煤与瓦斯突出及其预防

煤与瓦斯特别及其预防一、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，称为煤与瓦斯特别危害：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、特别的机理特别的机理是关于解释特别的原因和过程的理论。特别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，特别是地压、瓦斯、煤的力学性质和重力综合作用的结果。三、特别的一般规律1、特别发生在一定的采掘深度以后。每个煤层开始发生特别的深度差别很大，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，特别的次数增多，强度增大。2、特别多发生在地质构造四周，如断层、褶曲、扭转和火成岩侵入区四周。据南桐矿务局统计，95％以上的特别(石门特别除外)发生在向斜轴部、扭转地带、断层和褶曲四周。北票矿务局统计，90％以上的特别发生在地质构造区和火成岩侵入区。3、特别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、特别次数和强度，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，特别的危险性也愈大。5、特别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特别；压力高，含量大的煤层也可能不特别。因为特别是多种因素综合作用的结果。但值得注意的是，我国30处特大型特别矿井的煤层瓦斯含量都大于20m3/t。6、特别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，无显然节理，光泽暗淡，易粉碎。如果煤层的顶板坚硬致密，特别危险性增大。7、大多数特别发生在放炮和落煤工序。例如，重庆地区132次特别中，落煤时124次，占95％。放炮后没有马上发生的特别，称延期特别。延迟的时间由几分钟到十几小时，它的危害性更大。8、特别前常有预兆发生，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。熟悉或掌握本矿的特别预兆，关于及时撤出人员，减少伤亡，有重要意义。四、预防煤与瓦斯特别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特别危险性的措施，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)消除特别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：在特别矿井中，预先开采的、并能使其它相邻的有特别危险的煤层受到采动影响而减少或丧失特别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显然下降。(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特别危险的有效范围。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(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。(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)煤柱的影响关于无保护层或单一特别危险煤层的矿井，可以采纳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，降低特别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升等效应，使被抽放瓦斯的煤体丧失或减弱特别危险性。

(二)局部防突措施1、松动爆破2、钻孔排放瓦斯作用机理：石门揭煤前，由岩巷或煤巷向特别危险煤层打钻，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，由于孔道四周煤体的移动变形，应力重新分布，扩展卸压范围。此外，在高压水射流的冲击作用下，冲孔过程中能诱发小型特别，使煤岩中蕴藏的潜在能量逐渐释放，避免大型特别的发生。4、超前钻孔作用机理：它是在煤巷掘进工作面前方始终坚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，在钻孔四周形成卸压区，使集中应力区移向煤体深部5、金属骨架作用机理：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：多用于有特别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特别，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。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纳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。在此状况下，因爆破震动，围岩应力和瓦斯压差急剧变化，创造了最有利的特别条件1〕、岩柱厚度岩柱厚度愈大，爆破前特别的可能性愈小，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。一般状况下，震动放炮的炮眼数为一般放炮的2～3倍，炮眼数N也可按北票矿务局的经验公式计算: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，应依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。具有延期特别的矿井，进入的时间还要加长；(4)为了限制特别的波及范围，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，采纳延发雷管分次爆破，使一部分岩石落在工作面四周，起到限制特别的作用。震动放炮容易引起冒顶事故，能诱使特别，不是好的防治措施，应尽可能不采纳。五、特别的猜测特别危险性猜测是防治煤与瓦斯特别综合措施的第一步。特别危险性猜测包括区域性猜测和工作面猜测。(一)、猜测指标1、煤的瓦斯放散指数ΔP：一般状况下，ΔP＞15～25时有特别危险。2、煤的牢固系数f：当f0.6～0.8时有特别危险；f＞1.2时，无特别危险。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，特别可能性越大。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猜测有无特别危险的方法，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