穿越采空区的安全措施

穿越采空区的安全措施

本矿是由山西柳林郭家山煤业有限公司和柳林狮尾沟煤业有限公司两个矿井兼并重组整合而成。矿井兼并重组整合前，山西柳林郭家山煤业有限公司和柳林狮尾沟煤业有限公司开采3号和4号煤层，其中3号煤层已采空，4号煤层于2010年底也即将采掘完毕。

本次兼并重组整合设计在原山西柳林郭家山煤业有限公司工业场地东南和东北分别新选了工业场地和风井场地。工业场地内新掘主斜井和副斜井，风井场地新掘回风立井。为了预防新掘井筒可能穿越3号和4号煤层采空区时发生采空区突水、采空区冒顶、自然发火和瓦斯有害气体超限等安全隐患，为此设计建议建设单位委托有资质的工程地质勘探部门对该场地做进一步的勘探工作，查明采空区范围、积水积气状况，以及采空区冒落和塌陷情况，根据实际情况采取相应有效的措施，防止事故发生，确保施工、生产安全。

本次设计暂考虑采取以下安全措施。

（一）过老空区探放水方案

1、防治水原则

井筒施工过程始终坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原则，采取防、堵、疏、排、截的综合治理措施。其中对老空区重点采取“疏、排、堵”措施进行防治水。

2、水害分析

（1）正常煤岩层段地下水害分析

3号、4号煤层直接充水因素是顶板砂岩裂隙含水层。根据ZK3-4水文孔抽水试验结果，山西组以上含水层，钻孔单位涌水量为

0.00034L/s·m，渗透系数为0.00218m/d，属弱富水含水层。井田内受开采3、4号煤破坏或影响的含水层主要为山西组及下石盒子组砂岩裂隙含水层，补给条件一般，富水性弱；水文地质类型属于以裂隙含水层充水为主、水文地质条件中等，而且地质报告资料显示附近无明显地质构造形成充水通道，井筒掘进前方正常段煤岩体无突水可能，可采取前探眼

引导防水和排水设备排水措施进行掘进。

（2）3号和4号煤层采空区水害分析

井田地层总体上为一单斜构造，走向北北西，倾向南西，地层倾角为3～7°。根据采煤方法、地层产状、返水孔情况，确定本区3号煤层存在4块采空积水区，4号煤层存在2块采空积水区，另外据调查采空区都有一定积气存在。根据3号和4号煤层充水性图，新掘井筒穿越的3号和4号煤层时都是实体煤，但井筒两侧30～60m分布有采空区，因此井筒在穿越老空区期间，必须进行探放水工作，以查明采掘工作面、侧帮或顶底板水情，坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则。

3、探放水总体方案

首先由矿方采用物探手段，对井田范围内的老空区进行勘探，确定老空区范围和井筒附近具体老空区位置，判断出水淹区范围，计算积水量，分析水害威胁程度；

在井筒掘进面实施3号和4号煤层探放水钻孔，详细探明3号和4号煤层老空区具体位置及积水情况。当存在积水时，3号和4号煤层采取钻孔放水降压，保留安全岩柱后进行井筒掘进。

为保证掘进安全，采取分段探放方案，预留足够安全岩柱后掘进。 4、钻探施工

井筒掘进至探水警戒线时，工作面停止掘进，井筒永久支护紧跟工作面，并且在工作面迎头喷射200mm厚C20混凝土，然后方可布置钻场进行探放水。

根据探放水钻孔设计，由测量人员在工作面标定开口位置和方位角。在平台上摆设好钻机，调整钻机，使钻杆方位角和仰角与设计一致并对准开口位置，用手动葫芦、钢丝绳环子固定钻机，并用垫木和木楔将钻机顶柱两端等部位加固，使其稳固。

5、钻探期间有害气体检测

在钻孔期间，瓦检员除进行正常的工作面巡回检查外，应每班对钻孔口的瓦斯、CO等有害气体浓度随时检查，如果瓦斯、CO等其它有害

气体浓度超过《煤矿安全规程》有关规定时，必须立即停止钻进，切断电源，撤出人员，并及时汇报调度室和相关领导及时处理。

6、放水

（1）在探放水钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或者钻眼中水压、水量突然增大和顶钻等透水征兆时，应当立即停止钻进，但不得拔出钻杆；应当立即向调度室汇报，派人监测水情。发现情况危急，应当立即撤出所有工作人员到地面，然后采区安全措施，进行处理。

（2）当钻孔接近老空时，预计可能发生瓦斯或者其它有害气体涌出的，应该设有瓦斯检查员或者矿山救护队员在现场值班，随时检查空气成分。如果瓦斯或者其它有害气体浓度超过有关规定，应当立即停止钻进，切断电源，撤出人员，并报告调度室，及时处理。

（3）钻孔放水前，应当估计积水量，并根据排水能力，控制放水流量，防止淹井；放水时，应设有专人监测钻孔出水情况，测定水量和水压，做好记录。如果水量突然变化，应当及时处理，并立即报告调度室。

（二）过老空区掘砌方案

短段掘进，超前探眼探测，地面引爆放炮，排除瓦斯、CO等有害气体，排除积水，从上向下采用顶柱、木垛护顶，锚网喷加固顶板，片石墙体接顶，浇筑混凝土井壁，特殊区段采用钢架混凝土加锚索支护。 1、掘进方案

（1）掘进巷道前方老空区探测方法

施工前，首先根据物探结果，在采掘工程平面图上标明十煤层预计老空区位置。掘进前先沿井筒掘进方向打60m超前探放钻孔，进一步验证老空区位置，探测老空区详细参数，确认无安全隐患后方可掘进，掘进超前段距30m。

在井筒掘进至老空区5m时，每掘进循环开始前先施工5m深超前探眼，以准确判断老空区位置和检测老空区积水、瓦斯、发火情况，防止盲目揭开老空区造成事故。若超前探眼内存在承压积水、高浓度瓦斯和

煤层自燃，必须立即停止掘进，采取措施进行处理。

（2）爆破参数要求

接近老空区和在老空区掘进时，必须短掘短砌，循环进尺不得超过1.2m，炮眼深度不得超过1.5m，与老空区打通的炮眼不得装药，并用炮泥充填严实；炮眼布置周边眼间距不得超过400mm，顶板破碎时加密炮眼，间隔装药，减少对围岩的破坏。炸药选用煤矿许用二级乳化炸

药，雷管选用毫秒延期电雷管，总延期不得超过130ms，放炮采用矿用发爆器。

（3）远距离放炮规定

在穿老空区期间，必须采取远距离放炮措施进行放炮，每次放炮前，通知井筒内所有人员全部撤到地面，在井口设置警戒，放炮员在地面进行放炮。为保证放炮安全，井筒内敷设一趟专用放炮电缆。

2、支护方案

（1）正常段支护方式

在未采煤层（煤柱）中掘进时，先采用锚网喷支护方式进行初期支护，一掘一支，每6m进行一次永久混凝土砌碹，永久支护与初期支护最大距离不超过6m。

（2）老空区位置高于巷道时的支护设计和施工方法

老空区顶板高于巷道顶板时，应重点做好顶板支护。初期支护采用锚网喷+锚索支护，每3m进行一次永久混凝土支护，若顶板破碎，则每1.5m进行一次混凝土永久支护，掘够3m后，清理底板浮矸，沿井筒永久支护井壁外侧砌筑片石支承侧墙，墙厚1000mm，采用M10水泥砂浆砌筑。为了保证墙体不透风，在片石墙体内侧再喷浆封闭50mm混凝土，墙体砌筑高度接顶，为防止以后老空区积水量过大对巷道造成水压威胁，在浇筑井壁时预留2吋钢管和闸门作为放水管。

然后在片石墙体内侧支设碹胎浇筑永久井壁，待浇筑完成后用浮渣充填井壁外侧与片石墙体间空隙，穿越老空区过长的区段，做500mm以上碴矸垫层，每隔2m架设一座木垛，以控制老空区顶板的缓慢下沉，

保证井壁的安全。

（3）老空区位置低于巷道时的支护设计和施工方法

老空区底板底于巷道底板时，应重点做好底板强化支护。炮后临时支护和初期支护与老空区位置高于巷道支护设计相同。然后进行出矸，出矸过程中采用风泵将两帮及正前涌水抽入后巷水箱，由卧泵排出地面。在出矸后巷道允许时，在巷道两侧打设木垛，对井帮老空区进行加强支护。掘够3m后，将底板浮矸由设计掘进底板位置垂直向下清理

500mm，然后砌筑500mm厚片石混凝土强化底板，强化底板宽度超出巷道设计掘进轮廓线以外1.5m，混凝土强度等级为C25。再沿井筒永久支护井壁外侧砌筑片石支承侧墙，墙厚1000mm，片石支撑墙采用M10水泥砂浆砌筑。为了保证墙体不透风，在片石墙体内侧再喷浆封闭

50mm，墙体砌筑高度接顶，为防止以后老空区积水量过大对巷道造成水压威胁，在浇筑井壁时预留2吋钢管和闸门作为放水管。然后在片石墙体内侧支设碹胎浇筑永久井壁，待浇筑完成后用浮渣充填井壁外侧与片石墙体间空隙。

（三）过老空区“一通三防”安全措施

1、过老空区通风安全措施

（1）供风系统

采用局部通风机压入式供风，双风机双电源，风筒采用抗静电阻燃风筒，风筒口距工作面距离不大于10m。

（2）供风制度

风机连续运转，不得随意停风。因故必须停风时，必须提出停风申请，制定停风撤人及恢复通风安全措施。恢复通风必须按制定的措施排放瓦斯。

（3）风量测量

每十天测定一次局部通风机供风量，保证达到设计供风量，使有害气体浓度降到允许范围内。当井筒与老空区贯通后，立即测定井筒风量和风向变化情况。

2、过老空区防治瓦斯、防治自然发火、防治煤尘措施

①人员配置

过老空区期间，每条井筒必须每班配备一名专职瓦检员检查瓦斯、煤层发火情况和煤尘情况。另配一名专职“一通三防”仪器仪表维护工，负责瓦斯监测、检测仪器、仪表的维护和校验。

②监测、检测仪表的配置

必须配够足够的光学瓦斯鉴定器、多种气体检测仪、氧气浓度测定仪、一氧化碳测定仪、瓦斯断电仪和瓦斯传感器，所有使用仪器使用必须进行鉴定合格，并定期校验，保证仪器准确可靠。

③有害气体检查制度

a、穿老空区期间，瓦检员每班至少检查三次甲烷、二氧化碳浓度和温度，检查两次一氧化碳浓度，一次硫化氢浓度，当风量变化，出现异常气味时，必须增加检查次数。

b、当放炮后与老空区贯通时，入井工作前必须先由瓦检员、班组长、放炮员入井检查瓦斯、顶板、积水情况，无问题后方可允许其它人员进入。检查时必须从井口向工作面逐步向里检查，检查时应检查

CH4、CO2、CO、H2S、O2、温度等参数，发现异常立即撤出，制定相应措施由矿山救护队协助进行处理。检查时3人应保持3m左右的前后距离，依次向前检查，不得盲目进入。对老空区瓦斯等参数检查，人员必须站在井筒内，采用探杖伸入老空区采样，不得直接进入老空区检测。

④盲巷管理制度

贯通老空区后，局部通风扩散有效通风距离正前按风筒口向前10m、巷道两侧按3m确定为人员安全工作范围，之外的老空区均按盲巷进行管理。应拉设警戒线，悬挂“老空区内有瓦斯、严禁入内”的警示牌，所有人员不得进入老空区。当需要进入老空区观测时，必须制定专项措施报项目经理审批后方可进入。掘进头在进行掘砌作业时，靠近水体掘进时，作业人员必须佩戴安全带，防止意外滑入老空区盲巷内。

⑥掘进放炮瓦斯管理

炮眼施工前应先施工超前探眼，若探眼与老空区贯通，则由瓦检员使用探杖测定老空区瓦斯情况，若气体承压且浓度大于3%，必须施工排放钻孔进行瓦斯卸压排放，期间必须停止工作，撤出无关人员，进行控制排放直到正常。与老空区打通的炮眼和探眼，放炮前必须用炮泥全长封闭，不得作为炮眼使用。

严格执行“一炮三检”制度，工作面风流中瓦斯浓度大于1%严禁装药、放炮。实行全断面一次爆破，若需扩帮放炮时，也必须严格执

行“一炮三检”制度，实行远距离放炮。

⑦自然发火观测

由于该矿井采用房柱式开采，已揭开的老空区大多未完全垮落，加之可能与附近矿井老空区串通，老空区漏风严重，可能存在发火隐患，尤其当井筒与老空区贯通后供氧条件发生改变，可能加速煤炭自燃。所以老空区揭开后应加强CO、CO2和风流温度检测，无异常时应尽快封闭，支护穿过。若贯通后发现老空区自燃发火，则由矿山救护队协助进行老空区封闭，并采用注浆方案对火区进行隔离灭火。穿过后的老空区也要定期对老空区气样进行分析，监测老空区自然发火情况。