防治煤與瓦斯突出的局部措施

防治煤與瓦斯突出的局部措施防治煤與瓦斯突出的局部措施防治煤與瓦斯突出的局部措施第十九章防治煤及瓦斯突出的局部措施局部措施

局部措施是在煤及瓦斯突出煤層采掘工作面前方局部區(qū)域內(nèi)采取防突措施，經(jīng)效果檢驗確認(rèn)，消除該局部區(qū)域的突出危險性、形成阻止突出的安全帶后，在留有足夠超前距的條件下進行采掘作業(yè)。早期的局部防突措施是一種長期、直接面對突出危險源的工程方法，預(yù)測、效果檢驗和措施三個環(huán)節(jié)中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能產(chǎn)生災(zāi)難性的后果，已不能適應(yīng)當(dāng)今煤礦瓦斯治理的需要。第十九章防治煤及瓦斯突出的局部措施目前的局部措施配合區(qū)域性措施使用，由于煤層賦存條件復(fù)雜性和預(yù)抽時間不均衡等方面原因，區(qū)域范圍內(nèi)可能存在抽采效果相對較差的局部煤體，采掘到此位置仍然存在突出隱患；此時再補充局部措施，將進一步降低這個局部煤體的瓦斯，徹底消除其突出危險，保障采掘工作的安全，即局部防突措施是區(qū)域防突措施的補充，起到“拾漏補缺”的作用第十九章防治煤及瓦斯突出的局部措施局部措施可分為基本措施、增強措施和保障措施三類基本措施：施工鉆孔抽(排)瓦斯增強措施：為提高瓦斯抽（排）效果的措施保障措施：在執(zhí)行過基本措施并經(jīng)效果檢驗有效后，采取的改善煤體力學(xué)性能、進一步保障后續(xù)采掘工作的安全的措施基本措施是抽（排）煤體瓦斯、進一步降低瓦斯含量、徹底消除煤層突出危險必須采取的措施，是決定性的，是必須實施的增強措施和保障措施是輔助性的，起到提高抽（排）效率和進一步保障安全的作用，可針對具體情況確定是否采用一、基本措施（一）超前鉆孔（二）邊掘邊抽（一）超前鉆孔有突出危險的煤巷掘進工作面應(yīng)優(yōu)先選用超前鉆孔（包括超前預(yù)抽瓦斯鉆孔、超前排放鉆孔）防突措施。超前鉆孔是在工作面前方一定范圍煤體內(nèi)打一定數(shù)量的鉆孔，抽（排）煤體瓦斯，徹底消除煤層突出危險性的一種方法。（一）超前鉆孔（一）超前鉆孔基本要求1）煤巷掘進工作面 （1）巷道兩側(cè)輪廓線外鉆孔的最小控制范圍：近水平、緩傾斜煤層5m，傾斜、急傾斜煤層上幫7m、下幫3m。當(dāng)煤層厚度大于巷道高度時，在垂直煤層方向上的巷道上部煤層控制范圍不小于7m，巷道下部煤層控制范圍不小于3m。 （2）鉆孔在控制范圍內(nèi)應(yīng)當(dāng)均勻布置，在煤層的軟分層中可適當(dāng)增加鉆孔數(shù)。預(yù)抽鉆孔或超前排放鉆孔的孔數(shù)、孔底間距等應(yīng)根據(jù)鉆孔的有效抽放或排放半徑確定；隨著煤層鉆進技術(shù)及工藝的發(fā)展，鉆孔施工效率已大幅度提高，也可縮小鉆孔間距以縮短瓦斯抽排時間。（一）超前鉆孔基本要求1）煤巷掘進工作面 （3）鉆孔直徑應(yīng)當(dāng)根據(jù)煤層賦存條件、地質(zhì)構(gòu)造和瓦斯情況確定，一般為75～120mm，地質(zhì)條件變化劇烈地帶也可采用直徑42～75mm的鉆孔。若鉆孔直徑超過120mm時，必須采用專門的鉆進設(shè)備和制定專門的施工安全措施。 （4）煤層賦存狀態(tài)發(fā)生變化時，應(yīng)及時探明情況，再重新確定超前鉆孔的參數(shù)； （5）鉆孔施工前，加強工作面支護，打好迎面支架，背好工作面煤壁。（一）超前鉆孔基本要求2）采煤工作面 鉆孔直徑一般為75～120mm，鉆孔在控制范圍內(nèi)均勻布置，在煤層的軟分層中可適當(dāng)增加鉆孔數(shù)；超前排放鉆孔和預(yù)抽鉆孔的孔數(shù)、孔底間距等應(yīng)當(dāng)根據(jù)鉆孔的有效排放或抽放半徑確定；同樣，為了縮短瓦斯抽排時間可縮小鉆孔間距。（一）超前鉆孔工藝方法采用超前鉆孔局部防突措施，如果煤層能明顯分出軟硬分層時，應(yīng)在軟分層中布置鉆孔。超前鉆孔數(shù)量及布置方式隨煤層賦存條件的變化而變化。1）煤巷掘進工作面超前鉆孔孔長一般為10～12m。間距根據(jù)鉆孔有效抽（排）半徑確定，但總體來說超前鉆孔的總工程量不大，目前鉆機的施工能力、效率都有了很大的提高。因此，可以縮小鉆孔間距，一般孔底間距以1.0m左右為宜。 （一）超前鉆孔1）煤巷掘進工作面

根據(jù)孔徑及煤層厚度不同，一個工作面可布置十幾個至幾十個超前鉆孔，并保證鉆孔控制的范圍能滿足要求當(dāng)超前鉆孔數(shù)量較少或孔深較大，難以按要求均勻控制巷道輪廓線以外的煤體范圍時，工作面前方煤體兩側(cè)將留下未卸壓的三角空白帶。為此，可采用長短鉆孔相結(jié)合的布置方式工藝方法（一）超前鉆孔工藝方法2）采煤工作面

超前鉆孔應(yīng)用于采煤工作面，沿工作面傾斜方向每1.0～2.0m布置鉆孔，鉆孔直徑75～120mm，鉆孔深度6～10m；當(dāng)煤層厚度大于1.6m時，布置雙排鉆孔；鉆孔間距以不超過2m為宜。在距工作面上下順槽（風(fēng)巷、機巷）10m的范圍內(nèi)，可不布置鉆孔。（一）超前鉆孔工藝方法2）采煤工作面

超前鉆孔應(yīng)用于采煤工作面，沿工作面傾斜方向每1.0～2.0m布置鉆孔，鉆孔直徑75～120mm，鉆孔深度6～10m；當(dāng)煤層厚度大于1.6m時，布置雙排鉆孔；鉆孔間距以不超過2m為宜。在距工作面上下順槽（風(fēng)巷、機巷）10m的范圍內(nèi)，可不布置鉆孔。（二）邊掘邊抽邊掘邊抽是在工作面掘進過程中，通過工作面和巷幫鉆場向前方一定范圍煤體施工鉆孔，抽采煤體瓦斯；同時在工作面掘進過程中，巷幫鉆孔仍可以抽排、攔截巷道兩側(cè)煤體的瓦斯，減少掘進時的瓦斯涌出邊掘邊抽的巷幫鉆孔和掘進工作面前方的順層鉆孔同時施工，巷幫鉆孔的長度依據(jù)煤層的賦存條件和鉆孔施工能力而定，通常為50～60m巷道兩幫每45m布置一個鉆場，在鉆場內(nèi)施工長鉆孔控制前方55m的煤體，消突后進尺45m，保持10m的鉆孔壓茬距。每個鉆場的鉆孔數(shù)量依據(jù)鉆孔間距和煤層厚度而定（二）邊掘邊抽二、增強措施（一）松動爆破（二）水力擠出（三）水力割縫（一）松動爆破

松動爆破是在工作面前方卸壓煤體的防護下，在較長的鉆孔中采用藥壺裝藥，在前方5.5～6m以外爆破，松動工作面前方的煤體，產(chǎn)生大量的裂隙，增加煤體的滲透性能，提高煤體的抽（排）瓦斯效率。適用于煤質(zhì)較硬、突出強度較小的煤層松動爆破原理藥壺裝藥的爆破作用只發(fā)生在煤體內(nèi)部，除在裝藥孔段四周形成擴大的空腔外，還形成破碎圈、裂隙圈和震動圈，這些構(gòu)成了松動爆破的影響范圍破碎圈和裂隙圈起到卸壓增透和排放瓦斯作用破碎圈主要由爆破產(chǎn)生的沖擊波產(chǎn)生，消耗的能量很大，但作用的范圍較小（一）松動爆破裂隙圈是應(yīng)力波和爆炸氣體共同作用的結(jié)果，煤體內(nèi)既有徑向的裂隙，也有環(huán)形的裂隙，裂隙圈的大小決定了深孔松動爆破影響范圍的大小深孔松動爆破單位長度上的裝藥量越大，爆破孔的徑向作用范圍越大鉆孔孔徑和藥卷直徑一定時，爆破孔影響半徑及孔深和裝藥長度無關(guān)爆破后炮眼周圍形成直徑50～200mm的破碎圈及1.5～2.5m裂隙圈，處于其間的煤體透氣性能倍增，從而提高瓦斯抽（排）效果（一）松動爆破基本要求1）煤巷掘進工作面 （1）松動爆破鉆孔的孔徑一般為42mm，孔深不得小于8m。松動爆破應(yīng)至少控制到巷道輪廓線外3m的范圍?？讛?shù)根據(jù)松動爆破的有效影響半徑確定，有效影響半徑通過實測確定； （2）松動爆破孔的裝藥長度為孔長減去5.5～6m； （3）松動爆破按遠(yuǎn)距離爆破的要求執(zhí)行。（一）松動爆破基本要求2）采煤工作面 （1）采煤工作面的松動爆破防突措施適應(yīng)于煤質(zhì)較硬、圍巖穩(wěn)定性較好的煤層。松動爆破孔間距根據(jù)實際情況確定，一般2～3m，孔深不小于5m，炮泥封孔長度不得小于1m。應(yīng)當(dāng)適當(dāng)控制裝藥量，以免孔口煤壁垮塌 （2）松動爆破時，應(yīng)當(dāng)按遠(yuǎn)距離爆破的要求執(zhí)行（一）松動爆破鉆孔布置方法1）煤巷掘進工作面 掘進工作面采用深孔松動爆破措施時，其鉆孔布置方式應(yīng)根據(jù)工作面煤層賦存條件和斷面大小而定，通?？刹贾?～5個鉆孔，孔長一般為8～10m，控制范圍應(yīng)包括巷道斷面內(nèi)和距巷道輪廓線3m以上的煤體范圍。深孔松動爆破的有效影響半徑應(yīng)進行實測，孔間距由有效影響半徑確定。為了提高深孔松動爆破的增透效果，還可以在爆破孔的兩側(cè)和中間打一些不裝藥的排放鉆孔，以擴大爆破自由面和增加瓦斯排放通道。（一）松動爆破（一）松動爆破（一）松動爆破應(yīng)用實例六枝礦務(wù)局大用及化處兩礦七號煤層瓦斯壓力為1.07～1.8MPa，堅固性系數(shù)0.13～0.30，瓦斯含量18.8～21.9m3/t，煤層厚度3～4m，測得單孔松動半徑1.1～2.5m，松動炮孔深8m，每孔裝藥3～4.5kg，裝雷管3～4個，采用大串聯(lián)方式引爆松動放炮后使松動范圍內(nèi)的瓦斯壓力降至0.5MPa以下（8h后）；煤層透氣系數(shù)由5.3～6.4m2/（MPa2.d）提高到27.6m2/（MPa2.d）；噸煤瓦斯排放率達(dá)35%（爆破后7h累計）（一）松動爆破（二）水力擠出水力擠出是在掘進工作面前方打鉆孔，封孔后利用注水泵對鉆孔進行中、高壓注水，注水速度超過煤的滲透速度時，煤體破裂，并向掘進空間移動，進而增加注水鉆孔控制范圍煤體的滲透性能，提高煤體的預(yù)抽（排）瓦斯效率。（二）水力擠出基本要求煤巷掘進工作面 （1）沿工作面間隔一定距離打淺孔，鉆孔及工作面推進方向一致，然后利用封孔器封孔，向鉆孔內(nèi)注高壓水。注水參數(shù)應(yīng)根據(jù)煤層性質(zhì)合理選擇。如未實測確定，可參考如下參數(shù)：鉆孔間距4.0m，孔徑42～50mm，孔長6.0～10m，封孔2～4m，注水壓力13～15MPa，注水時以煤壁已出水或注水壓力下降30%后方可停止注水； （2）水力疏松后的允許推進度，一般不宜超過封孔深度，其孔間距不超過注水有效半徑的兩倍； （3）單孔注水時間不低于9min。若提前漏水，則在鄰近鉆孔2.0m左右處補打注水鉆孔。（二）水力擠出工藝方法水力疏松用的鉆孔應(yīng)打在可保證封孔質(zhì)量完好的煤分層中。水力擠出時瓦斯涌出量明顯增大，因此要注意水力擠出過程的瓦斯涌出監(jiān)測，配備自動檢測系統(tǒng)，自動記錄水力擠出過程及相關(guān)的巷道中的瓦斯涌出，出現(xiàn)問題及時處理。（二）水力擠出應(yīng)用實例利用ANSYS有限元分析軟件對水力擠出措施實施前后的掘進工作面前方煤體應(yīng)力分布進行數(shù)值模擬，結(jié)果表明：及水力擠出前相比，水力擠出后集中應(yīng)力帶內(nèi)的應(yīng)力集中程度有明顯下降，峰值應(yīng)力下降了65.5%，應(yīng)力集中系數(shù)由水力擠出前的1.4下降到1.2煤層注水使得掘進頭前方的應(yīng)力分布更加均衡煤層注水后，鉆孔周圍一定范圍（半徑約0.25m）的煤體應(yīng)力超過其單向抗壓強度，表現(xiàn)為壓碎行為；而距離此范圍稍遠(yuǎn)點的煤體應(yīng)力呈現(xiàn)拉應(yīng)力超過煤體的單向抗拉強度，表現(xiàn)為撕裂行為。在壓碎和撕裂作用下，煤體沿其中的削弱面開始錯動、滑移，并呈現(xiàn)離層現(xiàn)象（二）水力擠出應(yīng)用實例對水力擠出時瓦斯動力狀態(tài)和煤層應(yīng)力狀態(tài)的考察表明：在水力擠出之后，在注水鉆孔的長度上和工作面前方10m長度上，瓦斯壓力都有降低，在巷道側(cè)幫同樣出現(xiàn)瓦斯壓力的明顯降低。而直接毗鄰注水鉆孔的部分煤體，瓦斯壓力降低得最大，幾乎減少了90%以上。在注水發(fā)生煤體明顯移動的同時，工作面瓦斯涌出也明顯增加，有時達(dá)到原始值的2倍。當(dāng)注水只引起煤體的水力破裂，而沒有向巷道方向移動很大時，瓦斯涌出的幅度要稍小些，為原始值的1.6倍。當(dāng)注水時煤層靠近工作面部分既不發(fā)生水力破裂，也不發(fā)生水力擠出，而只發(fā)生煤的濕潤時，瓦斯涌出反而會降低。（二）水力擠出應(yīng)用實例對煤體移動量所做的研究表明：不同的深度移動量的大小不同：離工作面越近，移動強度大；往深部就減少。如在開始3m范圍內(nèi)，移動強度為33～50mm，在7m處不超過3mm。在水力擠出處理帶煤具有較大的殘余變形（68％或更大），而未處理帶的煤則有很大的彈性變形（68％或更大）和很小的殘余變形。（三）水力割縫水力割縫是在煤層中先打一個鉆孔，然后在鉆孔內(nèi)利用高壓水射流對鉆孔兩側(cè)的煤體進行切割，在鉆孔兩側(cè)形成一條具有一定深度的扁平縫槽，利用水流將切割下來的煤體帶出孔外。為了提高水力割縫效果，又發(fā)展了高壓磨料射流割縫技術(shù)，通過一定的技術(shù)手段，將具有一定粒度的磨料粒子加入到高壓水管路系統(tǒng)中，使磨料粒子及高壓水進行充分混合后再經(jīng)噴嘴噴出，從而形成具有極高速度的磨料粒子流——磨料射流。磨料粒子本身有一定的質(zhì)量和硬度，因此高壓磨料水射流具有良好的磨削、穿透、沖蝕的能力，提高割縫的效果。（三）水力割縫增透原理采用水力割縫措施后，首先增加了煤體的暴露面積，且扁平縫槽相當(dāng)于局部范圍內(nèi)開采了一層極薄的保護層，達(dá)到了層內(nèi)自我保護，給煤層內(nèi)部卸壓、瓦斯解吸流動創(chuàng)造了良好的條件，其結(jié)果是造成了縫槽上下煤體在一定范圍內(nèi)充分卸壓，增大了煤層的透氣性能其次，在地壓作用下，縫槽周圍的煤體向縫槽空間膨脹、移動，擴大了縫槽卸壓、排瓦斯范圍。因此，水力割縫的切割、沖擊作用，使鉆孔周圍一部分煤體被高壓水擊落沖走，形成扁平縫槽空間，這一縫槽可以使周圍煤體發(fā)生激烈的位移和膨脹，增加煤體中的裂隙，大大改善煤層中的瓦斯流動狀態(tài)，為瓦斯排放提供有利條件，改變煤體的原始應(yīng)力和裂隙狀況，提高煤體的透氣性（三）水力割縫高壓磨料水力割縫工藝（三）水力割縫應(yīng)用實例 李子埡南二井3102北機巷掘進磧頭巷道內(nèi)主采煤層為K1煤層，煤層瓦斯壓力為3.2MPa，瓦斯含量為18.22m3.t。煤層傾角44°～48°，中間夾石為黑色泥巖、褐灰色粘土巖以及炭質(zhì)泥巖，夾矸厚60～80mm。矸石上部煤層松軟,呈粉末狀及片狀，下部煤層堅硬易碎,多呈塊狀。 北機巷掘進磧頭煤層位于突出危險區(qū),在掘進工作面硬煤層中鉆超前抽采鉆孔,然后利用高壓磨料射流對抽采孔進行徑向割縫,切穿中間夾石后在上部軟分層中形成切槽,達(dá)到對軟分層的卸壓增透的目的。割縫孔布置如圖19-10所示,抽采鉆孔控制范圍為巷道上幫10m,下幫5m。（三）水力割縫 實際割縫工況壓力為25～28MPa,煤層割縫半徑約計為1.5m,每個圓盤形縫槽的切割時間為15～20min。結(jié)果表明:利用磨料射流割縫后,首月瓦斯單孔抽放量提高了2.83倍，提高了瓦斯抽采效果。三、保障措施（一）前探支架（二）煤層注水（一）前探支架三、保障措施

前探支架是在掘進工作面前方頂部事先打上一排超前支撐懸露煤體的支架，以防止工作面頂部松軟的懸煤垮落引起的煤及瓦斯突出（傾出），前探支架主要于松軟煤層的平巷掘進。布置方法在工作面前方打一排直徑為50～80mm鉆孔，鉆孔仰角8~10°，鉆孔間距為0.2～0.3m；然后在鉆孔中插入鋼管或鋼軌，尾端用支架支撐牢固；鋼管或鋼軌長度可按兩次掘進循環(huán)的長度再加0.5m，每掘進一次打一排鉆孔，形成兩排鉆孔交替前進。 在煤層特別松軟、打鉆困難時可以采用金屬撞楔打入前方煤體，然后再撞楔的掩護下進行掘進。（一）前探支架三、保障措施