進(jìn)行采礦作業(yè)時的安全保證措施

第9章第1頁第9章進(jìn)行采礦作業(yè)時的平安保證措施9.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法9.2震動爆破9.2.1震動爆破時降低突出頻率和強(qiáng)度的科學(xué)根底9.2.2震動爆破時突出頻率和強(qiáng)度措施9.3遠(yuǎn)距離開停機(jī)械在突出危險(xiǎn)煤層落煤9.4遭遇煤與瓦斯突出人員的保護(hù)設(shè)備第9章第2頁9.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法

沿煤層掘進(jìn)礦山巷道，導(dǎo)致在工作面附近形成極限狀態(tài)，并引起該帶內(nèi)瓦斯含量的變化。巷道影響帶由全面壓縮狀態(tài)變?yōu)?向壓縮狀態(tài)。這將導(dǎo)致工作面附近的煤層的破壞，失去其支承能力，支承應(yīng)力帶向煤體深部轉(zhuǎn)移，最終導(dǎo)致工作面附近煤體的卸壓和瓦斯排放。在卸壓和排放瓦斯的平安帶范圍內(nèi)采煤時不會發(fā)生煤與瓦斯突出。該帶的范圍取決于礦山地質(zhì)條件，從幾十厘米變化至幾米。突出危險(xiǎn)性煤層的作業(yè)工藝應(yīng)保證在卸壓帶范圍內(nèi)落煤，并留有不小于1m的超前距。通過合理控制礦山技術(shù)因素對工作面附近煤層的作用，可以形成滿足工藝要求的卸壓帶■9.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法為查明各種礦山技術(shù)因素對工作面附近煤層卸壓和排放帶尺寸的影響，進(jìn)行了分析和試驗(yàn)研究。取長壁式采煤法開采水平煤層時垂直于層理方向的應(yīng)力分布圖作為工作面附近煤層應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的原始模型，如圖9.1所示第9章第3頁■第9章第4頁

9.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法在極限狀態(tài)狀態(tài)帶〔支承應(yīng)力最大點(diǎn)之前〕內(nèi)的正應(yīng)力用下式表示：〔9.1〕

式中—巖石的單位重量；H—開采深度；，σ—突出危險(xiǎn)煤層在原始條件下的立方體強(qiáng)度極限，根據(jù)全蘇礦山測量科學(xué)研究所的方法確定；—考慮回采作業(yè)空間特征而換算的巷道寬度；—采面長度；—煤層厚度■9.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法工作面煤壁到最大支承應(yīng)力點(diǎn)的距離：〔9.2)當(dāng)φ<1時式中—移動系數(shù)；φ3=62°～64°—反映載荷增長斜度的角度根據(jù)式〔9.1〕和式〔9.2〕可以計(jì)算應(yīng)力圖。第9章第5頁■9.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法根據(jù)下式可以計(jì)算壓帶深度〔圖9.1〕：

頂板懸臂梁影響的計(jì)算示意圖如圖9.2所示第9章第6頁■9.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法回采巷道附近礦山巖體狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型的分析證明，確定支承壓力帶內(nèi)的應(yīng)力時可以采用以下條件：在B點(diǎn)處〔9.4〕

式中y—頂板垂直于層理方向的位移量。截面AB可以看作是懸臂梁的掩埋截面。在區(qū)段amax內(nèi)煤層邊緣局部將被懸臂梁夾住。懸臂梁對煤層的壓力變化取作線性關(guān)系，然后將固定應(yīng)力場〔圖9.2a)和附加應(yīng)力場的應(yīng)力相加，我們得到確定卸壓帶深度增量的關(guān)系式：〔9.5〕式中△a0—卸壓帶深度a0的增量。第9章第7頁■9.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法上式中式中—懸臂梁巖層的厚度；—懸臂梁長度；—極限狀態(tài)帶長度式〔9.5〕中右側(cè)的符號說明，懸臂梁的存在導(dǎo)致卸壓帶減小。在頂板懸臂梁不同長度條件下，根據(jù)式〔9.5〕計(jì)算卸壓帶深度的增量，計(jì)算條件h=5m,amax=4m,a0=1.5m,σкув=10MPa,γH=20MPa。第9章第8頁■9.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法第9章第9頁■隨著懸臂梁長度的LК的增大，煤層卸壓帶深度的增量值減小當(dāng)H=800m、2h=0.6m、σкув=10MPa時，利用式〔9.3〕和式〔9.5〕定量評價區(qū)段2l對卸壓帶深度的影響:當(dāng)H=800m、=150m、σкув=10MPa時，計(jì)算煤層厚度2h對平安卸壓帶深度a0的影響：結(jié)果說明，隨采面斜長和煤層厚度的增加，煤層的平安卸壓帶深度將增大。LК/m36912△a0/m-0.066-0.084-0.122-00/m1.31.822h/m0.60.81.2ao/m1.81.929.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法根據(jù)應(yīng)力松弛時間〔t=1d〕的試驗(yàn)資料查明時間因素對平安卸壓帶深度的影響：〔9.6〕式中，—當(dāng)時的長時強(qiáng)度極限把時間函數(shù)代入式〔9.6)中，得到可以評價時間因素對平安卸壓帶深度影響的關(guān)系,如圖〔9.3〕第9章第10頁■9.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法煤層平安卸壓帶深度的礦山技術(shù)因素中，3個工藝因素—回采區(qū)段斜長、時間〔平安卸壓帶形成的時間〕和頂板管理方法〔頂板懸臂梁長度〕借助于斯科欽斯基礦業(yè)研究院制造的液壓傳感器дгд-1和俄羅斯科學(xué)院北奧塞梯礦業(yè)研究所制造的應(yīng)變傳感器—應(yīng)變計(jì)дл-8，評價煤層的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，傳感器安裝在直徑42～48mm的鉆孔中，鉆孔由準(zhǔn)備巷道打在回采工作面的前方。根據(jù)所打的平行于回采工作面的鉆孔瓦斯涌出速度的變化，評價煤層的瓦斯動力狀態(tài)。第9章第11頁■9.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法根據(jù)液壓傳感器дгд-1所確定的煤層應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的變化和瓦斯涌出動態(tài)所確定的卸壓帶深度，如圖9.4所示煤層的卸壓帶即應(yīng)力低于原巖應(yīng)力的方位，按垂直應(yīng)力為工作面前方2m，按水平應(yīng)力為工作面前方2.4m。根據(jù)瓦斯涌出動態(tài)確定的卸壓帶深度為2m第9章第12頁■9.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法根據(jù)應(yīng)變傳感器дл-8的讀數(shù)確定工作面附近煤層的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，如圖9.5所示

應(yīng)力負(fù)值證明在最大支承應(yīng)力帶煤層受壓，正值證明回采工作面邊緣局部的煤層卸壓。根據(jù)傳感器дл-8的讀數(shù)確定的卸壓帶深度，與根據(jù)瓦斯涌出動態(tài)確定的卸壓帶深度幾乎一致。第9章第13頁■9.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法隨著回采工作面的推進(jìn)，鉆孔瓦斯涌初速度的變化如圖9.6所示第9章第14頁■9.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法試驗(yàn)研究證明了工作面附近煤層卸壓帶和排放帶隨著落煤在時間上的變化并向煤體深部轉(zhuǎn)移。研究結(jié)果將卸壓帶深度作為工作面附近煤層突出危險(xiǎn)性評價的主要原那么的依據(jù)。以下工藝因素對工作面附近煤層平安卸壓帶尺寸的影響程度進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證：回采工作面推進(jìn)速度，回采區(qū)段長度，落煤循環(huán)之間的時間間隔，頂板懸臂梁長度在試驗(yàn)進(jìn)行期間，在采面沒有采取防突措施。通過刨煤機(jī)落煤、采面無人做業(yè)，保證了試驗(yàn)進(jìn)行時的平安試驗(yàn)研究的方法：在工作面布置2個觀測站，分別位于距工作面運(yùn)輸平巷25m和采面中部，根據(jù)瓦斯涌出動態(tài)確定落煤作業(yè)結(jié)束后不同時間段內(nèi)的卸壓帶的深度第9章第15頁■9.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法如圖9.7當(dāng)工作面推進(jìn)的速度增大時〔考慮落煤作業(yè)過程中的工藝間斷〕，卸壓帶深度急劇減小；當(dāng)工作面推進(jìn)的速度大時，卸壓帶向煤體深部的轉(zhuǎn)移滯后，導(dǎo)致卸壓帶減小當(dāng)推進(jìn)速度小于2×10-4m/s時,卸壓帶向煤體深部均勻轉(zhuǎn)移當(dāng)推進(jìn)速度大于5×10-4m/s時,卸壓帶轉(zhuǎn)移的平均速度小于工作面移動速度,卸壓帶的總深度減小第9章第16頁■9.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法回采區(qū)段長度的減小導(dǎo)致卸壓帶深度減小，因?yàn)檫@同時增大了工作面推進(jìn)速度，當(dāng)回采區(qū)段長度小于80m時，變化最劇烈，如圖9.8所示第9章第17頁■9.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法在各種卸壓帶初始值的條件下，卸壓帶尺寸隨時間而增大，并且增大的速度取決于初始值：落煤結(jié)束后卸壓帶越小，其隨時間的增大越快回采后5～6h，卸壓帶形成過程幾乎就完成了，如圖9.9所示第9章第18頁■9.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法試驗(yàn)說明，當(dāng)懸臂梁的長度在6m以下增加時，卸壓帶尺寸減小，當(dāng)懸臂梁的長度為6m以上時，隨著懸臂梁的長度增加，卸壓帶尺寸增大，如圖9.10所示第9章第19頁■9.1根據(jù)工作面附近煤層瓦斯含量和應(yīng)力分布規(guī)律降低煤體突出危險(xiǎn)性的方法分析研究和試驗(yàn)研究說明，通過合理選擇回采工藝參數(shù)可以影響平安卸壓帶的深度，到達(dá)在回采過程中不采取防突措施而防治煤與瓦斯突出，根據(jù)諾模圖〔圖9.11〕可以選擇突出危險(xiǎn)性煤層不采取防突措施的工藝參數(shù)。第9章第20頁■9.2震動爆破9.2.1震動爆破時降低突出頻率和強(qiáng)度的科學(xué)根底在以下情況下，在準(zhǔn)備巷道和回采巷道采用震動爆破：開采特別突出危險(xiǎn)煤層區(qū)段時,局部防突措施并不總能在整個范圍內(nèi)實(shí)施防突措施效果檢查查明局部防突措施無效時在地質(zhì)破壞帶和高應(yīng)力帶震動爆破的應(yīng)用是由煤層水力松動或內(nèi)部爆破超前鉆孔的不可能性和危險(xiǎn)性決定的。目前在頓涅茨克礦區(qū)各礦井中，震動爆破應(yīng)用范圍很廣，而采用的震動爆破的巷道數(shù)量逐年增多第9章第21頁■9.2震動爆破圖9.12和圖9.13分別是“頓涅茨克煤管局〞卡林寧礦井的h10煤層和煤層突出密度及平均突出強(qiáng)度和開采深度的關(guān)系圖隨開采深度從550m增加到1070m，震動爆破時的突出密度增大，所以必須完善震動爆破片工藝，以保證在有效崩落煤炭和巖石的同時，降低工作面附近煤層的應(yīng)力和瓦斯含量，建立執(zhí)行工藝過程的平安條件，減少煤與瓦斯突出的頻率和強(qiáng)度第9章第22頁■9.2震動爆破降低突出頻率和強(qiáng)度措施的研究建立在保證工作面附近煤層卸壓排放帶增大措施的根底上。在研究震動爆破新參數(shù)時，研究了準(zhǔn)備巷道炮眼深度和突出發(fā)生概率之間的關(guān)系。研究地點(diǎn)為“頓涅茨克煤管局〞卡林寧礦井的h10煤層和煤層“斯莫良尼諾夫斯基〞、“社會主義頓巴斯〞礦井管理處“格盧博卡亞〞礦井的h8煤層、斯科欽斯基礦井的煤層，這些礦井為嚴(yán)重突出危險(xiǎn)煤層為確定卸壓帶深度和炮眼深度之間的關(guān)系，確定了△lmin的大小：式中—最小卸壓帶深度—爆破作業(yè)炮眼深度第9章第23頁■9.2震動爆破爆破作業(yè)之后，記錄有無突出發(fā)生及其強(qiáng)度變化，圖9.14和9.15說明了突出頻率和強(qiáng)度隨△lmin的變化試驗(yàn)說明，當(dāng)時可以降低爆破作業(yè)引起的突出頻率和強(qiáng)度，并且時為最優(yōu)方案，所以在崩落煤炭的同時，保證下次爆破循環(huán)的卸壓帶的存在，其尺寸超過炮眼深度1m及以上第9章第24頁■9.2震動爆破9.2.2震動爆破時降低突出頻率和強(qiáng)度的措施〔1〕圍巖超前松動以采用爆破對圍巖進(jìn)行超前松動為根底來增大工作面附近煤層的卸壓帶圍巖超前松動的實(shí)質(zhì)是在工作面附近形成煤層卸壓帶，其深度超過炮眼深度如果巖石松動措施保證在巷道工作面前方形成卸壓帶，并且超過下一個爆破循環(huán)煤體中的炮眼深度1～1.5m，可以降低突出頻率和強(qiáng)度。第9章第25頁■9.2震動爆破圖9.16是圍巖超前松動爆破說明書第9章第26頁■9.2震動爆破圖9.17和9.18分別是巖石超前松動爆破時為確定有效裂隙發(fā)育半徑，在輸出平巷工作面的鉆孔布置示意圖和頂板巖石松動鉆孔炸藥爆破前后檢查鉆孔的瓦斯涌出初速度變化曲線第9章第27頁■9.2震動爆破〔2〕煤體的超前松動在由上向下掘進(jìn)的傾斜巷道工作面和采面機(jī)窩沿煤層能夠打深鉆孔時，震動爆破時允許采用超前水力爆破增大工作面附近煤層的卸壓帶。為完成煤體超前水力爆破，其炸藥結(jié)構(gòu)如圖9.19所示第9章第28頁■9.2震動爆破煤體超前松動措施建立在向煤體中打深度超過落煤鉆孔深度的鉆孔的根底上(圖9.20)。第9章第29頁■9.2震動爆破實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，在鉆孔炸藥量為0.9kg并裝有超前水炮泥時，平面沖擊波在水中的傳播距離為2.1m，所以超前水泡泥的長度不應(yīng)超過2m。為準(zhǔn)確確定超前水炮泥的參數(shù)，在礦井條件下進(jìn)行了研究，如圖9.21第9章第30頁■9.2震動爆破裝有超前水炮泥的試驗(yàn)鉆孔中的炸藥爆炸前后，檢驗(yàn)鉆孔的瓦斯涌出速度變化如圖9.22所示礦井研究準(zhǔn)確確定了裝有超前水炮泥的鉆孔炸藥爆破有效作用半徑是0.8m，為提高措施的可靠性，裂隙發(fā)育半徑應(yīng)取最小值0.8m，而裝有超前水炮泥的鉆孔炸藥之間的距離應(yīng)不超過1.6m第9章第31頁■9.2震動爆破〔3〕震動爆破作業(yè)時保證工人平安的措施保證平安措施的主要要求是震動爆破引起煤與瓦斯突出的情況下防止人員