防突培训资料

15/15■■■培训资料1防治煤与瓦斯突出一、煤与瓦斯突出概念及危害性煤与瓦斯突出是煤矿井下在采掘应力的作用下，大量的煤（岩）突出抛向采掘空间,同时伴随有大量的瓦斯涌出。这是一种极其复杂的动力现象,它是在很短时间(几秒到几分钟)内,使采掘工作面的煤壁遭到破坏，并从煤层内部以极快的速度向巷道或采掘空间喷出大量的煤与瓦斯,充满巷道,在煤体中形成某种特殊形状的孔洞。喷出煤与瓦斯时伴随着强大的冲击力，能摧毁巷道设施,破坏通风系统,甚至使风流逆转,并可能造成瓦斯窒息、瓦斯爆炸和煤流埋人等事故.如2００6年5月31日1时０5分20０６年8月30日1０时58分，盘县西冲镇小云盘煤矿3＃层回风上山采用手镐掘进时发生了煤与瓦斯突出，造成３人死亡。二、突出的机理煤与瓦斯突出是由地应力、瓦斯压力和煤的物理力学性质(煤的结构)三者综合作用的结果。地应力在煤与瓦斯突出发生的初期阶段，起着极其重要的作用。工作面应力分为三种：即垂直应力（是由岩石自重形成的,受控于垂深，在一个小范围内可视为常数）、水平应力（即构造应力,受控于地质构造的影响，在一个小范围内,也可认为是常数)和采掘附加应力（是在进行采掘作业时,破坏采掘工作地点的原始应力平衡状态，促使应力重新分布，使工作面附近形成了卸压区、增压区（应力集中区）、正常压力区，“三区"的分布通常采用钻孔钻屑量法确定）。卸压带宽度一般为0~2m;应力集中区在正常情况下（无突出危险时)一般距采掘工作面4～6m，宽度4~8m;正常压力区通常距工作面10m以外的地区.采掘工作面都有应力集中现象，但它仅是发生煤与瓦斯突出的一个必要的先决条件,应力集中造成煤与瓦斯突出必须满足两个条件:⑴集中应力峰值点必须靠近该采掘工作面；⑵必须具有形成突然卸压的诱发条件。瓦斯是发生煤与瓦斯突出过程中不可缺少的因素。它的作用是利用瓦斯压力梯度破碎煤体和由煤中快速的解吸瓦斯所形成的强大的瓦斯气流，将被破碎的煤搬运出突出工作面.瓦斯成为搬运破碎煤的主要动力的载体,其搬运距离取决于所形成的瓦斯气流的强弱。煤的物理性质是指煤对瓦斯的吸附能力与解吸速度,而力学性质是指煤的强度。当煤的力学性质较弱时,煤层受力容易破坏,当高瓦斯含量的煤层除能利用瓦斯压力梯度破碎煤层外，还能快速解吸出来瓦斯，在短时间内能形成强大的瓦斯气流.高压瓦斯是突出的内因，地压和煤层破坏是突出的外因,内因是变化的根据,外因是变化的条件，外因通过内因起作用。未采掘前，三因素处于平衡状态，由于采掘活动，三因素处于不平衡状态，通过煤与瓦斯突出达到新的平衡。采掘工作面的防突措施就是使三者达到平衡.三、突出的分类（一）、按突出的能源分类按突出的能源来划分，有三种类型：瓦斯突出(简称突出）、地压突出（压出)、重力突出(倾出).1、瓦斯突出（突出)实现瓦斯突出的基本能源是突出煤所积聚的瓦斯能。发动突出的力量，主要是地应力和瓦斯压力的合力,其中绝大部分以地应力为主,少数以瓦斯压力为主.重力在这类突出中不起作用。其基本特征是：①突出固体物有明显的气体搬运特征。诸如颗粒呈分选性堆积，即靠近突出空洞和巷道下部为块煤，其次为碎煤，离突出空洞较远处和煤堆上部是粉煤,有时粉煤抛出很远；突出的煤、岩被瓦斯流运至远处，有时会拐弯,甚至抛到一定的高度；煤堆积的角度小于煤的自然安息角.②由于高压气体对煤的破碎作用,突出物中有大量的极细的微尘;有时抛出的煤被捣实,需要用力才能刨起.③突出孔洞常呈梨形、倒瓶形,口小腹大，其轴线往往沿煤层倾斜方向延伸或与倾斜线成不大的角度，长几米到几十米,有时看不到孔洞,被位移的煤充满。④突出时有大量的瓦斯喷出，喷出的瓦斯量取决于煤的瓦斯含量的突出的煤量。特大型突出时,吨煤瓦斯涌出量高达１0０～80０m３，超过煤层瓦斯含量的5～30倍。2、地压突出（压出)压出的基本能源是煤层所积聚的弹性能.发动和实现压出的主要力量是地应力。瓦斯压力在压出过程中起次要作用，重力基本不起作用。其基本特征：①压出有两种形式，即煤的整体位移和煤有一定距离的抛出，但位移和抛出的距离都较小.煤的整体位移,虽然保持某种程度的外形，而实际上已被压坏并布满裂缝,甚至还有部分煤体被压碎成块状，有时也表现为巷道底板整体向上鼓起。不抛出煤和不形成空洞是煤整体位移的特点。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。3、重力突出（倾出)倾出的基本能源是煤的重力位能。发动倾出的力量是地应力,即结构松软的搓揉煤在较高的地应力作用下突然遭到破坏，失去平衡，为其位能的释放创造条件。实现倾出的力是失去平衡的煤体自身的重力。其基本特征：①倾出的煤就地按自然安息角堆积，并无分选现象,倾出的煤主要是碎煤,有时也能见到少量粉煤.②倾出的孔洞呈口大腔小,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。（二）、按突出强度等级按突出强度等级划分，又有下列分类:1、特大型突出：强度等于或大于10０0T；２、大型突出:强度500T~999T；3、次大型突出：强度100～4９9T；3、中型突出：强度10T～99T；4、小型突出：强度１0Ｔ以下。四、突出的一般规律根据我国的突出资料，总结出突出强度和发生条件等方面有如下规律：1、随着开深程度的增加，突出的危险性增大.其主要表现为突出次数增多,突出强度增大，突出煤层增加，突出危险区域扩大。2、突出次数和强度随煤层的厚度，特别是软分层的厚度的增加而增加，突出最严重的煤层往往是最厚的主采煤层.3、突出的气体主要是甲烷，少数情况下突出二氧化碳。一般情况下，瓦斯含量和瓦斯压力越大，突出危险越严重。平均每吨煤突出的瓦斯量比煤层的瓦斯含量高,从数十到数百立方米，突出煤层的相对瓦斯涌出量都在10~15m34、同一煤层瓦斯压力越高,突出危险性越大;不同煤层的瓦斯压力与突出危险性之间无直接关系,因为决定突出与否除瓦斯因素外,还有地应力、煤层结构等因素.5、在矿区的局部范围内，条件基本相同时，可以从煤层埋藏的深度与瓦斯压力之间的关系，以及不同的煤强度与突出开始深度之间的关系,导出具体条件下突出的最小瓦斯压力与煤强度之间的经验公式.这种经验公式只有在条件相同时才能应用.6、煤体破坏程度越严重，煤的强度越小,突出危险越大。一般情况下,煤层增厚时容易突出，合层时容易突出。7、由上向下的突出占大多数，由下向上的突出是极少数。突出的危险性随着煤层倾角的增大而增加.8、尽管在煤层赋存稳定的地方也有突出,但是突出与地质构造有密切关系.例如，向斜的轴部地区、火成岩侵入变质煤与非变质煤交混地区、煤层扭动地区、煤层倾角骤陡、煤层走向拐弯、煤层厚度异常特别是软分层变厚、断层地带等都是突出点密集地区,也是大型突出最易发生的地区。突出多发生在断层的上盘,尽管断层的下盘也有少数突出。９、在采掘形成的应力集中地区，如邻近层的煤柱上下、相向采掘接近区、巷道开口或贯通前、在采煤工作面的集中应力带内掘进上山等，突出危险性剧增，不仅突出次数多,而且突出强度大。10、突出一般以煤巷掘进时较多,回采工作面次之。从巷道类型看，石门揭穿煤层的全过程突出次数多，突出强度极高，一般在１00t／次以上，喷出瓦斯超过万立方米，瓦斯逆流数百米，易造成重大事故，必须认真防范.11、突出主要发生在工作面放炮时，不放炮的工作面则主要表现在连续推进时.12、煤层顶、底板的透气性越差，越有利于煤层瓦斯的储存，其突出危险性也越大。1３、突出前有预兆:煤体和支架压力增大,煤壁移动加剧，煤向外鼓出，掉碴，煤脱落，煤块射出,有劈裂声、煤炮声、似跑车一样的闷雷声,煤尘变大，瓦斯忽大忽小，温度降低或升高,顶钻或夹钻，煤硬度变化,煤质干躁、光泽变暗、层理紊乱等。掌握预兆,及时采取措施，对保证人员安全是非常重要的.14、突出具有延期性突出的延期性是指震动放炮后没有立刻发生突出,而是延缓了一段时间,这一现象又叫延期突出.其延迟时间从几分钟到几小时，它对人员安全威胁很大，应特别予以注意。五、当工作面有突出预兆时的应急措施在作业头面发现有突出的无声或有声预兆时，要立即将现场人员按避灾路线(进风侧）撤离现场。在组织人员撤离现场时，必须迅速准确配戴隔离式自救器,并立即将要发生突出的地点、预兆情况、人员撤离情况向调度室汇报;在撤离现场时要通知电工立即切断突出地点及回风流的一切电气电源;撤离现场过程中要组织人员关闭有关反向风门，并在突出区域或瓦斯流经区域内设置栅栏,防止人员进入，避免瓦斯窒息造成人员伤亡；当人员不能撤离突出的灾区时，要就近进入避灾峒室，关好反风门,打开压风自救装置的供气阀,做到自救。六、突出矿井及突出煤层的鉴定《煤矿安全规程》第一百七十六条：矿井在采掘过程中,只要发生过１次煤（岩)与瓦斯突出，该矿井即为突出矿井，发生突出的煤层即为突出煤层。突出矿井及突出煤层的确定,由煤矿企业提出报告，经国家煤矿安全监察局授权单位鉴定，报省(自治区、直辖市)负责煤炭行业管理的部门审批,并报省级煤矿安全监察机构备案。(矿井煤层瓦斯参数测定及煤层突出危险性评价）区域突出危险性预测进行区域预测时，因为预测地点煤层未揭露,只能通过钻孔测定煤层瓦斯压力和提取煤样测定煤的物理力学性质,或用上水平、邻近矿井瓦斯、地质资料进行类比，得出煤层突出危险性结论。目前,采用的区域预测方法有:单项指标法、地质统计法、综合指标法。(这需要有资质单位来做,在这不叙述）七、工作面“四位一体”综合防突措施预测－－无危险-发允许掘进通知—留2m预测超前距在安全防护措施下组织施工。预测有危险—停掘通知—采取防治突出措施-效果检验无危险—发允许掘进通知—留5m超前距在安全防护措施下组织施工。效果检验有危险—继续采取防治突出措施至有效。预测(或措施）必须在现场设置好预测(或措施）起始点标志和防突管理牌板，严禁超掘。一）、工作面突出危险性预测工作面预测范围较小，一般仅能确定采掘工作面前方1０m以内的煤层突出危险性.工作面预测可将工作面分为突出危险工作面和无突出危险工作面。无突出危险工作面可不采取防治突出措施，采掘时要保留2ｍ的预测超前距,并必须采取安全防护措施施工。当采掘工作面预测为突出危险工作面时，必须采取防治突出措施，并经过措施效果检验有效后,在留有５m预测超前距的条件下，采取安全防护措施组织施工;当措施效果检验无效后,必须采取补救防治突出措施，并经措施效果检验有效后,进入安全防护措施施工阶段。Ⅰ、煤巷工作面预测㈠、突出危险性预测方法在突出危险区域中掘进煤巷时,工作面预测方法通常有钻孔瓦斯涌出初速度法、R值指标法和钻屑指标法，我们常用的预测方法是钻屑指标法。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：⑴在煤巷掘进工作面打2个（倾斜或急倾斜煤层)或3个（缓倾斜煤层)直径为42ｍm、深为８～10m的钻孔.钻孔应布置在软分层中，一个钻孔位于巷道工作面中部，并平行于掘进方向,其他钻孔的终点应位于巷道轮廓线外2～4m处;⑵钻孔每打１m，测定一次钻屑量,每隔2m测定一次钻孔解吸指标。根据每个钻孔沿孔长每米的最大钻屑量Smax和钻屑解吸指标K1或△h２预测工作面的突出危险性.采用钻屑指标法预测工作面突出危险性时，各项指标的突出危险临界值,应根据现场实测资料确定。如无实测资料时，按下表数据确定工作面的突出危险性.△h2SｍaxK1危险性PaKg/ｍL/mmL／（g*miｎ1/２)≥２00≥6≥５.4≥0。5有突出<２０0＜６〈５．4<０.5无突出当实测得到的任指标Ｓmａｘ、Ｋ１值或△h2值等于或大于临界值时,该工作面预测为突出危险工作面。⑶采用钻屑指标法预测突出危险性时,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。㈡、煤与瓦斯突出预测的特殊规定在突出煤层中有下列情况之一时，不论预测指标数据是否超过临界值,都应视为突出危险工作面：⑴在突出煤层的构造破坏带,包括断层、褶曲、火成岩侵入等地点；⑵煤层赋存条件急剧变化的区域;⑶采掘应力迭加的区域;⑷在工作面预测过程中出现喷孔、顶钻等动力现象；⑸工作面出现明显突出预兆。㈢、预测孔的布置要求预测孔的布置要符合：1、预测孔应布置在软分层中；2、预测孔应布置在构造厚煤点处；㈣、ＭD—２型煤钻屑瓦斯解吸仪的使用1、用途：在井下石门揭煤和采掘工作面打钻，测定煤钻屑瓦斯解吸指标△h2、Ｋ１值，以确定工作面煤与瓦斯突出危险性。2、原理:在井下不对煤样进行人为脱气和充气的条件下，利用煤钻屑中残存瓦斯压力（瓦斯含量），向一密闭的空间释放（解吸）瓦斯，用该空间体积和压力(以水柱计压差表示）变化来表示煤样解吸出的瓦斯量.3、结构：MD-2型煤钻屑瓦斯解吸仪主体为一整块有机玻璃加工而成,仪器主要由水柱计、解吸室、煤样瓶、三通旋塞、两通旋塞等组成。仪器外形尺寸为27０*120*34mm，重量约0.８kｇ。仪器配有孔径1mm和３mm分样筛一套,秒表一块,煤样瓶8只。4、仪器主要技术性能①煤样粒度:1—3mｍ;②煤样重量：1０g；③测定指标:△h2、K1;④水柱计量程：200mm水柱;⑤仪器系统误差：≤±１.46%；⑥仪器精密度：±1mm水柱。5、测定方法和步骤:⑴测定前的必要准备①给水柱计注水，并将两侧水面调整至零刻度线;②检查仪器的密封性能。一旦密封失败，需要换新的“O”型密封圈；③准备好配套装备，如秒表、分样筛等。⑵煤钻屑采样在石门揭煤工作面打钻时，每打１ｍ煤孔应取煤钻屑1个。在钻孔进入到预定采样深度时，启动秒表开始计时，当钻屑排出孔口时，用筛子在孔口收集煤钻屑。经筛分后，取粒度１—３mｍ煤样装入煤样瓶中。煤样应装至瓶标志线位置(相当于煤样重量１０g）.采掘工作面打钻时,每2米钻孔取煤钻屑样１个.⑶测定操作步骤①首先打开两通旋塞，然后将已取煤样的煤样瓶迅速放入解吸室中,拧紧解吸室上盖,打开三通旋塞，使解吸室与水柱计和大气均连通,煤样处于暴露状态；②当煤样暴露时间为３ｍｉn时，迅速逆时针方向旋转三通旋塞捏手，使解吸室与大气隔绝，仅与水柱计连通,开始进行解吸测定，并重新开始计时;③每隔1min记录解吸仪水柱计压差，连续测定10min.6、钻屑解吸指标确定钻屑解吸指标△h2钻屑解吸指标为测定开始后2min末解吸仪水柱计压差读数。该指标无需计算，直接从解吸仪水柱计上读取；㈤WTＣ瓦斯突出参数仪的使用１、概述WTC瓦斯突出参数仪是一种便携式矿用本质安全型仪器。测定的所有数据都可存储、显示、打印。仪器具有测量数据永久保存、背光液晶显示、中文菜单提示操作、电池电量和实时时钟显示等功能。该仪器可以用于测定钻屑瓦斯解吸指标K１值，键盘输入钻屑量指标Smax，根据K1、Smax预报工作面突出危险性.2、测定瓦斯解吸指标K１值的基本操作流程连接主机与煤样罐→→开机预热→→清零→→预置临界值，选择组数并输入工作面编号→→打钻→→接粉并启动秒表→→煤样装入量杯→→量杯装入煤样罐（1—2min）并按采样键、停秒表→→五分钟后→→按提示输入时间和打钻深度→→显示K1值→→本次测定完毕→→输入钻屑量→→预报→→关机→→井上地面打印3、钻屑瓦斯解吸指标预测方法简介利用钻屑瓦斯解吸指标Ｋ1值和钻屑量指标Smａｘ预测工作面突出危险性是近年来推广的一项新技术，主要适用于煤巷掘进、回采以及石门揭煤过程中工作面前方8～10m范围内突出危险性的预测以及采取过防突措施以后的措施效果检验。这种方法是在工作面用煤电钻、风煤钻或岩石电钻配8～１0m的麻花钻杆向煤层打φ4２ｍｍ的钻孔，根据钻孔过程中每米排出钻屑量的多少以及排出钻屑的瓦斯解吸指标的大小预测工作面前方钻孔范围内的突出危险性。向工作面前方煤层打钻孔时，用塑料桶收集每钻进1m钻孔排出的钻屑，并用测力计测量其重量；钻孔每钻进2m，用φ1~3ｍm的筛子在孔口接煤粉,筛分后约10g左右,接煤粉的同时启动秒表计时；煤样筛分后迅速装入煤样瓶中，并用筛子刮平，使装入煤样体积和煤样瓶体积一致，然后拧紧罐盖，松开盖上阀门；当秒表计时时间达到预定值ｔ０时（t0一般应取１mｉn、1。5ｍin、2mｉｎ，不应超过2ｍin,不足1min应等满１miｎ、同理不足１.5miｎ等到１．５min、不足2min等到2mｉn),拧紧盖上阀门的同时执行仪器采样功能,便开始该煤样的瓦斯解吸指标测量。煤层平巷掘进时,每个工作面应打2~3个预测钻孔(急倾斜煤层打2个孔），每个钻孔8～10m深。上下山掘进时,每个工作面应打３个预测孔,孔深８~10ｍ.石门揭煤工作面应打预测孔不少于5个,孔深穿过全煤厚或进入煤层深度不少于5ｍ。钻孔进入煤层时,先用压风吹洗钻孔，然后每钻进1m取一个煤样测量解吸指标和钻屑指标.回采工作面在离上下顺槽5ｍ处开始布置预测孔，中间每隔1０m布置一个预测孔,孔深８~1０m。测完一个工作面数据后,将测的最大钻屑量输入仪器就可预报该工作面预测孔范围内的突出危险性.所有预测孔都应布置在工作面最软分层中（石门揭煤除外），并尽量保证预测孔始终在该软分层中钻进.用于措施效果检验时，检验孔应布置在措施孔中间.Ⅱ、石门揭煤工作面突出危险性预测1、从石门工作面距突出煤层10m（垂距)以外，打２个穿透煤层全厚的地质钻孔，在探明煤层赋存情况的同时,取样对煤层进行初步突出危险性预测。2、在石门工作面距煤层5ｍ(垂距)以外,至少打2个穿透煤层全厚的钻孔，测定煤层原始瓦斯压力值.在近距离煤层群内,层间距小于5m或层间距破碎时，可测定这些煤层的综合瓦斯压力。3、在石门工作面距煤层3m（垂距)以外，再次预测煤层的突出危险性。4、石门揭开煤层后,即过煤门过程中,必须对煤层进行突出危险性预测。二）、防治突出措施Ⅰ、制定防突措施的基本原则1、部分卸除煤层区域或采掘工作面前方煤体的应力，使煤体卸压并将集中应力区堆移至煤体深部；2、部分排放煤层区域或采掘工作面前方煤体中的瓦斯,降低瓦斯压力，减少工作面前方煤体中的瓦斯压力梯度；３、增大工作面附近煤体的承载能力，提高煤体稳定性,如金属骨架、超前支架和注浆加固煤体等;４、改变煤体的性质，使其不易突出,如煤层注水湿润后,煤体弹性减小，塑性增大,煤的瓦斯放散初速度降低，使突出不易发生;5、改变采掘工艺条件，使采掘工作面前方煤体应力和瓦斯压力状态平缓变化,达到工作面本身自我卸压和排放瓦斯。如水平分层开采，间歇作业等。Ⅱ、防突措施的分类防治煤与瓦斯突出的技术措施分为两类，即区域性措施和局部措施.1、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;目前我国使用最广泛的区域防突措施有开采保护层和预抽煤体中的瓦斯两类，也有部分人也把煤层注水当作一种区域性防突措施。2、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。目前使用最较为广泛的局部防突措施有:松动爆破、水力冲孔、超前排放钻孔、金属骨架等等。三）、防治突出措施效果检验1、措施效果检验方法与预测方法相同。2、效检孔应布置在措施孔之间。四)、安全防护措施通过进行防治突出的预测,采取卸压防突措施和措施效果检验,应该说是比较安全可靠了。但由于工作人员的知识水平、工作责任心、施工水平和仪器误差等一系列的因素，难免会发生误判。因此,必须设立最后一道关口，即安全防护措施,以避免人员不必要的伤亡。安全防护措施分为两大部分：一是技术措施，二是安全设备。技术措施有震动放炮、远距离放炮等，安全设备有压风自救装置、自救器、避灾峒室、反向风门、防逆流装置、防护挡栏等。Ⅰ、震动性放炮震动性放炮主要用于石门揭穿煤层,根据“防突细则”规定，它用于突出危险石门经执行卸压措施并经措施效果检验有效后，可用震动性放炮揭开煤层.或预测煤层为无突出危险时可不采取防治突出措施，采用震动放炮揭开煤层。当煤层厚度小于０.３m时，可直接采用震动放炮揭开煤层。震动放炮的作用是利用火药爆炸产生的震动力,破坏石门附近的应力平衡,使应力与瓦斯能量突然释放。达到诱发煤与瓦斯突出的目的.Ⅱ、远距离放炮从突出机理来分析，落煤过程是容易诱发突出的，如落煤过程有人员在现场，发生突出后容易造成人员伤亡。为此,在突出煤层中进行采掘作业时，减少人员伤亡最好办法就是采用远距离放炮。远距离放炮必须和安全设施配合使用.远距离爆破有主要目的是在爆破时，工作人员远离爆破作业地点,突出物和突出时发生的瓦斯逆流波及不到起爆地点,以确保作业人员的安全.因此,起爆地点必须设在进风侧反向风门外的全负压新鲜风流中,且不得小于30０m。一般的小煤矿在开采不深的情况下，最好是采取全井停电撤人、地面放炮。确定距离放炮必须和安全设施配合使用，如反向风门、避难硐室、压风自救装置、自救器等。起爆地点必须有压风自救装置或在避难硐室内起爆。ﻩⅢ、安全设施安全设施是指反向风门、防逆流装置、避灾峒室、自救器、压风自救装置等。1、反向风门反向风门是防止突出时瓦斯逆流进入进风道的通风设施.平时反向风门呈开启状态,只有在爆破时才被关闭,爆破后,由救护队或有关人员进入检查时进行开启,并把它固