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煤与瓦斯突出及其预防

字号+ 作者:admin 来源:未知 2010-05-26 10:23 我要评论( )

煤与瓦斯突出及其预防 一、概述 含义: 煤矿地下采掘过程中,在极短的时间内(几秒到几分钟),从煤、岩层内以极快的速度向采掘空间内喷出煤(岩)和瓦斯(CH 4 、CO 2 )的现象,称为煤与瓦斯突出 危害: 它所产生的高速瓦斯流(含煤粉或岩粉)能够摧毁巷道设施,破

煤与瓦斯突出及其预防 

 一、概述

含义:煤矿地下采掘过程中,在极短的时间内(几秒到几分钟),从煤、岩层内以极快的速度向采掘空间内喷出煤(岩)和瓦斯(CH4、CO2)的现象,称为煤与瓦斯突出
危害:它所产生的高速瓦斯流(含煤粉或岩粉)能够摧毁巷道设施,破坏通风系统,甚至造成风流逆转;喷出的瓦斯由几百到几万m3,能使井巷充满瓦斯,造成人员窒息,引起瓦斯燃烧或爆炸;喷出的煤、岩由几千吨到万吨以上,能够造成煤流埋人;猛烈的动力效应可能导致冒顶和火灾事故的发生。
  二、突出的机理
突出的机理是关于解释突出的原因和过程的理论。突出是十分复杂的自然现象,它的机理还没有统一的见解,假说很多。多数人认为,突出是地压、瓦斯、煤的力学性质和重力综合作用的结果。
三、突出的一般规律
1、突出发生在一定的采掘深度以后。每个煤层开始发生突出的深度差别很大,最浅的矿井是湖南白沙矿务局里王庙煤矿仅50m,始突深度最大的是抚顺矿务局老虎台煤矿,达640m。自此以下,突出的次数增多,强度增大。
2、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附近。据南桐矿务局统计,95%以上的突出(石门突出除外)发生在向斜轴部、扭转地带、断层和褶曲附近。北票矿务局统计,90%以上的突出发生在地质构造区和火成岩侵入区。
3、突出多发生在集中应力区,如巷道的上隅角,相向掘进工作面接近时,煤层留有煤柱的相对应上、下方煤层处,回采工作面的集中应力区内掘进时,等等。   
4、突出次数和强度,随煤层厚度、特别是软分层厚度的增加而增加。煤层倾角愈大,突出的危险性也愈大。
5、突出与煤层的瓦斯含量和瓦斯压力之间没有固定的关系。瓦斯压力低、含量小的煤层可能发生突出;压力高,含量大的煤层也可能不突出。因为突出是多种因素综合作用的结果。但值得注意的是,我国30处特大型突出矿井的煤层瓦斯含量都大于20m3/t。
6、突出煤层的特点是强度低,而且软硬相间,透气系数小,瓦斯的放散速度高,煤的原生结构遭到破坏,层理紊乱,无明显节理,光泽暗淡,易粉碎。如果煤层的顶板坚硬致密,突出危险性增大。
7、大多数突出发生在放炮和落煤工序。例如,重庆地区132次突出中,落煤时124次,占95%。放炮后没有立即发生的突出,称延期突出。延迟的时间由几分钟到十几小时,它的危害性更大。
8、突出前常有预兆发生,如煤体和支架压力增大;煤壁移动加剧,煤壁向外鼓出,掉碴,煤块迸出;破裂声,煤炮声,闷雷声;煤质干燥,光泽暗淡,层理紊乱;瓦斯增大或忽大忽小;煤尘增多;气温降低;顶钻或夹钻,等等。熟悉或掌握本矿的突出预兆,对于及时撤出人员,减少伤亡,有重要意义。
    四、预防煤与瓦斯突出的主要技术措施
      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
    (1) 地压减少,弹性潜能得以缓慢释放。
    (2).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。
    (3) 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
(1)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
 (2)  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;
文本框:        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。
(3)  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。
(4)        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。
 (二) 局部防突措施
  1、松动爆破
   作用机理: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,使煤炭松动,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,钻孔直经一般为40~60mm,深度8m~15m(煤层厚时取大值)。浅孔松动爆破主要用于采煤工作面,鸡西矿务局大通沟煤矿的施工参数为:孔径42mm、孔深2.4m、孔间距3.0m。钻孔垂直煤壁,松动炮眼超前工作面1.2m
 2、钻孔排放瓦斯
作用机理: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。
3、水力冲孔
作用机理:水力冲孔是在安全岩(煤)柱的防护下,向煤层打钻后,用高压水射流在工作面前方煤体内冲出一定的孔道,加速瓦斯排放。同时,由于孔道周围煤体的移动变形,应力重新分布,扩大卸压范围。此外,在高压水射流的冲击作用下,冲孔过程中能诱发小型突出,使煤岩中蕴藏的潜在能量逐渐释放,避免大型突出的发生。
4、超前钻孔
 作用机理: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
5、金属骨架
文本框:  作用机理:当石门掘进工作面接近煤层时,通过岩柱在巷道顶部和两帮上侧打钻,钻孔穿过煤层全厚,进入岩层 0.5m 。孔间距一般为 0.2m 左右,孔径75~100mm。然后将长度大于孔深0.4~0.5m的钢管或钢轨,作为骨架插入孔内,再将骨架尾部固定,最后用震动放炮揭开煤层(图9-5-8)。    此法适用于地压和瓦斯压力都不太大的急倾斜薄煤层或中厚煤层
6、超前支架
  作用机理:多用于有突出危险的急倾斜煤层厚煤层的煤层平巷掘进时。为了防止因工作面顶部煤体松软垮落而导致突出,在工作面前方巷道顶部事先打上一排超前支架,增加煤层的稳定性。
文本框:  7.卸压槽
它的实质是预先在工作面前方切割出一个缝槽,以增加工作面前方的卸压范围,
8、震动放炮
震动放炮是采用增加炮眼数和装药量,一次爆破揭开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
1)、岩柱厚度   岩柱厚度愈大,爆破前突出的可能性愈小,但愈难一次揭开全煤层。《规程》规定,急倾斜煤层岩柱厚度不小于1.5m。缓倾向和倾斜煤层,为了全断面一次揭开煤层,可将工作面做成台阶状或斜面,然后布置炮眼。
2)、炮眼数和炮眼布置
要求能一次揭开煤层全断面。一般情况下,震动放炮的炮眼数为普通放炮的 2~3 倍,炮眼数N也可按北票矿务局的经验公式计算:
N=5.5s1/2f2/3                            (9-5-3)
   式中  S-掘进巷道的断面积。m2
         f-岩石的硬度系数,见表9-5-4。
可用单列三组楔形掏槽的方式。岩眼和煤眼要交错相间排列,顺序爆破
3)、装药量
决定于巷道断面、岩石性质和需要爆破的岩石体积。各矿实际装药量,往往相差很大,在1.76kg/m3~11kg/m3之间,应根据本矿的实际爆破经验确定。
4)、注意事项
    (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。有人提出,采用延发雷管分次爆破,使一部分岩石落在工作面附近,起到限制突出的作用。
     震动放炮容易引起冒顶事故,能诱使突出,不是好的防治措施,应尽可能不采用。
  五、突出的预测
   突出危险性预测是防治煤与瓦斯突出综合措施的第一步。突出危险性预测包括区域性预测和工作面预测。
  (一)、预测指标
    1、煤的瓦斯放散指数ΔP: 
      一般情况下,ΔP>15~25时有突出危险。
    2、煤的坚固系数f :
        当f<0.6~0.8时有突出危险;f>1.2时,无突出危险。
    3、软煤比 软煤分层厚度与煤层总厚度之比称软煤比,亦称揉皱系数。该值越高,煤层越不稳定,突出可能性越大。
    4、钻孔瓦斯涌出量和钻渣量 这是一种可以在掘进工作面即时预测有无突出危险的方法,它综合反映了工作面前方煤体渗透性、破坏程度、瓦斯涌出速度和岩层应力状态。
R1=(Smax-1.8)(Imax-4)                       (9-5-4)
(二)、突出预兆
    1、煤层结构和构造    层理紊乱,煤软硬不均或变软,煤暗淡无光,煤层受挤压,厚度变大,倾角变陡,煤层干燥等。
    2、地压增大    如来压声响,支架折断,煤炮声,煤岩开裂,煤壁外鼓,片帮,掉碴,底鼓,打钻时顶钻、夹钻等。
    3、瓦斯及其它    瓦斯涌出异常,忽大忽小,闷人,煤尘增大,煤或气温变冷,顶钻喷瓦斯、喷煤等。

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