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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，無論是

2、國內(nèi)還是國外，煤炭的重要地位不可動搖。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。

3、 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最重要的基礎(chǔ)性生產(chǎn)材料，特別是當煤礦開采遇到復(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)果是當兩種以上方法綜合使用時，其結(jié)果的準確性明顯增強。戴世鑫等[20]在地震法準確性受到懷疑的情況下，

4、通過增加對速度普線的分析證明對探勘的結(jié)果準確性提高具有相當高的增強效果。張濟懷等[21-23]在礦井面臨高的承壓水情況下，通過鉆探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際探測，學(xué)者們均認為電磁法作為當前主流的探測方法，在復(fù)雜水文地質(zhì)情況下的探勘準確性確實較好。歐元超、王振宇等[30-32]學(xué)者通過在蘭州某隧道現(xiàn)場施工時將雷達法實地運用后得到，雷達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

5、巷道的實地運用后，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）支護方式 探查是為了給后期的支護提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐，探查的準確性直接關(guān)乎到后期支護方式的選擇，但是僅有準確的探查還遠遠不夠，安全的過斷層技術(shù)還應(yīng)該包括有效的支護方式。國內(nèi)由于意識上的缺乏以及技術(shù)上滯后，在支護領(lǐng)域研究發(fā)展均較晚，國際上最先開始研究支護方法的是德國，其研究理論的深度在國際上也屬前沿[36-41]。目前國內(nèi)使用較多的支護方式主要有：錨桿錨索支護、錨噴支護、U 型鋼支架、單體液壓支護等。 錨桿錨索技術(shù)在 19 世紀的英國率先的到應(yīng)用，開始時是用來支護邊坡

6、，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，得到了進一步的發(fā)展 [42-47]。該技術(shù)在我國建國后進行了重點攻關(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]等學(xué)者通過在煤礦現(xiàn)場試驗后得到結(jié)果，錨噴技術(shù)在深部圍巖控制方面效果良好。面對我國煤礦支護強度不斷加大、支護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

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)對巷道超前探查的研究本次對巷道進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，為了得到準確的測試結(jié)果，研究設(shè)置 12 個測試點，A、B、C 級點數(shù)量按比例 7:4:1 設(shè)置。三維探測方面，安排 155 個測點，A、B 級點設(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

8、證探查結(jié)果，設(shè)計施工 Z1、Z2、Z3 三個鉆孔，根據(jù)之前的實施的地質(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的成果進行分析比對，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。

9、9px ............................. 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技術(shù)，以確保巷道順利通過斷層。 2.2.1 方案設(shè)計 根據(jù)勘探結(jié)果，結(jié)合以往類似工程的施工經(jīng)驗，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”型棚支護方式，巷道掘進采

10、用掘進機實現(xiàn)，U29 型棚由人工負責架設(shè)，每次掘進后進行出貨和支護工作，隨掘隨支，按正規(guī)循環(huán)組織生產(chǎn)。 （2）施工順序 對巷道迎頭頂板進行超前預(yù)注漿，每進尺 5 棚布置一組超前預(yù)注漿錨桿，即注 5m，進尺 3m，循環(huán)進行。 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，護頂距離 2 棚。 架棚支護施工順序 交接班---安全檢查---割窯進尺---安全檢查（如敲幫、問頂）---臨時支護---上棚梁接頂、超前支護----出貨----栽腿子腰幫----全斷面噴漿---進行下一循環(huán)。 施工滯后注漿錨桿（索），觀察巷道情況，

11、當頂板、兩幫位移量達到 100mm時，及時注漿加固。 ........................ 3 過斷層施工安全及施工進度管理研究...................................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 煤礦過斷層施工工程安全管理新模式研究.....................................56 4.1 過斷層施工工程安全管理體系.....

12、................................ 56 4.2 過斷層施工工程安全管理要求............................58 5 結(jié)論..................................64 4 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 精細化管理就是落實管理責任，將管理責任具體化、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，工作要日清日結(jié)，每天都要對當天的情況進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正，及時處理等等。過斷層施工安全風險大，在做好安全防護與安全管理的同時，要對項目實行更加

13、精細準確的管理，確保前述技術(shù)與管理落實到位，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 在全礦一、二線 11 個單位，包括采煤區(qū)、安裝區(qū)、開拓區(qū)、掘進區(qū)、鉆探區(qū)、機電科、運輸區(qū)、通風區(qū)、機廠、選煤廠、煤質(zhì)運銷科、營鼎公司全面實施安全確認。 （1）確認標準 ①三個時段安全確認 班前確認員工身體和精神狀態(tài)，排查隱患人；安排當班安全生

14、產(chǎn)任務(wù)，向所有當班人員明確安全生產(chǎn)的重要性，提高其安全意識，特別要明確當班零星工程和零散作業(yè)任務(wù)、措施、現(xiàn)場安全負責人及確認事項；具體確認情況應(yīng)當在班前會記錄本上做好記錄。 集體入井人員必須由當班帶班人員帶隊，列隊進入副井上口指定的安全確認區(qū)域，對一線生產(chǎn)所需隨身攜帶的物品進行逐項“手指口述”進行確認，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。確認結(jié)束后，填寫“入井登記表”，排隊進行虹膜考勤，等待入井。井口安監(jiān)員現(xiàn)場監(jiān)督，井口把鉤工進行安全檢身后，入井人員順序進入罐籠。 ........................ 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

15、理進行了研究，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作掩護技術(shù)；明確了方案實施的具體步驟，就工程管理維護提出了可行方案，實踐表明方案取得了良好效果，方案設(shè)計為整個煤礦過斷層施工管理提供了技術(shù)支撐，同時節(jié)約成本 73 萬元，經(jīng)濟效益顯著。

16、針對過斷層施工期間安全管理與進度安排進行了研究，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行了計算，對施工進度進行了管理，繪制了采區(qū)單線及系統(tǒng)貫通項目流程圖，保證了煤礦過斷層施工安全。 為了確保技術(shù)與管理落實到位，提出通過構(gòu)建精細化安全管理體系，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。通過對精細化管理基礎(chǔ)研究以及精細化管理創(chuàng)新研究，推進了安全風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。