煤矿瓦斯煤尘爆炸及其防治

***研究总院

XX分院煤与瓦斯突出

防治技术一煤与瓦斯突出综合防治措施概述

煤与瓦斯突出是一种极其复杂的矿井瓦斯动力现象,是煤矿井下最严重的自然灾害之一。从防治突出措施的发展来看，可概括为三个阶段。第一个阶段为以安全防护措施为主的阶段，其主要措施是震动性放炮。在人员远离工作面的条件下，放震动炮诱导突出，以保证人生安全。第二阶段为普遍采用防止突出技术措施的阶段，即在石门揭开突出煤层，以及在突出煤层的采掘工作面，普遍采用防止突出措施，如开采保护层、超前钻孔、松动爆破等。第三阶段为综合措施阶段，其主要特点是在综合措施中加入了突出危险性预测和防突措施效果检验两个环节，使防突工作更加有的放矢，措施防突效果进一步提高,有了量化的指标。

二简要介绍“四位一体”防突措施的主要作用

按我国《防治煤与瓦斯突出细则》要求，在开采突出煤层时，必须采用综合措施，包括：（1）突出危险性预测；（2）防治突出措施；（3）防治突出措施的效果检验；（4）安全防护措施。上述“四位一体”综合措施，把煤矿防突技术明确地归结为四个方面，符合当前对突出的理论认识水平和防突技术发展的现状，对防突工作起到了指导作用。

突出危险性预测是防突综合措施的第一个环节。预测的目的是确定突出危险的区域和地点，以便使防突措施的执行更加有的放矢。国内外多年来开采突出煤层的实践表明，突出呈区域分布。在突出煤层开采过程中，只有很少的区域（大致占整个开采区域的10%30%）或区段才发生突出，因此，不论是否有突出危险，在突出煤层采掘过程中普遍采用防突措施，这在技术上是不合理的，在经济上是不合算的。这样执行的结果使防突工作带有一定的盲目性，且由于在原来无突出危险的区域和地点采用了防突措施，必将导致人力和财力的浪费，大大减缓了采掘进度。随着防突科学技术的发展，突出预测已逐渐从试验研究阶段进入实用阶段。我国1988年颁布了第一部《防治煤与瓦斯突出细则》后，普遍要求在各突出矿井开展突出预测工作。

防治突出措施是防突综合措施的第二个环节。它是防止发生突出事故的第一阶段，即防止突出发生。

防突措施的效果检验是防突综合措施的第三个环节。目的是在措施的执行后检验预测指标是否降低到突出危险值以下，以保证防突措施的防突效果。实践表明，各种防突措施，特别是局部防突措施，尽管经科学试验证实防突措施是有效的，但在生产中推广应用后，都无例外地发生过多多少少的突出。即使在同一突出煤层，该措施在通常情况是有效的，但在有些区段则无效。措施失效的原因在于井下条件的复杂性，如煤层赋存条件变化，地质构造条件变化以及采掘工艺方式变化等。根据对南桐、松藻、天府、中梁山和北票五个局1996年发生突出事例分析表明，当年共发生突出388次，其中81次是在执行防突措施后发生的，占突出总次数的24.3%。前苏联在19811985年期间，共计发生突出240次（放炮诱发的突出未计算在内）其中58次（占24%）是在采取措施情况下发生的，在这58次突出中，有21次是在措施执行过程中发生的，有24次是未完全按措施和措施效果检验方法执行而发生的，有13次是在措施执行后发生的。为了提高措施的防突可靠性，要求在防突措施执行后，对其防突效果进行立竿见影的检验。检验结果无效时，应采取附加防突措施。安全防护措施是综合防突措施的第四个环节，它是防止发生突出事故的第二道防线。安全防护措施的目的在于突出预测失误或防突措施失效发生突出时，避免人身伤亡事故。我国煤与瓦斯突出已发生1.4万余次，但突出造成的人身伤亡事故仅是极少数，主要时因为采取了安全防护措施（震动性放炮和远距离放炮等）。三煤与瓦斯突出危险性预测

1煤与瓦斯突出危险性预测分类及突出危险性划分突出的预测预报方法，世界各国都是建立在瓦斯、地压及综合假说的基础上，利用煤层的强度、受力状态、含瓦斯情况以及它们在突出前所出现的异常变化，及时判断煤层的突出危险程度。目前我国根据煤层预测地点的范围大小，将煤层突出危险性预测分为区域性突出危险性预测和工作面突出危险性预测（日常预测），其中，工作面突出危险性预测包括石门揭煤工作面、竖、斜井揭煤工作面，煤巷掘进工作面及采煤工作面的突出危险性预测。

区域预测应预测煤层和煤层区域的突出危险性，并应在地质勘探、新井建设、新水平和新采区开拓或准备时进行。工作面预测是预测工作面附近煤体的突出危险性，应在工作面推进过程中进行。在地质勘探、新井建设、矿井生产时期应进行区域预测，把煤层划分为突出煤层和非突出煤层。突出煤层经区域预测后可划分为突出危险区、突出威胁区和无突出危险区。在突出危险区域内，工作面进行采掘前，应进行工作面预测。采掘工作面经预测后，可划分为突出危险工作面和无突出危险工作面。2突出预测预预报的理论论基础众所周知，，突出发生生的三大要要素是地压压（包括采采掘工作所所造成的附加加压力）、、瓦斯含量量、煤的物物理力学性性质，它们们以谁为主，这这要看当时时的具体条条件，当地地压大、瓦瓦斯含量较较小时、压出、、倾出的可可能性较大大；当瓦斯斯含量大、、地压不显显著时，小型突突出居多；；只有当地地压与瓦斯斯含量都大大时，才会会产生较大的突突出。煤的的物理力学学性质则是是上述三种种情况必不不可少的条件。。突出多发生生在地质构构造带附近近，通常都都为压扭性性构造。由由于压扭性构构造封闭条条件较好，，瓦斯不易易散失，则则发生突出出的三大要素也也较其它地地区具备得得更充分，，当掘进工工作面进入入此地段时，突突出的几率率也随之而而增加。如果在此地地段测定煤煤层中的地地压、瓦斯斯及煤的物物理力学性性质，都较正正常区有显显著的变化化。测定煤煤层地压大大小是一件件既复杂而又困困难的工作作，因此在在点预测预预报工作中中多采用间间接的办法，即即利用钻孔孔排粉量来来间接地判判断地压与与煤的力学学性质状况。测测定煤层中中瓦斯含量量也是一项项较困难的的工作，因因此在日日常常预预测测预预报报中中，，也也采采用用了了钻钻孔孔瓦瓦斯斯涌涌出出初初速速度度或或钻钻孔孔排排出煤煤粉粉的的瓦瓦斯斯解解析析量量或或其其解解析析特特征征，，来来间间接接地地判判断断煤煤层层中中瓦瓦斯含含量量的的大大小小。。用用上上述述两两种种指指标标的的大大小小综综合合判判断断煤煤层层的的突突出出危险险性性，，做做出出日日常常预预测测预预报报结结论论。。这这些些指指标标不不在在于于其其值值的的大大小，，而而能能否否作作出出及及时时、、正正确确的的判判断断取取决决于于其其变变化化的的幅幅度度，，变变化幅幅度度越越大大，，则则突突出出危危险险性性越越高高。。这这一一条条是是突突出出预预测测预预报报能能否取取得得成成功功的的关关键键。。3区域域突突出出危危险险性性预预测测区域域突突出出危危险险性性预预测测，，是是经经区区域域突突出出危危险险性性预预测测，，把把煤煤层层划划分为为突突出出危危险险和和非非突突出出危危险险煤煤层层，，再再通通过过区区域域预预测测把把突突出出危危险煤煤层层划划分分为为突突出出危危险险区区、、威威胁胁区区、、和和无无突突出出危危险险区区，，最最后后通过过工工作作面面突突出出危危险险性性预预测测把把工工作作面面划划分分为为突突出出危危险险和和无无突突出危危险险工工作作面面。。仅仅在在预预测测为为突突出出危危险险的的工工作作面面采采取取防防治治突突出出措施施，，且且在在措措施施执执行行后后进进行行防防突突效效果果检检验验。。在在突突出出煤煤层层的的突突出威威胁胁区区，，只只需需采采取取安安全全防防护护措措施施，，但但应应根根据据煤煤层层的的突突出出危危险程程度度，，采采掘掘工工作作面面每每推推进进30～100m，应用用工工作作面面突突出出危危险险性预预测测方方法法连连续续进进行行不不少少于于两两次次的的验验证证性性预预测测，，当当其其中中任任何何一次次验验证证为为有有突突出出危危险险时时，，该该区区域域即即改改划划为为突突出出危危险险区区。。煤层突出出危险性性区域性性预测应应在矿区区地质勘勘探、新新矿井建建设和新水平平开拓时时进行。。我国目目前采用用的区域域性预测测方法如如下。1)利用单项项指标法法进行煤煤层突出出危险性性预测设计新矿矿井前必必须确定定新建矿矿井煤层层突出危危险性，，编制设设计任务书书的单位位应根据据地质勘勘探部门门提供的的矿井突突出危险险性的基础资资料，并并参照邻邻近矿井井突出情情况和预预测煤层层突出危危险性指标，，与部授授权的煤煤炭科研研单位共共同确定定矿井突突出危险险性，方可可将矿井井突出危危险性列列入设计计任务书书中，报报上级批批准后，作为为新矿井井的设计计依据。。新矿井预预测煤层层突出危危险性的的指标可可用煤的的破坏类型、瓦瓦斯放散散初速度度(P)、煤的坚固固性系数数(f)和煤层瓦斯斯压力(p)，其判断煤煤层突出出危险性性的临界界值，应根根据矿井井的实测测资料确确定，如如无实测测资料时，可参参考表1所列数据据划分，，只有全全部指标标达到或超过其其临界值值时方可可划为突突出煤层层。预测测煤层突突出危险性性单项临临界指标标值如表表1所示。表1预测煤层层突出危危险性单单项临界界指标值值煤的破坏类型瓦斯放散初速度△p煤的坚固性系数f煤层瓦斯压力P(Mpa)煤层突出危险性判别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ≥10≤0.5≥0.74有突出危险Ⅰ、Ⅱ100.50.74无突出危险2)利用瓦斯斯地质统统计法进进行突出出煤层中中的区域域预测根据大量量统计资资料和突突出事例例表明，，突出与与地质构构造存在在明显的关关系。八八十年代代初，焦焦作矿业业学院与与湖南煤煤炭研究究所进行了这这方面的的研究，，并取得得了一定定的成果果。用瓦瓦斯地质质统计法进行行区域预预测时，，应根据据已开采采区域确确切掌握握的煤层层赋存和地质质构造条条件与突突出分布布的规律律，划分分出突出出危险区区域与突出威威胁区域域。划分突出出危险区区一般应应符合下下列要求求：（1）在上水水平发生生过突出出的区域域，下水水平的垂垂直对应应区域应预测为为突出危危险区；；（2）根据上上水平突突出点分分布与地地质构造造的关系系，确定定突出点距构造造线两侧侧的最远远距离线线，并结结合地质质部门提提供的下下水平或下部部采区的的地质构构造分布布，按照照下水平平构造线线两侧的的最远距离线线向下推推测下水水平或下下部采区区的突出出危险区区域（（图1）；（3）末划定定的其他他区域为为突出威威胁区。。图1用瓦斯地地质统计计法向下下推测下下水平或或下部采采区的突突出危险险区域示示意图1—断层；2—突出点；；3—上水平或或上部采采区突出出点在断断层两侧侧的最远远距离线；4—推测的下下水平或或下部采采区在断断层两则则的最远远距离线线；5—推测的下下水平或下部采采区的突突出危险险区域3)利用综合合指标法法进行突突出煤层层中的区区域预测测采用综合合指标法法对煤层层进行区区域预测测时应符符合下列列要求：：（1）在岩石石工作面面向突出出煤层至至少打两两个测压压钻孔，，测定煤层瓦斯斯压力。。（2）在打打测压孔孔的过程程中，每每米煤孔孔采取一一个煤样样，测定定煤的坚固固性系数数（f）；（3）将两个个测压压孔所所得的的坚固固性系系数最最小值值加以以平均均作为为煤层软软分层层的平平均坚坚固性性系数数；（4）将将坚固固件系系数最最小的的两个个煤样样混合合后，，测定定煤的的瓦斯斯放散初初速度度指标标（△△P）。煤层区区域突突出危危险性性，可可按下下列两两个综综合指指标判判断：：D=（0.0075H/f–3）(P––0.74)（1）K=△△P/f（2）式中D———煤的突突出危危险性性综合合指标标之一一。它它综合合反映映了煤煤质、、瓦斯斯压力力和地地应力力的作作用程程度；；K———煤的突突出危危险性性综合合指标标之二二。它它集中中反映映煤的的破坏坏程度度和放放散瓦瓦斯的的能力力；H———开采深深度，，m；P———煤层瓦瓦斯压压力，，MPa；△p———软分层层煤的的瓦斯斯放散散初速速度；；f———软分层层的平平均坚坚固性性系数数。综合指指标D、K的突出出临界界指标标值应应根据据本矿矿区实实测数数据确确定，如如无实实测资资料，，可参参照表表2所列的的临界界值，，确定定区域域突出危险险性。。表2用综合合指标标D和K预测煤煤层区区域突突出危危险性性的临临界值值注：（（1）如果果D=（0.0075H/f–3）(P––0.74)式中两两个括括号内内的计算算值都都为负负时，，则不不论D值大小小，都都为突突出威威胁区区域；；（2）地质质勘探探和新新井建建设时时期进进行煤煤层突突出危危险倾倾阶性性预测时，，突出出威胁胁视为为无突突出危危险煤煤层。。（3）当D＜0.25时无突突出危危险；；当D≥0.25，K＜15时，有有突出威威胁；；而当当D≥0.25，K＞15时，有有突出出危险险。煤层突出危险性综合指标D煤的突出危险性综合指标K无烟煤其它煤种0.2520154)工作面面突出出危险险性预预测方方法工作面突突出危险险性预测测预报是是预报工工作中难难度较大大的一种，因其其能在施施工前及及时预报报，故又又称日常常预测。。下面分分别阐述常用用的日常常预测方方法。预预测方法法种类虽虽多，但但归根结结底都是以钻钻粉量考考察煤体体受力状状态，以以钻孔瓦瓦斯涌出出初速度度或钻粉瓦斯斯解析量量、解析析特征等等来判断断煤中瓦瓦斯含量量及其结结构等原理来来进行突突出危险险性预测测。下面面分别阐阐述常用用的日常常预测方法。。(1)钻孔瓦斯斯涌出初初速度法法钻孔瓦斯斯涌出初初速度法法可应用用于石门门、煤巷巷和回采采工作面面突出危危险性预预测，下面面以掘进进工作面面为例，，说明采采用钻孔孔瓦斯涌涌出初速速度法进进行突出出危险性预预测的步步骤。①在掘进进工作面面的软分分层中，，靠近巷巷道两帮帮，各打打一个平平行于巷巷道掘进方向向，直径径42mm、深为610m的钻孔（（图2）；②用专门门的封孔孔器封孔孔，封孔孔后测量量室长度度为0.5m；③钻孔瓦瓦斯涌出出初速度度的测定定必须在在打完钻钻后2min内完成。。④用钻孔孔瓦斯涌涌出初速速度法预预测煤巷巷掘进工工作面突突出危险险性时，，如预测为无无突出危危险工作作面，每每预测循循环应留留有2m预测超前前距。表3钻孔瓦斯斯涌出初初速度指指标临界界值qm煤的挥发份Vdaf（%）5151520203030qm（L/min）5.04.54.04.5图2钻孔瓦斯斯涌出初初速度法法钻孔布布置图1——煤层巷道道；2——钻孔；3——封孔器；；4——瓦斯排出出管；5——测量室判断突出出危险性性的钻孔孔瓦斯涌涌出初速速度的临临界值qm应根据实测资料料分析确确定；如如无实测测资料时时，可参参照表3中的临界界值qm。当实测测的q值等于或或大于临临界值qm时，煤巷巷掘进工工作面应预预测为突突出危险险工作面面；实测测q值小于临临界值qm时，该工作面面应预测测为无突突出危险险工作面面。(2)R值指标法法R值指标法法可应用用于石门门、煤巷巷和回采采工作面面突出危危险性预测，采采用R值指标法法时，应应按下列列步骤进进行：①在煤煤巷掘进进工作面面打2个（倾斜斜或急倾倾斜煤层层）或3个（缓倾斜斜煤层））直径为为42mm、深为610m的钻孔。。钻孔应应布置在较较分层中中，一个个钻孔位位于巷道道工作面面中部，，并平行行于掘进方向向，其他他钻孔的的终孔点点应位于于巷道轮轮廓线外外24m（图3）。②钻孔孔每打1m，测定一一次钻屑屑量和钻钻孔瓦斯斯涌出初初速度。。测定钻钻孔瓦斯斯涌出初速度度时，测测量室的的长度为为1m，根据每每个钻孔孔的最大大钻屑量量和最大大瓦斯涌涌出初速度按按下式确确定各孔孔的R值：R=（Smax—1.8）(qmax—4)（3）式中R­———综合指标标；Smax——钻孔最大大钻屑量量，L/m；qmax——钻孔最大大瓦斯涌涌出初速速度，L/m·min。判断煤巷巷掘进工工作面突突出危险险性的临临界指标标Rm应根据实实测资料料确定；；如无实实测资料时时，取Rm=6。当任何何一个钻钻孔中的的RRm时，该工工作面预预测为突突出危险险工作面；；当R<Rm时，该工工作面预预测为无无突出危危险工作作面。R为负值时时，应用用单项（取公公式中的的正值项项）指标标预测。。③采用R指标法时时，当预预测无突突出危险险时，每每预测循循环应留留有2m的预测超超前距。图3R值指标法法钻孔布布置图(3)钻屑指标法法在采用钻孔孔瓦斯涌出出初速度法法预测突出出时，遇到到最大的困困难是钻孔孔垮孔，由于垮垮孔，特制制的封孔器器往往封不不住孔或被被煤卡死，，使测量钻钻孔瓦斯涌出初速速度无法进进行。重庆庆煤科分院院在总结国国内外经验验的基础上上，试验了以钻屑屑瓦斯解析析特征代替替钻孔瓦斯斯涌出初速速度预测突突出的钻屑屑指标法，并获得得圆满结果果。钻屑指指标法可应应用于石门门、煤巷和和回采工作作面突出危险性预预测，采用用钻屑指标标法时，应应按下列步步骤进行：：①根据煤层层的赋存情情况，在预预测工作面面打2个（倾斜和和急倾斜煤煤层）或3个（缓倾斜斜煤层）直直径42mm、孔深812m的钻孔，也也可以使用用超前排放钻孔孔或深孔松松动爆破孔孔作为探孔孔，使一孔孔多用，以以减少施工工工程量。其布孔孔原则是，，孔的位置置应布置在在工作面煤煤层的软分分层内或尽尽可能多穿过软分分层，终孔孔位置应位位于巷道周周边24m处，目的是是要探明工工作面前方煤层的的瓦斯及其其赋存情况况，其中尤尤其是特别别注意到巷巷道上隅角角的煤层及及瓦斯赋存情况。。钻孔布置置与前述R值指标法规规定相同；；②打钻可用用手持电钻钻，轻型防防突钻机或或岩石电钻钻，钻进速度应保持持匀速，约约每分钟1m左右；③钻孔每打打1m测定钻屑量量一次，每每隔2m测定一次钻钻屑解吸指标。。现场测定定时须详细细记录取样样的钻孔编编号、孔深深位置及取样时时间，采用用重庆煤科科分院生产产的WTC突出预测仪仪进行测定，根根据每个钻钻孔沿孔长长每米的最最大钻屑量量Smax和钻屑解吸指标标K1预测工作面面突出危险险性；④采用钻屑屑指标法预预测工作面面突出危险险性时，各各项指标的突出危险险临界值，，应根据现现场测定资资料确定。。如无实测测资料时，可参参照表4的数据确定定工作面的的突出危险险性；⑤采用钻屑屑指标法预预测突出危危险性，当当预测为无无突出危险时，每预预测循环应应留有2m的预测超前前距。表4钻屑指标法法预测煤巷巷掘进工作作面突出危危险性的临临界最大钻屑量K1突出危险性Kg/mL/mmL/（g.min1/2）65.40.5突出危险工作面65.40.5无突出危险工作面四区域域性防治突突出措施防治突出措措施一般分分为两类：：区域性防防突措施和和局部防突突措施。根据据局部防突突措施的应应用巷道类类别，可将将局部措施施分为石门揭煤煤措施、煤煤巷措施和和采煤工作作面措施等等。区域防突措措施的目的的是消除煤煤层某一较较大区域（（如一个采采区）的突出出危险性。。属于该类类措施的有有开采保护护层、大面面积预抽煤层瓦瓦斯和煤层层注水等措措施。区域域防突措施施的优点是是在突出煤层开开采前，预预先采取防防突措施，，措施施工工与突出危危险区的采掘作作业互不干干扰，且其其防突效果果一般优于于局部防突突措施，，故故在在采采用用防防突突措措施施时时，，应应先先选选用用区区域域防防突突措措施施。。局部部防防突突措措施施的的作作用用在在于于使使工工作作面面前前方方小小范范围围媒媒体体丧丧失失突突出危危险险性性。。局局部部防防突突措措施施仅仅在在预预测测有有突突出出危危险险的的采采掘掘工工作作面面应用用。。属属于于该该类类措措施施的的有有超超前前钻钻孔孔、、松松动动爆爆破破、、水水力力冲冲孔孔、、金属属骨骨架架等等。。国内内外外主主要要应应用用的的防防突突措措施施见见图图3。在在该该系系统统图图中中，，高高压压注水水（（包包括括湿湿润润、、压压出出和和疏疏松松等等）），，除除在在鸡鸡西西、、阳阳泉泉矿矿务务局局一些些矿矿井井的的采采煤煤工工作作面面作作为为防防突突措措施施应应用用外外，，在在其其他他矿矿区区仅仅进行行过过为为数数不不多多的的科科研研考考察察试试验验。。而而这这种种措措施施在在原原苏苏联联各各突突出矿矿区区是是主主要要的的普普遍遍应应用用的的局局部部防防突突措措施施。。卸卸压压槽槽（（缝缝））在在俄罗罗斯斯少少数数矿矿井井应应用用，，我我国国仅仅在在焦焦作作局局进进行行过过工工业业试试验验，，初初步证证明明了了其其防防突突效效果果。。局部部防防突突措措施施的的缺缺点点是是：：措措施施施施工工与与采采掘掘工工艺艺互互相相干干扰扰，，且防防突突效效果果受受地地质质开开采采条条件件变变化化影影响响较较大大，，因因此此，，《防突突细细则》规定定在在局局部部措措施施执执行行后后，，要要对对其其防防突突效效果果进进行行检检验验。。图3国内内外外主主要要应应用用的的防防突突措措施施五防防突突措措施施发发展展过过程程在我我的的工工作作应应象象中中，，从从1983年开开始始使使用用煤煤电电站站打打超前前孔孔，，3个8～10m卸压压孔孔，，自自然然排排放放；；1984～86年多多排排卸卸压压孔孔，，掘掘进进工工作作面面强强抽抽；；91年有了《防突细则》、突出临界指指标，突出危