煤礦在生產(chǎn)過程中,大量的煤和瓦斯突然拋向采掘空間,且伴隨著強烈的動力和聲響的現(xiàn)象,稱為煤與瓦斯突出。井下發(fā)生突出時,煤流埋人,造成人員窒息死亡;突出時的動力,能摧毀巷道、通風設(shè)施、機械設(shè)備、破壞通風系統(tǒng),造成災(zāi)害擴大;甚至能引起火災(zāi)或瓦斯爆炸。它是礦井最嚴重的災(zāi)害之一。
煤與瓦斯突出的一般規(guī)律
煤與瓦斯突出多數(shù)發(fā)生在采、掘工作面,其中大多數(shù)發(fā)生在掘進工作面。
隨著開采深度的增加,突出的強度增大、突出的次數(shù)增多、突出的層數(shù)增加、突出的危險性增大。
突出的次數(shù)和強度隨著瓦斯壓力的升高而升高。
煤的結(jié)構(gòu)變化大、透氣性差、瓦斯擴散速率大、煤的濕度小容易發(fā)生突出。
有構(gòu)造殘余應(yīng)力的地方,煤體強度變形能量大,容易突出。如:斷層帶、破碎帶、火成巖侵入帶、煤層厚度變化帶、褶曲地點和煤層傾角變化地點都是容易發(fā)生突出的地方。
有外力激發(fā)容易發(fā)生突出。如:放炮、打眼、沖孔等都容易透發(fā)突出。
突出大多伴有預(yù)兆,石門突出多伴無聲預(yù)兆。
突出危險性隨著硬而厚的圍巖存在而增高。
煤與瓦斯突出的預(yù)兆
絕大多數(shù)的煤與瓦斯突出,在突出前都伴有預(yù)兆,沒有預(yù)兆的突出是極少數(shù)。
有聲預(yù)兆:由于各礦區(qū)、各采掘工作面的地質(zhì)條件、采掘方法、瓦斯大小及煤質(zhì)特征等的不同,所以預(yù)兆聲音的大小、間隔時間、煤體深處發(fā)出的響聲種類也不同。有的象炒豆似的劈劈叭叭聲。有的象鞭炮聲,有的象機槍連射聲,有的似跑車樣的悶雷聲、嘈雜聲、嗡嗡聲以及氣體穿過含水裂縫時的吱吱聲等。
無聲預(yù)兆:煤層結(jié)構(gòu)構(gòu)造方面的表現(xiàn):煤層層理紊亂,煤變軟、變暗淡、無光澤,煤層干燥和煤塵增大,煤層受擠壓褶曲、變粉碎、厚度變大,傾角變陡;地壓顯現(xiàn)方面的表現(xiàn):壓力增大使支架變形,煤壁外鼓、片幫、掉碴,頂板出現(xiàn)冒頂、斷裂,底板出現(xiàn)鼓起,炮眼變形裝不進藥,打鉆夾鉆、頂鉆等;其它方面的表現(xiàn):瓦斯涌出異常、忽大忽小,煤塵增大,空氣氣味異常、悶人,煤溫或氣溫降低或升高。
上述突出的預(yù)兆并非每次突出時都同時出現(xiàn),而僅僅是出現(xiàn)一種或幾種。
《煤礦安全規(guī)程》對采掘工作面防突的規(guī)定
礦井在采掘過程中,只要發(fā)生過1次煤(巖)與瓦斯突出,該礦井即為突出礦井,發(fā)生過突出的煤層即為突出煤層。突出礦井及突出煤層的確定,由煤礦企業(yè)提出報告,經(jīng)國家煤礦安全監(jiān)察局授權(quán)單位鑒定,報?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市)煤炭管理部門審批,并報省級煤礦安全監(jiān)察機構(gòu)備案。
開采突出煤層時,必須采取突出危險性預(yù)測、防治突出措施、防治突出措施的效果檢驗、安全防護措施等綜合防治突出措施。
開采突出煤層時,每個采掘工作面的專職瓦斯檢查工,必須隨時檢查瓦斯,掌握突出預(yù)兆,當發(fā)現(xiàn)有突出預(yù)兆時,瓦斯檢查工有權(quán)停止工作面作業(yè),并協(xié)助班組長立即組織人員按避災(zāi)路線撤出,報告礦調(diào)度室。
有突出危險的采掘工作面爆破落煤前,所有不裝藥的炮眼、孔都應(yīng)用不燃性材料充填,充填深度不小于孔深度的1.5倍。
井巷揭穿煤層和在突出煤層中進行采掘作業(yè)時,必須采取震動爆破、避難硐室、反向風門、壓風自救系統(tǒng)等安全防護措施。
預(yù)防煤與瓦斯突出的主要措施
區(qū)域性防突措施
開采保護層、預(yù)抽煤層瓦斯和煤層注水是區(qū)域防突的主要措施。
開采保護層
在突出礦井中,在煤層群中首先開采的,并能使相鄰的突出煤層消除突出危險的煤層叫保護層,開采保護層是防治煤與瓦斯突出最有效、最經(jīng)濟的措施之一。
預(yù)抽突出煤層瓦斯
開采保護層時,已有瓦斯抽放系統(tǒng)的礦井,應(yīng)同時抽放被保護層的瓦斯。單一煤層和無保護層可采的突出危險煤層,經(jīng)試驗預(yù)抽瓦斯有效果時,也必須采用抽放瓦斯的措施。
突出煤層注水
煤體注水不僅可以預(yù)防煤與瓦斯突出,也可以減少開采過程中粉塵的產(chǎn)生和飛揚。當水中加入一些阻化劑時,還可以防止煤炭自燃。
局部防突措施
1、石門揭煤
防治突出措施
石門和其他巖石井巷揭穿突出危險煤層時的防突措施中,除抽放瓦斯外,還有超前排放鉆孔、水力沖孔、水力沖刷、金屬骨架和震動放炮等。
(1)水力沖孔。當石門揭煤打鉆出現(xiàn)噴煤、噴瓦斯的自噴現(xiàn)象時,可采用水力沖孔措施進行揭煤。水力沖孔要求石門沖出的總煤量(噸)數(shù)量上不小于煤層厚度(米)的20倍。
(2)水力沖刷。水力沖刷是利用高壓水力沖刷石門工作面前方煤體,形成超前孔洞,使煤體得到卸壓和排放瓦斯以消除石門揭煤時的突出危險性。要注意的是沖刷出的煤和瓦斯就地排放,形成了工作地點不安全環(huán)境。
(3)超前排放鉆孔。超前排放鉆孔是在石門掘至離煤層垂距5~8米處向突出危險煤層沿傾斜和走向均勻地布置2~3圈鉆孔,控制范圍達到石門周邊外3~5米,形成足夠的卸壓和排放瓦斯范圍,在設(shè)計要求的范圍內(nèi),瓦斯壓力全部降到0.74兆帕以下。這一措施適用于不同厚度和傾角的突出煤層,對于瓦斯壓力較高的煤層,也有較好的防突效果。
(4)金屬骨???。金屬骨架是用于石門揭煤的一種超前支架。在距煤層2~3米時,在工作面上部和兩側(cè)周邊打鉆孔,鉆孔要穿透煤層全厚并進入巖層0.5米,單排孔間距一般不大于0.2米,雙排孔間距一般不大于0.3米,然后在鉆孔中插入長度大于孔深0.5米以上的鋼管或鋼軌,將其尾部固定架牢,形成一個整體防護架。
金屬骨架措施的防突作用:一是鉆孔卸壓;二是鉆孔排放瓦斯;三是保護煤體。主要作用是保護煤體,增大突出的阻力。
2、煤巷掘進工作面防治突出措施
在有突出危險的煤層中掘進巷道,可以采用預(yù)抽瓦斯、水力沖孔、超前鉆孔、深孔松動爆破、深孔控制卸壓爆破、卸壓槽和前探支架等防治突出措施。
(1)超前鉆孔(包括大直徑鉆孔)。適用于煤層透氣性較好、鉆孔的有效影響半徑大于0.7米、煤質(zhì)稍硬的突出煤層。鉆孔長度不得小于10米,鉆孔超前掘進工作面的距離不得小于5米。排放鉆孔的控制范圍,應(yīng)包括巷道斷面和巷道斷面輪廓線外四周不小于2米的范圍。超前鉆孔的直徑一般為75~120毫米,地質(zhì)條件變化劇烈地帶也在采用42毫米直徑的鉆孔。
(2)深孔松動爆破。深孔松動爆破是在工作面前方打若干個一定深度的炮眼,通過爆破使周圍煤體破碎、使應(yīng)力集中帶向煤體深部推移,達到卸壓和排放瓦斯的作用。該措施適用于煤質(zhì)較硬、突出強度較小的煤層。深孔松動爆破的孔徑為42毫米,孔長不得小于8米,超前距不得小于5米。深孔松動爆破應(yīng)控制到巷道輪廓線外1.5~2米的范圍。
(3)深孔控制卸壓爆破。與一般深孔松動爆破相比,深孔控制卸壓爆破有兩個特點:一是將爆破孔長度由8~10米增加到20~25米;二是在爆破孔附近打了不裝藥的控制孔,以增大卸壓和排放瓦斯的效果。
(4)卸壓槽。沿巷道兩幫預(yù)先切割出一定寬度的縫槽,保持一定的超前距,使前方一段距離內(nèi)的煤體與煤層母體部分脫離。在卸壓槽的保護范圍內(nèi)掘進,可以避免突出或沖擊地壓的發(fā)生。
(5)前探支架。前探支架一般是向工作面前方打鉆孔,孔內(nèi)插入鋼管或鋼軌,其長度為兩次掘進長度再加0.5米。掘進每循環(huán)一次,打一排鉆孔,形成兩排鉆孔交替前進,鉆孔間距為0.2~0.3米。
3、采煤工作面防治突出措施
對于有突出危險的采煤工作面,防治突出應(yīng)以區(qū)域性措施為主,當未采取區(qū)域防突措施時在區(qū)域防突措施失效的區(qū)段,可采用排放鉆孔、松動爆破、注水濕潤煤體、大直徑鉆孔、預(yù)抽瓦斯等局部防治突出措施,并應(yīng)盡可能地采用刨煤機或淺截深滾筒式采煤機采煤。
安全防護措施
包括石門揭穿煤層時的震動放炮、采掘工作面的遠距離放炮、擋攔、反向風門、自救器、避難所和壓風自救系統(tǒng)等安全防護措施。
1、震動放炮
震動性放炮的主要實質(zhì)是一種誘導突出的安全措施,在突出危險煤層厚度小于0.3米或瓦斯壓力小于0.74兆帕的煤層中,可采用震動放炮揭穿煤層。震動放炮必須有獨立的回風系統(tǒng)。其進風側(cè)應(yīng)設(shè)置兩道堅固反向風門,回風系統(tǒng)嚴禁人員通行或作業(yè)。如果震動放炮未能一次揭穿煤層,在掘進剩余部分時,仍必須采取預(yù)防突出措施。
2、遠距離放炮
在有突出危險的采掘工作面采用放炮作業(yè)時,必須采用遠距離放炮。遠距離放炮的操縱地點應(yīng)設(shè)在進風側(cè)反向風門之外或避難所內(nèi),距工作面的距離根據(jù)現(xiàn)場實際情況而定,但不得小300米。遠距離放炮時,放炮工操縱放炮的地點,應(yīng)配備壓風自救系統(tǒng)或隔離式自救器?;仫L系統(tǒng)的采掘工作面以及有人作業(yè)的地點,都必須停電撤人,放炮30分鐘后,方可進入工作面檢查。
3、擋攔設(shè)施
突出危險區(qū)設(shè)置反向風門,應(yīng)遵守下列規(guī)定:
(1)反向風門必須設(shè)在石門掘進工作面的進風側(cè),以防止突出時的瓦斯進入進風系統(tǒng)。
(2)反向風門必須牢固,并須設(shè)兩道。風門墻垛可用磚或混凝土砌筑,嵌入巷道周邊巖石的深度可根據(jù)巖石性質(zhì)確定,但不得少于0.2米,墻垛厚度不得少于0.8米。門框和門扇可采用堅實的木質(zhì)結(jié)構(gòu),門框厚度不得小于100毫米,門扇厚度不得小于50毫米,兩道風門之間的距離不得小于4米。
(3)放炮時反向風門必須關(guān)閉,對通過門垛的風筒,必須設(shè)有隔斷裝置。放炮后,礦山救護隊有關(guān)人員進入檢查時,必須把風門打開頂牢。
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