李嘴孜煤矿防突知识培养陶冶教材,防范煤与g

防突措施分类:区域性防突措施:实施以后可使较大范围煤层消除突出危险性的措施,称为区域性防突措施;局部防突措施:实施以后可使局部区域(如掘进工作面)消除突出危险性的措施称为局部防突措施。(一)、区域性防突措施区域性防突措施主要有开采保护层和预抽煤层瓦斯两种。1、开采保护层保护层:在突出矿井中,预先开采的、并能使其它相邻的有突出危险的煤层受到采动影响而减少或丧失突出危险的煤层称为保护层。被保护层:后开采的煤层称为被保护层。保护层位于被保护层上方的叫上保护层,位于下方的叫下保护层。 1)、开采保护层的作用 ** 地压减少,弹性潜能得以缓慢释放。 .煤层膨胀变形,形成裂隙与孔道,透气系数增加。所以被保护层内的瓦斯能大量排放到保护层的采空区内,瓦斯含量和瓦斯压力都将明显下降。 ** 煤层瓦斯涌出后,煤的强度增加。据测定,开采保护层后,被保护层的煤硬度系数由0.3~0.5增加到1.0~1.5。2).保护范围保护范围:指保护层开采后,在空间上使危险层丧失突出危险的有效范围。划定保护范围,也就是在空间和时间上确定卸压区的有效范围垂直保护距离保护层与被保护层间的有效垂距表8-5-2 保护层与被保护层间的有效垂距 名 称 上保护层,m 下保护层,m 急倾斜煤层 缓倾斜与倾斜煤层 < 60 < 50 < 80 < 100 ** 沿倾斜的保护范围 确定沿倾向的保护范围就是沿倾向划定被保护层的上、下边界。ψ1=180°-β-Δ-α (8-5-1)ψ2=180°- g-Δ+α (8-5-2) 式中 ψ1、ψ2──岩石冒落角; β──倾斜方向采空区下边界岩石移动角,参见表8-5-3; γ──倾斜方向采空区上边界岩石移动角,γ=90°+α/2; Δ──冒落角与移动角之间的夹角,参见表8-5-3; α──煤层倾角。 ** 沿走向的保护范围。超前距一般不得小于两个煤层之间垂直距离的两倍,至少不小于30m。煤柱的影响2. 预抽煤层瓦斯对于无保护层或单一突出危险煤层的矿井,可以采用预抽煤层瓦斯作为区域性防突措施。这种措施的实质是,通过一定时间的预先抽放瓦斯,降低突出危险煤层的瓦斯压力和瓦斯含量,并由此引起煤层收缩变形、地应力下降、煤层透气系数增加和煤的强度提高等效应,使被抽放瓦斯的煤体丧失或减弱突出危险性。 关键词:瓦斯措施技术

第一讲 煤与瓦斯突出的基本理论

我国煤与瓦斯突出灾害十分严重。目前已有250个矿井发生近15000余次突出,占世界突出总量的40%,年突出次数200~300起左右。有记载以来最早一次突出,发生在l 950年4月2日的辽源矿务局富国矿西二坑。最大的一次突出是1975年8月8日,在天府煤矿三汇坝一井的+280m水平主平硐,放震动炮揭开6号煤层时发生突出,突出煤量12780t,瓦斯140万m。,1t岩石被抛出1.20m,3t岩石被抛出50m之远。

淮南矿区第一次突出发生于1959年,在原谢二矿6—127mCl3平巷,因风镐作业引起倾出。矿区至今已发生突出145次,其中1000吨以上的突出3起,最大的一次为1988年原潘二矿W2B组运输石门,在揭B4煤过程发生的,突出煤量1433t,瓦斯2.2万m3。

目前,除谢桥矿、张集矿外,其余矿井均发生过突出,防突形势日益严峻。主采煤层大都为突出煤层,如潘一开采的1 3—1、11—2、8,新庄孜C 1 3、B l l b、B 6、B 4和谢一C 1 3、B l l b、B 9、B 4均属突出煤层。而且煤与瓦斯突出危险矿井数目、突出强度和频度将随开采深度延深、开采强度增大而逐渐增多。

一、煤与瓦斯突出的定义

煤与瓦斯突出是煤矿井下采掘过程中,在很短时间内(数分钟),从煤壁内部向采掘工作空间突然喷出煤和瓦斯的现象,简称瓦斯突出或突出。突出是一种伴有声响和猛烈力能效应

的动力现象。

二、煤与瓦斯突出的确定

突出煤层的确定方法有两种:一是矿井中只要发生一次突出现象,该矿井就定为突出矿井,发生突出的煤层定为突出煤层;二是利用单项指标法预测,可以定性煤层的突出危险性,只有四个指标全部达到条件方可定为突出煤层,条件具体是煤的破坏类型为Ⅲ、Ⅳ、V类,瓦斯放散初速度△p大于或等于1 0,煤的坚固性系数小于或等于0·5,煤层瓦斯压力大于或等于0.7 4M p a。

三、煤与瓦斯突出的危害

主要表现在:破坏巷道、设备、系统,冲击伤人、煤流埋人,瓦斯造成人员窒息,引起瓦斯、煤尘爆炸,延误生产等。

四、煤与瓦斯突出的分类及特征

依据动力现象的力学特征,煤与瓦斯突出可分压出、倾出、突出三种形式。

1、煤的压出并伴随大量瓦斯涌出,简称压出,主要特征有:①煤的整体位移或煤有一定距离的抛出,但位移和抛出的距离较小;②压出后,在煤层与顶板之间的裂隙中,常留有细煤粉,整体位移的煤体上有大量的裂隙;③压出的煤呈块状,无分 选现象;④巷道瓦斯涌出量增大;⑤压出可能无孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞。

2、煤的倾出并伴随大量瓦斯涌出,简称倾出, 主要特征有:①倾出的煤就地按自然安息角堆积,并无分选现象;②倾出的孔洞呈孔大腔小,孔洞轴线沿煤层倾斜或铅垂(厚煤层)方向发展;③无明 显动力效应;④倾出常发生在煤质松软的急倾斜煤层中;⑤巷道瓦斯涌出量明显增加。

3、煤或岩石突然抛出伴随瓦斯喷出,简称突出,主要特征有:①突出的煤向外抛出距离较远,具有分选现象;②抛出的煤堆积角小于煤的自然安息角;③抛出的煤破碎程度较高,含有大量的煤 块和手捻无粒感的煤粉;④有明显的动力效应,破坏支架、推倒矿车、破坏和抛出安装在巷道内的设 施;⑤有大量的瓦斯涌出,涌出量远远超过突出煤 的瓦斯含量,有时会使风流逆转;⑥突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形以及其它分岔形等。

五、煤与瓦斯突出强度的划分

按动力现象强度分类,主要依据每次突出的煤重量。

小型突出:强度<5 O吨/次;中型突出:强度5 O~9 9吨/次;次大型突出:强度1 OO~4 9 9吨/次;大型突出:强度5 O0~999吨/次;特大型突出:强度≥1 OO O吨/次。

六、煤与瓦斯突出发生的一般规律

大量突出资料的统计分析表明,突出的发生

一般具有以下规律:

1、突出发生在一定的采掘深度上,并随开采深度增加,危险性加大。突出最浅的深度称为始突深度。

2、突出煤层的突出危险区域呈带状分布。

3、突出与构造关系密切。突出多发生在地质构造附近,如断层、褶曲、扭转和火成岩侵入区。大构造控制煤层突出分布,小构造往往是突出位置最显著的地质标志。

4、石门揭煤突出危险性最大,突出煤层上山 掘进比下山掘进危险。

5、大多数突出发生在放炮和风镐落煤过程。采矿应力集中、片帮或冒顶也容易诱导突出。

6、突出具有延期性,延迟的时间由几分钟到十几小时,它的危害性更大。

七、煤与瓦斯突出的预兆

1、有声预兆:顶板来压,支架劈裂声,掉渣声,煤壁发生震动,从煤体深部发出煤炮声。

2、无声预兆:瓦斯涌出异常,瓦斯忽大忽小,打钻喷瓦斯、喷煤等。煤层紊乱,煤厚、倾角急变,见断层等。感觉迎头变冷。迎头出现“黑烟”现象。

八、煤与瓦斯突出的本质

到目前为止,突出的机理还不清楚。一般认为,突出是一种物理现象,即突出过程中没有明显的光、电、热现象,突出的煤、岩和瓦斯气体没有发生分子意义上的变化。影响突出的主要因素是地应力、瓦斯潜能和煤的物理力学性质,目前的突出预测都针对这三个因素,所有的防突措施都是要降低地应力和瓦斯潜能、提高煤体的强度。

第二讲 煤与瓦斯突出的防治

在防治煤与瓦斯突出的实践中,我国总结了一套行之有效的综合防突

措施,习惯上称为“四位一体”防突措施,即突出危险性预测、防治突出措施、防治突出措施的效果检验和安全防护措施。

一、突出危险性预测

突出危险性预测是防治煤与瓦斯突出综合措施的第一个重要环节。突出危险性预测包括区域性预测和工作面预测。

1、区域性预测

突出煤层经区域预测划分为突出危险区;突出威胁区;无突出危险区。三个区域具体防突要求:无突出危险区执行安全防护措施;突出威胁区执行30~100m区域预测;突出危险区执行循环

预测。预测具体方法:

①瓦斯地质统计法。根据已开采区域确切掌 握的煤层赋存、地质构造、突出分布规律,按一定原则定性地对突出煤层进行危险性划分,这类方法现已广泛应用于现场。

②综合指标法D、K法。它主要从地应力、瓦斯压力、煤层硬度和结构方面评价测定地点的突出危险性,用以反应同一构造单元内的区域突出危险性大小趋势。

D=(0.7775H/f一3)(p一0.74)

K=△P/f

这一方法主要缺点:测点较少,受限于石门揭煤中;用深度来间接反映地应力,只能应用于相同地质条件下的单一构造单元。甚至不如瓦斯压力更为直观,其它指标测定有误差时掩盖了压力值的影响。 、

③瓦斯地质区化法。对特定的矿井,以较大的地质构造控制分布为背景,研究构造煤及软分层的分布规律来定性或定量划分煤层突出危险性分 布。以焦作工学院为代表,瓦斯地质区化理论已相当成熟,其成果已达到现场实用阶段。

2、工作面预测

对采掘迎头进行动态循环预测即工作面预测方法,又叫日常点预测或循环预测预报。它的直接成果即预测有无突出危险,用以决定是否施用具体防治突出措施。国内广泛采用的方法仍是传统《细则》规定的钻孔指标法,它们都是建立在煤体应力、结构、瓦斯三要素基础上,属接触式的定量预测方法。

①石门揭煤工作面突出危险性预测

石门揭开突出煤层前,应选用综合指标法(D、K值)、钻孔瓦斯解吸指标法(K1、△h2、c值)或其它经试验证实有效的方法预测工作面突出危险性。

②煤巷掘进工作面突出危险性预测

在突出危险区域中掘进煤巷时,可采用下列方法之一预测煤巷工作面的突出危险性:

A.钻孔瓦斯涌出初速度法;

B.R值指标法;钻屑指标法;

C.其他经试验证实有效的方法(钻屑温度、煤体温度、放炮后瓦斯涌出量等)。

下面着重介绍钻孔瓦斯涌出初速度法和钻屑指标法。

用钻孔瓦斯涌出初速度法预测煤巷掘进工作面突出危险性时,应按下列步骤进行:

A.在掘进工作面的软分层中,靠近巷道两

帮,各打一个平行于巷道掘进方向,直径42mm、深为3.5m的钻孔;

B.用专门的封孔器封孔,封孔后测量室长度为0。5m;

C、钻孔瓦斯涌出初速度的测定必须在打完钻后2min内完成。当实测的q值等于或大于临界值qm=4.0L/min时,煤巷掘进工作面应预测为突出危险工作面;实测q值小于临界值qm时,该工作

面应预测为无突出危险工作面。

用钻孔瓦斯涌出初速度法预测煤巷掘进工作面突出危险性时,如预测为无突出危险工作面,每预测循环应留有2m预测超前距。

采用钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性时,应按照下列步骤进行:

A.在煤巷掘进工作面打2个(倾斜和急倾斜煤层)或3个(缓倾斜煤层)直径42mm、孔深8~lOm的钻孔.

B.钻孔每打1m测定钻屑量一次,根据每个钻孔沿孔长每米的最大钻屑量Smax预测工作面的突出危险性。实测得到的指标Smax值等于或大于临界值6.0Kg/m时,该工作面预测为突出危险工

作面,否则预测为无突出危险工作面。

采用钻屑指标法预测突出危险性,当预测为无突出危险时,每预测循环应留有2m的预测超前距。

⑧采煤工作面突出危险性预测

采煤工作面突出危险性预测可使用煤巷掘进工作面突出预测方法,沿采煤工作面每隔10~15m布置一个预测钻孔,孔深根据工作面条件选定,但不得小于3.5m。当预测为无突出危险工作

面时,每预测循环应留2m预测超前距。

淮南主要采用D、K指标,S、K1指标。实事求是地讲,这些指标敏感性、准确性都不够理想。我们既有“经预测危险而未发生突出的情况”,也有“经预报无突出危险而实际发生突出的事例"。预测预报的准确性制约着防突工作的整体进步。

二、防治突出措施

开采突出煤层时,必须采用综合防突措施。在采用防治突出措施时,应优先选择区域性防治突出措施,如果不具备采取区域性防治突出措施的 条件,必须采取局部防突措施。

区域性防突措施

1、开采保护层保护层开采形成煤层顶底板上下一定范围矿压形变,达到被保护的突出煤层应力充分释放,同时利于抽采本煤层瓦斯,进一步增强煤体强度。从措施影响范围和卸压效果而言,保护层开采是最经济、可靠和有效的消突措施,广泛应用世界各国,技术十分成熟。

在突出矿井中,预先开采的、并能使其他相邻的有突出危险的煤层受到采动影响而减少或丧失突出危险的煤层称为保护层,后开采的煤层称为被保护层。保护层位于被保护层上方的叫上保护层,位于下方的叫下保护层。

开采保护层的作用

保护层开采后,由于采空区的顶底板岩石冒落,移动,引起开采煤层周围应力的重新分布,采空区上、下形成应力降低(

卸压)区,在这个区域内的未开采煤层将发生下述变化:

A.地压减少,弹性潜能得以缓慢释放。

B.煤层膨胀变形,形成裂隙与孔道,透气系数增加。所以被保护层内的瓦斯能大量排放到保护层的采空区内,瓦斯含量和瓦斯压力都将明显下降。

C.煤层瓦斯涌出后,煤的强度增加。据测定,开采保护层后,被保护层的煤硬度系数由0.3~O.5增加到1.O~1.5。

所以保护层开采后,不但消除或减少了引起突出的两个重要因素:地压和瓦斯,而且增加了抵御突出的能力因素——煤的机械强度。这就使得在卸压区范围内开采被保护层时,不再会发生煤与瓦斯突出。

②保护范围

保护范围是指保护层开采后,在空间上使危险层丧失突出危险的有效范围。在这个范围内进行采掘工作,按无突出危险对待,不需要再采取其他预防措施;在未受到保护的区域,必须采取防治突出的措施。但是厚度等于或小于1.5m的保护层开采时,它的效果必须实际考察,如果效果不好,被保护层开采后,还必须采取其他的防治措施。

划定保护范围,也就是在空间和时间上确定卸压区的有效范围。突出危险矿井应根据实际观测资料,确定合适的保护范围,标明在矿井开采平面图上,如无实测资料,可参考下列数据。

A.垂直保护距离

保护层与被保护层之间的有效垂距应符合下表所列数值。

B.沿倾向的保护范围

确定沿倾向的保护范围就是沿倾向划定被保护层的上、下边界。一般矿井的开采顺序都是由浅到深,上水平(上阶段)回采后,对被保护层的下水平(下阶段)能起到卸压作用,所以沿倾向的上部边界可不划定。如果煤层倾角平缓,沿倾斜的保护范围可能错开l~2小阶段,这时应将上下边界都划出。水平或阶段间留有柱时,必须划定该煤柱沿倾向的影响范围。

C.沿走向的保护范围

保护层回采工作面与被保护层采、掘工作面之间的超前距。《规程》规定,保护层的回采工作面,必须超前于被保护层的掘进工作面,其超前距一般不得小于两个煤层之间垂直距离的两倍,至少不小于30m。以便被保护层能充分卸压和排出瓦斯。随着层间距的增大,由于岩层移动减少,透气系数增加不多,或由于采深的增加,地压和瓦斯压力都增大,保护层采动后,排瓦斯时间也将增长,这个超前距就应该大些。

保护层回采工作面始采线两侧的保护范围,必须按实际考察结果确定。如无测资料,对停采的保护层采煤工作面,停采时间超过3个月且卸压比较充分,该采煤工作面的始采线、收作线及所留煤柱对被保护层沿走向的保护范围可暂按卸压角56~60°划定。

d.煤柱的影响

保护层开采后,在采空区上、下形成了卸压区,在其附近的煤柱(未采区)则产生了集中应力区。在集中应力区内,增加了突出危险性,对此要有充分的认识。统计资料表明,开采保护层后,被保护层的突出,大多数发生于保护层煤柱的应力集中影响区。

煤柱附近集中应力区的宽度,随层间距的增加而加大,集中应力系数则随之减小。在这个范围内进行采掘工作时,必须采取预防突出的措施。

③开采保护层必须注意的几个问题

A.如煤层群中有几个保护层时,应首先考虑上保护层。如果不得不开采下保护层时,要防止采动影响而破坏未采煤层结构。

B.矿井中所有煤层都有突出危险时,可选择突出危险程度较小的煤层作为保护层,但在此保护层的采掘过程中,必须采取防治突出的措施。

C.矿井中所有可采煤层都具有严重突出危险时,也可以选择不可采的煤层作为保护层。为了减小劳动强度,可使用刨煤机、钢丝绳锯等采煤机械。

d.开采保护层时,应同时抽采被保护层的瓦斯。

④淮南矿区保护层开采现状

淮南潘一、潘三远距离缓倾斜保护层开采的试验成功,老区急倾斜保护层开采的应用,倾斜煤层多重开采保护层良好的效果,已逐渐完善了矿区保护层开采技术体系。新区开采B11保护C13,

B6保护B4;老区开采B8保护B6,B6保护B4,B10保护B11,和C1 5保护C1 3。初步建立了包括近水平、缓倾斜、倾斜、急倾斜煤层,近距离、中距离、远距离、超远距离的上、下保护层开采治理瓦斯技术。目前正在试验研究强化抽采条件下扩界保护技术,探索超远距离(层间距150m)保护层开采技术。淮南保护层开采技术具有自身的特点,配合底板巷、穿层钻孔抽采而有效解决自身开采的瓦斯治理问题。

2、密集钻孔预抽

这种措施的实质是,通过布置密集穿层钻孔、顺层钻孔预抽突出煤层瓦斯,降低突出危险煤层的瓦斯压力和瓦斯含量,并由此引起煤层收缩变形、地应力下降、煤层透气系数增加和煤的强度提高等效应,使被抽采瓦斯的煤体丧失或减弱突出危险性。其中顺层钻孔预抽已广泛应用于突出煤层危险区域消突。该方法存在主要问题:钻孔工程量大,保护效果不如保护层方法显现;顺层长钻孔施工相当困难,从施工、装备、封孔工艺上仍有一定难度,制约这一技术发展;卸压时间较长。配合深孔预裂爆破以缩短抽采时间,提高抽采效果技术正在组织攻关。

3、煤层注水措施

通过煤层钻孔向煤体施注高压动力水以增大煤层透气性,达到应力和瓦斯释放。这一方法局限性较大,注水成功率低,在淮南矿区应用不够广泛。

局部消突措施

局部消突措施有钻孔抽采、钻孔自然排放、水力冲孔或扩孔、松动爆破、金属骨架加固局部煤体等。在淮南矿区,钻孔抽采瓦斯最为常用,而大直径扩孔和深孔预裂爆破比较有前景。淮南强制采用“巷帮钻场+迎头钻孔”边抽边掘措施,该措施应用有其自身的历史背景,对当前淮南的防突现状是必要而又必须坚持。这一措施最大问题防突工作量大,工序时间长,一定程度影响了掘进速度。由潘一矿试验成功的深孔预裂爆破配合钻孔抽采措施,潘三矿推广应用的“两综一炮”掘进工艺均取得了较好的防突效果,是淮南人摸索实践的产物。

1、松动爆破

松动爆破是向掘进工作面前方应力集中区,打几个钻孔装药爆破,使煤体松动,集中应力区向煤体深部移动,同时加快瓦斯的排出,从而在工作面前方造成较长的卸压带,以预防突出的发生。松动爆破分为深孔和浅孔两种。深孔松动爆破一般用于煤巷或半煤岩巷掘进工作面,钻孔直径一般为40~60mm,深度8~15m(煤层厚时取大值)。浅松动爆破主要用于采煤工作面,采煤工作面的松动爆破防治突出措施,适用于煤质较硬、围岩稳定性较好的煤层,松动爆破孔沿采煤工作面每隔2~3m打一个,孔深不小于3m,炮泥封孔长度不得小于1m

。措施实施后,必须经措施效果检验有效后,方可进行采煤。采用松动爆破防治突出措施的超前距离不得小于2m。

深孔松动爆破措施,可适用于煤质较硬、突出强度较小的煤层。采用深孔松动爆破防治突出时,应符合下列要求:

①深孔松动爆破的孔径为42mm,孔深不得小于8m。深孔松动爆破应控制到巷道轮廓线外1.5~2m的范围。孔数应根据松动爆破有效半径确定。采用深孔松动爆破防突措施,在掘进时必须

留有不小于5m的超前距。

②深孔松动爆破孔的装药长度为孔长减去5.5~6m,每个药卷(特制药卷)长度为1m,每个药卷装入一个雷管。装药必须装到孔底。装药后,应装入不小于0.4m的水炮泥,水炮泥外侧还应充填长度不小于2m的封口炮泥。

③在装药和充填炮泥时,应防止折断电雷管的脚线。

④深孔松动爆破后,必须进行措施效果检验。如果措施无效,必须采取补救措施。

⑤深孔松动爆破时,必须执行撤人、停电、设警戒、远距离放炮、反向风门等安全措施。

2、钻孔排放瓦斯

石门揭煤前,由岩巷或煤巷向突出危险煤层打钻,将煤层中的瓦斯经过钻孔自然排放出来,待瓦斯压力降到安全压力以下时,再进行采掘工作。钻孔数和钻孔布置应根据断面和钻孔排放半径的大小来确定,每平方米断面不得少于3.5~4.5孔。

此法适用于煤层厚、倾角大、透气系数大和瓦斯压力高的石门揭煤时。也大量应用于突出危险煤层的煤巷掘进。缺点是打钻工程量大,瓦斯压力下降慢,等待时间长。

3、超前钻孔

它是在煤巷掘进工作面前方始终保持一定数量的排放瓦斯钻孔。它的作用是排放瓦斯,增加煤的强度,在钻孔周围形成卸压区,使集中应力区移向煤体深部,

超前钻孔孔数决定于巷道断面积和瓦斯排放半径。钻孔在软煤中的排放半径为1~1.5m,硬煤中可能只有几十厘米。平巷掘进工作面一般布置3~5个钻孔,孔径200~300mm。孔深应超前工作面前方的集中应力区,一般情况下它的数值为3~7m,所以孔深应不小于10~15m。掘进时钻孔至少保持5m的超前距离。

采用超前钻孔作为防治突出的措施时,应符合下列要求:①超前钻孔可适用于煤层透气较好、煤质较硬的突出煤层;②超前钻孔直径应根据煤层赋存条件和突出情况确定,一般为75~l20mm,地质条件变化剧烈地带也可采用直径42mm的钻孔。钻孔超前于掘进工作面的距离不得小于5m;若超前钻孔直径超过120mm时,必须采用专门的钻进设备和制定专门的施工安全措施;③钻孔应尽量布置在煤层的软分层中;④超前钻孔的控制范围,应控制到巷道断面轮廓线外2~4m(包括巷道断面内的煤层);⑤超前钻孔孔数应根据钻孔的有效排放半径确定,钻孔的有效排放半径必须经实测确定;⑥煤层赋存状态发生变化时,应及时探明情况,再重新确定超前钻孔的参数;⑦必须对超前钻孔进行效果检验。如果经检验措施无效,必须补打钻孔或采取其它补充措施;⑧超前钻孔施工前应加强工作面支护,打好迎面支架,背好工作面。

急倾斜中厚或厚煤层上山掘进时,可用穿透式钻机,贯穿全长后,再由上而下扩大断面然后用人工修整到所需断面。

超前钻孔适用于煤层赋存稳定、透气系数较大的情况下。如果煤质松软,瓦斯压力较大,则打钻时容易发生夹钻、垮孔、顶钻,甚至孔内突出现象。

4、震动放炮

震动放炮是采用增加炮眼数和装药量,一次爆破揭穿煤层并成巷的爆破方法。在此情况下,因爆破震动,围岩应力和瓦斯压差急剧变化,创造了最有利的突出条件。所以震动放炮实质上是一种人为的诱导突出的措施,而不是防止突出的方法。它使突出发生在没有人员在场和采取了预防瓦斯、煤尘爆炸措施的情况下。

震动放炮的效果取决于岩柱厚度、炮眼数、炮眼布置和装药量等参数。

采用震动放炮措施时,应注意下列事项:①震动放炮时,应将井下人员撤至地面。为了少影响生产,一般在交接班时放炮;②放炮时应将放炮区或全井断电,进风系统内不得有火源存在,以免引燃瓦斯;③放炮半小时后由救护队进入检查。具有延

期突出的矿井,进入的时间还要加长;④为了限制突出的波及范围,可在距离工作面4~5m处,垒起高不小于1.5m的矸石堆或高至顶板的木垛。

三、防突措施的效果检验

1、保护层保护效果检验。保护层开采厚度等于或小于0.5m、上保护层与突出煤层间距大于50m或下保护层与突出煤层间距大于80m时,都必须对保护层保护效果进行检验。检验内容为保护范围和保护效果考察。检验应在被保护层中掘进巷道时进行,如果各项测定指标都降到该煤层突出危险临界值以下,则认为保护层开采有效;反之,认为无效。

2、预抽效果检验。预抽煤层瓦斯防突效果检验方法:煤体残存瓦斯含量小于2m3/t;煤层瓦斯抽采率大于30%。

3、揭煤防突措施效果检验。石门揭煤措施效果检验难度较大,现场可用措施质量、卸压时间、瓦斯释放率和钻孔内瓦斯涌出状况综合评价。也可用钻孔残余瓦斯压力检验。采掘面防突措施效

果检验方法同预测预报。

4、煤巷掘进工作面防治突出措施效果检验。煤巷掘进工作面执行防治突出措施后,按规定的预测方法进行措施效果检验。检验孔孔深应小于或等于措施孔,并应布置在两个措施孔之间。如果测得的指标都在该煤层突出危险临界值以下,则认为措施有效;反之,认为措施无效。当措施无效时,无论措施孔还留有多少超前距,都必须采取防治突出的补充措施,并经措施效果检验有效后,方可采取安全措施施工。当检验孔孔深等于措施孔孔深(检验与措施孔孔深均采用钻孔向巷道掘进方向的投影孔深,简称投影孔深)时,经检验措施有效后,必须留有5m投影孔深的超前距。当检验孔孔深小于措施孔孔深,且两孔投影孔深的差值不小于3m时,经检验措施有效后,可

采用2m投影孔深的超前距。

5、采煤工作面防治突出措施的效果检验。采煤工作面采用浅孔注水或松动爆破措施时,可采用钻孔瓦斯涌出初速度法、钻屑指标法或其它经试验证实有效的方法检验防治突出措施的效果。

检验钻孔应打在措施孔之间,测定方法按规定实施。检验指标小于该煤层突出危险临界值时,则认为防突措施有效;反之,认为防突措施无效。在措施效果无效区段,必须采取补充防治突出的措施,并经措施效果检验有效后,方可采取安全措施施工,并应留有不小于2m的超前距。

四、安全防护措施

安全防护主要措施要求:

1、独立、稳定、可靠的揭煤通风系统。包括反向风门,局部通风设施,严禁串联通风、“抹门过”。

2、基本安全设施。避难硐室,压风自救,隔爆水袋,电话等。

3、供电管理的特殊要求。电器设备,供电系统及管理制度;探头安设及断电范围。

4、震动放炮或远距离放炮。放炮位置、验炮等待时间和放炮程序规定。

5、其它诸如严禁使用风镐作业,加强顶板管理的具体措施。

6、专职测气员。

7、个体防护。熟悉突出预兆特征、突出后处理程序、避灾路线以及贯彻措施中主体内容,佩带隔离式自救器。

第三讲 防突对巷道布置和生产的要求

主要巷道应布置在岩层或非突出煤层中;煤层巷道应尽可能布置在卸压范围内,如采用沿空留巷或沿空送巷;井巷揭穿突出煤层的次数应尽可能减少;井巷揭穿突出煤层的地点应避开地质

构造破坏带;突出煤层中的掘进工作量应尽可能减少;开采保护层的矿井,应充分利用保护层的保护范围;井巷揭穿突出煤层前,必须具有独立、可靠的通风系统;在突出煤层中,严禁任何两个采掘工作面之间串联通风;突出煤层突出危险区、突出威胁区严禁采用放顶煤采煤法、水力采煤法、非正规采煤法采煤;突出煤层危险区、突出威胁区的采掘工作面严禁使用风镐作业。

第四讲 防突规章制度

一、生产矿井必须设立专门防突机构,建立、健全防突管理制度和部门责任制。防突机构应由专人具体负责,配足人员,保持队伍稳定。

二、生产矿井必须认真编报瓦斯地质图和防突预测图。石门揭穿突出煤层和新水平第一次揭开所有煤层,必须在石门距被揭煤层20m前编制专门防突设计,报集团公司审批。

三、突出煤层开采必须坚持以区域治理为主,局部治理相结合,以非突出煤层保护突出煤层,强化抽采的技术原则。具备保护层开采条件的,必须开采保护层;无保护层开采条件的,采用穿层孔、顺层孔预抽突出煤层瓦斯。保护层开采,采空区不得留有煤柱,特殊情况需留煤柱时,必须经集团公司批准。

四、突出危险掘进工作面必须编制“四位一体"专门的防突措施,地质构造异常带、瓦斯涌出异常带、应力集中带必须编制专门具有针对的防突措施,距离突出煤层法距小于20m的掘进巷道,

要制定防止误穿煤层的防突措施。

五、突出危险掘进工作面和瓦斯绝对涌出量

大于3m3/min、炮后瓦斯经常超限、有瓦斯涌出现象、或预测突出指标超限的掘进工作面,以及石门揭穿突出煤层工作面,必须实施巷帮钻场深孔连续抽采措施,并确保掘进迎头钻孔每平方米不得少于2个。具备底板巷条件的突出煤层掘进面,必须施工穿层钻孔超前掩护掘进施工。

六、非突出煤层揭煤和煤巷掘,必须按《防治煤与瓦斯突出细则》第2 6条的规定收集“四项指标"资料。

第五讲 防突装备、仪器仪表

矿井防治煤与瓦斯突出设备主要有钻机、瓦斯泵

、封孔泵、空气压缩机、防突仪等。这里介绍一下目前矿区常用的防突装备和仪器。

1、MK系列钻机:优点是结构合理、技术先进、工艺适应性强、操作省力、安全可靠、解体性好、搬运方便。

2、S GZ系列钻机:适用于工程钻孔和地质勘探取芯钻孔,既能用于钢粒钻进,又能用于金刚石钻进,该机机身小,尤其适应于水电钻廊道内和煤矿井下作业。 .

二、瓦斯泵

2 BE 1系列水环真空泵是一种单级单作用式真空泵。它具有无摩擦面、无油润滑、结构紧凑、运行工作可靠、使用维护方便、选型范围宽等优点,主要用于抽吸不含颗粒的气体,工作介质为温清水,特殊要求也可用酸、碱等其它介质为工作液。被广泛用于电力、化工、医药、煤炭、制糖等行业。

三、KFB型矿用封孔泵

KFB型矿用封孔泵主要用于煤矿瓦斯抽采钻孔的封孔及煤层注水钻孔的封孔等煤矿井下其它各种类型钻孔的封孔,对水平钻孔的封孔长度可达3 0m,垂直向上钻孔的封孔长度可达2OM。

四、防突仪

淮南矿区广泛应用煤炭科学研究总院重庆分院生产的TWy型及WTC型防突预测预报仪用来预测煤层的突出危险性。仪器具有操作方法简便、测量准确、便于携带等优点。潘一、潘三等矿主要利用TWy测定瓦斯涌出初速度qm,测量范围O~50L/min,衰减系数测量范围O.1~O.9 9。谢一、新庄孜等矿主要利用WTC型防突仪测定瓦斯解吸指标K1值。

第六讲、李嘴孜矿煤与瓦斯突出现状

1、瓦斯地质情况

两井均为煤与瓦斯突出矿井,其中李井2000年被定为煤与瓦斯突出矿井,孔井于02年由低瓦斯矿井直接升级为突出矿井。先后有B4b、B7b、B9b、C13四层主采煤层被定为突出煤层,从我们掌握的瓦斯资料看,A1~B9b槽煤层从西向东,由浅入深瓦斯涌出量逐渐增大,特别是过李Ⅰ线以东后瓦斯突然增大,其中瓦斯涌出量最大的是B9b煤层,主要是进行回采时,下邻近层卸压瓦斯大量涌出造成。而C13、B11b槽煤层从东向西瓦斯逐渐增大,但增幅较小,李井W1采区涌出量最大,再向西瓦斯又逐渐减小。B9b、C13槽煤层瓦斯涌出量变化见付图

共发生煤与瓦斯突出四次

①1995年12月18日,-400mE1石门揭开B7b煤层时因抽冒诱导突出,突出煤量170T,突出瓦斯量150m3。

②2000年1月9日,-400mE2B4b顺槽掘进时发生突出,突出煤量12 T,瓦斯60米3。

③2003年7月11日,-430m E2B9b切眼在打钻的过程中发生突出,突出煤量30T,瓦斯为100m3。

④2004年6月15日-470W1C13槽刨眼发生突出,突出煤量50T,瓦斯为380m3,死亡2人。

虽然矿井瓦斯涌出量相对较小,但随着矿井的延深,突出危险性越来越大,在-440mE4石门测得A1煤层瓦斯压力1.8MPa,且打钻时喷煤、喷瓦斯;在-530m水平车场测得B4b煤层瓦斯压力达4.0 MPa,-440mE2石门揭B4b煤层前施工前探孔时发生喷孔,喷出煤量约5吨,该瓦斯压力并不比其他高突矿井瓦斯压力小,说明该煤层具有强突出危险性;-470mW1C13虽然瓦斯涌出量不大但地应力大,在顺槽掘进过程中响煤炮声频繁,煤层极易抽冒。因此,煤与瓦斯突出对我矿安全生产的威胁越来越严重,防突形式十分严峻。

预测预报:

目前B4b、B7b槽煤层于2004年已进行了区域性划分,根据集团公司煤瓦地[2004年]338号文件,孔李公司B4b、B7b槽煤层李Ⅰ线以西-530m以上划定为无突出危险区域,-530m以下暂划定为突出危险区域;李Ⅰ线~李Ⅱ线之间-340m以上划定为无突出危险区域,-340m ~-530m 划定为突出威胁区,-530m以下暂划定为突出危险区域;李Ⅱ线以东-340m以上划定为突出威胁区域。-340m及以下划定为突出危险区域。B9b 、C13区域性划分工作资料收集已结束,正待审批。

石门揭煤工作面采用瓦斯压力及D、K值综合指标法预测,临界值参考《防突细则》中的规定值,即瓦斯压力小于0.74Mpa,D值小于0.25,K值小于15。

煤巷掘进工作面及采煤面使用WTC防突仪采用钻屑指标法预测,即在工作面施工预测钻孔,钻孔每打1米,测定一次钻屑量,每隔2米测定一次钻屑解吸指标K1(K1值的物理意义是煤样自煤体脱落暴露在大气中第一分钟内,每克煤的瓦斯解吸量,ml/(g .min1/2))。.根据每个钻孔沿孔长每米的最大钻屑量Smax和最大钻屑解吸指标K1预测工作面的突出危险性。其临界值K<0.5 ml/(g .min1/2),钻屑量S<6Kg。

其中掘进面预测孔数不少于2个,孔径42mm,孔深8~10m,每预测循环保持不少于2m的超前距;采煤面沿工作面每隔10~15m布置一个预测钻孔,孔径42mm,孔深不小于3.5m ,每预测循环保持不少于2m的超前距。

防突措施:在采用防治突出措施时,应优先选择区域性防治突出措施

㈠区域性防突措施

⒈开采保护层 矿井主采煤层共七层,根据煤层赋存情况,[ A1→(90m)B4b→(45m)B7b→(22m)B8b(B9b)→(85m)B11b→(60m)C13],选择非突出煤层B11b作为C13的下保护层开采,选择突出危险性相对较小的B9b作为B7b槽的上保护层开采,回采B7b槽时,又可作为B4b槽的上保护层。开采保护层时必须提前施工底板穿层钻孔预抽被保护层的卸压瓦斯。同时施工顶板走向钻孔、高抽巷加强对开采层的瓦斯抽采,工作面的瓦斯抽采率不低于40%。

⒉密集钻孔预抽 由于B9b槽顶、底板附近其他煤层赋存均极不稳定,不可采,因此B9b无法提前开采保护层,回采时必须采用密集钻孔超前抽采。同时上保护层工作面内留设的煤柱,必须在采掘工作面图上详细标注,并确定影响范围,采用密集钻孔加强对该区域的瓦斯抽放。

孔李公司保护层开采示意图

图片 1

㈡局部消突措施

石门揭煤防突措施

采用石门及巷帮钻场预抽瓦斯,预抽率不低于30%,瓦斯压力降到0.74 Mpa以下 ,揭煤期间必须利用巷帮钻场边抽边掘,且过煤层时必须采用金属锚杆进行超前支护。用远距离震动放炮的方法揭开煤层,因石门揭煤时突出危险性最大,因此,揭煤把好七道关。

设计关:进行煤巷道的设计时,要避开地质构造带和应力集中区;

施工关:巷道和抽放钻孔必须按设计施工,落实到实处;

验收关:巷道和抽放钻孔必须有专人验收,确保质量;

封孔关:应采用新设备、新技术、新工艺、新材料,确保封孔质量,提高抽放效果;

抽放卸压关:计算并掌握抽放量、抽放率、瓦斯压力和解突安全抽放期等重要参数;

检验关:必须按照颁发的防突细则的有关规定进行效果检验,符合要求后方准揭煤;

二次卸压关:揭煤前可再打一组卸压孔,进行二次卸压。

3、B4、B7b、B9b高瓦斯煤层掘进防突措施

由于C13瓦斯涌出量相对不大,主要是煤层倾角大、性较软,易抽冒引起煤与瓦斯倾出,因此防突措施采用卸压排放钻孔释放。通过煤体前方的钻孔使煤体应力释放和转移,钻孔使煤体前方的高压瓦斯得以释放,使掘进头前方一定范围内形成低应力区,达到防突或降低突出强度的目的。

B9b煤层掘进及B4、B7b非保护区内掘进时必须提前在B7b底板岩巷内施工超前钻孔预抽瓦斯,掘进迎头必须始终在穿层钻孔掩护下施工,同时施工巷帮钻场边掘边抽

第七讲 防突事故案例

孔井“2004.6.15”事故

一、工作面基本情况

孔李公司孔井-530mE1二道石门于04年3月17日揭露C13煤层,该处C13槽地质构造简单,无断层,煤厚约4.0m。煤层倾角84度,为发育较稳定的厚煤层,煤层节理发育。C13槽煤巷于6月4日开始施工,施工顺槽前,由巨万公司102队向-440m施工一套生根眼,生根眼采用1.0×1.0m木盘支护,施工过程中11KW局扇供风,风量180m3/min,绝对涌出量0. 5 m3/min,由于煤层倾角大、性较软,小眼施工时易发生抽冒,施工进度较慢,经有关部门研究,调换施工队伍,改由矿掘进一队施工。

二、煤与瓦斯突出事故经过

6月15日夜班,掘一队安排两人到-530mE1 C13二道半石门施工回风眼,23:30分,到达现场,检查迎头瓦斯0.3%。24:00分,施工人员将迎头漫眼材料拆除,将虚煤放空后,迎头出现长度2米,下口约1.5米见方向上掉尖的空洞,施工人员开始在迎头垛盘,至2:00,垛盘了约1.6米高时,眼内发生抽冒,此时测气员测得眼下口瓦斯为0.9%,当即下至二道向调度所汇报,测气员行至人眼口时听到煤炮声,随即迎头发生煤与瓦斯倾出,突出煤量50吨,涌出瓦斯380m3,迎头2人未及时撤除,被堵在眼内,窒息死亡。

三、事故原因分析

1、直接原因

-530mE1C13二道半2#回风眼掘进工作面位于井田倒转褶曲轴部,煤层软硬相间、结构松软、内聚力小,工作面煤体冒落,因没有及时采取有效支护措施,造成抽冒诱导煤的突出,同时涌出大量瓦斯。

2、间接原因

⑴技术管理不到位。区域突出危险性预测工作不到位。对-530mE1C13煤在开采过程中出现的煤炮、瓦斯异常涌出等动力现象,未进行综合分析,也未向有资质单位提出申请。2004年6月7日,-530mE1C13二道半顺槽在刷帮扩棚时出现了较大的煤炮声,并出现了抽冒和瓦斯异常涌出,工作面瓦斯浓度达到1.54%。矿虽召开了追查会,但未采取针对性措施;2004年6月14日12时左右出现了连续的、声音较大的煤炮,2#回风眼因此发生抽冒,矿未认证分析研究,未采取更有效措施。

⑵矿井管理人员对防突意识不到位。对-530mE1C13煤层在采掘过程中出现的煤炮声、瓦斯异常等现象没有引起重视,未分析真正的原因,并制定有效措施,也没有即使向集团公司有关部门汇报。

⑶“一通三防”现场管理不到位。甲烷传感器T1位置不当,不能监控小眼施工的真实CH4情况。

风眼施工过程发生掉顶现象后,仓促调换施工队伍,调换过程中交接人员对现场施工情况未作认真了解,换队进点前未制定有针对性的防范措施。

⑸现场监督管理不到位。跟班干部、安检员未把住安全重点,对小眼内同时有两人空顶作业的违章现象未能及时制止。

⑹职工安全意识较差,防突意识淡薄,安全教育不到位。

四、事故教训及防范措施

1、加大“一通三防”工作力度,提高对“”瓦斯超限就是事故”的认识,加强瓦斯综合治理工作,强化防突意识,尤其要对C13煤的煤与瓦斯突出的管理,认真开展突出危险性预测预报工作,按规定严格落实“四位一体”的防突措施,将安全管理工作真正做实、做细、做到位。

2、要加强技术管理工作,优化采场设计,采取有利于防止煤与瓦斯突出的采掘布置方式,提高安全可靠性。急倾斜煤层,尽量避免上山掘进或刨小眼。

3、加大事故隐患追查、处理力度,对于瓦斯超限现象,必须立即停止作业,按照事故“四不放过”原则,认真追查、处理,采取有效的防范措施。对掘进过程中出现的煤炮声、瓦斯异常等现象,要高度关注。

4、加强施工现场的安全管理,认真落实实现现场跟班制度和安全检查员职责,提高各级管理人员的责任意识和跟班质量,把住安全关。

5、加大对职工的安全教育和防突知识培训力度,提高每一位职工的安全生产意识和自我保安能力,杜绝“三违”行为的发生。

李嘴孜煤矿培训中心

2007.03.20

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