煤与瓦斯突出及其防治课件(何国益主讲)剖析

综合指标法n综合指标法主要依据煤层的瓦斯压力、煤的坚固性系数、煤的瓦斯放散初速度、埋藏深度等参数计算区域性预测的综合指标D、K值。具体作法是：n石门工作面必须在距突出煤层法向距离5m（地质构造复杂、岩石破碎的区域，应适当加大法向距离）前向突出煤层至少打3个测压钻孔，测定煤层瓦斯压力P，取其最大值。在近距离煤层群中，层间距小于5m或层间岩石破碎时，应测定各煤层的综合瓦斯压力。n在打测压孔的过程中，每米煤孔采取一个煤样，测定煤的坚固性系数f。n）计算出综合指标D和K值，进行突出危险性预测。钻屑指标法n预测方法n采用钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性时，在近水平、缓倾斜煤层工作面应向前方煤体至少施工3个、在倾斜或急倾斜煤层至少施工2个直径42mm、孔深810m的钻孔，测定钻屑瓦斯解吸指标和钻屑量。n钻孔应尽可能布置在软分层中，一个钻孔位于掘进巷道断面中部，并平行于掘进方向，其他钻孔的终孔点应位于巷道断面两侧轮廓线外24m处。n钻孔每钻进1m测定该1m段的全部钻屑量S，每钻进2m至少测定一次钻屑瓦斯解吸指标K1或h2值。n临界值n各煤层采用钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性的指标临界值应根据试验考察确定，在确定前可暂按表614的临界值确定工作面的突出危险性。第六讲预防煤与瓦斯突出的区域性措施n区域防突措施是指在突出煤层进行采掘前，对突出煤层较大范围采取的防突措施。防突措施实施以后可使较大范围煤层消除突出危险性。措施实施以后可使局部区域(如掘进工作面)消除突出危险性的措施称为局部防突措施。区域性防突措施主要有开采保护层和大面积预抽煤层瓦斯两种一、开采保护层一、开采保护层n开采保护层是各国采用的主要的区域性措施。所谓保护层，是指在突出矿井的煤层群中，首先开采的非突出危险煤层，开采保护层后，对有突出危险的煤层产生保护作用，使之消除或减少突出危险性，达到防治煤与瓦斯突出的目的。后开采的煤层叫被保护层。位于被保护层上部的煤层叫上保护层，位于被保护层下部的煤层叫下保护层。开采保护层是最经济、最有效的防突措施之一。开采保护层防治煤与瓦斯突出的原理n保护层开采后，被保护层中对应区域内的煤体被充分卸压，煤体及围岩中积聚的弹性能被释放，减弱了发动突出的主要动力；煤体卸压后产生大量的裂隙，使煤层的透气性增加，释放了瓦斯压力，减弱了发动突出的主要动力；瓦斯大量释放，使煤层瓦斯含量降低，煤体强度增加，煤的坚固性系数提高，增大了突出的阻力。这些因素综合作用的结果，导致被保护层突出危险的消失。选择保护层必须遵守的规定n1.在突出矿井开采煤层群时，如在有效保护垂距内存在厚度0.5m及以上的无突出危险煤层，除因突出煤层距离太近而威胁保护层工作面安全或可能破坏突出煤层开采条件的情况外，首先开采保护层。有条件的矿井，也可以将软岩层作为保护层开采；n2.当煤层群中有几个煤层都可作为保护层时，综合比较分析，择优开采保护效果最好的煤层；n3.当矿井中所有煤层都有突出危险时，选择突出危险程度较小的煤层作保护层先行开采，但采掘前必须采取预抽煤层瓦斯区域防突措施并进行效果检验；n4.优先选择上保护层。在选择开采下保护层时，不得破坏被保护层的开采条件。开采保护层时必须遵守的规定n1.开采保护层时，同时抽采被保护层的瓦斯n当开采远距离保护层时，如果不同时抽采被保护层瓦斯，可能不足以消除突出危险；开采近距离保护层时，若不抽采，上下邻近层的瓦斯都会涌入开采层工作面，严重威胁生产安全；在开采保护层时，被保护层卸压后，大量瓦斯解吸，透气性增加，是抽放率最高的时候，所以，开采保护层时必须同时抽采被保护层瓦斯。n2.开采近距离保护层时，采取措施防止被保护层初期卸压瓦斯突然涌入保护层采掘工作面或误穿突出煤层。回采工作面初次放顶期间，采空区底板暴露面积大，由于底板岩层膨胀卸压，被保护层瓦斯大量涌入采空区，会造成瓦斯超限。所以，应对被保护层设下向穿层钻孔抽放瓦斯、采空区埋管抽放、顶板高位钻孔抽放、加大风量等瓦斯综合治理措施。n当保护层留有不规则煤柱时，按照其最外缘的轮廊划出平直轮廓线，并根据保护层与被保护层之间的层间距变化，确定煤柱影响范围。在被保护层进行采掘工作时，还应当根据采掘瓦斯动态及时修改。n开采保护层时留煤柱，将会在被保护层一定范围引起应力集中，使地应力比原来更高，更有利于发生突出，所以，应严格控制煤柱的留设。对已经留设的煤柱必须在采掘平面图中标注清楚，并划出煤柱影响范围。预抽煤层n抽预抽方式n防治煤与瓦斯突出规定第四十五条推荐的预抽方式有6种。n地面井预抽煤层瓦斯。适用于地形平缓，埋藏深度较小，透气性好的厚煤层或煤层群。根据目前已经实施的地面抽放情况看，地面钻孔预抽成本高，单孔抽放量小，抽放时间长，抽放效果不好评价，还不宜能单独使用。预抽煤层瓦斯必须遵守的规定n1.钻孔控制整个预抽区并均匀布孔，钻孔间距根据实际考察的有效抽放半径确定。n2.钻孔必须封闭严密。钻孔封闭效果与孔口间距有关，与封孔深度有关，与封孔长度有关，与封孔材料有关，与封孔设备和操作方法有关。如果孔口间距太小，孔间煤（岩）被打碎，钻孔之间形成相互贯通的裂隙，很难封闭严密。煤（岩）层由于受动影响，形成松动圈，封孔深度应当超过松动圈，从松动圈向末松动部分封孔；封孔严密性还与封孔段长度有关，在末松动部分必须有一定封孔长度，才能保证密封不漏气。穿层钻孔的封孔段长度不得小于5m，沿层钻孔的封孔段长度不得小于8m。最好选用封孔泵封孔，并根据煤（岩）层特点选用适宜的封孔材料，提高封孔质量，防止漏气，提高瓦斯抽放浓度，提高抽放泵运行效率。n3.做好每个钻孔施工参数的记录及抽采参数的测定。n4.钻孔孔口抽放负压不小于13KPa。预抽瓦斯浓度低于30%时，应当采取改进封孔的措施，以提高封孔质量。预抽煤层瓦斯钻孔控制范围n1.穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯n应当控制区段内的整个开采块段、两侧回采巷道及其外侧一定范围内的煤层。要求钻孔控制回采巷道外侧的范围是：倾斜、急倾斜煤层巷道上帮轮廓线外至少20m，下帮至少10m；其他为巷道两侧轮廓线外至少各15m。在煤层中沿倾向方向掘进时，无论煤层倾角多大，钻孔都要控制到巷道两帮15m以外。以上所述的钻孔控制范围均为沿层面的距离，以下同；第九第九讲讲区域性措施的效果检验和验证区域性措施的效果检验和验证n一、开采保护层的效果检验一、开采保护层的效果检验n开采保护层的保护效果检验主要采用以下指标：n（1）残余瓦斯压力。残余瓦斯压力小于0.74MPa无突出危险，保护效果有效。n（2）残余瓦斯含量。残余瓦斯含量小于8m3/t保护效果有效。n（3）顶底板位移量。被保护层的最大膨胀变形量大于3%0。n（4）其他经试验证实有效的指标和方法，也可以结合煤层的透气性系数变化率等辅助指标。n当采用残余瓦斯压力、残余瓦斯含量检验时，应当根据实测的最大残余瓦斯压力或者最大残余瓦斯含量对保护效果进行判断。若检验结果仍为突出危险区，保护效果为无效。nn采用残余瓦斯压力或者残余瓦斯含量指标对穿层钻孔、顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施和穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施进行检验时，必须依据实际的直接测定值，其他方式的预抽煤层瓦斯区域防突措施可采用直接测定值或根据预抽前的瓦斯含量及抽、排瓦斯量等参数间接计算的残余瓦斯含量值。n对穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施也可以采用钻屑瓦斯解吸指标钻屑瓦斯解吸指标进行措施效果检验。三、效果检验测试点的分布三、效果检验测试点的分布n采用直接测定煤层残余瓦斯压力或残余瓦斯含量等参数对预抽煤层瓦斯区域措施进行效果检验时，应当符合下列要求：n穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯时，若区段宽度（两侧回采巷道间距加回采巷道外侧控制范围）未超过120m，以及对预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施进行检验时若回采工作面长度未超过120m，则沿回采工作面推进方向每间隔3050m至少布置1个检验测试点；若回采工作面长度大于120m时，则在回采工作面推进方向每间隔3050m，至少沿工作面方向布置2个检验测试点，见图627。四、区域验证四、区域验证n根据防治煤与瓦斯突出规定第五十七条的要求，经区域措施效果检验后无突出危险的区域，要揭煤和采掘作业时，必须采用工作面预测的方法进行区域验证。经区域验证无突出危险时方可进行揭煤、掘进和回采。n在石门揭煤工作面对无突出危险区进行的区域验证，应当选用综合指标法、钻屑瓦斯解吸指标法进行。n在煤巷掘进工作面和回采工作面分别采用钻屑指标法、复合指标法、R值法进行区域验证，并应当按照下列要求进行：区域验证n1.在工作面进入该区域时，立即连续进行至少两次区域验证；n2.工作面每推进1050m（在地质构造复杂区域或采取了预抽煤层瓦斯区域防突措施以及其他必要情况时宜取小值）至少进行两次区域验证；n3.在构造破坏带连续进行区域验证；n4.在煤巷掘进工作面还应当至少打1个超前距不小于10m的超前钻孔或者采取超前物探措施，探测地质构造和观察突出预兆。突出危险工作面必须采取工作面防突措施，并经效果检验有效n突出危险工作面必须采取工作面防突措施，并进行措施效果检验。经检验证实措施有效后，即判定为无突出危险工作面；当措施无效时，仍为突出危险工作面，必须采取补充防突措施，并再次进行措施效果检验，直到措施有效。n经采取防突措施后消除突出危险的工作面，还要在留足突出预测超前距或防突措施超前距的条件下，采取安全防护措施才能进行采掘作业。具体规定如下：突出危险工作面必须采取工作面防突措施，并经效果检验有效n1.应保留的预测超前距。n煤巷掘进和回采工作面应保留的最小预测超前距均为2m。n2.防突措施超前距。n煤巷掘进工作面5m，回采工作面3m；在地质构造破坏严重地带应适当增加超前距，但煤巷掘进工作面不小于7m，回采工作面不小于5m，见图630。n3.绘制防突措施竣工图。n每次工作面防突措施施工完成后，应当绘制工作面防突措施竣工图。一、煤巷掘进防治煤与瓦斯突出的措施一、煤巷掘进防治煤与瓦斯突出的措施n1、专项防突设计n在突出煤层中进行采掘活动前，必须首先制定防突专项设计，经矿技术负责人批准后方可实施。防突专项设计至少包括下列内容：n煤层、瓦斯、地质构造及邻近区域巷道布置的基本情况；n建立安全可靠的独立通风系统及加强控制通风风流设施的措施；n工作面突出危险性预测及防突措施效果检验的方法、指标以及预测、效果检验钻孔布置等；n防突措施的选取及施工设计；n安全防护措施；n组织管理措施。一、煤巷掘进防治煤与瓦斯突出的措一、煤巷掘进防治煤与瓦斯突出的措施施n2、煤巷掘进可选用的防突技术措施n根据防治煤与瓦斯突出规定第八十七条，突出煤层中掘进巷道时，应优先选用抽放瓦斯、超前排放钻孔防突措施。如果采用松动爆破、水力冲孔、水力疏松或其他工作面防突措施时，必须经试验考察确认防突效果有效后方可使用。前探支架措施应当配合其他措施一起使用。n下山掘进时，不得选用水力冲孔、水力疏松措施。倾角8以上的上山掘进工作面不得选用松动爆破、水力冲孔、水力疏松措施。在煤巷掘进工作面首次执行防突措施的注意事项在煤巷掘进工作面首次执行防突措施的注意事项n在煤巷掘进工作面第一次超前钻孔措施或无措施超前距时，必须采用直径60mm以下的超前排放钻孔或其它更安全的工作面防突措施（可采用工作面浅孔排放），在工作面前方形成所需的安全屏障后，方可进入正常防突措施施工，确保执行措施的安全。抽放瓦斯或超前排放钻孔抽放瓦斯或超前排放钻孔n1、抽放瓦斯防突原理n预抽瓦斯和排放钻孔在防治煤与瓦斯突出作用机理方面是相同的，都是力求降低突出煤层中的瓦斯含量与应力，使煤体收缩变形，增加煤层稳定性，减弱和防止突出。n在工作面前方煤体内，始终保持有足够数量的钻孔，既可释放地应力和瓦斯压力，又可排放瓦斯，在工作面前方形成一个卸压带，防止突出发生。防治煤与瓦斯突出规定中对煤巷掘进工作面采用超前钻孔作为工作面防突措施时的规定。n1.钻孔的最小控制范围钻孔的最小控制范围n巷道两侧轮廓线外钻孔的最小控制范围：近水平、缓倾斜煤层5m，倾斜、急倾斜煤层上帮7m、下帮3m。当煤层厚度大于巷道高度时，在垂直煤层方向上的巷道上部煤层控制范围不小于7m，巷道下部煤层控制范围不小于3m，见图631所示防治煤与瓦斯突出规定中对煤巷掘进工作面采用超前钻孔作为工作面防突措施时的规定n1、均匀布孔。钻孔在控制范围内应当均匀布置，在煤层的软分层中可适当增加钻孔数。预抽钻孔或超前排放钻孔的孔数、孔底间距等应当根据钻孔的有效抽放或排放半径确定；n3.钻孔直径。钻孔直径应当根据煤层赋存条件、地质构造和瓦斯情况确定，一般为75120mm，地质条件变化剧烈地带也可采用直径4275mm的钻孔。若钻孔直径超过120mm时，必须采用专门的钻进设备和制定专门的施工安全措施；n4.煤层赋存状态发生变化时，及时探明情况，再重新确定超前钻孔的参数；n5.钻孔施工前，加强工作面支护，打好迎面支架，背好工作面煤壁。n孔钻孔间距选择n超前钻孔或抽放瓦斯防治突出的效果，关键在于钻孔控制范围和有效影响半径的选用，对于具体的煤层，有效影响半径是抽放时间决定的，如果允许抽放的时间短，钻孔就应该密一些，否则可以适当加大，但不能超过抽放极限半径。n钻孔间距按允许抽放时间内的有效抽放半径钻孔间距按允许抽放时间内的有效抽放半径确定确定工作面防突措施的效果检验工作面防突措施的效果检验n对防治煤与瓦斯突出采取的措施进行效果检验，相当于对已经采取了防突措施的采掘工作面，在原来预测的基础上，再进一次突出危险性预测，经检验证实措施有效后，方可采取安全防护措施进行采掘作业。如果经检验证实措施无效，则还要采取防治突出的补充措施并经效果检验有效后，方可采取安全防护措施作业。n在实施钻孔法防突措施效果检验时，分布在工作面各部位的检验钻孔应当布置于所在部位防突措施钻孔密度相对较小、孔间距相对较大的位置，并远离周围的各防突措施钻孔或尽可能与周围各防突措施钻孔保持等距离。在地质构造复杂地带应根据情况适当增加检验钻孔。n工作面防突措施效果检验必须包括以下两部分内容：n1.检查所实施的工作面防突措施是否达到了设计要求和满足有关的规章、标准等，并了解、收集工作面及实施措施的相关情况、突出预兆等(包括喷孔、卡钻等)，作为措施效果检验报告的内容之一，用于综合分析、判断;n2.各检验指标的测定情况及主要数据。二、采煤工作面防突措施的效果检验二、采煤工作面防突措施的效果检验n对采煤工作面防突措施效果的检验应当参照采煤工作面突出危险性预测的方法和指标实施。但应当沿采煤工作面每隔1015m布置一个检验钻孔，深度应当小于或等于防突措施钻孔。n如果采煤工作面检验指标均小于指标临界值，且未发现其他异常情况，则措施有效；否则，判定为措施无效。n当检验结果措施有效时，若检验孔与防突措施钻孔深度相等，则可在留足防突措施超前距（见防治煤与瓦斯突出规定第60条）并采取安全防护措施的条件下回采。当检验孔的深度小于防突措施钻孔时，则应当在留足所需的防突措施超前距并同时保留有2m检验孔超前距的条件下，采取安全防护措施后实施回采作业。n无论是保护层开采的保护效果检验，还是预抽煤层瓦斯、石门揭煤、采掘工作面防治突出措施的效果检验，防治突出专业机构都必须按表619填写防治突出效果检验单，报矿总工程师审批。安全防护n煤与瓦斯突出的机理至今仍处于假说阶段，虽然采取了一些行之有效的预测方法和防治突出的措施，但因形成突出的因素随机性很强，有时也难免出现一些偏差，必须有一套完整的安全防护措施，以保证工作人员的安全。安全防护措施可分为两部分：一是尽量减少工作人员在落煤时与工作面的接触时间，主要措施是远距离爆破；二是突出后工作人员应有一套完整的生命保证系统，主要有避难硐室、隔离式自救器、压风自救装置。所以，防治煤与瓦斯突出规定要求：有突出煤层的采区必须设置采区避难所，在突出煤层的石门揭煤和煤巷掘进工作面进风侧必须设置至少2道牢固可靠的反向风门可靠的反向风门，炮掘进工作面安装挡栏，井巷揭穿突出煤层和突出煤层的炮掘、炮采工作面必须采用远距离爆破，突出煤层的采掘工作面设置避难所或压风自救系统n突出矿井的入井人员必须携带隔离式自救器。采区避难所应当符合下列要求n.避难所设置向外开启向外开启的隔离门，隔离门设置标准按照反向风门标准安设。室内净高不得低于2m，深度满足扩散通风的要求，长度和宽度应根据可能同时避难的人数确定，但至少能满足至少能满足15人避人避难，且每人使用面积不得少于0.5m2。避难所内支护保持良好，并设有与矿(井)调度室直通的电话；n2.避难所内放置足量的饮用水、安设供给空气的设施，每人供风量不得少于0.3m3/min。果用压缩空气供风时，设有减压装置和带有阀门控制的呼吸嘴；n3.避难所内应根据设计的最多避难人数配备足够数量的隔离式自救器。工作面避难所n突出煤层的采掘工作面应设置工作面避难所或压风自救系统，可以根据具体情况设置其中之一或混合设置，但掘进掘进距离超过距离超过500m的巷道内必须设置工作面避难所的巷道内必须设置工作面避难所。n工作面避难所应当设在采掘工作面附近和爆破工操纵爆破的地点。根据具体条件确定避难所的数量及其距采掘工作面的距离。工作面避难所应当能够满足工作面最多作业人数时的避难要求，其他要求与采区避难所相同。如果工作面避难所离突出危险点距离较近，一旦发生大的突出，有可能突出物将避难所埋住，因此，避难所内还应该安装通避难所内还应该安装通向回风侧排气管，排气管长度应该大于向回风侧排气管，排气管长度应该大于50m，管道直径不，管道直径不小于小于100mm。n三、远距离放炮及其规定三、远距离放炮及其规定n在矿井尚未构成全风压通风的建井初期，在石门揭穿有突出危险煤层的全部作业过程中，与此石门有关的其他工作面必须停止工作。在实施揭穿突出煤层的远距离爆破时，井下全部人员必须撤至地面，井下必须全部断电，立井口附近地面20m范围内或斜井口前方50m、两侧20m范围内严禁有任何火源三、远距离放炮及其规定三、远距离放炮及其规定n煤巷掘进工作面采用远距离爆破时，放炮地点必须设在进风侧反向风门之外的全风压通风的新鲜风流中或避难所内，放炮地点距工作面的距离由矿技术负责人根据曾经发生的最大突出强度等具体情况确定，但不得小于300m；采煤工作面放炮地点到工作面的距离由矿技术负责人根据具体情况确定，但不得小于100m。三、远距离放炮及其规定三、远距离放炮及其规定n远距离爆破时，回风系统必须停电、撤人。放炮后进入工作面检查的时间由矿技术负责人根据情况确定，但不得少于30min。n采煤工作面补送巷道，启爆点设置按掘进工作面的规定执行。n岗哨位置必须在现场有明显标记。站岗人员必须携带隔离式自救器；启爆点人员在携带好自救器后，将自救袋压风开起，然后进入压风自救袋内方可进行启爆工作。n启爆点人数不得超过三人，多余人员必须撤到“作业规程”或“措施”所指定的其他安全地点。三、远距离放炮及其规定三、远距离放炮及其规定n防突头面放炮前，必须由班长、瓦斯检查员向矿调度室汇报防突措施、工作面煤层、通风瓦斯、爆破参数、布岗、停电等情况，经调度室同意后方准放炮；放炮后亦必须向调度室汇报，请示同意并经30分钟后方准进入工作面检查安全，当确认工作面无异常并再次请示调度室同意后，方可恢复正常工作。四、压风自救系统四、压风自救系统n压风自救装置是一种固定在生产场所附近的固定自救装置，它的气源来自于压缩管路系统，主要保障现场工作人员遇到事故时供给空气，防止出现窒息事故。在煤与瓦斯突出过程中会涌出大量瓦斯，使人员窒息，建立压风自救系统，能使工人在充满瓦斯的巷道中能得到及时自救。压风自救系统n由于压缩空气具有较高的压力和流量，不能直接用于呼吸，必须经过减压、节流使其达到适宜人体呼吸的压力和流量值，并要解决消声和空气净化问题。所以，在压风自救系统上要安装调节式气流阀调节节流面积，以适应不同供风压力下的流量要求。压风自救装置的供风量应不小于100L/min压风自救系统n压风自救系统应当达到下列要求：n压风自救装置安装在掘进工作面巷道和回采工作面巷道内的压缩空气管道上；n为有效发挥压风自救装置的作用，保障现场工作人员的安全，在以下每个地点都应至少设置一组压风自救装置：距采掘工作面2540m的巷道内、爆破地点、撤离人员与警戒人员所在的位置以及回风道有人作业处等。在长距离的掘进巷道中，应根据实际情况增加设置，但必须满足工作面最多作业人数时的避难要求，一般可每隔50m设置一组压风自救装置。