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安全专题——煤与瓦斯突出

质量安全部 2012-02-09 18:55:58 3823

    

安全专题——煤与瓦斯突出

 

在井下采掘过程中,常常一瞬间(几分钟甚至几秒钟)从煤体中大量的煤与岩石被抛出,并喷出大量的瓦斯,这种现象叫煤与瓦斯突出,简称突出。原苏联顿巴斯煤田加加林煤矿1969年发生一次煤与瓦斯突出,抛出煤量14200立方米,喷出瓦斯量25 万立方米。
   
发生煤与瓦斯突出事故,不仅采掘工作面和通风系统会遭到破坏,同时大量的煤与瓦斯以极快的速度喷出,还可能会充塞巷道,造成人员窒息和瓦斯爆炸、燃烧及煤(岩)埋人事故。
   
煤与瓦斯突出前,一般都有预兆,没有预兆的突出是极少数。突出预兆可分为有声预兆和无声预兆。
   
有声预兆。煤层在变化过程中发生劈裂声、闷雷声、机枪声、响煤炮以及气体穿过含水裂缝时的吱吱声等。声音由远到近,由小到大。有短暂的,有连续的,间隔时间长短也不一致。煤壁发生震动和冲击,顶板来压,支架发生折裂声。
   
无声预兆。工作面顶板压力增大,煤壁被挤出,片帮掉渣,顶板下沉或底板鼓起;煤层层理紊乱、煤暗淡无光泽、煤质变软;瓦斯忽大忽小,煤壁发凉,打钻时有顶钻、卡钻、喷瓦斯等现象。
根据我国主要突出矿区的统计资料分析,突出发生的条件与特征有如下的规律:
   
1.突出发生在一定深度上,且突出强度随开采深度的增加而增大;
   
2.突出次数和强度,随着煤层厚度特别是软煤层的厚度的增加而增加;
   
3.突出的气体主要是甲烷,个别矿井突出气体是二氧化碳。
    
4.突出煤的力学特点使煤的力学强度低、变化大;
   
5.煤的自重的影响;
   
6.突出危险区域呈带状分布;
   
7.落煤时、特别是爆破时突出易发生;
   
8.大多数突出前都有预兆;
   
9.突出危险性随着硬而厚的围岩的存在而增加。
   
目前,在高效防治煤与与瓦斯突出方面,主要采取如下措施:
    1
.调整开采程序,利用开采保护层实现大面积消除突出危险性
我国许多突出矿井属于煤层群开采,存在开采保护层的条件。然而,由于技术、观念等方面原因,不少矿井往往没有开采保护层,而是直接开采有突出危险的主采煤层,使得矿井不得不投入大量的人力和物力被动地防止煤与瓦斯突出的威胁,生产效益也难以提高。近几年,由于高效集约化开采技术的成功应用,迫切需要调整思路,优先开采保护层。试验表明:无论采用上保护层还是下保护层在保护范围内都能对被保护层产生卸压保护作用在有效保护的层间距范围内,保护层开采能够完全消除被保护层的突出危险性,超出有效保护的层间距范围,也能降低被保护层的突出危险性,增加煤层透气性能。因此,开采保护层是最有效的防治煤与瓦斯突出的技术措施。在煤层群开采的矿井,合理调整开采程序,有效控制采掘关系,减少保护层开采留设煤柱,尽量利用开采保护层造成的卸压效果,并辅以保护层瓦斯综合治理、被保护层瓦斯卸压抽放等措施,完全能够实现突出危险煤层的安全高效集约化开采。
    2
.开展突出危险区域预测,确定无突出危险区域
煤与瓦斯突出与地质构造、瓦斯压力和含量、煤层软分层变化等有密切关系,且这些因素的分布具有一定的规律性。通过地质勘探资料、采掘工程实际揭露的煤层赋存和构造分布资料、实际测定的相关资料、邻近矿井和邻近区域的资料等,利用统计分析和瓦斯地质分析等方法,可以从宏观上划分出突出危险区域、突出威胁区域和无突出危险区域。在无突出危险区域,可以实现高效集约化开采。
在突出威胁区域,实际测定煤层瓦斯压力和含量、采掘巷道掘进过程中突出危险性预测指标和瓦斯涌出变化规律、地质构造分布特征等,对每一个回采区域再次进行突出危险性预测。如果预测为无突出危险,则该区域又可实现高效集约化开采。试验表明,在突出危险不太严重的煤层或严重突出危险煤层的浅部或构造简单区域能够划分出大部分无突出危险区,实现低成本的高效集约化开采。
    3
.开展顺煤层钻孔强化预抽瓦斯,大面积消除煤层突出危险性
对通过突出危险区域预测认为有突出危险的区域,而该区域又不具备保护层开采条件,或无法受到保护层有效保护,这时可以实施顺煤层钻孔强化预抽瓦斯技术,实现大面积消除突出危险。这一技术的关键在于顺煤层预抽瓦斯长钻孔的成孔工艺技术的研究。以往由于这一技术关键没有得到很好的解决,顺煤层钻孔预抽瓦斯难以应用,因此试验研究底板岩石巷道穿层网格式布置方式的钻孔预抽煤层瓦斯。这一方法需要专用预抽瓦斯的岩石巷道,岩石钻孔的工程量也很大,使得预抽瓦斯成本高。近几年在松软和突出危险煤层中试验压风排渣施工顺煤层长钻孔工艺和装备,研制成功ZSM-250型、MK-67型长钻孔施工钻机具;并通过理论和实验室研究,建立松软突出危险煤层排渣力学理论、钻孔变形理论;再通过现场大量顺煤层长钻孔施工,调整钻机具动力和结构、压风风压和风量、钻孔施工工艺等,实现突出危险煤层顺煤层钻孔施工深度普遍达到120-150m,最深达到239m的成绩,基本满足突出危险煤层高效集约化开采的深度要求。
为了更有效节省钻孔工程、减少预抽瓦斯的准备时间,利用回采巷道对工作面回采区域进行无线电透视,根据透视区域煤层对无线电波吸取程度判断不同块段的突出危险性,以便在严重突出危险块段加密预抽钻抽、在突出威胁块段减少预抽钻孔,使预抽钻孔的布置更趋合理。此外,通过一段时间的预抽瓦斯,再利用无线电波透视技术还可以检测回采区域是否达到消除突出危险的目的,以便确保工作面安全高效生产。通过几年的试验研究,以上技术已在许多矿井逐步推广应用,取得了好的效果。
    4
.实时监测采掘工作面突出危险,确保采掘生产安全
尽管在实施以上高效防治煤与瓦斯突出技术后,为突出煤层高效集约化开采提供了好的条件,但仍然存在一些区域需要采用常规方法消除突出危险性。此外,即使在采用了高效防突方法的区域,是否确实能够保证采掘工作的安全,限于目前的技术水平,还不能做出完全肯定的回答。因此,实际采掘过程中,实时监测采掘工作面的突出危险性是非常必要的。
   
常规方法主要通过在采掘工作面向前方煤体施工预测检验钻孔,利用钻孔测定采掘工作面前方煤体中突出危险性预测指标,以此判断其突出危险性。显然,这种方法占用采掘空间和时间,而且不能实现实时监测,不利于安全高效集约化开采。为此,开展了利用AE声发射、瓦斯涌出动态变化等指标实时监测采掘工作面突出危险性技术和设备的研究。该技术在采掘工作面周围安设传感器,传感器接收煤岩体微破坏声响和瓦斯涌出信息,并将信息进行实时处理分析后传送给地面安全监控系统,监控系统根据建立的专家数据库和历史数据进行判断分析,确定是否具有突出危险,并发出相应警示信息。这样,工作人员便可根据警示信息做出相应决策,确保安全生产。该技术经过十几年的研究,已取得显著进展。试验表明:利用AE声发射和瓦斯涌出动态变化指标,能够实时监测预测采掘工作面突出危险性,并能预测延期突出现象,预示出良好的应用前景。
   
综上,通过对具有突出危险性煤层实行预测预报(有条件的要进行预抽)、防突措施、效果检验、安全防护“四位一体”的综合防突措施,可以为当前开采层的采掘活动提供一个安全环境。

参考文献:
    1
.胡千庭,高效防治煤与瓦斯突出技术的研究,淮南工业学院学报,2002.
    2
.如何防治煤与瓦斯突出事故,www.safety.com.cn

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