煤與瓦斯突出及其預防

—煤與瓦斯突出及其預防一、概述含義：煤礦地下采掘過程中，在極短的時間內（幾秒到幾分鐘），從煤、巖層內以極快的速度向采掘空間內噴出煤（巖）和瓦斯（CH4、CO2）的現象，稱為煤與瓦斯突出危害：它所產生的高速瓦斯流（含煤粉或巖粉）能夠摧毀巷道設備，破壞通風系統(tǒng)，甚至造成風流逆轉；噴出的瓦斯由幾百到幾萬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、巖由幾千噸到萬噸以上，能夠造成煤流埋人；猛烈的動力效應可能導致冒頂和火災事故的發(fā)生。二、突出的機理突出的機理是關于解釋突出的原因和過程的理論。突出是非常冗雜的自然現象，它的機理還沒有統(tǒng)一的見解，假說許多。多數人認為，突出是地壓、瓦斯、煤的力學性質和重力綜合作用的結果。三、突出的一般規(guī)律1、突動身生在肯定的采掘深度以后。每個煤層開頭發(fā)生突出的深度差異很大，最淺的礦井是湖南白沙礦務局里王廟煤礦僅50m，始突深度最大的是撫順礦務局老虎臺煤礦，達0m。自此以下，突出的次數增多，強度增大。2、突出多發(fā)生在地質構造附近，如斷層、褶曲、扭轉和火成巖侵入區(qū)附近。據南桐礦務局統(tǒng)計，95％以上的突出（石門突出除外）發(fā)生在向斜軸部、扭轉地帶、斷層和褶曲附近。北票礦務局統(tǒng)計，90％以上的突動身生在地質構造區(qū)和火成巖侵入區(qū)。3、突出多發(fā)生在集中應力區(qū)，如巷道的上隅角，相向掘進工作面接近時，煤層留有煤柱的相對應上、下方煤層處，回采工作面的集中應力區(qū)內掘進時，等等。4、突出次數和強度，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，突出的危險性也愈大。5、突出與煤層的瓦斯含量和瓦斯壓力之間沒有固定的關系。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。由于突出是多種因素綜合作用的結果。但值得留意的是，我國30處特大型突出礦井的煤層瓦斯含量都大于20m3/t。6、突出煤層的特點是強度低，而且軟硬相間，透氣系數小，瓦斯的放散速度高，煤的原生結構遭到破壞，層理紊亂，無明顯節(jié)理，光澤暗淡，易粉碎。假如煤層的頂板堅硬致密，突出危險性增大。7、大多數突動身生在放炮和落煤工序。例如，重慶地區(qū)132次突出中，落煤時124次，占95％。放炮后沒有立刻發(fā)生的突出，稱延期突出。延遲的時間由幾分鐘到十幾小時，它的危害性更大。8、突出前常有預兆發(fā)生，如煤體和支架壓力增大；煤壁移動加劇，煤壁向外鼓出，掉碴，煤塊迸出；裂開聲，煤炮聲，悶雷聲；煤質枯燥，光澤暗淡，層理紊亂；瓦斯增大或忽大忽?。幻簤m增多；氣溫降低；頂鉆或夾鉆，等等。熟識或把握本礦的突出預兆，對于按時撤出人員，削減傷亡，有重要意義。四、預防煤與瓦斯突出的主要技術措施防突措施分類：區(qū)域性防突措施：實施以后可使較大范圍煤層消退突出危險性的措施，稱為區(qū)域性防突措施；局部防突措施：實施以后可使局部區(qū)域（如掘進工作面）消退突出危險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愛護層和預抽煤層瓦斯兩種。1、開采愛護層愛護層：在突出礦井中，預先開采的、并能使其它相鄰的有突出危險的煤層受到采動影響而削減或喪失突出危險的煤層稱為愛護層。被愛護層：后開采的煤層稱為被愛護層。愛護層位于被愛護層上方的叫上愛護層，位于下方的叫下愛護層。1）開采愛護層的作用（1）地壓削減，彈性潛能得以緩慢釋放。（2）.煤層膨脹變形，形成裂隙與孔道，透氣系數增加。所以被愛護層內的瓦斯能大量排放到愛護層的采空區(qū)內，瓦斯含量和瓦斯壓力都將明顯下降。（3）煤層瓦斯涌出后，煤的強度增加。據測定，開采愛護層后，被愛護層的煤硬度系數由0.3～0.5增加到1.0～1.5。2）.愛護范圍愛護范圍：指愛護層開采后，在空間上使危險層喪失突出危險的有效范圍。劃定愛護范圍，也就是在空間和時間上確定卸壓區(qū)的有效范圍（1）垂直愛護距離愛護層與被愛護層間的有效垂距（2）沿傾斜的愛護范圍確定沿傾向的愛護范圍就是沿傾向劃定被愛護層的上、下邊界。（3）沿走向的愛護范圍。超前距一般不得小于兩個煤層之間垂直距離的兩倍，至少不小于30m。（4）煤柱的影響2.預抽煤層瓦斯對于無愛護層或單一突出危險煤層的礦井，可以采納預抽煤層瓦斯作為區(qū)域性防突措施。這種措施的本質是，通過肯定時間的預先抽放瓦斯，降低突出危險煤層的瓦斯壓力和瓦斯含量，并由此引起煤層收縮變形、地應力下降、煤層透氣系數增加和煤的強度提高等效應，使被抽放瓦斯的煤體喪失或減弱突出危險性。（二）局部防突措施1、松動爆破作用機理：松動爆破是向掘進工作面前方應力集中區(qū)，打幾個鉆孔裝藥爆破，使煤炭松動，集中應力區(qū)向煤體深部移動，同時加快瓦斯的排出，從而在工作面前方造成較長的卸壓帶，以預防突出的發(fā)生。松動爆破分為深孔和淺孔兩種。深孔松動爆破一般用于煤巷或半煤巖巷掘進工作面，鉆孔直經一般為40～60mm，深度8m～15m（煤層厚時取大值）。淺孔松動爆破主要用于采煤工作面，雞西礦務局大通溝煤礦的施工參數為：孔徑42mm、孔深2.4m、孔間距3.0m。鉆孔垂直煤壁，松動炮眼超前工作面1.2m2、鉆孔排放瓦斯作用機理：石門揭煤前，由巖巷或煤巷向突出危險煤層打鉆，將煤層中的瓦斯經過鉆孔自然排放出來，待瓦斯壓力降到安全壓力以下時，再進行采掘工作。3、水力沖孔作用機理：水力沖孔是在安全巖（煤）柱的防護下，向煤層打鉆后，用高壓水射流在工作面前方煤體內沖出肯定的孔道，加速瓦斯排放。同時，由于孔道四周煤體的移動變形，應力重新分布，擴大卸壓范圍。此外，在高壓水射流的沖擊作用下，沖孔過程中能誘發(fā)小型突出，使煤巖中蘊藏的潛在能量漸漸釋放，防止大型突出的發(fā)生。4、超前鉆孔作用機理：它是在煤巷掘進工作面前方一直保持肯定數量的排放瓦斯鉆孔。它的作用是排放瓦斯，增加煤的強度，在鉆孔四周形成卸壓區(qū)，使集中應力區(qū)移向煤體深部5、金屬骨架作用機理：當石門掘進工作面接近煤層時，通過巖柱在巷道頂部和兩幫上側打鉆，鉆孔穿過煤層全厚，進入巖層0.5m?？组g距一般為0.2m左右，孔徑75～XXXmm。然后將長度大于孔深0.4～0.5m的鋼管或鋼軌，作為骨架插入孔內，再將骨架尾部固定，最終用震驚放炮揭開煤層（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、超前支架作用機理：多用于有突出危險的急傾斜煤層厚煤層的煤層平巷掘進時。為了防止因工作面頂部煤體松軟垮落而導致突出，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.卸壓槽它的本質是預先在工作面前方切割出一個縫槽，以增加工作面前方的卸壓范圍，8、震驚放炮震驚放炮是采納增加炮眼數和裝藥量，一次爆破揭開煤層并成巷的爆破方法。在此情況下，因爆破震驚，圍巖應力和瓦斯壓差急劇改變，制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，可將工作面做成臺階狀或斜面，然后布置炮眼。2）炮眼數和炮眼布置要求能一次揭開煤層全斷面。一般情況下，震驚放炮的炮眼數為一般放炮的2～3倍，炮眼數N也可按北票礦務局的經驗公式計算：可用單列三組楔形掏槽的方式。巖眼和煤眼要交叉相間排列，挨次爆破3）裝藥量確定于巷道斷面、巖石性質和需要爆破的巖石體積。各礦實際裝藥量，往往相差很大，在1.76kg/m3～11kg/m3之間，應依據本礦的實際爆破經驗確定。4）留意事項（1）震驚放炮時，應將井下人員撤至地面。為了少影響生產，一般在交接班時放炮；（2）放炮時應將放炮區(qū)或全井斷電，進風系統(tǒng)內不得有火源存在，以免引燃瓦斯；（3）放炮半小時后由搶救隊進入檢查。具有延期突出的礦井，進入的時間還要加長；（4）為了限制突出的涉及范圍，可在距離工作面4～5m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，采納延發(fā)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。震驚放炮簡單引起冒頂事故，能誘使突出，不是好的防治措施，應盡可能不采納。五、突出的預測突出危險性預測是防治煤與瓦斯突出綜合措施的第一步。突出危險性預測包括區(qū)域性預測和工作面預測。（一）預測指標1、煤的瓦斯放散指數ΔP：一般情況下，ΔP＞15～25時有突出危險。2、煤的牢固系數f：當f0.6～0.8時有突出危險；f＞1.2時，無突出危險。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。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工作面即時預測有無突出危險的方法，它綜合反映了工作面前方煤體浸透性、破壞程度、瓦斯涌出速度和巖層