工程硕士：钱营孜煤矿石门过断层技术及管理之工程硕士研究x
时间：2020-09-30 12:24:18 来源：勤学考试网 本文已影响 人 
工程硕士：钱营孜煤矿石门过断层技术及管理之工程硕士研究
1 绪论
1.1 研究背景与研究意义
安全是社会永恒的主题，尤其对于矿业行业等本身就高危的行业，安全的弦必须实时绷紧，如何搞好煤矿的安全生产是煤炭人长期以来关注的重点问题，频发的煤矿安全事故为我们敲响了警钟，意识的模糊，制度的缺乏，方法的缺失，理论的陈旧是煤矿事故数量常年以来居高不下的重要原因。如何做到煤矿的安全高效长期生产一直是煤矿管理人员关注的问题，不仅关乎煤炭人的自身安全，更加关乎我国的能源安全，对于多煤少油的我国，保证煤炭能源安全意义重大[1-5]。
煤炭作为我国主要的能源，长期以来有着黑色的金子，工业的粮食的美誉，无论是国内还是国外，煤炭的重要地位不可动摇。我国煤炭产量从建国时的 3243万吨到 2017 年的 33 亿吨[6-10]，翻了将近 7 翻，尤其的近几年来，虽然受国家能源战略的调整，煤炭产量有一定的波动，但是，总体上煤炭的产量是增加的，根据权威专家的预测，未来几年内国家煤炭产量仍将保持一定的增量。建国以来我国煤炭产量及相关对比下图。
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1.2 研究现状综述
1.2.1 超前探查与过断层研究
（1）超前探查技术
地质情况是煤矿开采过程中最重要的基础性生产材料，特别是当煤矿开采遇到复杂的地质情况比如断层时，地质情况探测的准确性与矿山能否安全息息相关[14-15]。目前国内外采用的超前探查方法种类繁多，总结归纳可分为地震法、电磁法、雷达法、电法、物理定向法，且上述方法能够适用的场所各有不同，得到的结果精度也各不相同[16-19]。谢瑞等[17]等以某矿区为研究区域，研究了包括瞬变电磁等在内的 6 种物探技术优劣，得到的结果是当两种以上方法综合使用时，其结果的准确性明显增强。戴世鑫等[20]在地震法准确性受到怀疑的情况下，通过增加对速度普线的分析证明对探勘的结果准确性提高具有相当高的增强效果。张济怀等[21-23]在矿井面临高的承压水情况下，通过钻探的情况下取得了较好的勘探效果，说明了勘探在超前探查中的重要作用。
刘树才、项望、刘振庆、张平松、董苏苏[24-29]等学者在电磁法方面有较为深入的研究，通过在水文地质复杂情况下的煤矿的实际探测，学者们均认为电磁法作为当前主流的探测方法，在复杂水文地质情况下的探勘准确性确实较好。欧元超、王振宇等[30-32]学者通过在兰州某隧道现场施工时将雷达法实地运用后得到，雷达法在隧道及涌水较多的浅层地段有着较好的探测效果。董健、白峰青等[33-35]通过在某矿某辅助巷道的实地运用后，得到电法在含水层的地段的探测效果良好，尤其是水中富含离子的情况下，其效果更好。
（2）支护方式
探查是为了给后期的支护提供基础的数据支撑，探查的准确性直接关乎到后期支护方式的选择，但是仅有准确的探查还远远不够，安全的过断层技术还应该包括有效的支护方式。国内由于意识上的缺乏以及技术上滞后，在支护领域研究发展均较晚，国际上最先开始研究支护方法的是德国，其研究理论的深度在国际上也属前沿[36-41]。目前国内使用较多的支护方式主要有：锚杆锚索支护、锚喷支护、U 型钢支架、单体液压支护等。
锚杆锚索技术在 19 世纪的英国率先的到应用，开始时是用来支护边坡，后来在各个领域得到了充足的应用，之后该技术传至美国和法国，得到了进一步的发展 [42-47]。该技术在我国建国后进行了重点攻关，并取得良好成绩[48-50]，目前在国内应用广泛。黄伟、方树林[51-52]等学者通过在煤矿现场试验后得到结果，锚喷技术在深部围岩控制方面效果良好。面对我国煤矿支护强度不断加大、支护阻力不断提高的情况[53-58]。中国矿业大学张农、郑西贵等[59]学者应用 CAD 与ANSYS 两软件联合建立 U 型钢受力模型，得到了较为良好的支护效果。
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2 西三采区集中石门过断层技术研究
2.1 过断层施工超前探查研究
地面探查是超前探查的一种主要技术手段，根据对巷道超前探查的研究本次对巷道进行超前勘探时拟采用 35-3、36-6、29-30-5、29-2、28-6、27-10、68-4、24-3 等钻孔控制。二维探测方面，为了得到准确的测试结果，研究设置 12 个测试点，A、B、C 级点数量按比例 7:4:1 设置。三维探测方面，安排 155 个测点，A、B 级点设置按照 132：23 设置。根据“叠前时间偏移”技术，在 F22 大断层附近，由于受断层的牵引、挤压的作用，附近出现了较多的随生断层，有些地段甚至形成了小的褶曲，剖面上呈现出来的构造形态特征为“阶梯”状。
为保证探查结果，设计施工 Z1、Z2、Z3 三个钻孔，根据之前的实施的地质勘探可以基本得知该区 F22 断层的落差基本在 240m±，同时还发现在此断层的西北方向还有一条伴随断层，由临近资料分析，应为 F22-1 断层，落差 90m±。F22、F22-1 断层情况如图 2- 1、图 2- 2 所示。经过对勘探与钻探后得到的成果进行分析比对，互相印证后可说明 F22 断层（组）的性质为可判断为可靠断层。
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2.2 过断层技术研究
断层结构是煤矿生产过程中常见的一种地质结构，因断层周围的岩石力学性质被破坏，因此巷道在过断层时支护难度会急剧增加，给矿山生产带来极大隐患。针对本次研究区域钱营孜煤矿的实际情况，笔者提出一种巷道围岩注浆加固和超前管缝式锚杆管控顶板支护技术，以确保巷道顺利通过断层。
2.2.1 方案设计
根据勘探结果，结合以往类似工程的施工经验，提出了巷道围岩注浆加固和超前管缝式锚杆管控顶板支护技术。具体的施工方案如下。
（1）施工方法
过断层期间采用超前预注浆结合“U”型棚支护方式，巷道掘进采用掘进机实现，U29 型棚由人工负责架设，每次掘进后进行出货和支护工作，随掘随支，按正规循环组织生产。
（2）施工顺序
对巷道迎头顶板进行超前预注浆，每进尺 5 棚布置一组超前预注浆锚杆，即注 5m，进尺 3m，循环进行。
紧贴迎头巷道顶板以 10°～20°左右斜向上顺巷道施工方向打设管缝式锚杆，眼深度不小于 2200mm，护顶距离 2 棚。
架棚支护施工顺序
交接班---安全检查---割窑进尺---安全检查（如敲帮、问顶）---临时支护---上棚梁接顶、超前支护----出货----栽腿子腰帮----全断面喷浆---进行下一循环。
施工滞后注浆锚杆（索），观察巷道情况，当顶板、两帮位移量达到 100mm时，及时注浆加固。
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3 过断层施工安全及施工进度管理研究...................................37
3.1 工程管理在煤矿施工管理中的现状.............................. 37
3.2 超前探查安全管理.............................. 38
4 煤矿过断层施工工程安全管理新模式研究.....................................56
4.1 过断层施工工程安全管理体系..................................... 56
4.2 过断层施工工程安全管理要求............................58
5 结论..................................64
4 过断层施工工程安全管理新模式研究
4.1 过断层施工工程安全管理体系
精细化管理就是落实管理责任，将管理责任具体化、明确化，它要求每一个管理者都要到位、尽职。第一次就把工作做到位，工作要日清日结，每天都要对当天的情况进行检查，发现问题及时纠正，及时处理等等。过断层施工安全风险大，在做好安全防护与安全管理的同时，要对项目实行更加精细准确的管理，确保前述技术与管理落实到位，据此笔者研究总结了钱营孜煤矿过断层施工工程安全管理的体系，主要是包括两个“3”和一个“1”的精细化安全管理，即三个时段（班前、班中、班后）和“三人联岗”安全确认以及一个“1”，即干部走动式管理的安全管理新模式，确保钱营孜煤矿在在管理过程中，基本做到全过程、全员、全企业抓安全生产。
4.1.1 安全确认
在全矿一、二线 11 个单位，包括采煤区、安装区、开拓区、掘进区、钻探区、机电科、运输区、通风区、机厂、选煤厂、煤质运销科、营鼎公司全面实施安全确认。
（1）确认标准
①三个时段安全确认
班前确认员工身体和精神状态，排查隐患人；安排当班安全生产任务，向所有当班人员明确安全生产的重要性，提高其安全意识，特别要明确当班零星工程和零散作业任务、措施、现场安全负责人及确认事项；具体确认情况应当在班前会记录本上做好记录。
集体入井人员必须由当班带班人员带队，列队进入副井上口指定的安全确认区域，对一线生产所需随身携带的物品进行逐项“手指口述”进行确认，相互检查明确一线生产所需的各种物品材料是否携带齐全。确认结束后，填写“入井登记表”，排队进行虹膜考勤，等待入井。井口安监员现场监督，井口把钩工进行安全检身后，入井人员顺序进入罐笼。
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5 结论
本文主要就西三采区集中石门过断层技术及其管理进行了研究，通过研究得到以下主要结论：
针对煤矿过断层施工风险大，管理难度高的问题，提出在施工技术方面，通过地面探查、钻探物探一体化探查，超前探查等方式对西三采区集中石门进行超前探查，明确了巷道过断层处的断层落差、富导水性、断层带发育情况。通过井下循环超前探查和物探钻探一体化方法探查研究，确认了断层富导水性弱，查明了断层破碎带的位置、宽度、填充物和胶结情况。根据断层条件提出一种超前管棚+管缝式锚杆超前支护作掩护技术；明确了方案实施的具体步骤，就工程管理维护提出了可行方案，实践表明方案取得了良好效果，方案设计为整个煤矿过断层施工管理提供了技术支撑，同时节约成本 73 万元，经济效益显著。
针对过断层施工期间安全管理与进度安排进行了研究，明确了安全管理措施，研究制定了超前探查期间施工的安全管理，选择了应急避险通道。研究制定了巷道过断层施工时包括顶板探查、架棚等在内的多项工序的管理措施。对西三采区单线以及系统贯通时各工序时间进行了计算，对施工进度进行了管理，绘制了采区单线及系统贯通项目流程图，保证了煤矿过断层施工安全。
为了确保技术与管理落实到位，提出通过构建精细化安全管理体系，形成以三个时段（班前、班中、班后）和“三人联岗”安全确认以及一个“1”，即干部走动式管理为基础的 331 安全管理新模式。通过对精细化管理基础研究以及精细化管理创新研究，推进了安全风险管控和事故隐患排查的方式方法的创新，为过断层施工工程管理提供了有力保障。
参考文献（略）
