煤與瓦斯突出及其預(yù)防

煤與瓦斯特別及其預(yù)防一、概述含義：煤礦地下采掘過程中，在極短的時間內(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，稱為煤與瓦斯特別危害：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)施，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；猛烈的動力效應(yīng)可能導(dǎo)致冒頂和火災(zāi)事故的發(fā)生。二、特別的機理特別的機理是關(guān)于解釋特別的原因和過程的理論。特別是十分復(fù)雜的自然現(xiàn)象，它的機理還沒有統(tǒng)一的見解，假說很多。多數(shù)人認(rèn)為，特別是地壓、瓦斯、煤的力學(xué)性質(zhì)和重力綜合作用的結(jié)果。三、特別的一般規(guī)律1、特別發(fā)生在一定的采掘深度以后。每個煤層開始發(fā)生特別的深度差別很大，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)局老虎臺煤礦，達640m。自此以下，特別的次數(shù)增多，強度增大。2、特別多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造四周，如斷層、褶曲、扭轉(zhuǎn)和火成巖侵入?yún)^(qū)四周。據(jù)南桐礦務(wù)局統(tǒng)計，95％以上的特別(石門特別除外)發(fā)生在向斜軸部、扭轉(zhuǎn)地帶、斷層和褶曲四周。北票礦務(wù)局統(tǒng)計，90％以上的特別發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造區(qū)和火成巖侵入?yún)^(qū)。3、特別多發(fā)生在集中應(yīng)力區(qū)，如巷道的上隅角，相向掘進工作面接近時，煤層留有煤柱的相對應(yīng)上、下方煤層處，回采工作面的集中應(yīng)力區(qū)內(nèi)掘進時，等等。4、特別次數(shù)和強度，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，特別的危險性也愈大。5、特別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)生特別；壓力高，含量大的煤層也可能不特別。因為特別是多種因素綜合作用的結(jié)果。但值得注意的是，我國30處特大型特別礦井的煤層瓦斯含量都大于20m3/t。6、特別煤層的特點是強度低，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，無顯然節(jié)理，光澤暗淡，易粉碎。如果煤層的頂板堅硬致密，特別危險性增大。7、大多數(shù)特別發(fā)生在放炮和落煤工序。例如，重慶地區(qū)132次特別中，落煤時124次，占95％。放炮后沒有馬上發(fā)生的特別，稱延期特別。延遲的時間由幾分鐘到十幾小時，它的危害性更大。8、特別前常有預(yù)兆發(fā)生，如煤體和支架壓力增大；煤壁移動加劇，煤壁向外鼓出，掉碴，煤塊迸出；破裂聲，煤炮聲，悶雷聲；煤質(zhì)干燥，光澤暗淡，層理紊亂；瓦斯增大或忽大忽?。幻簤m增多；氣溫降低；頂鉆或夾鉆，等等。熟悉或掌握本礦的特別預(yù)兆，關(guān)于及時撤出人員，減少傷亡，有重要意義。四、預(yù)防煤與瓦斯特別的主要技術(shù)措施防突措施分類：區(qū)域性防突措施：實施以后可使較大范圍煤層消除特別危險性的措施，稱為區(qū)域性防突措施；局部防突措施：實施以后可使局部區(qū)域(如掘進工作面)消除特別危險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保護層和預(yù)抽煤層瓦斯兩種。1、開采保護層保護層：在特別礦井中，預(yù)先開采的、并能使其它相鄰的有特別危險的煤層受到采動影響而減少或喪失特別危險的煤層稱為保護層。被保護層：后開采的煤層稱為被保護層。保護層位于被保護層上方的叫上保護層，位于下方的叫下保護層。1)、開采保護層的作用(1)地壓減少，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。所以被保護層內(nèi)的瓦斯能大量排放到保護層的采空區(qū)內(nèi)，瓦斯含量和瓦斯壓力都將顯然下降。(3)煤層瓦斯涌出后，煤的強度增加。據(jù)測定，開采保護層后，被保護層的煤硬度系數(shù)由0.3～0.5增加到1.0～1.5。2).保護范圍保護范圍：指保護層開采后，在空間上使危險層喪失特別危險的有效范圍。劃定保護范圍，也就是在空間和時間上確定卸壓區(qū)的有效范圍〔1〕垂直保護距離保護層與被保護層間的有效垂距(2)沿傾斜的保護范圍確定沿傾向的保護范圍就是沿傾向劃定被保護層的上、下邊界。(3)沿走向的保護范圍。超前距一般不得小于兩個煤層之間垂直距離的兩倍，至少不小于30m。(4)煤柱的影響關(guān)于無保護層或單一特別危險煤層的礦井，可以采納預(yù)抽煤層瓦斯作為區(qū)域性防突措施。這種措施的實質(zhì)是，通過一定時間的預(yù)先抽放瓦斯，降低特別危險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)增加和煤的強度提升等效應(yīng)，使被抽放瓦斯的煤體喪失或減弱特別危險性。

(二)局部防突措施1、松動爆破2、鉆孔排放瓦斯作用機理：石門揭煤前，由巖巷或煤巷向特別危險煤層打鉆，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，再進行采掘工作。3、水力沖孔作用機理：水力沖孔是在安全巖(煤)柱的防護下，向煤層打鉆后，用高壓水射流在工作面前方煤體內(nèi)沖出一定的孔道，加速瓦斯排放。同時，由于孔道四周煤體的移動變形，應(yīng)力重新分布，擴展卸壓范圍。此外，在高壓水射流的沖擊作用下，沖孔過程中能誘發(fā)小型特別，使煤巖中蘊藏的潛在能量逐漸釋放，避免大型特別的發(fā)生。4、超前鉆孔作用機理：它是在煤巷掘進工作面前方始終堅持一定數(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、金屬骨架作用機理：當(dāng)石門掘進工作面接近煤層時，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，進入巖層0.5m?？组g距一般為0.2m左右，孔徑75～100mm。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，最后用震動放炮揭開煤層(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、超前支架作用機理：多用于有特別危險的急傾斜煤層厚煤層的煤層平巷掘進時。為了防止因工作面頂部煤體松軟垮落而導(dǎo)致特別，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。它的實質(zhì)是預(yù)先在工作面前方切割出一個縫槽，以增加工作面前方的卸壓范圍，8、震動放炮震動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。在此狀況下，因爆破震動，圍巖應(yīng)力和瓦斯壓差急劇變化，創(chuàng)造了最有利的特別條件1〕、巖柱厚度巖柱厚度愈大，爆破前特別的可能性愈小，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。一般狀況下，震動放炮的炮眼數(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)驗公式計算:可用單列三組楔形掏槽的方式。巖眼和煤眼要交錯相間排列，順序爆破

3〕、裝藥量決定于巷道斷面、巖石性質(zhì)和需要爆破的巖石體積。各礦實際裝藥量，往往相差很大，在1.76kg/m3～11kg/m3之間，應(yīng)依據(jù)本礦的實際爆破經(jīng)驗確定。4〕、注意事項(1)震動放炮時，應(yīng)將井下人員撤至地面。為了少影響生產(chǎn)，一般在交接班時放炮；(2)放炮時應(yīng)將放炮區(qū)或全井?dāng)嚯?，進風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)不得有火源存在，以免引燃瓦斯；(3)放炮半小時后由救護隊進入檢查。具有延期特別的礦井，進入的時間還要加長；(4)為了限制特別的波及范圍，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)雷管分次爆破，使一部分巖石落在工作面四周，起到限制特別的作用。震動放炮容易引起冒頂事故，能誘使特別，不是好的防治措施，應(yīng)盡可能不采納。五、特別的猜測特別危險性猜測是防治煤與瓦斯特別綜合措施的第一步。特別危險性猜測包括區(qū)域性猜測和工作面猜測。(一)、猜測指標(biāo)1、煤的瓦斯放散指數(shù)ΔP：一般狀況下，ΔP＞15～25時有特別危險。2、煤的牢固系數(shù)f：當(dāng)f0.6～0.8時有特別危險；f＞1.2時，無特別危險。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，特別可能性越大。4、鉆孔瓦斯涌出量和鉆渣量這是一種可以在掘進工作面即時猜測有無特別危險的方法，它綜合反映了工作面前方煤體滲透性、破壞程度、瓦斯涌出速度和巖層應(yīng)力狀態(tài)。R1=(Smax