进行采矿作业时的安全保证措施

第9章第1页第9章进行采矿作业时的平安保证措施9.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法9.2震动爆破9.2.1震动爆破时降低突出频率和强度的科学根底9.2.2震动爆破时突出频率和强度措施9.3远距离开停机械在突出危险煤层落煤9.4遭遇煤与瓦斯突出人员的保护设备第9章第2页9.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法

沿煤层掘进矿山巷道，导致在工作面附近形成极限状态，并引起该带内瓦斯含量的变化。巷道影响带由全面压缩状态变为2向压缩状态。这将导致工作面附近的煤层的破坏，失去其支承能力，支承应力带向煤体深部转移，最终导致工作面附近煤体的卸压和瓦斯排放。在卸压和排放瓦斯的平安带范围内采煤时不会发生煤与瓦斯突出。该带的范围取决于矿山地质条件，从几十厘米变化至几米。突出危险性煤层的作业工艺应保证在卸压带范围内落煤，并留有不小于1m的超前距。通过合理控制矿山技术因素对工作面附近煤层的作用，可以形成满足工艺要求的卸压带■9.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法为查明各种矿山技术因素对工作面附近煤层卸压和排放带尺寸的影响，进行了分析和试验研究。取长壁式采煤法开采水平煤层时垂直于层理方向的应力分布图作为工作面附近煤层应力应变状态的原始模型，如图9.1所示第9章第3页■第9章第4页

9.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法在极限状态状态带〔支承应力最大点之前〕内的正应力用下式表示：〔9.1〕

式中—岩石的单位重量；H—开采深度；，σ—突出危险煤层在原始条件下的立方体强度极限，根据全苏矿山测量科学研究所的方法确定；—考虑回采作业空间特征而换算的巷道宽度；—采面长度；—煤层厚度■9.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法工作面煤壁到最大支承应力点的距离：〔9.2)当φ<1时式中—移动系数；φ3=62°～64°—反映载荷增长斜度的角度根据式〔9.1〕和式〔9.2〕可以计算应力图。第9章第5页■9.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法根据下式可以计算压带深度〔图9.1〕：

顶板悬臂梁影响的计算示意图如图9.2所示第9章第6页■9.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法回采巷道附近矿山岩体状态的数学模型的分析证明，确定支承压力带内的应力时可以采用以下条件：在B点处〔9.4〕

式中y—顶板垂直于层理方向的位移量。截面AB可以看作是悬臂梁的掩埋截面。在区段amax内煤层边缘局部将被悬臂梁夹住。悬臂梁对煤层的压力变化取作线性关系，然后将固定应力场〔图9.2a)和附加应力场的应力相加，我们得到确定卸压带深度增量的关系式：〔9.5〕式中△a0—卸压带深度a0的增量。第9章第7页■9.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法上式中式中—悬臂梁岩层的厚度；—悬臂梁长度；—极限状态带长度式〔9.5〕中右侧的符号说明，悬臂梁的存在导致卸压带减小。在顶板悬臂梁不同长度条件下，根据式〔9.5〕计算卸压带深度的增量，计算条件h=5m,amax=4m,a0=1.5m,σкув=10MPa,γH=20MPa。第9章第8页■9.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法第9章第9页■随着悬臂梁长度的LК的增大，煤层卸压带深度的增量值减小当H=800m、2h=0.6m、σкув=10MPa时，利用式〔9.3〕和式〔9.5〕定量评价区段2l对卸压带深度的影响:当H=800m、=150m、σкув=10MPa时，计算煤层厚度2h对平安卸压带深度a0的影响：结果说明，随采面斜长和煤层厚度的增加，煤层的平安卸压带深度将增大。LК/m36912△a0/m-0.066-0.084-0.122-00/m1.31.822h/m0.60.81.2ao/m1.81.929.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法根据应力松弛时间〔t=1d〕的试验资料查明时间因素对平安卸压带深度的影响：〔9.6〕式中，—当时的长时强度极限把时间函数代入式〔9.6)中，得到可以评价时间因素对平安卸压带深度影响的关系,如图〔9.3〕第9章第10页■9.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法煤层平安卸压带深度的矿山技术因素中，3个工艺因素—回采区段斜长、时间〔平安卸压带形成的时间〕和顶板管理方法〔顶板悬臂梁长度〕借助于斯科钦斯基矿业研究院制造的液压传感器дгд-1和俄罗斯科学院北奥塞梯矿业研究所制造的应变传感器—应变计дл-8，评价煤层的应力应变状态，传感器安装在直径42～48mm的钻孔中，钻孔由准备巷道打在回采工作面的前方。根据所打的平行于回采工作面的钻孔瓦斯涌出速度的变化，评价煤层的瓦斯动力状态。第9章第11页■9.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法根据液压传感器дгд-1所确定的煤层应力应变状态的变化和瓦斯涌出动态所确定的卸压带深度，如图9.4所示煤层的卸压带即应力低于原岩应力的方位，按垂直应力为工作面前方2m，按水平应力为工作面前方2.4m。根据瓦斯涌出动态确定的卸压带深度为2m第9章第12页■9.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法根据应变传感器дл-8的读数确定工作面附近煤层的应力应变状态，如图9.5所示

应力负值证明在最大支承应力带煤层受压，正值证明回采工作面边缘局部的煤层卸压。根据传感器дл-8的读数确定的卸压带深度，与根据瓦斯涌出动态确定的卸压带深度几乎一致。第9章第13页■9.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法随着回采工作面的推进，钻孔瓦斯涌初速度的变化如图9.6所示第9章第14页■9.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法试验研究证明了工作面附近煤层卸压带和排放带随着落煤在时间上的变化并向煤体深部转移。研究结果将卸压带深度作为工作面附近煤层突出危险性评价的主要原那么的依据。以下工艺因素对工作面附近煤层平安卸压带尺寸的影响程度进行了试验验证：回采工作面推进速度，回采区段长度，落煤循环之间的时间间隔，顶板悬臂梁长度在试验进行期间，在采面没有采取防突措施。通过刨煤机落煤、采面无人做业，保证了试验进行时的平安试验研究的方法：在工作面布置2个观测站，分别位于距工作面运输平巷25m和采面中部，根据瓦斯涌出动态确定落煤作业结束后不同时间段内的卸压带的深度第9章第15页■9.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法如图9.7当工作面推进的速度增大时〔考虑落煤作业过程中的工艺间断〕，卸压带深度急剧减小；当工作面推进的速度大时，卸压带向煤体深部的转移滞后，导致卸压带减小当推进速度小于2×10-4m/s时,卸压带向煤体深部均匀转移当推进速度大于5×10-4m/s时,卸压带转移的平均速度小于工作面移动速度,卸压带的总深度减小第9章第16页■9.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法回采区段长度的减小导致卸压带深度减小，因为这同时增大了工作面推进速度，当回采区段长度小于80m时，变化最剧烈，如图9.8所示第9章第17页■9.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法在各种卸压带初始值的条件下，卸压带尺寸随时间而增大，并且增大的速度取决于初始值：落煤结束后卸压带越小，其随时间的增大越快回采后5～6h，卸压带形成过程几乎就完成了，如图9.9所示第9章第18页■9.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法试验说明，当悬臂梁的长度在6m以下增加时，卸压带尺寸减小，当悬臂梁的长度为6m以上时，随着悬臂梁的长度增加，卸压带尺寸增大，如图9.10所示第9章第19页■9.1根据工作面附近煤层瓦斯含量和应力分布规律降低煤体突出危险性的方法分析研究和试验研究说明，通过合理选择回采工艺参数可以影响平安卸压带的深度，到达在回采过程中不采取防突措施而防治煤与瓦斯突出，根据诺模图〔图9.11〕可以选择突出危险性煤层不采取防突措施的工艺参数。第9章第20页■9.2震动爆破9.2.1震动爆破时降低突出频率和强度的科学根底在以下情况下，在准备巷道和回采巷道采用震动爆破：开采特别突出危险煤层区段时,局部防突措施并不总能在整个范围内实施防突措施效果检查查明局部防突措施无效时在地质破坏带和高应力带震动爆破的应用是由煤层水力松动或内部爆破超前钻孔的不可能性和危险性决定的。目前在顿涅茨克矿区各矿井中，震动爆破应用范围很广，而采用的震动爆破的巷道数量逐年增多第9章第21页■9.2震动爆破图9.12和图9.13分别是“顿涅茨克煤管局〞卡林宁矿井的h10煤层和煤层突出密度及平均突出强度和开采深度的关系图随开采深度从550m增加到1070m，震动爆破时的突出密度增大，所以必须完善震动爆破片工艺，以保证在有效崩落煤炭和岩石的同时，降低工作面附近煤层的应力和瓦斯含量，建立执行工艺过程的平安条件，减少煤与瓦斯突出的频率和强度第9章第22页■9.2震动爆破降低突出频率和强度措施的研究建立在保证工作面附近煤层卸压排放带增大措施的根底上。在研究震动爆破新参数时，研究了准备巷道炮眼深度和突出发生概率之间的关系。研究地点为“顿涅茨克煤管局〞卡林宁矿井的h10煤层和煤层“斯莫良尼诺夫斯基〞、“社会主义顿巴斯〞矿井管理处“格卢博卡亚〞矿井的h8煤层、斯科钦斯基矿井的煤层，这些矿井为严重突出危险煤层为确定卸压带深度和炮眼深度之间的关系，确定了△lmin的大小：式中—最小卸压带深度—爆破作业炮眼深度第9章第23页■9.2震动爆破爆破作业之后，记录有无突出发生及其强度变化，图9.14和9.15说明了突出频率和强度随△lmin的变化试验说明，当时可以降低爆破作业引起的突出频率和强度，并且时为最优方案，所以在崩落煤炭的同时，保证下次爆破循环的卸压带的存在，其尺寸超过炮眼深度1m及以上第9章第24页■9.2震动爆破9.2.2震动爆破时降低突出频率和强度的措施〔1〕围岩超前松动以采用爆破对围岩进行超前松动为根底来增大工作面附近煤层的卸压带围岩超前松动的实质是在工作面附近形成煤层卸压带，其深度超过炮眼深度如果岩石松动措施保证在巷道工作面前方形成卸压带，并且超过下一个爆破循环煤体中的炮眼深度1～1.5m，可以降低突出频率和强度。第9章第25页■9.2震动爆破图9.16是围岩超前松动爆破说明书第9章第26页■9.2震动爆破图9.17和9.18分别是岩石超前松动爆破时为确定有效裂隙发育半径，在输出平巷工作面的钻孔布置示意图和顶板岩石松动钻孔炸药爆破前后检查钻孔的瓦斯涌出初速度变化曲线第9章第27页■9.2震动爆破〔2〕煤体的超前松动在由上向下掘进的倾斜巷道工作面和采面机窝沿煤层能够打深钻孔时，震动爆破时允许采用超前水力爆破增大工作面附近煤层的卸压带。为完成煤体超前水力爆破，其炸药结构如图9.19所示第9章第28页■9.2震动爆破煤体超前松动措施建立在向煤体中打深度超过落煤钻孔深度的钻孔的根底上(图9.20)。第9章第29页■9.2震动爆破实验结果说明，在钻孔炸药量为0.9kg并装有超前水炮泥时，平面冲击波在水中的传播距离为2.1m，所以超前水泡泥的长度不应超过2m。为准确确定超前水炮泥的参数，在矿井条件下进行了研究，如图9.21第9章第30页■9.2震动爆破装有超前水炮泥的试验钻孔中的炸药爆炸前后，检验钻孔的瓦斯涌出速度变化如图9.22所示矿井研究准确确定了装有超前水炮泥的钻孔炸药爆破有效作用半径是0.8m，为提高措施的可靠性，裂隙发育半径应取最小值0.8m，而装有超前水炮泥的钻孔炸药之间的距离应不超过1.6m第9章第31页■9.2震动爆破〔3〕震动爆破作业时保证工人平安的措施保证平安措施的主要要求是震动爆破引起煤与瓦斯突出的情况下防止人员