仍將保持一定的增量。建國(guó)以來(lái)我國(guó)煤炭產(chǎn)量及相關(guān)對(duì)比下圖。

3、 1.2 研究現(xiàn)狀綜述 1.2.1 超前探查與過(guò)斷層研究 （1）超前探查技術(shù) 地質(zhì)情況是煤礦開采過(guò)程中最重要的基礎(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(shí)，地質(zhì)情況探測(cè)的準(zhǔn)確性與礦山能否安全息息相關(guān)[14-15]。目前國(guó)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(chǎng)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(shí)，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，

4、通過(guò)增加對(duì)速度普線的分析證明對(duì)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(guò)鉆探的情況下取得了較好的勘探效果，說(shuō)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(guò)在水文地質(zhì)復(fù)雜情況下的煤礦的實(shí)際探測(cè)，學(xué)者們均認(rèn)為電磁法作為當(dāng)前主流的探測(cè)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(guò)在蘭州某隧道現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)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(cè)效果。董健、白峰青等[33-35]通過(guò)在某礦某輔助

5、巷道的實(shí)地運(yùn)用后，得到電法在含水層的地段的探測(cè)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(guò)斷層技術(shù)還應(yīng)該包括有效的支護(hù)方式。國(guó)內(nèi)由于意識(shí)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(guó)際上最先開始研究支護(hù)方法的是德國(guó)，其研究理論的深度在國(guó)際上也屬前沿[36-41]。目前國(guó)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(guó)率先的到應(yīng)用，開始時(shí)是用來(lái)支護(hù)邊坡

6、，后來(lái)在各個(gè)領(lǐng)域得到了充足的應(yīng)用，之后該技術(shù)傳至美國(guó)和法國(guó)，得到了進(jìn)一步的發(fā)展 [42-47]。該技術(shù)在我國(guó)建國(guó)后進(jìn)行了重點(diǎn)攻關(guān)，并取得良好成績(jī)[48-50]，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛。黃偉、方樹林[51-52]等學(xué)者通過(guò)在煤礦現(xiàn)場(chǎng)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(duì)我國(guó)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(guó)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(guò)斷層技術(shù)研究 2.1 過(guò)斷層施

7、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(duì)巷道超前探查的研究本次對(duì)巷道進(jìn)行超前勘探時(shí)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(cè)方面，為了得到準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，研究設(shè)置 12 個(gè)測(cè)試點(diǎn)，A、B、C 級(jí)點(diǎn)數(shù)量按比例 7:4:1 設(shè)置。三維探測(cè)方面，安排 155 個(gè)測(cè)點(diǎn)，A、B 級(jí)點(diǎn)設(shè)置按照 132：23 設(shè)置。根據(jù)“疊前時(shí)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(lái)的構(gòu)造形態(tài)特征為“階梯”狀。 為保

8、證探查結(jié)果，設(shè)計(jì)施工 Z1、Z2、Z3 三個(gè)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(shí)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(guò)對(duì)勘探與鉆探后得到的成果進(jìn)行分析比對(duì)，互相印證后可說(shuō)明 F22 斷層（組）的性質(zhì)為可判斷為可靠斷層。

9、9px ............................. 2.2 過(guò)斷層技術(shù)研究 斷層結(jié)構(gòu)是煤礦生產(chǎn)過(guò)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(guò)斷層時(shí)支護(hù)難度會(huì)急劇增加，給礦山生產(chǎn)帶來(lái)極大隱患。針對(duì)本次研究區(qū)域錢營(yíng)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(guò)斷層。 2.2.1 方案設(shè)計(jì) 根據(jù)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(guò)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

10、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 對(duì)巷道迎頭頂板進(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 10～20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(wèn)頂）---臨時(shí)支護(hù)---上棚梁接頂、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，

11、當(dāng)頂板、兩幫位移量達(dá)到 100mm時(shí)，及時(shí)注漿加固。 ........................ 3 過(guò)斷層施工安全及施工進(jìn)度管理研究...................................37 3.1 工程管理在煤礦施工管理中的現(xiàn)狀.............................. 37 3.2 超前探查安全管理.............................. 38 4 煤礦過(guò)斷層施工工程安全管理新模式研究.....................................56 4.1 過(guò)斷層施工工程安全管理體系.....

12、................................ 56 4.2 過(guò)斷層施工工程安全管理要求............................58 5 結(jié)論..................................64 4 過(guò)斷層施工工程安全管理新模式研究 4.1 過(guò)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(gè)管理者都要到位、盡職。第一次就把工作做到位，工作要日清日結(jié)，每天都要對(duì)當(dāng)天的情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)糾正，及時(shí)處理等等。過(guò)斷層施工安全風(fēng)險(xiǎn)大，在做好安全防護(hù)與安全管理的同時(shí)，要對(duì)項(xiàng)目實(shí)行更加

13、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(yíng)孜煤礦過(guò)斷層施工工程安全管理的體系，主要是包括兩個(gè)“3”和一個(gè)“1”的精細(xì)化安全管理，即三個(gè)時(shí)段（班前、班中、班后）和“三人聯(lián)崗”安全確認(rèn)以及一個(gè)“1”，即干部走動(dòng)式管理的安全管理新模式，確保錢營(yíng)孜煤礦在在管理過(guò)程中，基本做到全過(guò)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(gè)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、煤質(zhì)運(yùn)銷科、營(yíng)鼎公司全面實(shí)施安全確認(rèn)。 （1）確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn) ①三個(gè)時(shí)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

14、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(shí)，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(chǎng)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(huì)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(duì)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(chǎng)監(jiān)督，井口把鉤工進(jìn)行安全檢身后，入井人員順序進(jìn)入罐籠。 ........................ 5 結(jié)論 本文主要就西三采區(qū)集中石門過(guò)斷層技術(shù)及其管

15、理進(jìn)行了研究，通過(guò)研究得到以下主要結(jié)論： 針對(duì)煤礦過(guò)斷層施工風(fēng)險(xiǎn)大，管理難度高的問(wèn)題，提出在施工技術(shù)方面，通過(guò)地面探查、鉆探物探一體化探查，超前探查等方式對(duì)西三采區(qū)集中石門進(jìn)行超前探查，明確了巷道過(guò)斷層處的斷層落差、富導(dǎo)水性、斷層帶發(fā)育情況。通過(guò)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(gè)煤礦過(guò)斷層施工管理提供了技術(shù)支撐，同時(shí)節(jié)約成本 73 萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

16、針對(duì)過(guò)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(xiǎn)通道。研究制定了巷道過(guò)斷層施工時(shí)包括頂板探查、架棚等在內(nèi)的多項(xiàng)工序的管理措施。對(duì)西三采區(qū)單線以及系統(tǒng)貫通時(shí)各工序時(shí)間進(jìn)行了計(jì)算，對(duì)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(guò)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(guò)構(gòu)建精細(xì)化安全管理體系，形成以三個(gè)時(shí)段（班前、班中、班后）和“三人聯(lián)崗”安全確認(rèn)以及一個(gè)“1”，即干部走動(dòng)式管理為基礎(chǔ)的 331 安全管理新模式。通過(guò)對(duì)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(xiǎn)管控和事故隱患排查的方式方法的創(chuàng)新，為過(guò)斷層施工工程管理提供了有力保障。