一、概述

含義:煤礦地下采掘過程中,在極短的時間內(nèi)(幾秒到幾分鐘),從煤、巖層內(nèi)以極快的速度向采掘空間內(nèi)噴出煤(巖)和瓦斯(CH4、CO2)的現(xiàn)象,稱為煤與瓦斯突出

危害:它所產(chǎn)生的高速瓦斯流(含煤粉或巖粉)能夠摧毀巷道設(shè)施,破壞通風系統(tǒng),甚至造成風流逆轉(zhuǎn);噴出的瓦斯由幾百到幾萬m3,能使井巷充滿瓦斯,造成人員窒息,引起瓦斯燃燒或爆炸;噴出的煤、巖由幾千噸到萬噸以上,能夠造成煤流埋人;猛烈的動力效應(yīng)可能導(dǎo)致冒頂和火災(zāi)事故的發(fā)生。

二、突出的機理

突出的機理是關(guān)于解釋突出的原因和過程的理論。突出是十分復(fù)雜的自然現(xiàn)象,它的機理還沒有統(tǒng)一的見解,假說很多。多數(shù)人認為,突出是地壓、瓦斯、煤的力學性質(zhì)和重力綜合作用的結(jié)果。

三、突出的一般規(guī)律

1、突出發(fā)生在一定的采掘深度以后。每個煤層開始發(fā)生突出的深度差別很大,最淺的礦井是湖南白沙礦務(wù)局里王廟煤礦僅50m,始突深度最大的是撫順礦務(wù)局老虎臺煤礦,達640m。自此以下,突出的次數(shù)增多,強度增大。

2、突出多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造附近,如斷層、褶曲、扭轉(zhuǎn)和火成巖侵入?yún)^(qū)附近。據(jù)南桐礦務(wù)局統(tǒng)計,95%以上的突出(石門突出除外)發(fā)生在向斜軸部、扭轉(zhuǎn)地帶、斷層和褶曲附近。北票礦務(wù)局統(tǒng)計,90%以上的突出發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造區(qū)和火成巖侵入?yún)^(qū)。

3、突出多發(fā)生在集中應(yīng)力區(qū),如巷道的上隅角,相向掘進工作面接近時,煤層留有煤柱的相對應(yīng)上、下方煤層處,回采工作面的集中應(yīng)力區(qū)內(nèi)掘進時,等等。

4、突出次數(shù)和強度,隨煤層厚度、特別是軟分層厚度的增加而增加。煤層傾角愈大,突出的危險性也愈大。

5、突出與煤層的瓦斯含量和瓦斯壓力之間沒有固定的關(guān)系。瓦斯壓力低、含量小的煤層可能發(fā)生突出;壓力高,含量大的煤層也可能不突出。因為突出是多種因素綜合作用的結(jié)果。但值得注意的是,我國30處特大型突出礦井的煤層瓦斯含量都大于20m3/t。

6、突出煤層的特點是強度低,而且軟硬相間,透氣系數(shù)小,瓦斯的放散速度高,煤的原生結(jié)構(gòu)遭到破壞,層理紊亂,無明顯節(jié)理,光澤暗淡,易粉碎。如果煤層的頂板堅硬致密,突出危險性增大。

7、大多數(shù)突出發(fā)生在放炮和落煤工序。例如,重慶地區(qū)132次突出中,落煤時124次,占95%。放炮后沒有立即發(fā)生的突出,稱延期突出。延遲的時間由幾分鐘到十幾小時,它的危害性更大。

8、突出前常有預(yù)兆發(fā)生,如煤體和支架壓力增大;煤壁移動加劇,煤壁向外鼓出,掉碴,煤塊迸出;破裂聲,煤炮聲,悶雷聲;煤質(zhì)干燥,光澤暗淡,層理紊亂;瓦斯增大或忽大忽小;煤塵增多;氣溫降低;頂鉆或夾鉆,等等。熟悉或掌握本礦的突出預(yù)兆,對于及時撤出人員,減少傷亡,有重要意義。

四、預(yù)防煤與瓦斯突出的主要技術(shù)措施

防突措施分類:

區(qū)域性防突措施:實施以后可使較大范圍煤層消除突出危險性的措施,稱為區(qū)域性防突措施;

局部防突措施:實施以后可使局部區(qū)域(如掘進工作面)消除突出危險性的措施稱為局部防突措施。

(一)、區(qū)域性防突措施

區(qū)域性防突措施主要有開采保護層和預(yù)抽煤層瓦斯兩種。

1、開采保護層

保護層:在突出礦井中,預(yù)先開采的、并能使其它相鄰的有突出危險的煤層受到采動影響而減少或喪失突出危險的煤層稱為保護層。

被保護層:后開采的煤層稱為被保護層。保護層位于被保護層上方的叫上保護層,位于下方的叫下保護層。

1)、開采保護層的作用

(1)地壓減少,彈性潛能得以緩慢釋放。

(2).煤層膨脹變形,形成裂隙與孔道,透氣系數(shù)增加。所以被保護層內(nèi)的瓦斯能大量排放到保護層的采空區(qū)內(nèi),瓦斯含量和瓦斯壓力都將明顯下降。

(3)煤層瓦斯涌出后,煤的強度增加。據(jù)測定,開采保護層后,被保護層的煤硬度系數(shù)由0.3~0.5增加到1.0~1.5。

2).保護范圍

保護范圍:指保護層開采后,在空間上使危險層喪失突出危險的有效范圍。劃定保護范圍,也就是在空間和時間上確定卸壓區(qū)的有效范圍

(1)垂直保護距離

保護層與被保護層間的有效垂距

(2)沿傾斜的保護范圍確定沿傾向的保護范圍就是沿傾向劃定被保護層的上、下邊界。

(3)沿走向的保護范圍。超前距一般不得小于兩個煤層之間垂直距離的兩倍,至少不小于30m。

(4)煤柱的影響

2.預(yù)抽煤層瓦斯

對于無保護層或單一突出危險煤層的礦井,可以采用預(yù)抽煤層瓦斯作為區(qū)域性防突措施。這種措施的實質(zhì)是,通過一定時間的預(yù)先抽放瓦斯,降低突出危險煤層的瓦斯壓力和瓦斯含量,并由此引起煤層收縮變形、地應(yīng)力下降、煤層透氣系數(shù)增加和煤的強度提高等效應(yīng),使被抽放瓦斯的煤體喪失或減弱突出危險性。

(二)局部防突措施

1、松動爆破

作用機理:松動爆破是向掘進工作面前方應(yīng)力集中區(qū),打幾個鉆孔裝藥爆破,使煤炭松動,集中應(yīng)力區(qū)向煤體深部移動,同時加快瓦斯的排出,從而在工作面前方造成較長的卸壓帶,以預(yù)防突出的發(fā)生。松動爆破分為深孔和淺孔兩種。深孔松動爆破一般用于煤巷或半煤巖巷掘進工作面,鉆孔直經(jīng)一般為40~60mm,深度8m~15m(煤層厚時取大值)。淺孔松動爆破主要用于采煤工作面,雞西礦務(wù)局大通溝煤礦的施工參數(shù)為:孔徑42mm、孔深2.4m、孔間距3.0m。鉆孔垂直煤壁,松動炮眼超前工作面1.2m

2、鉆孔排放瓦斯

作用機理:石門揭煤前,由巖巷或煤巷向突出危險煤層打鉆,將煤層中的瓦斯經(jīng)過鉆孔自然排放出來,待瓦斯壓力降到安全壓力以下時,再進行采掘工作。

3、水力沖孔

作用機理:水力沖孔是在安全巖(煤)柱的防護下,向煤層打鉆后,用高壓水射流在工作面前方煤體內(nèi)沖出一定的孔道,加速瓦斯排放。同時,由于孔道周圍煤體的移動變形,應(yīng)力重新分布,擴大卸壓范圍。此外,在高壓水射流的沖擊作用下,沖孔過程中能誘發(fā)小型突出,使煤巖中蘊藏的潛在能量逐漸釋放,避免大型突出的發(fā)生。

4、超前鉆孔

作用機理:它是在煤巷掘進工作面前方始終保持一定數(shù)量的排放瓦斯鉆孔。它的作用是排放瓦斯,增加煤的強度,在鉆孔周圍形成卸壓區(qū),使集中應(yīng)力區(qū)移向煤體深部

5、金屬骨架

作用機理:當石門掘進工作面接近煤層時,通過巖柱在巷道頂部和兩幫上側(cè)打鉆,鉆孔穿過煤層全厚,進入巖層0.5m?？组g距一般為0.2m左右,孔徑75~100mm。然后將長度大于孔深0.4~0.5m的鋼管或鋼軌,作為骨架插入孔內(nèi),再將骨架尾部固定,最后用震動放炮揭開煤層(圖9-5-8)。此法適用于地壓和瓦斯壓力都不太大的急傾斜薄煤層或中厚煤層

6、超前支架

作用機理:多用于有突出危險的急傾斜煤層厚煤層的煤層平巷掘進時。為了防止因工作面頂部煤體松軟垮落而導(dǎo)致突出,在工作面前方巷道頂部事先打上一排超前支架,增加煤層的穩(wěn)定性。

7.卸壓槽

它的實質(zhì)是預(yù)先在工作面前方切割出一個縫槽,以增加工作面前方的卸壓范圍,

8、震動放炮

震動放炮是采用增加炮眼數(shù)和裝藥量,一次爆破揭開煤層并成巷的爆破方法。在此情況下,因爆破震動,圍巖應(yīng)力和瓦斯壓差急劇變化,創(chuàng)造了最有利的突出條件

1)、巖柱厚度巖柱厚度愈大,爆破前突出的可能性愈小,但愈難一次揭開全煤層。《規(guī)程》規(guī)定,急傾斜煤層巖柱厚度不小于1.5m。緩傾向和傾斜煤層,為了全斷面一次揭開煤層,可將工作面做成臺階狀或斜面,然后布置炮眼。

2)、炮眼數(shù)和炮眼布置

要求能一次揭開煤層全斷面。一般情況下,震動放炮的炮眼數(shù)為普通放炮的2~3倍,炮眼數(shù)N也可按北票礦務(wù)局的經(jīng)驗公式計算:

可用單列三組楔形掏槽的方式。巖眼和煤眼要交錯相間排列,順序爆破

3)、裝藥量

決定于巷道斷面、巖石性質(zhì)和需要爆破的巖石體積。各礦實際裝藥量,往往相差很大,在1.76kg/m3~11kg/m3之間,應(yīng)根據(jù)本礦的實際爆破經(jīng)驗確定。

4)、注意事項

(1)震動放炮時,應(yīng)將井下人員撤至地面。為了少影響生產(chǎn),一般在交接班時放炮;

(2)放炮時應(yīng)將放炮區(qū)或全井斷電,進風系統(tǒng)內(nèi)不得有火源存在,以免引燃瓦斯;

(3)放炮半小時后由救護隊進入檢查。具有延期突出的礦井,進入的時間還要加長;

(4)為了限制突出的波及范圍,可在距離工作面4~5m處,壘起高不小于1.5m的矸石堆或高至頂板的木垛。有人提出,采用延發(fā)雷管分次爆破,使一部分巖石落在工作面附近,起到限制突出的作用。

震動放炮容易引起冒頂事故,能誘使突出,不是好的防治措施,應(yīng)盡可能不采用。

五、突出的預(yù)測

突出危險性預(yù)測是防治煤與瓦斯突出綜合措施的第一步。突出危險性預(yù)測包括區(qū)域性預(yù)測和工作面預(yù)測。

(一)、預(yù)測指標

1、煤的瓦斯放散指數(shù)ΔP:

一般情況下,ΔP>15~25時有突出危險。

2、煤的堅固系數(shù)f:

當f1.2時,無突出危險。

3、軟煤比軟煤分層厚度與煤層總厚度之比稱軟煤比,亦稱揉皺系數(shù)。該值越高,煤層越不穩(wěn)定,突出可能性越大。

4、鉆孔瓦斯涌出量和鉆渣量這是一種可以在掘進工作面即時預(yù)測有無突出危險的方法,它綜合反映了工作面前方煤體滲透性、破壞程度、瓦斯涌出速度和巖層應(yīng)力狀態(tài)。

R1=(Sma*-1.8)(Ima*-4)(9-5-4)

(二)、突出預(yù)兆

1、煤層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造層理紊亂,煤軟硬不均或變軟,煤暗淡無光,煤層受擠壓,厚度變大,傾角變陡,煤層干燥等。

2、地壓增大如來壓聲響,支架折斷,煤炮聲,煤巖開裂,煤壁外鼓,片幫,掉碴,底鼓,打鉆時頂鉆、夾鉆等。

3、瓦斯及其它瓦斯涌出異常,忽大忽小,悶人,煤塵增大,煤或氣溫變冷,頂鉆噴瓦斯、噴煤等。

篇2:煤和瓦斯突出預(yù)防措施

1.預(yù)防突出的區(qū)域性措施——開采保護層

開采具有煤和瓦斯突出危險的煤層群時,預(yù)先開采無突出危險或危險性較小的煤層,使有突出危險的煤層卸壓,大量泄出瓦斯,從而使其減弱或失去煤和瓦斯突出危險。這種預(yù)先開采的煤層稱為保護層,被解除煤和瓦斯突出危險的煤層稱為被保護層,如圖所示。

開采保護層

l—保護層;2—被保護層;3—巷道

2.預(yù)防煤和瓦斯突出的局部性措施

1)超前鉆孔。在煤巷掘進工作面的前方,打直徑為75—300mm的鉆孔,排放瓦斯,并在鉆孔周圍形成卸壓帶,以防止發(fā)生突出。一般鉆孔深15—20m。超前鉆孔常用于煤層較厚,賦存穩(wěn)定,煤質(zhì)較軟,透氣性較好的情況下。但在打鉆時,易出現(xiàn)夾鉆、垮孔、甚至孔內(nèi)突出等現(xiàn)象。

2)水力沖孔。在進行采掘工作之前,使用高壓水射流,在有突出危險的煤層(或石門揭煤)中,沖出若干直徑較大的孔洞。沖孔過程中可排出大量瓦斯和一定數(shù)量的煤炭,因而在煤體中形成局部卸壓區(qū)域,在這個區(qū)域內(nèi),則可防止發(fā)生突出。水力沖孔常用于石門揭煤、煤層巷道掘進和回采工作面。在石門揭煤時,采用水力沖孔在工作面前方應(yīng)保留3~5m的安全巖性。

3)震動性放炮。為了誘導(dǎo)突出所采用的一種特殊放炮方法。當井巷要揭開突出危險煤層時,在工作面布置較多的炮眼,裝較多的炸藥,以強力全斷面一次爆破,瞬間揭開突出煤層。借助放炮時產(chǎn)生的強烈震動力使煤層中潛能和瓦斯得到迅速釋放,從而達到人為的誘導(dǎo)突出的目的。震動性放炮時,除采取其他一定措施外,還應(yīng)將井下人員撤到地面,在地面起爆。為了減少影響生產(chǎn),一般都在交接班時進行。

防治煤與瓦斯突出工作已不是單一的技術(shù)措施,而是一套完整的綜合防治突出的系統(tǒng)工程,所以在開采突出煤層時,必須采取包括突出危險性預(yù)測、防突措施、措施的效果檢驗、安全保護措施的四位一體的綜合防突措施。

煤與瓦斯突出危險性預(yù)測分為區(qū)域突出危險性預(yù)測和工作面突出危險性預(yù)測。區(qū)域突出危險性預(yù)測的任務(wù)是確定井田內(nèi)煤層和煤層區(qū)域的煤與瓦斯突出危險性。工作面突出危險性預(yù)測的任務(wù)是確定石門揭煤工作面、煤巷掘進工作面、采煤工作面等采掘工作面附近煤體的煤與瓦斯突出危險性。

根據(jù)突出危險性預(yù)測結(jié)果,煤層可劃分為突出煤層和非突出煤層。在突出煤層中還可以劃分為突出危險區(qū)域和突出威脅區(qū)域。突出危險區(qū)域又可以再劃分為突出危險工作面和突出威脅工作面。根據(jù)突出危險性預(yù)測結(jié)果和對突出危險程度的劃分,可以指導(dǎo)選擇應(yīng)采取的防突措施,這樣可使防突工作具有科學性、合理性及有效性。因此,突出危險性預(yù)測是四位一體綜合防突措施中重要的第一個環(huán)節(jié)。

防突效果的檢驗就是根據(jù)煤與瓦斯突出預(yù)測中的有關(guān)規(guī)定,對采取措施后的煤層再進行一次突出危險性指標的測定,根據(jù)實測的指標值判斷是否降到臨界值以下、有無突出危險。如果檢驗結(jié)果表明防突措施有效,就可以在采取安全防護措施后繼續(xù)采掘作業(yè);如果檢驗該防突措施無效或效果不好,就必須采取附加措施。

安全防護措施作為突出防治對策的第四個組成部分,是避免突出造成人身傷亡的重要環(huán)節(jié)。在巖石井巷揭穿突出煤層和在突出煤層中進行采掘作業(yè)時,都必須采取安全防護措施。安全防護措施主要有震動放炮、遠距離放炮、反向風門以及壓風自救系統(tǒng)、隔離式壓縮氧自救器與化學氧自救器等個體防護器具。