矿井煤与瓦斯突出防治.docx

矿井煤与瓦斯特别防治〔一〕煤与瓦斯特别机理煤〔岩〕与瓦斯〔二氧化碳〕特别是指在地应力和瓦斯〔二氧化 碳〕的共同作用下，破碎的煤〔岩〕和瓦斯〔二氧化碳〕由煤体内突 然喷出到采掘空间的现象以下简称为煤与瓦斯特别煤与瓦斯特别 是煤矿生产中一种极其复杂的动力现象，它能在极短的时间内由煤体 向巷道或采场突然喷出大量的煤炭及涌出大量的瓦斯，并造成一定的、 有时是十分庞大的动力效应，是严重威胁煤矿安全生产的主要灾害之 一当发生煤与瓦斯特别时，采掘工作面的煤壁将遭到破坏，大量的 煤与瓦斯将从煤层内部以极快的速度向巷道或采掘空间喷出，充塞巷 道，煤层中会形成空洞，同时会伴随着强大的冲击力，巷道设施会被 摧毁，通风系统会遭到破坏，甚至会发生风流逆转，还可能造成人员 窒息和发生瓦斯爆炸、燃烧及煤流埋人事故，严重时可导致整个矿井 正常生产系统的瘫痪煤与瓦斯特别的机理是指特别的起因和特别过 程中各主要因素的作用及互相关系解释煤与瓦斯特别机理的假说有 很多种，其中被多数人公认的是综合作用假说综合作用假说认为， 煤与瓦斯特别是地压、瓦斯和煤的物理力学性质综合作用的结果其 中，地压是发动特别的因素，是破坏煤体的主要动力；瓦斯是完成突 出过程的主要因素，是抛出煤体并进一步破碎煤体的主要动力；而煤 的物理力学性质，决定了特别发生、发展的难易程度，起着阻碍特别 的作用。

二) 特别特征我国按照煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)特别的成因，将特别现象 分为四类，即煤与瓦斯特别、煤的突然压出、煤的突然倾出和岩石与 瓦斯(CO2)特别由于4类特别成因不同，所以具有不同的基本特 征1) 煤与瓦斯特别的基本特征：特别的煤向外抛出很远，具有 分选现象；抛出的煤堆积角小于煤的自然安息角；抛出的煤破碎程度 较高，含有大量的煤块和手捻无粒感的煤粉;有显然的动力效应，破 坏支架、推倒矿车、破坏和抛出安装在巷道中的设施;有大量的瓦斯 涌出，瓦斯涌出量远远超过特别煤的瓦斯含量，有时会使风流逆转; 特别空洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形以及其他分岔形等2) 煤突然压出的基本特征：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；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;压出的煤呈块状，无分选现象;巷道瓦斯涌出量增大，压出可能 无孔洞或呈口大腔小的楔形空洞3) 煤突然倾出的基本特征：倾出的煤就地按自然安息角堆积， 并无分选现象;倾出的孔洞呈口大腔小，孔洞轴线沿煤层倾斜或铅垂 方向发展;无显然动力效应；倾出常发生在煤质松软的急倾斜煤层中； 巷道瓦斯涌出量显然增加。

4) 岩石与瓦斯(CO2)特别的基本特征：在砂岩中进行爆破时， 在炸药直接作用范围外发生岩石破坏、抛出等现象;有特别危险的砂 岩岩层松软，呈片状、碎屑状，并具有较大的孔隙和瓦斯〔CO2〕含 量；特别的砂岩中，含有大量的砂粒和粉尘;巷道瓦斯〔CO2〕涌出量 增大，有显然的动力效应绝大多数的煤与瓦斯特别是有预兆的，没有预兆的特别只有极少 数特别预兆可分为有声预兆和无声预兆两大类〔1〕 有声预兆响煤炮预兆声音的大小、时间间隔、在媒体中 发声的种类会因各矿区、各采掘工作面的地质条件、采掘方法、煤质 特征的不同而不同，有的像鞭炮声，有的像机枪连射声，还有的像闷 雷声、沙沙声以及会出现气体穿过含水裂缝时的吱吱声等由于压力 突然增大，发生特别前，支架会出现嘎嘎响、劈裂折断声，煤岩壁会 开裂，打钻时会喷煤喷瓦斯等〔2〕 无声预兆煤层结构构造方面表现为：煤层层理素乱，煤 变软、变暗淡、无光泽，煤层干燥和煤尘增大，煤层受挤压褶曲、变 粉碎、厚度变大，倾角变陡地压显现方面表现为：压力增大使支架 变形，煤壁外鼓、片帮、掉渣，顶底板出现凸起台阶、断层、波状鼓 起，手扶煤壁感到震动和冲击，炮眼变形装不进药，打钻时跨孔、顶 夹钻等。

其他方面的预兆有：瓦斯涌出异常，忽大忽小，煤尘增大，空气 气味异常、闷人，煤或空气变冷，有时变热等上述特别预兆并非每次特别都同时出现，而仅仅出现一种或几种〔三〕煤与瓦斯特别的防治矿井在采掘过程中，只要发生一次煤与瓦斯特别，该矿井即为突 出矿井，发生特别的煤层即为特别煤层开采特别煤层时，必须采纳 综合防突措施在采纳防治特别措施时，应优先选择区域性防治特别 措施，如果不具备采用区域性防治特别措施的条件，必须采用局部防 治特别措施在防治煤与瓦斯特别的施行中，我国总结了一套行之有 效的综合防突措施，习惯上称为“四位一体〞的防突措施，即特别危 险性猜测、防治特别措施、防治特别措施的效果检验和安全防护措施1. 特别危险性猜测特别猜测是综合防突的第一个重要环节当猜测有特别危险时， 可采用防突措施，并对其防突效果进行检验，确定措施有效时，可采 取安全防护措施进行采掘作业；当猜测无特别危险时，可直接采用安 全防护措施进行采掘作业1〕区域特别危险性猜测区域猜测是猜测矿井、煤层和煤层区域的特别危险性按照《煤 矿安全规程》和《防治煤与瓦斯特别细则》的规定，特别矿井的煤层 应划分为特别煤层和非特别煤层特别煤层经区域猜测，可划分为突 出危险区域和特别威胁区域。

区域特别危险性猜测的方法，有单项指标法、瓦斯地质统计法和 综合指标法等〔1〕单项指标法依据煤的破坏类型、瓦斯放散初速度〔△?〕、煤的牢固性系数〔f和煤层瓦斯压力〔P〕等单项指标猜测煤层特别 危险性的方法，称为单项指标法应用单项指标推断煤层特别危险性 的临界值，应依据矿井实测资料确定〔2〕瓦斯地质统计法依据已开采区域确切掌握的煤层赋存和 地质构造条件与特别分布规律，划分瓦斯特别区域与瓦斯威胁区域的 方法，称为瓦斯地质统计法划分特别危险区一般符合以下要求：第一，在上水平发生过一次特别的区域，下水平的垂直对应区城 猜测为特别危险区第二，依据上水平特别点分布与地质构造的关系，确定特别点距 构造线两侧的最远距离线，并结合地质部门提供的下水平或下部采区 的地质构造分布，按照上水平构造线两侧的最远距离线向下推测下水 平或下部采区的特别危险区域第三，未划定的其他区域为特别威胁区1〕 综合指标法依据D、K综合指标猜测煤层区域特别危险性 的方法，称为综合指标法2〕 工作面特别危险性猜测在特别危险区域内，工作面进行采掘作业前，必须进行特别危险 猜测，依据猜测结果划分为特别危险工作面和特别威胁工作面工作 面特别危险性猜测的方法，有综合指标法、钻屑指标法、钻孔瓦斯涌 出初速度法、R值指标法。

3〕 防治特别措施效果检验对防治特别采用的措施进行效果检验，相当于对已经采用了防突 措施的采掘工作面，在原来猜测的基础上，再进行一次特别危险性预 测按照《煤矿安全规程》和《防治煤与瓦斯特别细则》的规定，在 特别危险工作面进行采掘作业前，必须采用防治特别措施采用防治 特别措施之后，还要进行措施效果检验，经检验证实措施有效后，方 可采用安全防护措施进行采掘作业如果经检验证实措施无效，则必 须采用防治特别的补充措施并经检验有效后，方可采用安全防护措施 作业防突措施效果检验的方法与工作面特别危险性猜测方法基本相 同2. 区域防突措施目前采纳的区域防突措施，包括开采保护层、预抽煤层瓦斯和煤 体注水〔1〕开采保护层在特别矿井中，在煤层群中首先开采的，并 能使相邻的特别煤层消除特别危险的煤层叫保护层后开采的具有突 出危险的煤层叫被保护层位于被保护层上部的保护层叫上保护层， 位于被保护层下部的保护层叫下保护层开采保护层是防治煤与瓦斯 特别最有效、最经济的措施之一保护层开采后，被保护层中对应区 域内的煤体被充分卸压，导致煤层和围岩中积蓄的弹性能被释放，减 弱了发动特别的主要动力；煤体卸压后会产生大量裂隙，使煤层的透 气性增加，造成瓦斯潜能的释放，减弱了完成特别过程的主要动力; 高压瓦斯的大量释放，使煤层瓦斯含量降低，导致煤体强度增加，煤 的牢固性系数可提升1倍以上，这就增大了特别的阻力。

这些因素综 合作用的结果，必定导致被保护层特别危险的减小保护层保护作用 的有效范围，应依据矿井实际视察结果或参照《防治煤与瓦斯特别细 则》确定〔2〕预抽煤层瓦斯开采保护层时，已有瓦斯抽放系统的矿井, 应同时抽放被保护层的瓦斯单一煤层和无保护层可采的特别危险煤 层，经试验预抽瓦斯有效果时，也必须采纳抽放瓦斯的措施煤层抽 放瓦斯后，大量高压瓦斯的排出导致瓦斯潜能的释放，减弱了完成突 出过程的主要动力；大量瓦斯的排出直接导致煤体强度的增大，增加 了特别的阻力；另一方面，大量瓦斯的排出又导致了煤体的卸压，释 放了积蓄在煤体和围岩中的弹性能，减弱了发动特别的主要动力这 些因素综合作用的结果，消除了特别的危险采纳预抽煤层瓦斯防治 特别措施的有效性指标，应依据矿井实际视察确定如果无实际视察 数据，可参照以下指标之一确定：①预抽煤层瓦斯后，特别煤层残余 瓦斯含量应小于该煤层在该特别区域始突深度的煤层瓦斯含量②煤 层瓦斯预抽率，即钻孔抽出瓦斯量与钻孔控制范围内煤层瓦斯储量的 比值，应大于25%3) 煤体注水压力水进入煤层可以破碎工作面四周的煤体 水进入煤层内部的裂缝和孔隙后，可使原始煤体湿润，改变煤的力学 性质，增加了煤的可塑性和柔性，降低了煤的弹性，使煤体疏松;可 减小煤体内部的应力集中和瓦斯放散初速度，应力分布变得比较均匀， 使集中应力峰值移入煤体深处，巷道工作面前方应力集中系数减少， 在采掘过程中煤体弹性能的释放变得比较缓慢。

同时，水进入煤体后 封闭了瓦斯流动的通道，并将瓦斯向煤体内部挤压，提升了煤体承受 压力的能力(煤的微孔直径越小，承受压力的能力越大)，降低了瓦 斯破碎煤体的可能性;另一方面，水浸入煤体的微孔隙后，使瓦斯难 于排出依据实际测定，运到地面的经过注水的煤层煤块，其中残留 的瓦斯量比干煤大2倍多，瓦斯放散初速度AP降低了90%注水后 的湿煤块要转变为干煤那样，经试验证实，排放瓦斯必须要5〜6个月 综上所述，煤体注水能较有效起到防止特别的作用煤体注水不仅可 以预防煤与瓦斯特别，也可以减少开采过程中粉尘的产生和飞扬当 水中加入一些阻化剂时，还可以防止煤炭自燃3. 局部防突措施1〕石门揭煤防治特别措施石门和其他岩石井巷揭穿特别危险 煤层时的防突措施中，除抽放瓦斯外，还有水力冲孔、排放钻孔、水 力冲剧、金属骨架和震动放炮等〔1〕 水力冲孔当石门揭煤打钻出现喷煤、喷瓦斯的自喷现象 时，可采纳水力冲孔措施进行揭煤即以岩柱或煤柱作屏障，在向煤 层打钻的同时送入一定压力的水，水压一般大于3MPa,部分地破坏 煤体可造成应力的不平衡，导致喷孔的发生和发展，喷出的煤、水和 瓦斯可通过管道输送到远离工作面的地方分开。

水力冲孔要求石门冲 出的总煤量〔t〕,数量上不小于煤层厚度〔m〕的20倍〔2〕 排放钻孔排放钻孔是在石门掘至离煤层垂距5〜8m处向 特别危险煤层沿倾斜和走向均匀地布置2〜3圈钻孔，控制范围达到 石门周边外3〜5m，形成足够的卸压和排放瓦斯范围，在制定要求的 范围内，瓦斯压力全部降到0.74MPa以下这一措施适用于不同厚度 和倾角的特别煤层，对瓦斯压力较高的煤层也有较好的防突效果〔3〕水力冲刷水力冲刷是利用高压水枪冲刷石门工作面前方 媒体，形成超前孔洞，使煤体得到卸压和排放瓦斯，以消除石门揭煤 时的特别危险性水力冲刷的主要问题是冲刷出的煤和瓦斯就地排放， 形成了工作地点不安全的环境〔4〕金属骨架金属骨架是用于石门揭煤的一种超前支架在 距煤层2〜3m时，在工作面上部和两侧周边打钻孔，钻孔要穿透煤层 全厚并进入岩层0.5m,单排孔间距一般不大于0.2m,双排孔间距一 般不大于0.3m,然后在钻孔中插入长度大于孔深0.5m以上的钢管或 钢轨，将其尾部固定架牢，形成一个整体防护架。