煤與瓦斯突出防治技術(shù)

（第二部分）

二OO八年十月

四、現(xiàn)場勘查情況4.2122回風(fēng)斜巷

下口段堆積有大量煤炭，堆積高度距巷道頂板約0.3m。經(jīng)勘測，煤炭堆積長度66m；在距離2122聯(lián)絡(luò)巷34m位置處有一斷層。四、現(xiàn)場勘查情況5.2121運輸巷

該巷道外段210m范圍內(nèi)堆積有突出的煤炭，分選性明顯。在巷道邊發(fā)現(xiàn)兩臺局扇，其中一臺連接著充有碎煤的一段風(fēng)筒；另一局扇內(nèi)進(jìn)入了大量煤粉，經(jīng)調(diào)查是從2122聯(lián)絡(luò)巷清理時搬運過來的，四、現(xiàn)場勘查情況局扇1局扇2突出危害示例2

1879年4月17日，比利時“阿拉波二號井”發(fā)生一次強(qiáng)度420t，瓦斯50萬m3的突出。瓦斯逆流從提升井沖至地面，距井口23m的絞車房附近的火爐引燃了瓦斯，火焰高達(dá)50m，井口建筑燒成一片廢墟。2h后，火焰快要熄滅時，井下又連續(xù)發(fā)生7次瓦斯爆炸。井下209人，死亡121人，地面3人燒死，11人燒傷。突出危害示例3

湖南省婁底市雙峰縣秋湖礦業(yè)公司（原秋湖煤礦），2002年9月3日2時10分左右，324采區(qū)3249補(bǔ)充切眼掘進(jìn)工作面發(fā)生了一起特大煤與瓦斯突出事故。突出煤量約為600t，涌出瓦斯量約為7.5萬m3。突出的煤炭造成3249切眼的3名工人和32410上山的3名工人被煤炭掩埋而窒息死亡；噴出的瓦斯造成3249工作面、3248工作面及324運輸石門內(nèi)33名工人被瓦斯窒息死亡，另有4人因瓦斯窒息而受傷。同時突出還造成了采區(qū)內(nèi)電纜、風(fēng)筒和礦車等設(shè)備不同程度地破壞。突出危害示例4

2004年10月20日，河南省鄭州煤炭工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司(簡稱鄭煤集團(tuán)公司)大平煤礦發(fā)生一起特大型煤與瓦斯突出（突出煤巖量為1894t，瓦斯量約25萬m3。）引發(fā)的特別重大瓦斯爆炸事故，造成148人死亡，32人受傷（其中重傷5人），直接經(jīng)濟(jì)損失3935.7萬元。大平煤礦事故直接原因

國務(wù)院成立“10.20”事故調(diào)查專家組，從四個方面開展工作：①瓦斯源-瓦斯突出②爆炸源-瓦斯爆炸③事故經(jīng)濟(jì)損失④通風(fēng)能力核定大平煤礦礦井概況

走向5km，南北傾斜2km，原設(shè)計60萬t/a，2003年達(dá)130萬t/a，立井單水平上下山開采，采二1煤層，煤厚1.1-30m，多為5-7m。

2003年鑒定結(jié)論：絕對瓦斯涌出量為26.16m3/min,相對瓦斯涌出量為11.47m3/t，發(fā)生過多次動力現(xiàn)象，煤塵具有爆炸性，爆炸指數(shù)為16.2%大平煤礦事故初步結(jié)論

該礦21軌道下山巖石掘進(jìn)工作面（標(biāo)高-282m，距地表垂深612m）發(fā)生特大型煤與瓦斯突出，瓦斯發(fā)生逆流，逆流到西大巷新鮮風(fēng)流中，由架線機(jī)車引爆后傳播到采區(qū)，造成148人死亡的特大瓦斯爆炸事故（30人以上）大平煤礦事故初步結(jié)論1、事故直接原因1）21巖石下山工作面進(jìn)入礦井深部，處于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜地帶；2）開采到深部對瓦斯等級升高沒有重視；3）突出是一種復(fù)雜礦井瓦斯動力現(xiàn)象。2、瓦斯爆炸原因1）局部通風(fēng)設(shè)施管理混亂（反向風(fēng)門沒有起作用），造成瓦斯逆流引起爆炸；2）突出到爆炸有30min的時間間隔，未能采取有效措施；3）該礦在安全管理上存在漏洞。m危害示例5－大平礦瓦斯爆炸危害示例5－大平礦瓦斯爆炸危害示例5－大平礦瓦斯爆炸危害示例5－大平礦瓦斯爆炸危害示例5－大平礦瓦斯爆炸危害示例5－大平礦瓦斯爆炸危害示例5－大平礦瓦斯爆炸危害示例5－大平礦瓦斯爆炸危害示例5－大平礦瓦斯爆炸危害示例5－大平礦瓦斯爆炸危害示例5－大平礦瓦斯爆炸危害示例5－大平礦瓦斯爆炸22時09分12秒～22時12分26秒瓦斯?jié)舛葟?.12%升到40%以上.大平煤礦“10.20”事故瓦斯突出及擴(kuò)散過程演示22時31分31秒~22時35分15秒,瓦斯?jié)舛葟?.17%升到4.0%.21軌道下山巖石掘進(jìn)工作面,突出煤巖量約1894t,瓦斯量25萬m322時32分16秒~22時39分45秒,瓦斯?jié)舛葟?.5%升到6.3%.瓦斯爆炸傳播過程演示●07.03.27貴州水城汪家寨煤礦，死亡10人；●07.04.01四川芙蓉白皎煤礦，死亡5人；●07.04.06湖南金竹山平垌，死亡4人；●07.04.06甘肅窯街金河礦，煤與二氧化碳突出，死亡9人；●07.04.19河北峰峰局大樹村煤礦，死亡17人；●07.04.20河北邯鄲陶二煤礦，死亡11人；●07.05.20山西晉城寺河煤礦，死亡4人；●07.05.30湖南漣源市安平鎮(zhèn)新萬三礦，死亡6人;●07.10.13江西豐城礦務(wù)局建新煤礦,死亡16人;

●07.11.08貴州省畢節(jié)地區(qū)納雍縣陽長鎮(zhèn)群力煤礦,死亡35人;●07.11.12.河南平頂山市平煤集團(tuán)公司十礦，12人死亡;3.2最近2年發(fā)生的突出傷亡情況

(不完全數(shù)據(jù))3.3我國最大一次突出發(fā)生情況

我國最大的一次突出(世界第2)--1975年8月8日，天府礦務(wù)局三匯一礦+280m水平，平峒揭開K1煤層時，突出煤巖12780t，瓦斯140萬m3。炮響3～4s后發(fā)生突出，峒口一陣狂風(fēng)，將小碎石卷起，吹到50m以外，大量瓦斯攜帶煤粉涌出，呈黑濃煙狀，持續(xù)40min才逐漸下降。距突出點700多m遠(yuǎn)的三道風(fēng)門被毀，風(fēng)門外裝有釬子和矸石的礦車沖出30多m遠(yuǎn)，1t多重的一塊巨石被沖走120多m，另一塊重達(dá)3t的巨石沖出60余m，拐兩個90°的急彎進(jìn)入變電所。我國最大的一次突出突出煤矸堆積情況距突出點110m，煤矸基本封頂堆積高度緩慢下降，整個堆積長度1170m，直到峒口南茅口大巷，堆積60m(20m封頂)；北茅口大巷，堆積250m(約100m封頂)3.6突出多發(fā)地點

●封閉向斜軸附近軸部地帶—上部壓應(yīng)力—下部張應(yīng)力，受深部地層的阻力，巖層進(jìn)一步擠壓—小型層面滑動并出現(xiàn)壓性逆斷層南桐礦區(qū)80%的突出發(fā)生在八面山向斜、王家壩向斜、鴉雀巖向斜、甘家坪向斜3.6突出多發(fā)地點●帚狀構(gòu)造收斂端■收斂端常常是地應(yīng)力集中的地點■天府三匯一礦處在華瑩山帚狀構(gòu)造的收斂端，突出頻繁發(fā)生。3.6突出多發(fā)地點●煤層扭轉(zhuǎn)區(qū)南桐礦務(wù)局原東林礦的79次突出中，有93%集中在南翼黑漆巖扭轉(zhuǎn)帶，在突出事例中可清楚看到構(gòu)造應(yīng)力的水平擠壓作用魚田堡煤礦東翼的9次突出均分布在壓扭性的扭轉(zhuǎn)軸軸部附近3.6突出多發(fā)地點●壓性、壓扭性小斷層帶受水平方向強(qiáng)烈擠壓而形成，保持了高的應(yīng)力集中，同時對瓦斯存儲也有利六枝煤礦東二采區(qū)，14次突出(占7號層總數(shù)的61%)均與壓性壓扭性小斷層有關(guān)3.6突出多發(fā)地點●壓性、壓扭性小斷層帶南桐一井5號層一個回采面沿走向32m，連續(xù)突出7次與壓扭性小斷層有關(guān)3.6突出多發(fā)地點●煤層產(chǎn)狀變化區(qū)南桐一井5號煤層80%的突出(73次)發(fā)生在該區(qū)域洪山殿蛇形山井4采區(qū)，煤層走向傾角變化，是嚴(yán)重突出區(qū)，該區(qū)突出70次(占總數(shù)44%)，該區(qū)1442機(jī)巷平均1次/11米3.6突出多發(fā)地點●煤包及煤厚變化帶煤層厚度急劇變化帶是構(gòu)造應(yīng)力集中的地帶紅衛(wèi)煤礦的190次突出(占總數(shù)85%)發(fā)生在煤包地帶，全部特大型突出集中在煤包最厚區(qū)段3.6突出多發(fā)地點●煤包及煤厚變化帶紅衛(wèi)煤礦的126采區(qū)在走向不到70m的薄煤帶掘進(jìn)時，發(fā)生7次突出3.6突出多發(fā)地點●分岔煤處紅衛(wèi)煤礦揭開分岔煤時經(jīng)常發(fā)生突出(最大2000t)3.6突出多發(fā)地點●巖漿巖浸入帶■巖漿巖浸入引起煤層局部變質(zhì)—力學(xué)性質(zhì)變化—應(yīng)力分布不均■白票礦區(qū)，25%以上的突出(265次)發(fā)生在巖漿巖浸入帶4.煤與瓦斯突出預(yù)兆■有聲預(yù)兆：煤炮聲、機(jī)槍聲、悶雷聲、劈裂聲、支柱折斷聲等■無聲預(yù)兆煤層結(jié)構(gòu)變化，層理紊亂，煤變軟、光澤變暗，煤層由薄變厚，傾角由小變大工作面煤體和支架壓力增大，煤壁外鼓、掉渣等瓦斯增大或忽大忽小，煤壁溫度降低（1）煤與瓦斯突出機(jī)理歸納●瓦斯主導(dǎo)說

“瓦斯富集區(qū)(瓦斯包)”說、“煤粉帶”說、“煤空隙結(jié)構(gòu)不均勻”說、“裂隙堵塞”說、“閉合空隙瓦斯釋放”說、“瓦斯膨脹”說、“瓦斯解吸”說、“地質(zhì)破壞帶”說、“突出波”說、“火山瓦斯”說、“卸壓瓦斯”說等●地壓主導(dǎo)說

“巖石變形潛能”說、“應(yīng)力集中”說、“剪應(yīng)力”說、“振動波”說、“沖擊移動”說、“頂板位移不均勻”說；“應(yīng)力疊加”說、“塑性變形”說、“拉應(yīng)力”說、“放炮突出”說等（2）煤與瓦斯突出機(jī)理歸納●化學(xué)本質(zhì)說

“瓦斯水化物”說、“爆炸的煤”說、“重煤”說、“地球化學(xué)”說、“瓦斯—煤固溶體”說、“硝基化合物”說等●綜合假說

國內(nèi)外多數(shù)研究人員認(rèn)為，煤與瓦斯突出是由地應(yīng)力、瓦斯和煤的物理力學(xué)性質(zhì)三者綜合作用的結(jié)果，在實踐中、多數(shù)人認(rèn)為綜合假說能比較客觀地解釋一些突出動力現(xiàn)象，在防突工作中，其效果基本令人滿意。（3）突出的發(fā)生和發(fā)展過程準(zhǔn)備階段：能量集聚，形成高的地應(yīng)力和瓦斯壓力梯度，工作面煤體處于臨界破壞的脆弱平衡狀態(tài)。發(fā)動階段：工作面的應(yīng)力狀態(tài)突然改變，臨界平衡狀態(tài)被打破，煤巖卸載，伴隨著裂隙的生成和擴(kuò)張，瓦斯大量解吸并參與突出。擴(kuò)展階段：在應(yīng)力和瓦斯壓力梯度的作用下，從突發(fā)點向煤體內(nèi)部連續(xù)破壞和剝離煤體，破碎的煤在被瓦斯風(fēng)暴搬運中被粉碎。停止階段：由于剝離和破碎煤體在擴(kuò)展過程中遇到較硬的煤體或孔洞被堵塞引起的應(yīng)力和瓦斯梯度降低，使得地應(yīng)力和瓦斯壓力降低到不足以繼續(xù)破壞煤體的程度，突出便中止。國內(nèi)外主要應(yīng)用的防突措施（（采面煤巷石門區(qū)域局部防突措施區(qū)域防突措施防治突出措施水力沖刷水力擠出預(yù)裂爆破超前支護(hù)松動爆破超前鉆孔瓦斯抽放水力沖孔金屬骨架或固化排放鉆孔煤層注水預(yù)抽瓦斯保護(hù)層開采

■開采保護(hù)層防突機(jī)理應(yīng)力降低、煤層卸壓突出的激發(fā)作用減小透氣性增加瓦斯壓力梯度減小瓦斯排放突出發(fā)展的瓦斯作用減小煤體強(qiáng)度增高抵抗破壞的能力增強(qiáng)消除或降低突出危險性開采保護(hù)層

■考察參數(shù)的變化保護(hù)層開采后，在卸壓范圍內(nèi)，被保護(hù)層：瓦斯壓力下降、瓦斯流量增大、煤層變形增大、頂?shù)装鍘r石應(yīng)力降低、煤體溫度降低。下圖為魚田堡煤礦開采上保護(hù)層3#煤層后被保護(hù)層4#煤層參數(shù)變化情況。由圖中可看出，被保護(hù)層參數(shù)的變化可大致劃分為4個帶，即：正常應(yīng)力帶、集中應(yīng)力帶、保護(hù)卸壓帶和應(yīng)力恢復(fù)帶。

■保護(hù)層的保護(hù)范圍●保護(hù)層的有效保護(hù)層間距

保護(hù)層的保護(hù)作用隨層間距的增大而減小，達(dá)到某一臨界距離時，保護(hù)作用已不明顯，該臨界距離稱之為有效層間距。我國根據(jù)大量試驗資料統(tǒng)計分析認(rèn)為，在采深小于550m，回采面長度小于120m條件下，保護(hù)層的有效保護(hù)層間垂距為：急傾斜煤層上保護(hù)層60m，下保護(hù)層80m；緩傾斜和傾斜煤層，上保護(hù)層50m，下保護(hù)層100m。選擇保護(hù)層時應(yīng)根據(jù)保護(hù)層厚度、巖性組合、頂板管理方法，回采工作面長度和開采深度等因素確定有效垂距?！癖Ｗo(hù)層的保護(hù)范圍

由走向卸壓角、傾向卸壓角和超前距確定。

?走向卸壓角：●保護(hù)層的保護(hù)范圍

?傾向卸壓角：●保護(hù)層的保護(hù)范圍

?超前距：

保護(hù)層超前于被保護(hù)層的距離應(yīng)不小于2倍層間距，并不小于30m?！鲩_采保護(hù)層的注意事項

●不留或少留煤柱；●被保護(hù)層工作面盡量布置在保護(hù)范圍內(nèi)；●保護(hù)參數(shù)要實際考察確定；●保護(hù)層開采過程中，應(yīng)進(jìn)行瓦斯抽放等措施，綜合治理保護(hù)層的瓦斯涌出，加大被保護(hù)層的保護(hù)效果。類別抽放瓦斯水力沖、擴(kuò)孔排放鉆孔金屬骨架適用條件有足夠的抽放時間(>3月）松軟煤層、有自噴現(xiàn)象有足夠的排放時間石門與煤層面的交角大于45度的薄及中厚煤層實施措施的巖柱厚度(m)不小于3m不小于5m不小于3m2-3m鉆孔在煤層的控制范圍石門周邊外3-5m石門周邊外3m石門周邊外3-5m巷頂上部及兩側(cè)0.5-1.0m鉆孔間距或布孔參數(shù)2-3m/直徑75-89mm布置上、中、下三排共9個或間隔擴(kuò)孔1-2m單排0.2m\雙排0.3m，骨架進(jìn)入頂或底0.5m要求達(dá)到的指標(biāo)與效果瓦斯壓力P<0.74Mpa或效果檢驗有效沖出總煤量大于20倍煤厚度（m)或效果檢驗有效瓦斯壓力P<0.74Mpa或效果檢驗有效施工達(dá)到設(shè)計要求●超前鉆孔

（1）適用于煤層透氣性較好、煤質(zhì)較硬的突出煤層；（2）鉆孔直徑應(yīng)一般為75

120mm，地質(zhì)條件變化劇烈地帶也可采用直徑42mm的鉆孔。鉆孔距不得小于5m；若鉆孔直徑超過120mm時，必須采用專門的鉆進(jìn)設(shè)備和制定專門的施工安全措施；

10～15m巷道3m3m

（3）鉆孔應(yīng)盡量布置在煤層的軟分層中；（4）鉆孔的控制范圍，應(yīng)控制到巷道斷面輪廓線外2

4m（包括巷道斷面內(nèi)的煤層）；（5）鉆孔孔數(shù)應(yīng)根據(jù)鉆孔的有效排放半徑確定，鉆孔的有效排放半徑必須經(jīng)實測確定；（6）超前鉆孔施工前應(yīng)加強(qiáng)工作面支護(hù)，打好迎面支架，背好工作面?！耦A(yù)抽瓦斯（邊掘邊抽）60～80m

●深孔松動爆破(1)深孔松動爆破措施，可適用于煤質(zhì)較硬、突出強(qiáng)度較小的煤層。

(2）深孔松動爆破的孔徑為42mm，孔深不得小于8m。深孔松動爆破應(yīng)控制到巷道輪廓線外1.5

2.0m的范圍?？讛?shù)應(yīng)根據(jù)松動爆破有效半徑確定。采用深孔松動爆破防突措施，在掘進(jìn)時必須留有不小于5m的超前距；

(3)深孔松動爆破的有效影響半徑，應(yīng)進(jìn)行實測；

(4）深孔松動爆破孔的裝藥長度為孔長減去5.5

6.0m每個藥卷（特制藥卷）長度為1m，每個藥卷裝入一個雷管。裝藥必須裝到孔底。裝藥后，應(yīng)裝入不小于0.4m的水炮泥，水炮泥外側(cè)還應(yīng)充填長度不小于2m的封口炮泥；

(5)在裝藥和充填炮泥時，應(yīng)防止折斷電雷管的腳線；

(6)深孔松動爆破后，必須進(jìn)行措施效果檢驗。如果措施無效，必須采取補(bǔ)救措施；

(7)深孔松動爆破時，必須執(zhí)行撤人、停電、設(shè)警戒、遠(yuǎn)距離放炮、反向風(fēng)門等安全措施?！袼_孔

對于有自噴（噴孔）能力的突出煤層，利用鉆孔切割和水射流的打擊，破壞煤巖內(nèi)部應(yīng)力平衡和瓦斯的不穩(wěn)定平衡，在人為控制下激發(fā)噴孔，隨著煤和瓦斯的大量排出，突出潛能被釋放，從而起到消除一定范圍內(nèi)突出危險性的作用。突出礦井管理三、突出礦井管理■

組織管理：

1.防突機(jī)構(gòu)及人員

2.防突措施計劃（綜合防突技術(shù)措施、工程、資金等）

3.制度及責(zé)任制

4.防突裝備

5.人員培訓(xùn)■日常防突技術(shù)管理

1.尊重客觀規(guī)律，合理采掘部署和適當(dāng)控制采掘進(jìn)度；

2.加強(qiáng)管理程序(設(shè)計、審批、簽字、通知、檢查)、操作和裝備維護(hù)；

3.加強(qiáng)地質(zhì)測量工作；

4.加強(qiáng)通風(fēng)管理,完善通風(fēng)系統(tǒng)和安全防護(hù)措施；

5.電氣設(shè)備、爆破材料等要符合更高的防爆要求；

6.加強(qiáng)支護(hù),防止冒頂垮塌；

7.加強(qiáng)爆破工作管理；

8.處理好突出孔洞；

9.認(rèn)真收集和分析突出原始資料，總結(jié)突出規(guī)律。

防突技術(shù)研究動向四、防突技術(shù)研究動向■防突中存在的主要問題■防突研究重點和動向■防突中存在的主要問題

●無保護(hù)層可采；●透氣性差，瓦斯抽放效果不佳；●集約化開采中的防突問題；●鉆孔施工深度不足；●延期突出增多；●打鉆突出問題；●“低指標(biāo)突出”問題；●地質(zhì)構(gòu)造探測問題；●特殊條件下防突措施問題等■研究重點和動向

●防突技術(shù)的發(fā)展趨勢

防突技術(shù)發(fā)展的趨勢是以區(qū)域性防突措施為主、局部性防突措施為輔的防突格局。以區(qū)域預(yù)測、區(qū)域性防突措施、區(qū)域性防突措施效果評價、突出危險性連續(xù)監(jiān)測預(yù)警、高效的安全防護(hù)措施作為新的綜合防突體系。加強(qiáng)瓦斯抽采力度將是及其重要的一個環(huán)節(jié)?！鲅芯恐攸c和動向

●地質(zhì)構(gòu)造探測技術(shù)研究

地面三維地震探測井下地質(zhì)構(gòu)造技術(shù)研究井下長距離、高精度地質(zhì)構(gòu)造探測技術(shù)

地質(zhì)雷達(dá)、無線電透視等技術(shù)的完善與提高

■研究重點和動向

●煤與瓦斯突出預(yù)警技術(shù)

針對突出的復(fù)雜性，利用煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)、計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢，收集井下盡可能多的靜態(tài)和動態(tài)安全信息，在綜合分析的基礎(chǔ)上，對井下各工作面的突出危險狀態(tài)和發(fā)展趨勢進(jìn)行監(jiān)測、評價、預(yù)測和警戒，實現(xiàn)突出危險性的實時監(jiān)測、在線分析和智能預(yù)警。利用信息技術(shù)，從管理和技術(shù)方面提高煤與瓦斯突出防治技術(shù)的途徑，是今后的發(fā)展趨勢?！鲅芯恐攸c和動向

●煤與瓦斯突出預(yù)警技術(shù)

MSRPSDB(空間數(shù)據(jù)庫)MSRPEditor(礦圖編輯系統(tǒng))MSRPKJA(監(jiān)控分析器)MSRPView(圖形瀏覽器)MSRPEWS(災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng))MSRPConsole(控制臺)應(yīng)用程序數(shù)據(jù)來源MSRPKBS(知識庫系統(tǒng))MSRPSMS(安全管理系統(tǒng))MSRPPCES（災(zāi)害防治專家系統(tǒng)）■研究重點和動向

●煤與瓦斯突出