煤礦“五大自然災害”防治技術

煤礦“五大自然災害”防治技術一、瓦斯災害防治技術及展望二、粉塵防治技術及展望

三、水害防治技術及展望

四、礦井火災防治技術及展望

五、沖擊地壓防治技術及展望

六、礦井“六大救援系統(tǒng)”解讀

七、作業(yè)規(guī)程編制概述

前言

煤炭是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎能源，煤礦安全是煤炭工業(yè)走新型工業(yè)化道路、可持續(xù)發(fā)展的前提和保證。二十世紀以前，由于煤炭行業(yè)的不景氣和國家宏觀調控政策的失誤，導致我國煤礦安全生產(chǎn)技術的發(fā)展基本處于徘徊不前的地步，特別是煤礦瓦斯災害頻發(fā)，給黨和人民的生命財產(chǎn)帶來了巨大的威脅。二十世紀初，我國煤礦安全生產(chǎn)技術由于受到了黨中央、國務院的高度重視。

煤礦安全生產(chǎn)技術的春天才如約而至。我們都知道，在煤礦五大自然災害中，特別以瓦斯事故為重，事故頻發(fā)、傷亡人數(shù)多、經(jīng)濟損失嚴重。因此，瓦斯災害治理是煤礦安全工作的重點。對煤礦瓦斯災害進行監(jiān)測監(jiān)控、預警防治等瓦斯綜合治理技術措施，是減少煤礦傷亡事故，提高安全生產(chǎn)水平的重要手段。

大家或許還記得，2004年11月28日發(fā)生在陜西省陳家山煤礦那震耳欲聾的一聲巨響，166條鮮活的生命悲慘的離去，事故的發(fā)生令多少中國人為之揪心。事后國務院陜西陳家山煤礦“11·28”特大瓦斯爆炸事故工作組副組長、國家煤礦安全監(jiān)察局副局長趙鐵錘在講話中指出，“11·28”事故是我國自1960年11月28日平頂山龍山廟煤礦死亡187人的瓦斯煤塵爆炸事故之后，44年來我國煤炭行業(yè)最大的一起安全事故，損失慘重，教訓沉痛。

11月28日，陜西省銅川礦務局陳家山煤礦發(fā)生礦難，166名礦工遇難。2005年元旦國務院總理溫家寶同志再到陜西陳家山煤礦看完慰問遇難職工家屬并到井下和礦工一起吃班中餐，當時陪同總理慰問的還有兩位出自煤炭行業(yè)的院士周世寧和張鐵剛。在飛往陜西的飛機上，溫總理將兩位院士請到他的座艙內(nèi)進行了長達40分鐘的長談，當溫總理語重心長的問到：近年來我國煤礦瓦斯事故頻發(fā)，傷亡人數(shù)多、損失巨大，國際影響不好。今天你們兩個給我說句實話，瓦斯事故能夠預防和控制嗎？當時兩位院士齊聲回答：由于瓦斯爆炸必須要三個條件同時具備，缺一不可，所以瓦斯事故是可防可控的。周世寧和張鐵崗兩位瓦斯治理問題專家到總理座艙談話，一直談到飛機準備下降了，總理很高興，意猶未盡。就是這次慰問回去之后，溫總理就親自支持召開了在我們煤炭行業(yè)影響巨大的“國務院第81次常務會議”127名礦工安全出井，166人死亡。05年元旦溫總理考察看望職工

在這次談話后，國家發(fā)改委主任馬凱讓兩位院士將我國燃氣能源的研究調查報告直接送交發(fā)改委。瓦斯的抽放、利用已經(jīng)開始由專家論證逐漸向高層的認知轉變。2005年今年2月23日，溫家寶總理主持召開第81次國務院常務會議，確定了煤礦瓦斯集中治理的七項措施。國務院召開常務會議專題研究瓦斯治理工作，是建國以來的第一次；組織國家煤礦安全專家組，對煤礦逐個進行"會診"，在建國以來也是第一次。充分表明了黨中央、國務院對搞好煤礦瓦斯治理，改善煤礦安全工作的決心。4月20日，總局、國家局、發(fā)改委和科技部聯(lián)合有關部門在北京召開啟動大會。會后，從全國30多家煤炭科研院校抽調的91名專家，分赴45戶重點國有煤礦企業(yè)開展“會診”。同時，應部分地方和企業(yè)的要求,對非重點監(jiān)控企業(yè)大雁煤業(yè)集團公司等6個單位27個煤礦（井）進行了會診。會診結果：甘肅煤礦安全欠賬14.5億元。在國家有關部門、各級地方政府、各有關煤礦企業(yè)和科研院校的共同努力下，安全技術"會診"工作已圓滿結束，并取得重大成果。3月17日，由國家發(fā)展和改革委員會牽頭，國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局、科技部、財政部、勞動和社會保障部、國土資源部、中國人民銀行、環(huán)?？偩帧⒅袊こ淘?、國家開發(fā)銀行、中國煤炭工業(yè)協(xié)會等為成員單位的煤礦瓦斯防治部際協(xié)調領導小組在京成立并召開會議。煤礦瓦斯防治部際協(xié)調領導小組組長、國家發(fā)展和改革委員會副主任張國寶主持了會議。協(xié)調領導小組是根據(jù)國務院第81次常務會議的決定成立的，其主要任務和目標是：協(xié)調、確定并組織實施煤礦瓦斯防治工作中資源、裝備、人才等方面的一系列重大舉措，有效防范煤礦重特大瓦斯事故，實現(xiàn)煤礦瓦斯事故由“少發(fā)生”到“少死亡”直至“不傷亡”的根本性轉變，推進國家能源安全和構建和諧社會目標的實現(xiàn)。

國務院第81次常務會議確定的瓦斯治理七條措施：

一是對瓦斯災害嚴重的四十五戶重點煤礦派駐安全督導組，進行跟蹤監(jiān)察；

二是組織專家組，對瓦斯災害嚴重和存在重大隱患的煤礦進行安全評估，逐礦落實瓦斯治理方案；

三是研究并落實國家三十億元人民幣煤礦安全技術改造資金投入方案，

盡快啟動一批瓦斯威脅嚴重的瓦斯治理和利用項目；

四是籌備召開全國煤礦安全改造和瓦斯治理電視電話會、煤礦瓦斯治理與利用現(xiàn)場會；

五是總結、制定并推廣《煤礦瓦斯治理經(jīng)驗》；

六是以瓦斯治理為重點，盡快實施“煤礦生產(chǎn)安全科技行動”專項；

七是組織力量編制《全國煤礦瓦斯治理總體方案》。協(xié)調領導小組將對瓦斯災害嚴重的45戶重點煤礦派駐安全督導組，進行跟蹤監(jiān)察；同時，將組織專家組，對瓦斯災害嚴重和存在重大隱患的煤礦進行安全評估，逐礦落實瓦斯治理方案。近期，協(xié)調領導小組還將研究并落實國家30億元煤礦安全技術改造資金投入方案；啟動一批瓦斯治理和利用項目；組織召開全國煤礦瓦斯治理和利用電視電話會議和現(xiàn)場會；實施專項“煤礦生產(chǎn)安全科技行動”；編制《全國煤礦瓦斯治理總體方案》

。各專家組根據(jù)總局、國家局《關于對重點監(jiān)控國有煤礦企業(yè)進行安全技術"會診"的通知》要求，結合"會診"企業(yè)的實際，制定了詳細的工作方案，有步驟，有計劃地開展"會診"工作。通過聽取匯報、現(xiàn)場考察、專題研討、綜合討論等一系列嚴密的"會診"程序，準確地診斷企業(yè)安全"病灶"，并提出整改措施，為企業(yè)解決了不少技術難題。第八專家組在寧夏進行"會診"期間，積極為汝箕溝煤礦綜采工作面的滅火提供技術支持，配合企業(yè)處理火災事故，避免了連續(xù)爆炸和事故的擴大。第十專家組對企業(yè)工程技術人員、管理人員進行了煤礦安全知識考試，針對存在的問題，為企業(yè)提供技術指導與服務在安全會診過程中，各位專家為弄清問題癥結，查找技術缺陷，深入現(xiàn)場、井下，利用深厚的理論功底和實踐經(jīng)驗，提出了一批技術改造的項目建議，梳理出了一些急需攻關的技術難題。各位專家一絲不茍精神更是令人欽佩。70多歲的俞啟香教授，帶領第二專家組深入災害嚴重的礦區(qū)"會診"，寫出了300多萬字的"會診"報告；第三組的王德明教授，舉辦了5次瓦斯專題講座；第六組的胡千庭研究員，總結了松藻礦業(yè)公司的典型經(jīng)驗，為我國開采極薄煤層保護層提供了技術借鑒。特別是鐵崗同志給省、企業(yè)多次作報告，介紹安全生產(chǎn)知識和經(jīng)驗，所到企業(yè)都舍不得讓走。在這次會診活動中，共產(chǎn)黨員、年僅46歲的西安科技大學教授徐精彩05年6月14號在連夜趕往甘肅窯街電煤公司“會診”時，不幸以身殉職。溫家寶總理2005年元旦在陜西陳家山煤礦慰問遇難職工家屬時還親自到陳家山煤礦遇難的礦通風副總工程師家慰問并看望了他的兒子，或許在2005年元月份的《煤炭報》上不止一次的看到了下面的一副照片，同時還引發(fā)了《人民日報》特約評論員文章-----不能讓溫總理的眼淚白流就是在這樣的歷史背景之下，煤礦安全問題才得到了黨中央、國務院及高層領導的普遍關注，在我國煤炭發(fā)展的歷史上是絕無僅有的。因此在黨中央、國務院的親切關懷和大力關注支持下，在煤炭行業(yè)“十年黃金期”，特別是在十一五期間我國煤礦安全生產(chǎn)技術突飛猛進，取得了長足的發(fā)展。尤其是瓦斯治理工作取得了可喜的驕人業(yè)績。一、礦井瓦斯災害防治技術及發(fā)展現(xiàn)狀

瓦斯是我國煤礦的主要災害因素之一，瓦斯煤塵爆炸、煤與瓦斯突出等災害嚴重威脅著我國煤礦的安全生產(chǎn)。由于災害因素多、治理難度大，礦井瓦斯一直是我國煤礦安全工作的重點和難點。目前，我國所有煤礦均為瓦斯礦井，據(jù)統(tǒng)計，在100個國有重點煤炭生產(chǎn)企業(yè)的609處礦井中，高瓦斯礦井占26．8％，煤與瓦斯突出礦井占17．6％，低瓦斯礦井占55．6％。國有地方和鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦中，高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井占15％左右。部分局礦的情況更為嚴重，如淮南礦業(yè)集團所屬11對礦井均為突出礦井，平頂山煤業(yè)集團所屬的13對礦井也全部為高瓦斯或突出礦井。

瓦斯災害已成為制約煤礦安全生產(chǎn)和煤炭工業(yè)發(fā)展的重要因素，為此，國家煤礦安全監(jiān)察局實施了“科技興安”戰(zhàn)略，并提出了“先抽后采、監(jiān)測監(jiān)控、以風定產(chǎn)”的瓦斯治理“十二字方針”。與此同時，我國的各類科技計劃也逐步加強了瓦斯災害治理技術研究開發(fā)的支持力度?！笆濉币詠恚貏e是十一五期間，科研院所、高等院校及企業(yè)以產(chǎn)學研結合方式開展了攻關研究，在瓦斯煤塵爆炸、煤與瓦斯突出預測、保護層開采、順煤層瓦斯抽放及礦井通風系統(tǒng)監(jiān)測、評價與決策控制等方面取得了重大進展，并獲得了一批重要的科技成果?，F(xiàn)簡要介紹如下：1、瓦斯煤塵爆炸的危險性預測與評價技術

瓦斯煤塵爆炸一直是困擾煤礦安全生產(chǎn)的重大災害之一。近年來，我國在煤塵著火機理及瓦斯煤塵爆炸機理研究方面，建立了粉塵云著火及燃燒過程簡化模型，建立了礦井瓦斯煤塵爆炸危險性評價模型，用事故樹方法分析了掘進、采煤工作面瓦斯煤塵爆炸發(fā)生的影響因素、可能發(fā)生事故的模式和避免爆炸事故發(fā)生所要采取的途徑。確立了礦井采煤工作面、掘進工作面瓦斯煤塵爆炸危險性預測評價指標體系，并將指標分為爆炸易發(fā)性指標和爆炸后果嚴重性指標。前者包括自然因素、技術因素、管理因素和經(jīng)濟因素四方面指標，后者包括煤塵爆炸指數(shù)、沉積煤狀況、隔抑爆方式、隔抑爆用水量、井下作業(yè)人員、以往事故損失及礦山救護能力等。開發(fā)出了瓦斯煤塵爆炸危險性預測評價技術和專家系統(tǒng)軟件，并建立了瓦斯煤塵爆炸的危險性評價和防治專家系統(tǒng)。2、煤與瓦斯突出區(qū)域預測技術

a:我國采用瓦斯地質方法，建立了瓦斯地質理論與物探技術相結合的多技術(數(shù)字地震勘探、無線電波透視和構造軟煤測井曲線識別)集成的多尺度(礦井突出區(qū)和工作面突出帶)瓦斯突出區(qū)域預測瓦斯地質新方法；提出了以瓦斯地質單元基礎的由構造軟煤厚度(H)和煤層瓦斯壓力(P)相配套的突出區(qū)域預測瓦斯地質指標，初步確定構造軟煤厚度的突出臨界值為0．90m.

b:開發(fā)了具有信息輸入、動態(tài)管理和空間分析功能的瓦斯突出區(qū)域預測WebGIS信息平臺，實現(xiàn)了瓦斯突出區(qū)域瓦斯地質方法的自動化和可視化；

C:采用地質動力區(qū)劃的方法，確定了活動構造和巖體應力狀態(tài)對突出的影響，并劃分出應力升高區(qū)、應力降低區(qū)和應力梯度。為此開發(fā)了突出多因素模式識別概率預測計算機軟件，確定了活動斷裂、最大主應力、應力梯度等8個主要影響因素，并可方便地劃分突出的危險區(qū)、威脅區(qū)和安全區(qū)，開發(fā)出了突出區(qū)域預測決策分析系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)了圖、文、聲和像的可視化。d:采用電磁波透視技術，成功研制出了探測煤層瓦斯災害易發(fā)區(qū)的技術和裝備，建立了電磁波反射和吸收特性。

3、煤與瓦斯突出動態(tài)預測技術

煤與瓦斯突出的非接觸式預測是通過對瓦斯或煤體本身的信號的實時監(jiān)測而進行的連續(xù)動態(tài)預測技術。這種方法具有測試簡單、不與生產(chǎn)發(fā)生沖突、實時連續(xù)監(jiān)測等優(yōu)點。因此，非接觸式連續(xù)預測是目前突出預測的主要研究方向。通過分析瓦斯涌出動態(tài)變化規(guī)律與突出危險性的關系、實時監(jiān)測瓦斯動態(tài)涌出特征波形、提取與突出危險性相關的特征指標，建立了煤巷掘進炮后30分鐘的噸煤瓦斯動態(tài)涌出量指標、瓦斯涌出變異系數(shù)指標、炮后瓦斯涌出最大速率指標等連續(xù)預測指標，研究確定了這幾種指標與炮掘工作面突出危險性的關系及指標臨界值，以此綜合判斷工作面所處地點的安全狀況以及前方的潛在危險性，實現(xiàn)了炮掘工作面瓦斯動態(tài)涌出預測，為我國煤礦提供了一種新的瓦斯涌出量預測方法和煤與瓦斯突出預測工藝技術；

4、瓦斯抽放技術進一步提高。我國煤礦瓦斯抽放技術進一步提高,在高、突礦井中推廣應用了“大管徑、大流量、大負壓”新型抽放設備。推廣應用了大功率液壓鉆機和新型鉆具,提高了鉆孔長度和成孔率,采用新型封孔材料,改善封孔工藝,提高了抽放效果。

5、礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)進一步完善。我國國有大型煤礦都按規(guī)定全部裝備了安全監(jiān)控系統(tǒng),大多地方小型煤礦也都安裝了安全監(jiān)控系統(tǒng),并實現(xiàn)了集團公司和產(chǎn)煤市、縣內(nèi)區(qū)域聯(lián)網(wǎng),提升了礦井安全監(jiān)控水平。目前使用較多的如由煤科總院常州自動化研究所開發(fā)的KJ95安全監(jiān)控系統(tǒng)等。

6、深孔鉆進工藝及技術的成功應用

結合煤礦安全生產(chǎn)需求和工藝技術效果，對安全生產(chǎn)起較大作用的重大關鍵技術和裝備給予連續(xù)支持，加大開發(fā)力度，不斷提升技術和裝備水平。如針對我國煤礦瓦斯抽放的難點和技術問題，結合引進國外關鍵技術，組織實施了煤礦井下長鉆孔鉆進關鍵技術工藝開發(fā)，研制出了我國自主核心技術的首臺井下長鉆孔抽放瓦斯鉆機，并實現(xiàn)井下順煤層鉆進700多米的效果；針對我國煤礦開采和抽放工藝的銜接關系，繼續(xù)支持開展了井下千米瓦斯抽放鉆孔施工裝備及工藝關鍵技術開發(fā)，努力為抽放瓦斯技術上臺階提供更堅實的技術支撐。7、千米定向鉆機及鉆進工藝的突破。為礦井瓦斯抽采創(chuàng)造了有利的條件。

8、瓦斯煤塵爆炸危險性評價方法

研究出了基于瓦斯地質、地質動力區(qū)劃、電磁波探測方法的煤與瓦斯突出區(qū)域預測技術和基于AE聲發(fā)射、電磁輻射和瓦斯涌出等原理的煤與瓦斯突出非接觸連續(xù)預測技術

9、順煤層強化抽放新技術

主要是順煤層長鉆孔瓦斯抽采技術的成功應用，解決了高（突）礦井瓦斯抽采率低下的問題，為瓦斯抽采和利用找到了新的途徑。遠距離控制鉆機遠控鉆機主要用于突出煤層施工瓦斯抽放鉆孔，主要作用是保證鉆孔施工人員的安全，減少井下作業(yè)人數(shù)。該系列遠控鉆機主要包括ZKYL-1200、ZKYL-2000、ZKYL-3200三種型號。

主要功能：◆遠距離控制功能，距離達500m以上◆自動裝卸鉆桿功能◆遠程視頻監(jiān)控功能該鉆機獲中國煤炭工業(yè)協(xié)會2010年度科技進步二等獎自動裝卸鉆桿裝置主控箱遠距離操作臺監(jiān)視屏攝像儀數(shù)據(jù)傳輸線遠距離控制鉆機組成油箱近距離操作臺履帶車動力組件主機供水系統(tǒng)主機動力系統(tǒng)操作系統(tǒng)隨鉆測量系統(tǒng)電控箱履帶行走系統(tǒng)整體式千米定向鉆機結構千米定向鉆機

ZYWL-6000D型千米定向鉆機主要用于中硬煤層瓦斯抽放長鉆孔，也可用于地質異常條件探測鉆孔。主要優(yōu)點有：

◆鉆孔深度達1000m以上

◆精確定向鉆進功能

◆可以側開分支孔◆鉆進速度快

◆預抽面積大

◆抽采效率高履帶系列鉆機

ZYWL系列標準布置履帶鉆機ZYWL系列橫向布置履帶鉆機適合側幫跨皮帶鉆孔ZYWL系列集成式履帶鉆機集成化程度高適合大多數(shù)煤礦使用ZYWL系列跨皮帶專用履帶鉆機適合側幫跨皮帶鉆孔專利技術，設計鉗式雙夾持器，機械上下鉆桿裝置取代人工上下鉆桿，減輕工人勞動強度；專利技術，設計自動裝卸鉆桿裝置，實現(xiàn)了鉆桿的自動裝卸；首次開發(fā)出鉆機智能防卡鉆技術，該技術能分析當前卡鉆的可能性，并監(jiān)測卡鉆的跡象，對卡鉆具有一定的預判性，這些都是其相對于人工預防卡鉆方式的優(yōu)勢。自動裝卸鉆桿裝置自動裝卸鉆桿技術鉗式雙夾持器遠程視頻監(jiān)控技術，鉆機工作情況及現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)等通過遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在遠控站顯示屏上實時顯示，供操作人員實時了解鉆機工作情況及現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)。攝像儀遠程視頻監(jiān)控技術顯示屏畫面鉆機工作參數(shù)產(chǎn)品選型技巧

(3)對于特別松軟煤層，可選用大功率無級調速鉆機配置三棱鉆桿加壓風排渣方式；(4)對于巖層鉆孔施工，可選用常規(guī)鉆機配置光鉆桿施工；(5)對于超硬巖層施工，可選用常規(guī)鉆機配置中風壓加沖擊鉆進方式；(6)對于穿層鉆孔施工，可選用常規(guī)鉆機配置光鉆桿或者寬葉片鉆桿施工。電壓等級：需要普通電壓或者高電壓鉆機類型：需要單動或聯(lián)動液壓鉆機，座架式或履帶式鉆桿長度：標準配置800mm，或者1000mm，或者1500mm鉆具◆鉆桿煤鉆頭

螺旋鉆桿寬葉片鉆桿

三棱鉆桿外平鉆桿◆鉆頭硬質合金鉆頭復合片鉆頭金剛石鉆頭水力擴孔鉆頭水力擴孔工藝示意圖10、低透氣性煤層順層鉆孔抽采技術

針對低透氣性突出煤層順層鉆孔施工困難等問題，從鉆進工藝，方式。設備上下功夫，研制成功了新型螺旋鉆機，是鉆孔深度達到了200米以上，成功解決了綜放工作面沿傾斜方向順層抽采鉆孔覆蓋不到的情況。為綜放工作面本煤層瓦斯抽采創(chuàng)造了條件。

11、地面煤層氣開發(fā)等關鍵技術和裝備的成功使用，為礦井瓦斯抽采和利用提供了保證。

12、綜放工作面上隅角瓦斯自動引排技術

為了解決綜放工作面上隅角瓦斯超限的問題，研發(fā)成功了“綜放工作面上隅角瓦斯抽采系統(tǒng)”

13、主要通風機變頻調速技術的使用，為礦井合理供風創(chuàng)造了條件

14、局通變頻調速技術的應用，是掘進工作面風量控制自如，為掘進工作面瓦斯治理工作提供便利

15、分源抽采技術的應用，解決了瓦斯抽采過程中負壓損失的問題

16、井下水平定向長鉆孔施工工藝的成功應用，解決了走向高位鉆孔抽采工藝中的關鍵性難題，用走向高位長鉆孔取代瓦斯排放巷，有效地解決了綜放工作面上隅角瓦斯超限的問題。

二、礦井粉塵防治技術

及發(fā)展現(xiàn)狀A。被動防塵技術是等粉塵產(chǎn)生之后再去清出或治理的技術，目前比較成熟的技術有：1、采掘機械內(nèi)外噴霧技術：實現(xiàn)了噴霧與采掘機械開啟的聯(lián)動和閉鎖，開機即噴停機即停。2、沖擊波控制的自動噴霧技術：在采掘工作面放炮產(chǎn)生的沖擊波作用下自動定時噴霧。有效在粉塵高峰期噴霧滅塵。3、電控自動噴霧技術：在轉載機頭處、皮帶機頭處等卸載點，將控制噴霧的電磁閥的供電和運輸設備的電源聯(lián)動閉鎖。實現(xiàn)了設備開噴霧開，設備停則噴霧停。4、光控自動噴霧技術：在行車行人的大巷利用光控自動噴霧有效解決了過車行人時停止噴霧，正常情況下一直噴霧的需求。

5、綜放工作面放煤口自動噴霧技術

當綜放工作面放煤口開啟準備放煤時，支架后部放煤口的噴霧自動打開進行噴霧，有效消除了由于放煤而產(chǎn)生的大量粉塵。

6、粉塵濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)的成功應用

7、由粉塵濃度傳感器控制的在線監(jiān)測自動噴霧系統(tǒng)

B.主動防塵技術就是在采掘活動之前或活動當中給煤層注水，增加煤層的原始含水量，減少在采掘活動中的產(chǎn)塵量三、沖擊地壓防治技術

及發(fā)展現(xiàn)狀沖擊地壓防治技術隨著礦井向深部開采，各種動力災害現(xiàn)象也涉繁出現(xiàn)1、沖擊地壓的定義：煤礦開采過程中，在高應力狀態(tài)下積聚有大量彈性能的煤或巖體，在一定的條件下突然發(fā)生破壞、冒落或拋出，使能量突然釋放，呈現(xiàn)聲響、震動以及氣浪等明顯的動力效應。這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為煤礦動力災害，也稱之為沖擊地壓或強礦壓顯現(xiàn)，有人還稱之為礦震，是煤礦重大災害之一。僅次于瓦斯煤塵爆炸事故。目前，我國的沖擊礦壓及礦震災害十分嚴重，開采深度超過500米時，突發(fā)強礦壓顯現(xiàn)的幾率更大，但是有些礦井在采深200米時也發(fā)生過沖擊地壓現(xiàn)象，近年來，隨開采深度增加，此類災害有加重的趨勢。在高突礦井沖擊礦壓現(xiàn)象所引發(fā)的災害后果更為嚴重，因為，礦震容易誘發(fā)和引起煤與瓦斯突出，從而造成重大瓦斯事故，已成為制約煤礦安全生產(chǎn)新的災害，是煤礦行業(yè)發(fā)展的重大障礙。

2、沖擊地壓的特點

（1）事故發(fā)生前沒有明顯前兆，速度快；

（2）事故發(fā)生時伴有巨響，有氣浪；

（3）事故發(fā)生后有大量煤體拋出，嚴重堵塞巷道，破壞嚴重。3、沖擊地壓易發(fā)地點

沖擊地壓都發(fā)生在殘留煤柱附近。遺留的煤柱，屬于孤島煤柱，煤柱集中壓力大，多巷道交叉布置的位置、采動影響范圍大，采掘活動頻繁的地點等處。

4、沖擊地壓的防治措施

（1）防范措施

（2）解危措施

（3）防護措施

A、沖擊地壓的防范措施

避免形成高度應力集中，避免產(chǎn)生能量積聚的條件，預先改變煤巖沖擊傾向。降低應力，創(chuàng)造能量釋放件，破壞煤巖結構，避免造成災害事故。

B、沖擊地壓的解危措施

開采解放層和合理的開拓開采巷道布置布置是最常用的沖擊地壓解危措施。對于沖擊地壓嚴重的煤與瓦斯突出礦井必須始終堅持先解危再生產(chǎn)的原則C、沖擊地壓的防治措施

⑴煤層預注水（選擇深孔注水）

利用深孔煤層注水，注水軟化顯著改善了煤層開采過程中的能量釋放的均勻性和穩(wěn)定性;這是煤層注水防治沖擊地壓的機理。

⑵超前松動爆破

工作面開采期間,可對工作面煤體進行超前松動爆破和卸壓爆破。松動爆破是一種超前治理措施,卸壓爆破是一種被動卸壓治理措施,當監(jiān)測到有沖擊危險后,應立即實施卸壓爆破。卸壓孔深7~10m,孔間距不>5m,每次引爆4~5個卸壓孔,以提高卸壓效果。另外,還可在切眼掘進期間應用過大鉆孔卸壓措施;在煤柱集中應力區(qū)應用巷道卸壓等措施。

⑶頂板預注水

⑷頂板超前爆破

⑸煤層卸載注水

⑹煤層卸載爆破

⑺煤層松動爆破

⑻煤層卸載鉆孔

⑼頂板爆破處理

⑽底板爆破處理

⑾加強支護

⑿寬巷掘進

從沖擊地壓防范的實際來看，上述措施大都是以誘導釋放能量為目的，打破集中應力的常規(guī)分布狀態(tài)。預注水則是為了改變煤巖體的物理力學性能，從而防止沖擊地壓的發(fā)生。5、沖擊地壓防范技術（1）合理布置與分區(qū)開采技術

①沖擊地層煤層開采的基本原則開采煤層群時，開拓布置應有利于保持層開采。首先開采無沖擊危險或沖擊危險小的煤層作為保護層，且優(yōu)先開采上保護層。如撫順、遼源等煤礦，厚煤層上行水砂充填法開采，作為保護層的第一分層開采都盡量布置在沖擊危險性小的煤層中進行。合理的開采順序，最大限度地避免形成煤柱等應力集中，煤柱承受的壓力很高，特別是島形或半島形煤柱，要承受幾個方面的疊加應力，最易產(chǎn)生沖擊地壓。

上層遺留的煤柱還會向下傳遞集中應力，達到相當大的深度，導致下部煤層開采發(fā)生沖擊地壓。

山東陶莊在回收煤柱時發(fā)生沖擊地壓占全礦的29.8%，唐山礦、城子礦約占一半。

龍鳳礦兩側為采空區(qū)的工作面在采煤中，發(fā)生沖擊地壓次數(shù)多。

采區(qū)的采面應朝一個方向推進，避免相向開采造成應力疊加。

相向采煤時上山煤柱逐漸減小，支承壓力逐漸增大，易發(fā)生沖擊地壓。

陶莊礦在上山附近發(fā)生了17次沖擊地壓，而且相向采煤又要被迫在高應力沖擊掘進槍眼（水采），造成沖擊地壓頻繁發(fā)生（占總次60%）。

采取了單翼采區(qū)跨上山采煤的方法，并把單區(qū)段開采程序該為多區(qū)段聯(lián)合開采程序，使采掘在不同區(qū)段中交替進行，實現(xiàn)了沿采空掘槍眼，避免了在高應力區(qū)掘進和維護槍眼。

地質構造特征部位的開采程序

采取能避免或減緩應力集中和疊加的開采程序：

在向斜和背斜構造區(qū)，應從軸部開始采煤；

在構造盤地應力從盤底開始采煤；

在有斷層和采空區(qū)的條件下采用從斷層或采空區(qū)開始采煤的開采程序。主要巷道布置在底板巖層

在有沖擊危險的開拓巷道、準備巷道、永久硐室，主要上、下山、主要溜煤巷和回風巷應布置在底板巖層或無沖擊危險煤層中，以利于維護和減小沖擊危險。

采煤巷道應盡可能避開支承壓力峰值范圍，采用寬巷掘進，少用或不用雙巷或多巷同時平行掘進。

長壁、垮落法管理頂板開采沖擊危險煤層

房柱式等柱式采煤法由于掘進的巷道多，在采空區(qū)遺留的煤柱多，頂板不能及時充分地垮落，造成支承壓力較高，增加了沖擊的危險性。

采用長壁式開采方法，由于采空區(qū)中不留煤柱，則有利于減緩沖擊地壓的危害。

工作面支架采用具有整體性和防護能力的可縮性支架。

②沖擊地壓煤層開采的技術原則

在沖擊地壓煤層開采過程中，除嚴格遵守基本原則外，還應遵守以下技術原則：

在沖擊危險區(qū)的煤層中掘進和采煤時，必須始終在煤層的保護帶范圍內(nèi)進行，確保保護層的寬度不小于3.5倍采高。

煤層應力過度集中時，必須進行解危處理，否則不得進行采煤和掘進工作。

應避免在支承壓力峰值區(qū)掘進巷道。

在煤層中雙巷掘進時，兩條平行巷道之間的煤柱不得小于10m，聯(lián)絡巷須與巷道成直角；兩條巷道掘進工作面的前后位置錯距不小于50m。

相向掘進的巷道相距30m時，必須停止一個頭掘進。停掘的巷道要加固，繼續(xù)掘進的巷道除加強支護外，沖擊地壓危險嚴重時，還必須采取卸壓措施。

煤層巷道應采用寬巷掘進。巷道支護應采用可縮性拱形或環(huán)形金屬支架，嚴禁采用混凝土支架和剛性金屬支架，在破碎頂板條件下，支架間頂幫必須插嚴背實。

新采區(qū)投產(chǎn)要保持合理的開采順序，避免形成“孤島區(qū)”或“孤島工作面”。同一煤層相鄰階段的工作面向同一方向推進時，錯距不得小于150m。

采煤時，在采空區(qū)中不得留有煤柱。必須留設煤柱時，煤柱的尺寸和位置以及影響范圍必須標明在采掘工程圖上。

采煤工作面一般應保持直線式。臺階式工作面的臺階錯距不應大于3m。

分層開采厚煤層時，分層平巷應內(nèi)錯布置，上、下分層平巷軸線距離至少不小于3倍巷道寬度。上、下分層切眼間距至少應內(nèi)錯5m。每個分層工作面應先于上分層工作面停采線至少5m停采。

厚煤層采用一次采全厚大采高開采和綜放開采時，盡可能將巷道沿底布置。沖擊危險區(qū)域因支承壓力影響范圍的擴大而應擴大到采煤工作面前方80～120m。

厚煤層采用分層綜放開采時，第一分層巷道應注意加強支護，尤其底板煤層較軟時，應對底板適當加固。

采用垮落法管理頂板時，應選用強力液壓支架。采用單體支護時，必須加強切頂線支護強度，并回收采空區(qū)所有支柱。

在一般情況下，掘進與采煤工作面的躲炮直線距離不小于150m，躲炮時間大于30min；在作業(yè)規(guī)程中應明確規(guī)定躲炮地點。

掘進與采煤作業(yè)規(guī)程應包括工作地區(qū)的沖擊危險級別、地質構造說明與簡明圖表、上層采動邊界位置圖、掘進與采煤方式、循環(huán)進度、支護形式、加強支護的措施、防治沖擊地壓的措施以及發(fā)生沖擊地壓時的應急措施，包括撤人路線。

根據(jù)檢測結果，在沖擊地壓危險煤層內(nèi)劃定嚴重危險區(qū)，標在采掘平面圖上，并在嚴重危險區(qū)周圍建立警告牌，限制無關人員停留。

如果采取的措施不能阻止沖擊地壓危險的發(fā)生，或出現(xiàn)中等以上的危險時，必須停止作業(yè)，直到采取有效措施使之卸壓為止。

2.保護層開采技術

在開采煤層群的條件下，首先開采沒有沖擊傾向性，或沖擊危險性小的煤層。采動后，使有沖擊危險的煤層在采掘過程中不再發(fā)生沖擊地壓，這樣先采的煤層稱為保護層。保護層位于危險層上方，稱為上保護層，位于下方稱為下保護層，而處于有效卸載范圍內(nèi)的后采煤層成為被保護層。

煤層開采后，圍巖將產(chǎn)生變形、斷裂、離層，并向采空區(qū)移動。

按對巖體影響程度和特征，可分為5個區(qū)帶：冒落帶、安全移動帶、解放帶、減壓帶、增壓帶。

理想情況下，這5帶的分布如圖4-39。

受采動影響，巖體應力小于原巖應力的地區(qū)稱為減壓帶。解放帶是減壓帶的一部分。開采保護層后，形成了解放帶，從而起到減緩沖擊地壓作用。

開采保護層對煤巖體力學性質的影響之一是煤“變硬”了。這是由于卸載后礦壓對煤層破壞作用減小了，故采煤較困難。

受采動影響，巖體應力小于原巖應力的地區(qū)稱為減壓帶。解放帶是減壓帶的一部分。開采保護層后，形成了解放帶，從而起到減緩沖擊地壓作用。

開采保護層對煤巖體力學性質的影響之一是煤“變硬”了。這是由于卸載后礦壓對煤層破壞作用減小了，故采煤較困難。

3.放頂煤開采技術

綜放開采厚煤層時，由于頂煤及頂板垮落與破壞范圍的增大，發(fā)生沖擊地壓的頻率下降，強度降低。其主要原因：

（1）放頂煤開采改變了“頂板—煤層—底板”系統(tǒng)的力學承載體系，而轉變成了“頂板—頂煤（存在范圍較大的破裂區(qū)）—開采煤層—底板”的力學體系。

綜放開采后，范圍較大的破裂區(qū)的存在，使開采煤層上方形成了一個塑性變形區(qū)域，在堅硬的基本頂巖梁斷裂時發(fā)生沖擊地壓和應力高峰轉移過程中，該區(qū)域內(nèi)的煤體是在逐漸被壓碎的條件下破壞的。雖然，有破裂區(qū)作為緩沖，沖擊地壓發(fā)生的可能性及強度都會小的很多。

（2）由于放頂煤工作面直接頂厚度增加，較分層開采時上覆巖層的縱向運動范圍增加，當上部沖擊巖層發(fā)生沖擊時，已發(fā)生破壞的頂煤層及發(fā)生運動的上覆巖層的存在，將對沖擊波產(chǎn)生衰減作用，從而降低沖擊地壓的強度。

（3）放頂煤開采沖擊危險性厚煤層，采放比對沖擊地壓的形成有重要影響左右，割煤高度既不能過大又不能過小。對于本節(jié)研究的煤層條件割煤高度取2.5m左右比較合適，這與現(xiàn)場實踐結論是基本一致的。

（4）以規(guī)避采動高應力為核心的沖擊地壓防治，若做到?jīng)_擊危險性的準確預測、評價之后，采取礦井合理開拓布置、先采保護層、煤層注水等宏觀措施，并進行合理采煤方法的選擇，對于適于綜放開采的有沖擊危險性厚煤層，優(yōu)先采用綜放開采，在煤層開采過程中加強采動圍巖應力分布特征研究與觀測，適時采用鉆孔卸壓、誘發(fā)爆破、強制放頂?shù)染植拷馕４胧┦强梢员苊馄茐男詻_擊地壓發(fā)生的。

4.高壓水射流切槽割縫技術

對于找不到可以解放的煤層，或對于非解放范圍的煤層，可以采用高壓水射流切槽割縫技術實現(xiàn)本層煤解放。

用旋轉射流鉆孔，鋼管連續(xù)推進，在工作面兩平巷中，沿煤層中下部間隔施工與煤層平行的鉆孔，孔深100～150m，然后沿鉆孔后退用高壓水射流割縫，縫高30～55mm。深度1.5～2.0m，鉆孔間距4m左右。

其機理：大面積的鉆孔割縫使煤層破壞、損傷、卸壓、應力松弛，在煤層中形成高度大于15cm的縫隙，相當于在本煤層中開采了薄的保護層。

.沖擊地壓典型案例分析

1961年發(fā)生在大同挖金灣煤礦工作面的頂板災害：

采高4.0～4.3m，構造簡單，煤層穩(wěn)定，直接頂為細砂巖，厚度3m，老頂為厚層狀中粒砂巖，厚度3m，老頂為厚層狀中粗砂巖，厚度84～104m，開采方法：房柱式。

1957年至1961年5月采完，開采面積達16.3萬m2，回收房間煤柱工作至1961年12月22日11時，頂板響動遍及整個盤區(qū)，將工人撤出盤區(qū)，半小時后大面積頂板突然冒落。造成：地陷12.8萬m2，深達1m，地表對應出現(xiàn)7條0.2～0.5m，長102～

360m大裂縫，頂板冒落產(chǎn)生巨大暴風，造成另外盤區(qū)多人傷亡，損毀密閉9座，風橋2座，支架90多架，巷道由4m降為2m，巷寬增大為6～7m。碎煤將皮帶全部埋住，全井通風運輸系統(tǒng)破壞。

四、礦井內(nèi)因火災防治技術

及發(fā)展現(xiàn)狀煤炭自燃過程有四個必要條件：1．煤要有自燃傾向性；2．煤以碎裂狀志存在；3．有連續(xù)供氧條件，維持煤氧化不斷發(fā)展；4．煤氧化或熱量易積聚，難以及時散發(fā)，致使火點及自燃。防止煤炭自燃的基本方法：

（一）防止煤炭自燃的開采技術

（二）預防性灌漿

（三）膠體材料防火

（四）阻化劑防火

（五）惰氣防火

（六）均壓防滅火技術

火區(qū)管理與啟封

火區(qū)被封閉后，要采取黃泥灌漿等方法使火源早日熄滅。要遵照《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定加強火區(qū)管理和觀測。

具備下列條件時，方可認為火源已經(jīng)熄滅：

（1）火區(qū)的空氣溫度下降到30度以下或與火災發(fā)生前該區(qū)的日常空氣溫度相同；

（2）火區(qū)內(nèi)空氣中的氧濃度降到5%以下。

（3）火區(qū)內(nèi)空氣中不含有乙烯、乙炔，CO濃度在封閉期間逐漸下降，并穩(wěn)定在0.001%以下。

（4）火區(qū)的出水溫度低于25度或與火災發(fā)生前該

區(qū)的日常出水溫度相同；

（5）上述4項指標持續(xù)穩(wěn)定的時間不少于1個月。

啟封火區(qū)方法

（1）通風啟封火區(qū)法

火區(qū)范圍小，確定火源已熄滅，可采用此法。

（2）鎖風啟封火區(qū)法火區(qū)范圍較大，火源是否熄滅難以確認的高瓦斯火區(qū)采用此法。

煤礦火災標志性氣體檢測的創(chuàng)新與發(fā)展1、在十一五之前，我國判斷礦井火災的標志性氣體只是單一的CO和CO2到后來我們也逐漸的引進了國際通用的多種氣體復合參數(shù)判定法，最新的研究結果為：使用CO、C2H4及C2H23個指標，綜合地將煤自然發(fā)火分為3個階段：①礦井風流中出現(xiàn)10-6級CO時的緩慢氧化階段；②出現(xiàn)10-6級CO和C2H4時的加速氧化階段；③出現(xiàn)10-6級CO、C2H4和C2H2的激烈氧化階段，此時即將出現(xiàn)明火。另外還有：2、（1）在自燃發(fā)火進程中，隨著煤的溫升，Rn與CO的濃度都會在某一溫度下顯著增加，但Rn濃度顯著增加的溫度值比CO平均低60℃，而且不會受到環(huán)境其它因素的影響，因此，將測氡技術用于煤礦井下自燃發(fā)火的早期預測預報中是完全可行的。（2）在溫升過程中氡濃度的變化與溫度之間有著良好的一致性，因此易于判定自燃發(fā)火的進程。（3）氡濃度的變化基本上不受生產(chǎn)過程的影響，因此可靠性更高。在火災預報中普遍認為：在工作面風流中CO的絕對量小于0.0049m3/min時無自燃現(xiàn)象，當工作面風流中CO的絕對量大于0.0059m3/min時預報自燃發(fā)火。煤炭自燃發(fā)火初期，在低溫氧化階段檢測不到乙烯（C2H4),當煤溫上升到110℃---130℃時出現(xiàn)（C2H4),當煤溫在130℃—150℃時出現(xiàn)丙烯（C3H6），當煤溫在150℃—170℃時出現(xiàn)丁烯C4H8以此可以推斷出自燃煤炭所處的溫度范圍。實驗結果告訴我們：煤炭自熱的臨界溫度是60℃--80℃，煤的著火溫度是320℃---380℃（我院也可以做到更細一些。如果建實驗室的話，談個人看法）礦井防滅火技術比較單一，近年來也沒有大的發(fā)展和成熟的新技術，只是在火災位置的判定和防滅火材料上有新的突破和發(fā)展。由于經(jīng)濟利益的驅動，各種防滅火的新材料都應用而生，如粉煤灰灌漿、凝膠防滅火、各種阻化劑防滅火、惰性氣體防滅火、三相泡沫防滅火等等，其中最著名的當數(shù)由中國礦大的王德明教授發(fā)明的“三相泡沫防滅火”技術。“三相”—即固相、液相和氣相，

固相—由熱電廠產(chǎn)生的粉煤灰或黃泥，粒度在300微米以下，主要起充填作用。液相---主要是水（清水或廢水均可）主要起降溫和濕潤煤體的作用。

氣相---主要由惰性氣體承擔（最常用氮氣），主要起增大體積的作用（在有些場所也可以用空氣）。另外，個別煤礦還研究了利用壓縮空氣代替氮氣的三相泡沫防治采空區(qū)和綜采支架后方自燃火災治理和撲滅隱蔽火源的技術,尤其是對大范圍采空區(qū)火災、采空區(qū)隱蔽火源及高位火源、綜放及俯采工作面煤炭自燃防治的難題,具有良好的效果,是防治煤炭自燃的有效技術手段。

項目參數(shù)三相泡沫的發(fā)泡倍數(shù)30倍泡沫穩(wěn)定時間8h～36h水灰比（質量比）1:1～4:1耗漿量10～30m3/h產(chǎn)泡量300～900m3/h發(fā)泡劑使用比例0.2%綜合成本1元/m3（以氮氣為氣源）；

0.5元/m3（以壓氣為氣源）

4、十二、五研究的方向a、火災位置探測理論的不斷完善b、火災位置探測儀器儀表的準確性研究

五、礦井防治水技術

及發(fā)展現(xiàn)狀礦井水害的類型有以下幾種：凡影響生產(chǎn)、威脅采掘工作面或礦井安全的,增加噸煤成本使礦井局部或全部被淹沒的水災,都稱為煤礦水害據(jù)統(tǒng)計，建國以來，在我國煤礦一次死亡3人以上的重大事故，水害居第三；平均每次事故死亡7.06人，僅次于瓦斯和火災事故。對我市而言，水害是特別可能造成重特大事故的主要因素。礦井涌水來源1、地表水：指礦區(qū)附近地面的江河、湖泊、池沼、水庫、廢棄的露天坑、塌陷坑積水以及雨水和冰雪融化匯集的水。地表水可能通過開采塌陷裂縫涌入井下，在短時間內(nèi)把井巷或整個礦井淹沒。2、地下水：指含水層水、斷層裂隙水和老空積水。這些水可能從各種通道和巖層裂縫滲透進入礦井，是水災的主要水源。透水預兆一1、煤層發(fā)潮發(fā)暗。2、巷道壁或頂板“掛汗”（透水前的掛汗水珠呈尖形，煤炭自燃時的掛汗水珠常常是平行的）3、煤壁“掛紅”。4、煤層變涼、空氣變冷（但是受地熱影響大的礦井，地下水溫偏高，當采掘工作面接近時溫度反而增高。5、頂板淋水加大。透水預兆二6、水叫。7、有害氣體增加。8、發(fā)生霧氣。9、頂板來壓、底板鼓起。（發(fā)生底板鼓起有兩種原因，一是受承壓含水層或積水區(qū)靜水壓力和礦山壓力共同作用的結果，這是突水預兆；二是受礦山壓力單方面的作用而產(chǎn)生底鼓，這種情況一般不突水。）此外，還有可能出現(xiàn)片幫冒頂、裂隙出現(xiàn)滲水、水色發(fā)渾、有臭雞蛋味等預兆。礦井水災的預防措施防治水的措施：探、放、排、堵、截(疏）。井下防治水的主要措施：做好礦井地質和水文地質觀測工作，查明水源，調查老空，掌握涌水通道、留設防水煤（巖）柱、建筑防水閘門和防水墻、探防水、疏放降壓開采、注漿堵水和礦井防排水系統(tǒng)等。探放水原則：有疑必探、先探后掘。井下探放水的要求一采掘工作面遇到下列情況之一時必須探放水：1、接近水淹或可能積水的井巷、老空或相鄰的煤礦時。2、接近含水層、導水斷層、溶洞或導水陷落柱時。3、打開隔離煤柱放水時。4、接近有出水可能的鉆孔時。井下探放水的要求二5、接近可能與河流、湖泊、水庫、蓄水池、水井等相通的斷層破碎帶時6、接近有水的灌漿區(qū)時。7、接近其他有可能出水的地區(qū)時。透水事故的處理措施一井下發(fā)現(xiàn)有突水預兆后，必須發(fā)出警報，撤出所有受水威脅地點的人員。最先發(fā)現(xiàn)透水的現(xiàn)場人員，在報告調度室的同時要迅速組織搶救，防止事故擴大。來不及搶救時，人員應按避災路線撤到安全地點或出井。切勿進入獨頭下山巷道。一旦迷失方向，必須朝著有風流通過的上山方向撤退。透水事故的處理措施二被水堵在采掘工作面時應做到以下幾點：1、在巷道內(nèi)或硐室口做上標志。2、保持靜臥，減少體力消耗。3、硐室內(nèi)留一盞燈照明，延長照明時間。4、簡短地敲擊，發(fā)出呼救信號。5、要聽從指揮，團結一致，等待救援。礦井水的危害1、井下巷道和采掘工作面出現(xiàn)淋水時，空氣潮濕，人易患風濕病。2、礦井水腐蝕井下各種金屬設備、支架、軌道等。3、如果發(fā)生突水和透水，就可能淹沒采掘工作面或礦井，造成人員傷亡。（二）常見的疏干方式1、地表疏干2、巷道疏干3、井下鉆孔疏水4、井上下聯(lián)合疏水返回1、地表疏干下頁地表疏降模式圖地表疏降鉆孔(井)平面布置方式地表疏降鉆孔(井)平面布置方式2、巷道疏干11)石門疏水

下頁石門多含水層疏水

利用煤層采準巷道疏放頂板水2、巷道疏水22)采準”巷道疏水3、井下鉆孔疏水直通式井下疏水孔

下頁直通式疏水鉆孔頂板上行式疏水孔下頁上行式井下疏水孔

井下水平或近水平疏水孔水平(近水平)式井下疏水孔采動放水通過探查，證實煤層直接充