煤與瓦斯突出及其預(yù)防

—煤與瓦斯突出及其預(yù)防一、概述含義：煤礦地下采掘過程中，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)備，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(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程的理論。突出是非常冗雜的自然現(xiàn)象，它的機(jī)理還沒有統(tǒng)一的見解，假說許多。多數(shù)人認(rèn)為，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、突動(dòng)身生在肯定的采掘深度以后。每個(gè)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(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)0m。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％以上的突動(dòng)身生在地質(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)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。由于突出是多種因素綜合作用的結(jié)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(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，無明顯節(jié)理，光澤暗淡，易粉碎。假如煤層的頂板堅(jiān)硬致密，突出危險(xiǎn)性增大。7、大多數(shù)突動(dòng)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(shí)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(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；裂開聲，煤炮聲，悶雷聲；煤質(zhì)枯燥，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。熟識(shí)或把握本礦的突出預(yù)兆，對(duì)于按時(shí)撤出人員，削減傷亡，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退突出危險(xiǎn)性的措施，稱為區(qū)域性防突措施；局部防突措施：實(shí)施以后可使局部區(qū)域（如掘進(jìn)工作面）消退突出危險(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愛護(hù)層和預(yù)抽煤層瓦斯兩種。1、開采愛護(hù)層愛護(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)影響而削減或喪失突出危險(xiǎn)的煤層稱為愛護(hù)層。被愛護(hù)層：后開采的煤層稱為被愛護(hù)層。愛護(hù)層位于被愛護(hù)層上方的叫上愛護(hù)層，位于下方的叫下愛護(hù)層。1）開采愛護(hù)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(shù)增加。所以被愛護(hù)層內(nèi)的瓦斯能大量排放到愛護(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）煤層瓦斯涌出后，煤的強(qiáng)度增加。據(jù)測(cè)定，開采愛護(hù)層后，被愛護(hù)層的煤硬度系數(shù)由0.3～0.5增加到1.0～1.5。2）.愛護(hù)范圍愛護(hù)范圍：指愛護(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。劃定愛護(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）垂直愛護(hù)距離愛護(hù)層與被愛護(hù)層間的有效垂距（2）沿傾斜的愛護(hù)范圍確定沿傾向的愛護(hù)范圍就是沿傾向劃定被愛護(hù)層的上、下邊界。（3）沿走向的愛護(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)于無愛護(hù)層或單一突出危險(xiǎn)煤層的礦井，可以采納預(yù)抽煤層瓦斯作為區(qū)域性防突措施。這種措施的本質(zhì)是，通過肯定時(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40～60mm，深度8m～15m（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)過鉆孔自然排放出來，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)沖出肯定的孔道，加速瓦斯排放。同時(shí)，由于孔道四周煤體的移動(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，沖孔過程中能誘發(fā)小型突出，使煤巖中蘊(yùn)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(jī)理：它是在煤巷掘進(jìn)工作面前方一直保持肯定數(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，在鉆孔四周形成卸壓區(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)，通過巖柱在巷道頂部和兩幫上側(cè)打鉆，鉆孔穿過煤層全厚，進(jìn)入巖層0.5m。孔間距一般為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(nèi)，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(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.卸壓槽它的本質(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、震驚放炮震驚放炮是采納增加炮眼數(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，因爆破震驚，圍巖應(yīng)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?！兑?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面。一般情況下，震驚放炮的炮眼數(shù)為一般放炮的2～3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。巖眼和煤眼要交叉相間排列，挨次爆破3）裝藥量確定于巷道斷面、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/m3～11kg/m3之間，應(yīng)依據(jù)本礦的實(shí)際爆破經(jīng)驗(yàn)確定。4）留意事項(xiàng)（1）震驚放炮時(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?，進(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)后由搶救隊(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；（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(jiǎn)單引起冒頂事故，能誘使突出，不是好的防治措施，應(yīng)盡可能不采納。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)ΔP：一般情況下，ΔP＞15～25時(shí)有突出危險(xiǎn)。2、煤的牢固系數(shù)f：當(dāng)f0.6～0.8時(shí)有突出危險(xiǎn)；f＞1.2時(shí)，無突出危險(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)有無突出危險(xiǎn)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