1概況

徐州礦務(wù)集團有限公司某礦9441運輸巷掘進工作面使用28kw局部通風(fēng)機、φ500mm風(fēng)筒供風(fēng),工作面循環(huán)進尺1.5m,全斷面一次放炮,每班3~4循環(huán)。工作面施工50m后,供風(fēng)距離為600m,風(fēng)筒出口風(fēng)量為110m3/min,此時放炮后10min,回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_到2%,40min后才降到1%以下。經(jīng)更換2×15kw對旋式局部通風(fēng)機并使用φ800mm風(fēng)筒,加大該工作面的供風(fēng)量至180m3/min后,工作面放炮后大約經(jīng)30min后回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛炔沤档?%以下,嚴(yán)重影響了工作面的正常施工。為此,通過實測不同循環(huán)進尺時的瓦斯涌出量,得出了該工作面的瓦斯涌出規(guī)律,并采取了有效的防治措施,保證了該工作面的安全施工。

2掘進面瓦斯涌出規(guī)律

2.1瓦斯涌出量測定

該炮掘工作面經(jīng)改善了局部通風(fēng)后,供風(fēng)距離縮短至450m,風(fēng)筒出口風(fēng)量增到275m3/min。分別實測了兩種放炮進尺條件下的瓦斯涌出情況。由于放炮后瓦斯?jié)舛冗_最高的時間很短(兩種情況下測定分別為2.5min和7.5min),所以在這個時段的瓦斯變化規(guī)律可近似看作是線性變化的,應(yīng)主要研究最高瓦斯?jié)舛纫院蟮闹饾u衰減的瓦斯變化規(guī)律。

全斷面一次放炮及循環(huán)進尺1.0m時,放炮前回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?.14%,全斷面一次放炮及循環(huán)進尺1.5m時,放炮前回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛葹?.18%。對全斷面一次放炮兩種情況分別實測24組和15組數(shù)據(jù),其瓦斯?jié)舛确謩e由2.14%、2.4%降到0.4%、0.6%。所用時間分別為25.5min、19.5min而降到安全作業(yè)濃度1%的時間分別為16min、10min。

2.2測定結(jié)果分析

放炮后工作面的瓦期涌出總量(兩種情況分別為y1和y2)是放炮后至瓦斯?jié)舛茸罡哌@段時間內(nèi)的瓦斯涌出量(兩種情況分別y11和y21)與瓦斯?jié)舛葟淖罡呓抵练排谇罢５耐咚節(jié)舛葹橹惯@段時間內(nèi)的瓦斯涌出量(兩種情況分別為y12和y22)之和。

由式(1)、式(2)可得放炮后瓦斯?jié)舛冉抵练排谇暗?.14%、0.18%所需時間分別為97.88min、146.1min。因此可得:

兩種情況下平均每分鐘的瓦期涌出量p1、p2分別為:

p1=126.53/97.88=1.29m3/min

p2=161.83/146.1=1.11m3/min

同理,可知放炮后瓦斯?jié)舛葟淖罡呓抵?%這段時間內(nèi)平均每分鐘的瓦斯涌出量p1(1%)、p2(1%)分別為:

根據(jù)江蘇省煤礦安全監(jiān)察局關(guān)于“絕對瓦斯涌出量大于3m3/min的采煤工作面和絕對瓦斯涌出量大于0.6m3/min的掘進工作面,一律按高瓦斯工作面管理”的要求,9441運輸巷掘進工作面必須按高瓦斯工作面管理。

綜上分析可知,掘進工作面放炮后的瓦斯?jié)舛萹在短時間內(nèi)即可達到最高(這段時間的瓦斯涌出可近似看作線性變化),然后隨時間t的變化符合負(fù)指數(shù)衰減規(guī)律,即q=atb。其中a<0、b<0,隨工作面風(fēng)量q、循環(huán)進尺及工作面地質(zhì)條件的變化而變化。循環(huán)進尺高、工作面有儲瓦斯地質(zhì)構(gòu)造時,工作面的瓦斯涌出量必然大,要求用較大風(fēng)量稀釋瓦斯。因此在做好局部通風(fēng)的同時,必須控制放炮量,選擇合理的循環(huán)進尺。

3瓦斯治理措施

根據(jù)以上分析,經(jīng)采取以下措施后,較好地保證了該工作面安全施工到結(jié)束位置。

(1)加強局部通風(fēng)管理。實測結(jié)束后至工作面完成施工的整個掘進過程中保證工作面風(fēng)筒出口風(fēng)量在180m3/min以上。

(2)嚴(yán)格放炮管理。必須使用乳膠炸藥和瞬發(fā)電雷管,采用正向裝藥,封孔及水炮泥的使用要符合《煤礦安全規(guī)程》要求。

(3)堅持“有疑必探”的原則。如遇瓦斯異常,執(zhí)行“兩班掘進,一班探疑”的工作制度,在工作面向前方打4~6個探眼,眼深3m,探明前方地質(zhì)構(gòu)造。

(4)控制循環(huán)進尺。正常情況下,每次放炮的進尺為2棚1.5m,全斷面一次起爆,如遇斷層等構(gòu)造時,每次放炮進尺為1棚0.75m,全斷面一次起爆。

(5)加強該地區(qū)機電設(shè)備管理,消滅電器設(shè)備失爆現(xiàn)象。

(6)加強瓦斯監(jiān)測。按高瓦斯管理要求在規(guī)定位置安設(shè)瓦斯報警斷電儀,保證正常使用。

(7)嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢”和“三人連鎖放炮制”。放炮前必須切斷該工作面的電源,放炮后必須經(jīng)瓦斯員檢查該工作面瓦期濃度符合《煤礦安全規(guī)程》要求后才可接通電源。

(8)加強工作面的防塵工作。放炮前后必須灑水防塵,并使用好該工作面的轉(zhuǎn)載點噴霧和凈化水幕。

(畢德純倪文耀)

篇2:Z礦井瓦斯綜合防治措施

一、宣東礦井概況

宣東礦業(yè)公司是邯礦集團張家口盛源公司下屬的子公司。宣東礦井92年開始籌建,97年正式建井,20**年底通過省局安全設(shè)施和生產(chǎn)許可證驗收,投入試生產(chǎn)。設(shè)計生產(chǎn)能力90萬噸,服務(wù)年限為64.3年。礦井可采煤層三組5層,即ⅲ3、ⅳ1、ⅳ2、ⅳ3、ⅴ2煤層,其中主采煤層為ⅲ3、ⅴ2煤層;礦井地質(zhì)儲量為一億二千八百萬噸,可采儲量8682萬噸。其間20**年產(chǎn)煤68萬噸,2003年83萬噸,2004年78萬噸。

礦井為立井開拓方式,兩水平開采,即-230m和-350m水平;開采深度為800~1000米。采煤方法為傾向長壁采煤法,采煤工藝為綜采;掘進巖巷、半煤巖巷采用鉆爆法施工,煤巷主要使用綜合機械化掘進方法。

礦井通風(fēng)方式為主井回風(fēng),副井進風(fēng)的中央并列式;通風(fēng)方法為抽出式。通風(fēng)機工作風(fēng)量9300m3/min,風(fēng)壓3.2kpa,能夠滿足目前礦井安全生產(chǎn)的需要。

投入試生產(chǎn)初期,布置二個采區(qū),二個回采面生產(chǎn),即一采區(qū)、二采區(qū);后由于瓦斯涌出量大,通風(fēng)能力不足,改為一井一面生產(chǎn);2004年6月一采區(qū)回收完畢且封閉,至此礦井生產(chǎn)區(qū)域全部集中到二采區(qū)。今年的主要回采工作面為33205采面,面長140米,推進長度1500米,煤層傾角5~10o,煤層厚度3.5~5.0米;采用zz5200-21/42支撐掩護式支架和mg300-700/wd型采煤機與sgz-764/400型刮板輸送機配套使用。全年計劃產(chǎn)量96萬噸。

原礦井初步設(shè)計為低瓦斯礦井,瓦斯相對涌出量為5.54m3/t,但礦井投產(chǎn)后瓦斯等級鑒定結(jié)果遠遠大于初步設(shè)計,屬高瓦斯礦井。

歷年來的礦井瓦斯涌出量統(tǒng)計如下:

20**年相對量:23.75m3/t絕對量:5m3/min

20**年相對量:32.04m3/t絕對量:43.45m3/min

2003年相對量:43.54m3/t絕對量:70.29m3/min

2004年(抽放后)相對量:40.6m3/t絕對量:68.68m3/min

瓦斯涌出量呈逐年增加的趨勢。隨著開采區(qū)域的加大,瓦斯涌出量還將有明顯的增加。瓦斯涌出量比地質(zhì)報告提供的高7~8倍。瓦斯涌出嚴(yán)重制約著礦井正常生產(chǎn)能力的有效發(fā)揮,對礦井安全生產(chǎn)造成重大威脅。多年來,我們對瓦斯涌出規(guī)律及來源進行了研究,并有針對性地采取了各種防治措施,我公司對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進行了改造,對礦井瓦斯進行了綜合治理,取得了良好的效果。從而保證了回采工作面的正常生產(chǎn)。

二、礦井“一通三防”措施

1、通風(fēng)系統(tǒng)改造

①、更換礦井主扇,增加礦井風(fēng)量。

把原來的bdk-8-no24通風(fēng)機改為fbcdz54-8-no26礦用防爆抽出式對旋軸流通風(fēng)機,礦井風(fēng)量增加3000m3/min,總回風(fēng)瓦斯?jié)舛冉档?.3%。

②、增加巷道斷面。

對-230大巷其中300米進行擴大斷面,由原來的9m2擴大到13m2減少了礦井風(fēng)阻。

③、調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)。

20**年對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進行了調(diào)整,原通風(fēng)方式為-230軌巷及-200軌巷進風(fēng),-230機巷及-200機巷回風(fēng)。經(jīng)礦井通風(fēng)阻力測定后改為-230軌巷及-230機巷進風(fēng),-200機巷及-200軌巷回風(fēng)。礦井通風(fēng)阻力降低20mmh2o。

④、改變采煤工作面通風(fēng)方式。

由初采時的u型通風(fēng)改為u+l型通風(fēng),逐步進化到現(xiàn)在的一進兩回通風(fēng)方式,徹底消除了采煤工作面隅角瓦斯超限的不安全隱患。

⑤、新建風(fēng)井改變礦井通風(fēng)方式。

由中央并列式改為邊角式通風(fēng)方式。預(yù)計礦井總進風(fēng)量在14000m3/min,增加礦井通風(fēng)能力(預(yù)計2006年6月完成系統(tǒng))。

2、瓦斯治理

①、根據(jù)國家煤礦安全監(jiān)察局第21號令,在2005年初,成立了公司瓦斯綜合治理機構(gòu)。形成以總經(jīng)理為組長,總工程師為副組長的瓦斯管理體系,嚴(yán)格落實瓦斯治理“十二字方針”,杜絕超通風(fēng)能力、超設(shè)計能力生產(chǎn)。

②、成立專門的瓦斯抽放區(qū),負(fù)責(zé)全礦井的瓦斯抽放工作和煤層注水、煤體加固等工作。

③、建立瓦斯臨時和永久抽放系統(tǒng)。

20**年9月臨時抽放系統(tǒng)正式運行,該系統(tǒng)主要抽放采空區(qū)瓦斯,防止采空區(qū)高濃度瓦斯溢出。2004年初,建立瓦斯永久抽放系統(tǒng),5月份正式對采煤工作面進行瓦斯抽放,其中臨時抽放系統(tǒng)的瓦斯抽放量為10m3/min,永久抽放系統(tǒng)的瓦斯抽放量為20-25

m3/min。抽放方法采用巷道密閉抽放、高位頂板頂層鉆孔抽放和低位頂板斜叉鉆孔抽放。采面抽放率為40%,經(jīng)抽放后采煤工作面回風(fēng)及礦井總回風(fēng)基本未出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象,杜絕了重大瓦斯事故的發(fā)生。

④、礦井裝備了kj66瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)。

在井下所有工作面及硐室、進回風(fēng)巷按照《煤礦安全規(guī)程》要求安裝了瓦斯傳感器及其他參數(shù)傳感器,并實行計算機聯(lián)網(wǎng)。井下所有探頭由瓦斯員分片負(fù)責(zé),并由專人及時調(diào)校。

⑤、控制掘進工作面進度。

掘進工作面掘進速度由1.6米循環(huán)改為0.8米循環(huán),減少了單位時間內(nèi)的瓦斯涌出量。

⑥、在掘進工作面的掘進設(shè)備方面全部淘汰煤電鉆,改為風(fēng)鉆。杜絕了因煤電鉆失爆引起的各類事故。

⑦、進一步與科研院所合作攻關(guān),著手進行本煤層打鉆、注水、抽放工作,研究探討ⅲ3本煤層瓦斯抽放方法,從源頭治理煤塵和瓦斯,徹底實現(xiàn)先抽后采,先抽后掘。

3、防滅火

由于我礦井煤塵自然發(fā)火期短,為做到防患于未然對采煤工作面及采面煤柱作如下措施:

①、購置了高效泡沫滅火劑,用風(fēng)鉆打眼,對可疑地點進行澆注。

②、購置了兩臺多功能高壓泵對采空區(qū)每天進行阻化劑噴灑,阻止了采空區(qū)浮煤氧化。

③、2004年底購置兩臺二氧化碳發(fā)生器,主要對采空區(qū)灌注。一方面阻止浮煤氧化,另一方面降低采空區(qū)瓦斯?jié)舛?有利于阻止采空區(qū)自然發(fā)火和瓦斯事故發(fā)生。

④、為防止進回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷受壓形成裂隙漏風(fēng)而導(dǎo)致自然發(fā)火,我礦購置了馬麗散加固劑,對所有片幫裂隙進行了充填加固,減少了裂隙漏風(fēng)。

⑤、在地面建立了黃泥灌漿系統(tǒng),注漿管路緊跟回采工作面。

⑥、為加強氣體監(jiān)測手段,購置了氣象色譜分析儀,由專人負(fù)責(zé)定期對井下各地點氣體進行分析化驗。

⑦、委托撫順煤研所對我礦井的煤樣進行分析化驗,已確定我礦自燃發(fā)火的標(biāo)志性氣體。經(jīng)化驗得出我礦的標(biāo)志性氣體為乙烯,為我礦預(yù)防自燃發(fā)火提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。

4、防塵

①、在回采工作面支架安設(shè)了架間噴霧,完善了采煤機內(nèi)外噴霧。

②、采煤機和掘進機均采用內(nèi)外噴霧抑制煤塵飛揚。

③、各掘進工作面均采用濕式打眼,水炮泥,凈化通風(fēng)。

④、建立完善的井下防塵系統(tǒng),對煤倉和溜煤眼上、下口煤炭運輸轉(zhuǎn)載點等進行自動噴霧灑水,同時設(shè)置粉塵探頭,以控制各產(chǎn)塵點的粉塵濃度。

⑤、在采面回風(fēng)側(cè)建筑新型擋塵簾,基本杜絕了回風(fēng)流煤塵超限。

⑥、新購進兩臺巖石電鉆,準(zhǔn)備對采掘工作面打鉆進行煤層注水。

⑦、配備煤塵檢測儀器、儀表對井下各作業(yè)場所和風(fēng)流中的粉塵濃度進行檢測,超限時立即采取措施。

⑧、按照規(guī)定設(shè)置隔爆水槽,防止煤塵爆炸擴散。

三、綜采工作面瓦斯防治措施

1、綜采工作面瓦斯涌出規(guī)律及來源分析

實踐表明,綜采工作面的瓦斯涌出,受頂板初次來壓、周期來壓、采空區(qū)面積、地質(zhì)構(gòu)造等因素的影響。工作面絕對瓦斯涌出量隨著回采距離的增加有明顯上升趨勢。隨著工作面的回采推進,工作面絕對瓦斯涌出量一直持續(xù)上升,最高時達53m3/min,一般在45m3/min;工作面本煤層絕對瓦斯涌出量基本維持在12m3/min之間;而采空區(qū)的瓦斯涌出量達33m3/min。經(jīng)調(diào)查和分析,確定與工作面回采到一定距離,采空區(qū)老頂來壓垮落,聯(lián)絡(luò)密閉被壓裂、壓壞,垮落的松散巖石充填采空區(qū)有關(guān),尤其是從l巷涌出的瓦斯量高達41m3/min左右。從ⅲ3205工作面瓦斯來源和構(gòu)成分析來看,綜采工作面瓦斯涌出主要來源于工作面落煤和采空區(qū)以及上覆巖層的瓦斯,其中采空區(qū)瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的72%~75%,工作面落煤瓦斯涌出量占25%~28%。采空區(qū)瓦斯涌出的大幅度增加是造成綜采工作面機巷及專用回風(fēng)巷瓦斯超限的主要原因。主要瓦斯涌出點為l巷及其滯后的兩、三個聯(lián)絡(luò)巷。

2.綜采工作面瓦斯治理措施及效果

從ⅲ3204工作面的瓦斯涌出情況分析可知,綜采工作面的瓦斯主要來源是采空區(qū)和工作面落煤。所以,降低瓦斯危害的主要措施是減少采空區(qū)瓦斯涌出或改變采空區(qū)瓦斯涌出地點,同時減少落煤瓦斯涌出和增加工作面的供風(fēng)量。

⑴設(shè)置專用回風(fēng)巷和l巷:由于工作面的下隅角易積聚瓦斯,嚴(yán)重制約工作面的安全生產(chǎn)。為解決這一問題,在工作面機巷側(cè)增設(shè)一條專用回風(fēng)巷。同時在采面后沿空留設(shè)一段巷道與采后的聯(lián)絡(luò)巷形成l巷道,以解決采面下隅角瓦斯超限問題。通過增設(shè)專用回風(fēng)巷和l巷道的措施,使下隅角的瓦斯基本控制在1.0%以下,同時專用回風(fēng)巷的設(shè)置,緩解了機巷的通風(fēng)壓力。

⑵采空區(qū)瓦斯抽放:針對工作面的瓦斯涌出主要來源于采空區(qū),所以采取采空區(qū)瓦斯抽放這一治本措施。采空區(qū)瓦斯抽放的方法有:

①206軌巷低位頂板斜交穿層鉆孔

從206工作面的軌巷(進風(fēng)巷)向205采面回風(fēng)側(cè)頂板打穿層鉆孔。鉆孔終孔點垂直位置落在采面煤層頂板以上27~40m的裂隙帶內(nèi),水平位置距采面回風(fēng)巷幫20~25m,鉆孔沿206軌巷平行布置。鉆孔間距10米,孔深81米,孔徑φ94或φ113mm,鉆孔與206軌巷水平夾角為65。,鉆孔傾角一般為25~30。左右,鉆孔傾角根據(jù)煤層起伏作適當(dāng)調(diào)整。

②205機巷高位頂板傾向順層鉆孔。

垂直205機巷向采面做頂板巖石鉆場,爬高8~12米,落平段10m。鉆場間距100米,每個鉆場布置鉆孔10個?？壮噬刃尉鶆虿贾?。徑孔點距煤層頂板高度25~30m?？咨?20米,孔徑φ113mm。因做鉆場成本大,走矸困難,鉆孔傾角小,遇到破碎巖層或煤線不易成孔,高位頂板傾向順層鉆孔205采面只做了一個鉆場。

③205機巷低位頂板穿層鉆孔。

沿205機巷每隔40m做一個低位鉆場,鉆場沿煤層向采面掘進5米,每個鉆場布置5個鉆孔,鉆孔呈扇形布置,孔深120米,孔徑φ94mm或φ113mm,徑孔點垂直方向距煤層頂板25~32m,水平方向距回風(fēng)巷幫22~80m。相鄰兩鉆場間鉆孔空間重疊距離為70m,單孔抽放瓦斯量最高為8.07m3/min,在有效抽放期內(nèi)一般穩(wěn)定在4m3/min左右。

⑶工作面落煤涌出瓦斯的治理:工作面落煤瓦斯涌出量占25%~28%。落煤涌出瓦斯的治理是確保工作面高產(chǎn)的必備措施。其治理方法是:

①本煤層預(yù)抽放和邊采邊抽:本煤層預(yù)抽系統(tǒng)設(shè)在工作面進風(fēng)巷,鉆孔布置方式采用交叉布置方式。鉆孔設(shè)計深度70米,孔徑為φ75,鉆孔高差取4~6倍鉆孔孔徑,鉆孔間距取2.5~3米。鉆孔施工完后先進行高壓注水使煤體產(chǎn)生裂隙,而后進行預(yù)抽放。單孔流量0.05m3/min。

②增加工作面的供風(fēng)量。工作面的風(fēng)量由2000m3/min增加到2500m3/min。

⑷利用相鄰工作面進風(fēng)巷進行配風(fēng):由于受采動影響,專用回風(fēng)巷會出現(xiàn)嚴(yán)重頂板下沉、幫鼓和底鼓的現(xiàn)象,使巷道有效斷面減少。為確保專用回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.5%以下,從下一工作面進風(fēng)巷做一聯(lián)絡(luò)巷向?qū)Ｓ没仫L(fēng)巷配風(fēng),配風(fēng)量在400~500m3/min。

通過上述措施工作面絕對瓦斯涌出量降到24~32m3/min。工作面機巷、專用回風(fēng)巷、采面回風(fēng)隅角風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛染怀蕖?/p>

3.結(jié)論

①采空區(qū)瓦斯涌出的增加是綜采工作面下隅角及回風(fēng)巷瓦斯超限的主要原因。采空區(qū)瓦斯涌出量占整個工作面瓦斯涌出量的72%~75%,工作面落煤瓦斯涌出量占28%~25%。

②采用專用回風(fēng)巷和l巷是解決回風(fēng)隅角瓦斯超限,確保工作面高產(chǎn)、高效的有效措施。

③采空區(qū)抽放是解決綜采工作面瓦斯涌出的治本措施,合理的通風(fēng)方式是工作面“以風(fēng)定產(chǎn)”的必備條件。

④瓦斯治理措施必須有針對性,只有找到瓦斯涌出的主要源頭,采取有效措施,取得最好效果。瓦斯治理必須采取綜合措施,才能確保綜采工作面的高產(chǎn)高效和安全生產(chǎn)。

4、措施

針對宣東礦采面布置特點以及采空區(qū)瓦斯涌出量大等特點,結(jié)合204采面抽放經(jīng)驗,目前205采面抽放比較理想的鉆場組合方案是:在采面回風(fēng)巷布置低位疊式鉆場,鉆場間距40~60米,每個鉆場布置5個鉆孔,鉆孔呈扇形狀均勻布置,孔深120米,終孔點距煤層頂板的高度為30米,后面鉆場鉆孔覆蓋前面鉆場鉆孔,當(dāng)前面鉆場鉆孔抽放效果下降時,后面鉆場鉆孔接著抽放。在與其相臨的下一個采面的進風(fēng)巷仍然布置低位鉆場,鉆孔沿著巷道平行布置,鉆孔間距10米,孔深81米,終孔點距煤層頂板的高度一般為30~40米。這種鉆場最大的優(yōu)點是采面推過后,鉆孔不遭受破壞,能繼續(xù)使用,鉆孔壽命長,而且鉆孔傾角大,長度短,施工很容易,是一種效果很不錯的鉆孔。

總之,隨著對瓦斯抽放工作各方面認(rèn)識的不斷深入,瓦斯抽放效果會變得越來越理想,礦井瓦斯抽放量、抽放率、瓦斯?jié)舛?、采面產(chǎn)量等各項指標(biāo)逐月遞增,不斷刷新記錄。到今年8月份回采工作面瓦斯抽放率已接近50%,礦井瓦斯抽放濃度已達40%,礦井瓦斯月均抽放量已突破100萬米3,目前公司正在籌建瓦斯電廠,礦井“五大災(zāi)害”之魔首“瓦斯”已被我公司降服,并將把它“變害為寶”充分利用。

2005年1~3月份除受支架影響外,4~8月份礦井月產(chǎn)量均突破10萬噸,沒有因為瓦斯影響到生產(chǎn),目前瓦斯抽放已具備保證礦井年產(chǎn)100萬噸的能力,公司投資1.1億的風(fēng)井建設(shè)工程將于2006年7月投入使用,屆時將徹底改善礦井的通風(fēng)系統(tǒng),有效保證礦井安全生產(chǎn),2007年礦井年產(chǎn)量有望達到150萬噸。

篇3:煤與瓦斯突出預(yù)測及防治措施

1煤與瓦斯突出的機理、類型與一般規(guī)律

11煤與瓦斯突出的機理

許多國家對煤與瓦斯突出機理的研究都很重視,并取得了一定成果,但由于突出機理的復(fù)雜性及突出現(xiàn)象的多樣性,目前對突出機理的認(rèn)識仍處于假說階段。國外對煤與瓦斯突出機理的認(rèn)識可歸納為4種:地應(yīng)力假說、瓦斯作用假說、化學(xué)本質(zhì)假說和綜合作用假說。

我國從60年代起就對突出煤層的應(yīng)力狀態(tài)、瓦斯賦存狀態(tài)、煤的物理力學(xué)性能等開展了一系列的研究,根據(jù)現(xiàn)場資料和實驗研究對突出機理進行了探討,提出了新的見解和觀點,概括起來主要有中心擴張學(xué)說、流變假說、二相液體假說、固流耦合失穩(wěn)理論、球殼失穩(wěn)理論等。此外中國科學(xué)院力學(xué)研究所從力學(xué)角度對突出過程做了大量的研究工作,并提出了突出破壞過程及瓦斯?jié)B流的機制方程。

12煤與瓦斯突出的類型

煤與瓦斯的突出包括:煤與甲烷突出、巖石與甲烷突出、煤與co2突出、巖石與co2突出等。由于突出時的原動力和所表現(xiàn)現(xiàn)象的不同,煤與瓦斯突出可分為突出、傾出、壓出3種情況。

13煤與瓦斯突出的一般規(guī)律

(1)突出的次數(shù)和強度隨開采的深度增加而增加;

(2)突出多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造地區(qū),如褶曲、斷層處及巖漿侵入地區(qū);

(3)煤體破壞程度越嚴(yán)重,煤的強度越小,突出危險性越大;

(4)煤層中的厚度大、傾角大或其厚度和傾角發(fā)生變化以及煤層中的軟分層由薄變厚的地區(qū),容易發(fā)生突出;

(5)掘進工作面應(yīng)力集中的地區(qū)易發(fā)生突出;

(6)在外力沖擊作用下,如放炮或采煤機割煤時煤體受到震動,誘導(dǎo)瓦斯發(fā)生突出;

(7)圍巖的透氣性越差、致密的巖層越厚,煤層的瓦斯含量越高,其突出的危險性也就越大;

(8)突出多發(fā)生在揭煤和煤層掘進工作面;

(9)在突出前大都出現(xiàn)預(yù)兆。

2煤與瓦斯突出的預(yù)測

21突出預(yù)測方法的分類

按預(yù)測預(yù)報范圍和時間的不同,預(yù)測方法可分為3類:第一是區(qū)域性預(yù)測,主要是確定煤田、井田、煤層和采掘區(qū)域性的突出危險性;第二是局部預(yù)測,它是在區(qū)域性的基礎(chǔ)上,根據(jù)鉆探、采掘工程等資料,進一步對局部地區(qū)或要點的突出危險性作出判斷;第三是日常預(yù)測,它是在區(qū)域性預(yù)測、局部預(yù)測的基礎(chǔ)上,根據(jù)突出預(yù)兆的各種異常效應(yīng),對突出危險發(fā)出警告。

22國內(nèi)外煤與瓦斯突出的預(yù)測方法

221微震技術(shù)預(yù)測突出危險性

研究表明,煤和圍巖受力破壞過程中發(fā)生破裂和震動,當(dāng)從震源傳出震波或聲波的強度和頻率增加到一定數(shù)值時,可能出現(xiàn)煤的突然破壞,發(fā)生突出。突出是由連續(xù)的多起斷裂引起的,而且異常的微震發(fā)射通常在斷裂之前5~45s內(nèi)產(chǎn)生,故微震法作為突出預(yù)報方法,有其廣闊的應(yīng)用前景。俄羅斯在地震聲學(xué)預(yù)測方法中取得了較好的研究成果。

222煤層溫度狀況預(yù)測突出的危險性

溫度狀況預(yù)測突出危險性的理論根據(jù)是:瓦斯解吸時吸熱,導(dǎo)致煤層溫度降低。溫度降低越多,說明煤層瓦斯解吸能力越強,則突出危險性越大。

前蘇聯(lián)na雷任科等學(xué)者,對采掘工作面近工作面地段的煤體溫度狀況進行了考察研究,用于突出危險性日常預(yù)測,并對掘進中發(fā)生的6次突出全部作出了預(yù)報。原蘇聯(lián)的另一些學(xué)者,采用近工作面地帶的溫度與煤體原始溫度之差作為突出預(yù)測指標(biāo),該預(yù)測方法被原蘇聯(lián)防突委員會推薦使用。

223煤層中涌出的氦或氡濃度的變化預(yù)測突出

研究表明在地震之前不僅有氡的反常涌出現(xiàn)象,而且有氦的反常涌出。前蘇聯(lián)學(xué)者考察了頓涅茨煤田中2個不突出煤層和4個突出煤層的氦含量后指出:自由釋放的瓦斯中,氦含量高,瓦斯壓力也相應(yīng)的高。煤中涌出的氦可以作為預(yù)測突出的一個指標(biāo),該項目正在繼續(xù)進行。

224電磁輻射強度預(yù)測突出危險

電磁輻射(eme)是煤巖體受載變形破裂過程中向外輻射電磁能量的過程或物理現(xiàn)象,與煤巖體的受載狀況及變形破裂過程密切相關(guān)。采用電磁輻射法預(yù)測煤與瓦斯突出的優(yōu)點是:電磁輻射信息綜合反映了煤與瓦斯突出等災(zāi)害動力現(xiàn)象的主要影響因素;可實現(xiàn)真正的非接觸預(yù)測,無需打鉆,對生產(chǎn)影響小,易于實現(xiàn)定向及區(qū)域性預(yù)測,不受含瓦斯煤體分布不均勻的影響;可實現(xiàn)動態(tài)連續(xù)監(jiān)測及預(yù)報,能夠反映含瓦斯煤體的動態(tài)變化過程;既能探測煤壁附近的突出危險性及突出危險帶的方位,又能檢驗防突措施的效果。

目前巖石破裂電磁輻射效應(yīng)的研究取得了很多有益的成果,研究表明:在煤巖層受力變形破壞過程中會產(chǎn)生電磁輻射,電磁輻射強度取決于所受力的大小和煤巖層的物理力學(xué)性質(zhì)。煤炭科學(xué)研究總院重慶分院利用這一原理研制的煤與瓦斯突出危險探測儀,在四川芙蓉礦務(wù)局進行了實際應(yīng)用,取得了較好的效果。

225神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進行突出預(yù)測

煤與瓦斯突出,其發(fā)生是由地應(yīng)力、高壓瓦斯、煤的結(jié)構(gòu)性能、地質(zhì)構(gòu)造、煤厚變化、煤體結(jié)構(gòu)及圍巖特征諸多因素決定的。突出災(zāi)害的發(fā)生是極不規(guī)則的,其所處的系統(tǒng)是一個不斷變化的系統(tǒng),各種力學(xué)作用與這些作用所形成的地質(zhì)體,大多數(shù)都處于復(fù)雜的非線性狀態(tài)。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的出現(xiàn),為解決這一問題開辟了一條新途徑。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有通過樣本來“學(xué)習(xí)”的能力,一方面區(qū)別于傳統(tǒng)的各種預(yù)測方法,實際應(yīng)用時無須做出因素與突出相關(guān)關(guān)系的任何假設(shè),只需將實際數(shù)據(jù)直接提供給網(wǎng)絡(luò)來訓(xùn)練;另一方面訓(xùn)練完成后的網(wǎng)絡(luò)能以任何精度逼近真值(只要訓(xùn)練數(shù)據(jù)足夠多),能夠抽提、捕捉隱藏在歷史數(shù)據(jù)中的規(guī)律,尤其是那些尚未被人類認(rèn)識和揭示的規(guī)律,這些優(yōu)點是傳統(tǒng)方法無法比擬的。

3煤與瓦斯突出預(yù)兆及其防治

31煤與瓦斯突出預(yù)兆

煤與瓦斯突出前一般都有預(yù)兆,沒有預(yù)兆的突出是極少數(shù)的。突出預(yù)兆伴隨其突出過程按其主要特征大體可分為“三個階段”,各階段的顯現(xiàn)程度和處理原則各不相同。

32煤與瓦斯突出的防治措施

煤與瓦斯突出是一種極其復(fù)雜的動力現(xiàn)象,因其具有突發(fā)性、不完全的可知性,很難完全防止它的產(chǎn)生。但是如果開展突出預(yù)測并采取行之有效的防治措施,仍可做到不發(fā)生或減少傷亡事故的發(fā)生。目前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。

防治突出首先要摸清楚它發(fā)生的地區(qū)、范圍,采取必要的防治措施,改變其發(fā)生突出應(yīng)具備的基本條件,使其不發(fā)生或降低其突出強度,并采取必要的安全防護措施,重點要抓好以下幾點工作。

321揭煤防突

目前國內(nèi)大都采用遠距離震動放炮的方法揭開煤層,揭煤防突主要是把好“七關(guān)”。

設(shè)計關(guān):進行煤巷道的設(shè)計時,要避開地質(zhì)構(gòu)造帶和應(yīng)力集中區(qū);

施工關(guān):巷道和抽放鉆孔必須按設(shè)計施工,落實到實處;

驗收關(guān):巷道和抽放鉆孔必須有專人驗收,確保質(zhì)量;

封孔關(guān):凡有礦井系統(tǒng)抽放和局部抽放系統(tǒng)的礦井,應(yīng)采用新設(shè)備、新技術(shù)、新工藝、新材料,確保封孔質(zhì)量,提高抽放效果;

抽放卸壓關(guān):應(yīng)按表計算,掌握抽放量、抽放率、瓦斯壓力和解突安全抽放期等重要參數(shù);

檢驗關(guān):必須按照頒發(fā)的防突細(xì)則的有關(guān)規(guī)定進行效果檢驗,符合要求后方準(zhǔn)揭煤;

二次卸壓關(guān):揭煤前可再打一組卸壓孔,進行二次卸壓。

322煤巷掘進防突

國內(nèi)外實踐證明,煤與瓦斯突出多發(fā)生在煤巷掘進過程中。為了有效地防治煤巷掘進突出,應(yīng)用超前排放鉆孔、淺孔松動爆破、深孔控制爆破、預(yù)抽瓦斯以及上述措施與邊掘邊抽相結(jié)合的綜合防突措施。在一般和中等程度突出危險區(qū)域,大部分采取打少數(shù)超前卸壓鉆孔的方法解突;在嚴(yán)重突出危險區(qū)域,大都采用超前鉆孔、煤體固化和金屬骨架等多種措施綜合防治。

323大傾角不穩(wěn)定煤層防突

在大傾角不穩(wěn)定煤層中,重點采取超前密集鉆孔和煤層注水防突措施。超前密集鉆孔是通過煤體前方的鉆孔使煤體應(yīng)力釋放和轉(zhuǎn)移,鉆孔使煤體前方的高壓瓦斯得以釋放,使掘進頭前方一定范圍內(nèi)形成低應(yīng)力、低瓦斯區(qū),達到防突或降低突出強度的目的。

目前國內(nèi)外都不同程度地應(yīng)用煤層注水措施來降低或消除瓦斯突出危險性,實驗測試結(jié)果表明:濕潤煤的瓦斯解吸量可達常壓下煤的瓦斯解吸量的17%~27%,當(dāng)煤樣吸水飽和后,濕煤較干煤的透氣系數(shù)要下降一個數(shù)量級。國內(nèi)外不少礦井煤層注水后的實際結(jié)果表明,注水結(jié)束后打開鉆孔時幾乎沒有瓦斯涌出現(xiàn)象,在注水進行采掘時,瓦斯涌出量明顯下降,并且放炮后的瓦斯涌出量比較均勻。