煤與瓦斯突出及其預(yù)防

1、煤與瓦斯突出及其預(yù)防、概述 含義：煤礦地下采掘過(guò)程中，在極短的時(shí)間內(nèi) （幾秒到幾分鐘 ），從煤、 巖層內(nèi)以極快的速度向采掘空間內(nèi)噴出煤（巖）和瓦斯（ch4、co2）的現(xiàn)象, 稱為煤與瓦斯突出危害：它所產(chǎn)生的高速瓦斯流 （含煤粉或巖粉 ）能夠摧毀巷道設(shè)施，破壞 通風(fēng)系統(tǒng)，甚至造成風(fēng)流逆轉(zhuǎn)；噴出的瓦斯由幾百到幾萬(wàn)m3,能使井巷充滿瓦斯，造成人員窒息，引起瓦斯燃燒或爆炸；噴出的煤、巖由 幾千噸到萬(wàn)噸以上，能夠造成煤流埋人；猛烈的動(dòng)力效應(yīng)可能導(dǎo)致冒 頂和火災(zāi)事故的發(fā)生。二、突出的機(jī)理 突出的機(jī)理是關(guān)于解釋突出的原因和過(guò)程的理論。突出是十分復(fù)雜的 自然現(xiàn)象，它的機(jī)理還沒(méi)有統(tǒng)一的見(jiàn)解，假說(shuō)很多。多數(shù)人認(rèn)為

2、，突 出是地壓、瓦斯、煤的力學(xué)性質(zhì)和重力綜合作用的結(jié)果。三、突出的一般規(guī)律1、突出發(fā)生在一定的采掘深度以后。每個(gè)煤層開始發(fā)生突出的深度差別很大，最淺的礦井是湖南白沙礦務(wù)局里王廟煤礦僅50m,始突深度最大的是撫順礦務(wù)局老虎臺(tái)煤礦，達(dá) 640m。自此以下，突出的次數(shù)增 多,強(qiáng)度增大。2、突出多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造附近,如斷層、褶曲、扭轉(zhuǎn)和火成巖侵入?yún)^(qū) 附近。 據(jù)南桐礦務(wù)局統(tǒng)計(jì), 95以上的突出 （石門突出除外 ）發(fā)生在向斜軸部、扭轉(zhuǎn)地帶、斷層和褶曲附近。北票礦務(wù)局統(tǒng)計(jì)， 90以上的突 出發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造區(qū)和火成巖侵入?yún)^(qū)。3、突出多發(fā)生在集中應(yīng)力區(qū)，如巷道的上隅角，相向掘進(jìn)工作面接近 時(shí)，煤層留有煤柱的相對(duì)

3、應(yīng)上、下方煤層處，回采工作面的集中應(yīng)力 區(qū)內(nèi)掘進(jìn)時(shí)，等等。4、突出次數(shù)和強(qiáng)度，隨煤層厚度、特別是軟分層厚度的增加而增加。 煤層傾角愈大，突出的危險(xiǎn)性也愈大。5、突出與煤層的瓦斯含量和瓦斯壓力之間沒(méi)有固定的關(guān)系。瓦斯壓力 低、含量小的煤層可能發(fā)生突出；壓力高，含量大的煤層也可能不突 出。因?yàn)橥怀鍪嵌喾N因素綜合作用的結(jié)果。但值得注意的是，我國(guó) 30 處特大型突出礦井的煤層瓦斯含量都大于 20m3/t 。6、突出煤層的特點(diǎn)是強(qiáng)度低，而且軟硬相間，透氣系數(shù)小，瓦斯的放 散速度高，煤的原生結(jié)構(gòu)遭到破壞，層理紊亂，無(wú)明顯節(jié)理，光澤暗 淡，易粉碎。如果煤層的頂板堅(jiān)硬致密，突出危險(xiǎn)性增大。7、大多數(shù)突出發(fā)生在

4、放炮和落煤工序。 例如，重慶地區(qū) 132 次突出中， 落煤時(shí) 124 次，占 95。放炮后沒(méi)有立即發(fā)生的突出，稱延期突出。 延遲的時(shí)間由幾分鐘到十幾小時(shí)，它的危害性更大。8、突出前常有預(yù)兆發(fā)生，如煤體和支架壓力增大；煤壁移動(dòng)加劇，煤 壁向外鼓出，掉碴，煤塊迸出；破裂聲，煤炮聲，悶雷聲；煤質(zhì)干燥， 光澤暗淡，層理紊亂；瓦斯增大或忽大忽小；煤塵增多；氣溫降低； 頂鉆或夾鉆， 等等。熟悉或掌握本礦的突出預(yù)兆， 對(duì)于及時(shí)撤出人員， 減少傷亡，有重要意義。四、預(yù)防煤與瓦斯突出的主要技術(shù)措施 防突措施分類：區(qū)域性防突措施： 實(shí)施以后可使較大范圍煤層消除突出危險(xiǎn)性的措施， 稱為區(qū)域性防突措施；局部防突措施：

5、實(shí)施以后可使局部區(qū)域 (如掘進(jìn)工作面 )消除突出危險(xiǎn)性 的措施稱為局部防突措施。(一)、區(qū)域性防突措施 區(qū)域性防突措施主要有開采保護(hù)層和預(yù)抽煤層瓦斯兩種。1、開采保護(hù)層 保護(hù)層：在突出礦井中，預(yù)先開采的、并能使其它相鄰的有突出危險(xiǎn) 的煤層受到采動(dòng)影響而減少或喪失突出危險(xiǎn)的煤層稱為保護(hù)層。 被保護(hù)層：后開采的煤層稱為被保護(hù)層。保護(hù)層位于被保護(hù)層上方的 叫上保護(hù)層，位于下方的叫下保護(hù)層。1) 、開采保護(hù)層的作用(1) 地壓減少，彈性潛能得以緩慢釋放。(2) .煤層膨脹變形，形成裂隙與孔道，透氣系數(shù)增加。所以被保護(hù)層內(nèi) 的瓦斯能大量排放到保護(hù)層的采空區(qū)內(nèi)，瓦斯含量和瓦斯壓力都將明 顯下降。(3) 煤

6、層瓦斯涌出后，煤的強(qiáng)度增加。據(jù)測(cè)定，開采保護(hù)層后，被保護(hù) 層的煤硬度系數(shù)由0.30.5增加到1.01.5。2).保護(hù)范圍保護(hù)范圍：指保護(hù)層開采后，在空間上使危險(xiǎn)層喪失突出危險(xiǎn)的有效 范圍。劃定保護(hù)范圍，也就是在空間和時(shí)間上確定卸壓區(qū)的有效范圍(1) 垂直保護(hù)距離保護(hù)層與被保護(hù)層間的有效垂距(2) 沿傾斜的保護(hù)范圍確定沿傾向的保護(hù)范圍就是沿傾向劃定被保護(hù)層 的上、下邊界。(3) 沿走向的保護(hù)范圍。超前距一般不得小于兩個(gè)煤層之間垂直距離的 兩倍，至少不小于 30m。(4)煤柱的影響2. 預(yù)抽煤層瓦斯對(duì)于無(wú)保護(hù)層或單一突出危險(xiǎn)煤層的礦井，可以采用預(yù)抽煤層瓦斯作 為區(qū)域性防突措施。這種措施的實(shí)質(zhì)是，通

7、過(guò)一定時(shí)間的預(yù)先抽放瓦 斯，降低突出危險(xiǎn)煤層的瓦斯壓力和瓦斯含量，并由此引起煤層收縮 變形、地應(yīng)力下降、煤層透氣系數(shù)增加和煤的強(qiáng)度提高等效應(yīng)，使被 抽放瓦斯的煤體喪失或減弱突出危險(xiǎn)性。(二)局部防突措施1、松動(dòng)爆破作用機(jī)理：松動(dòng)爆破是向掘進(jìn)工作面前方應(yīng)力集中區(qū)，打幾個(gè)鉆孔裝 藥爆破，使煤炭松動(dòng)，集中應(yīng)力區(qū)向煤體深部移動(dòng)，同時(shí)加快瓦斯的 排出，從而在工作面前方造成較長(zhǎng)的卸壓帶，以預(yù)防突出的發(fā)生。松 動(dòng)爆破分為深孔和淺孔兩種。深孔松動(dòng)爆破一般用于煤巷或半煤巖巷 掘進(jìn)工作面，鉆孔直經(jīng)一般為 4060mm，深度8m15m（煤層厚時(shí)取 大值 ）。淺孔松動(dòng)爆破主要用于采煤工作面，雞西礦務(wù)局大通溝煤礦的 施

8、工參數(shù)為：孔徑42mm、孔深2.4m、孔間距3.0m。鉆孔垂直煤壁， 松動(dòng)炮眼超前工作面 1.2m2、鉆孔排放瓦斯 作用機(jī)理：石門揭煤前，由巖巷或煤巷向突出危險(xiǎn)煤層打鉆，將煤層 中的瓦斯經(jīng)過(guò)鉆孔自然排放出來(lái)，待瓦斯壓力降到安全壓力以下時(shí)， 再進(jìn)行采掘工作。3、水力沖孔作用機(jī)理：水力沖孔是在安全巖 （煤）柱的防護(hù)下，向煤層打鉆后，用高 壓水射流在工作面前方煤體內(nèi)沖出一定的孔道， 加速瓦斯排放。 同時(shí)， 由于孔道周圍煤體的移動(dòng)變形， 應(yīng)力重新分布， 擴(kuò)大卸壓范圍。 此外， 在高壓水射流的沖擊作用下，沖孔過(guò)程中能誘發(fā)小型突出，使煤巖中 蘊(yùn)藏的潛在能量逐漸釋放，避免大型突出的發(fā)生。4、超前鉆孔 作用機(jī)

9、理：它是在煤巷掘進(jìn)工作面前方始終保持一定數(shù)量的排放瓦斯 鉆孔。它的作用是排放瓦斯， 增加煤的強(qiáng)度， 在鉆孔周圍形成卸壓區(qū)， 使集中應(yīng)力區(qū)移向煤體深部5、金屬骨架 作用機(jī)理：當(dāng)石門掘進(jìn)工作面接近煤層時(shí)，通過(guò)巖柱在巷道頂部和兩 幫上側(cè)打鉆，鉆孔穿過(guò)煤層全厚，進(jìn)入巖層 0.5m?？组g距一般為0.2m 左右，孔徑75 100mm。然后將長(zhǎng)度大于孔深0.4 0.5m的鋼管或鋼 軌，作為骨架插入孔內(nèi)，再將骨架尾部固定，最后用震動(dòng)放炮揭開煤 層（圖 9-5-8）。此法適用于地壓和瓦斯壓力都不太大的急傾斜薄煤層或 中厚煤層6、超前支架 作用機(jī)理： 多用于有突出危險(xiǎn)的急傾斜煤層厚煤層的煤層平巷掘進(jìn)時(shí)。 為了防止

10、因工作面頂部煤體松軟垮落而導(dǎo)致突出，在工作面前方巷道 頂部事先打上一排超前支架，增加煤層的穩(wěn)定性。7. 卸壓槽 它的實(shí)質(zhì)是預(yù)先在工作面前方切割出一個(gè)縫槽，以增加工作面前方的 卸壓范圍，8、震動(dòng)放炮 震動(dòng)放炮是采用增加炮眼數(shù)和裝藥量，一次爆破揭開煤層并成巷的爆 破方法。在此情況下，因爆破震動(dòng)，圍巖應(yīng)力和瓦斯壓差急劇變化， 創(chuàng)造了最有利的突出條件1）、巖柱厚度巖柱厚度愈大，爆破前突出的可能性愈小，但愈難一次 揭開全煤層。規(guī)程規(guī)定，急傾斜煤層巖柱厚度不小于 1.5m。緩傾向 和傾斜煤層，為了全斷面一次揭開煤層，可將工作面做成臺(tái)階狀或斜面，然后布置炮眼。2) 、炮眼數(shù)和炮眼布置 要求能一次揭開煤層全斷

11、面。一般情況下，震動(dòng)放炮的炮眼數(shù)為普通 放炮的23倍，炮眼數(shù)n也可按北票礦務(wù)局的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：可用單列三組楔形掏槽的方式。巖眼和煤眼要交錯(cuò)相間排列，順序爆 破3) 、裝藥量決定于巷道斷面、 巖石性質(zhì)和需要爆破的巖石體積。 各礦實(shí)際裝藥量， 往往相差很大，在1.76kg/m311kg/m3之間，應(yīng)根據(jù)本礦的實(shí)際爆破 經(jīng)驗(yàn)確定。4) 、注意事項(xiàng)(1) 震動(dòng)放炮時(shí)，應(yīng)將井下人員撤至地面。為了少影響生產(chǎn)，一般在交 接班時(shí)放炮；(2) 放炮時(shí)應(yīng)將放炮區(qū)或全井?dāng)嚯姡M(jìn)風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)不得有火源存在，以免 引燃瓦斯；(3) 放炮半小時(shí)后由救護(hù)隊(duì)進(jìn)入檢查。具有延期突出的礦井，進(jìn)入的時(shí) 間還要加長(zhǎng)；(4) 為了限制突出

12、的波及范圍，可在距離工作面45m處，壘起高不小于 1.5m 的矸石堆或高至頂板的木垛。有人提出，采用延發(fā)雷管分次爆 破，使一部分巖石落在工作面附近，起到限制突出的作用。震動(dòng)放炮容易引起冒頂事故，能誘使突出，不是好的防治措施，應(yīng)盡 可能不采用。五、突出的預(yù)測(cè) 突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)是防治煤與瓦斯突出綜合措施的第一步。突出危險(xiǎn)性 預(yù)測(cè)包括區(qū)域性預(yù)測(cè)和工作面預(yù)測(cè)。(一)、預(yù)測(cè)指標(biāo)1、煤的瓦斯放散指數(shù)Sp一般情況下，S 01525時(shí)有突出危險(xiǎn)。2、煤的堅(jiān)固系數(shù) f：當(dāng)f<0.60.8時(shí)有突出危險(xiǎn)；f> 1.2時(shí)，無(wú)突出危險(xiǎn)。3、軟煤比軟煤分層厚度與煤層總厚度之比稱軟煤比，亦稱揉皺系數(shù)。 該值越高，煤層越不穩(wěn)定，突出可能性越大。4、鉆孔瓦斯涌出量和鉆渣量這是一種可以在掘進(jìn)工作面即時(shí)預(yù)測(cè)有無(wú) 突出危險(xiǎn)的方法，它綜合反映了工作面前方煤體滲透性、破壞程度、 瓦斯涌出速度和