煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出是指在地應(yīng)力和瓦斯的共同作用下,破碎的煤(巖)和瓦斯(二氧化碳)由煤體或巖體內(nèi)突然向采掘空間拋出的異常動力現(xiàn)象。煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出具有突發(fā)性、極大破壞性和瞬間攜帶大量瓦斯(二氧化碳)和煤(巖)沖出等特點,能摧毀井巷設(shè)施、破壞通風(fēng)系統(tǒng)、造成人員窒息,甚至引起瓦斯爆炸和火災(zāi)事故,是煤礦最嚴(yán)重的災(zāi)害之一。
煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出的機理有許多種假設(shè),但基本公認(rèn)的是綜合假說,即:煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)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。
1.煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出的一般規(guī)律
(1)突出危險性隨采掘深度的增加而增加;
(2)突出危險性隨煤層厚度的增加而增加,尤其是軟分層厚度;
(3)石門揭煤工作面平均突出強度最大,煤巷掘進(jìn)工作面突出次數(shù)最多,爆破作業(yè)最易引發(fā)突出、采煤工作面突出防治技術(shù)難度最大;
(4)突出多數(shù)發(fā)生在構(gòu)造帶、煤層遭受嚴(yán)重破壞的地帶、煤層產(chǎn)狀發(fā)生顯著變化的地帶、煤層硬度系數(shù)小于0.5的軟煤層中;
(5)突出發(fā)生前通常有地層微破壞、瓦斯涌出變化、煤層層理紊亂、鉆孔卡鉆夾鉆、煤壁溫度降低、散發(fā)煤油氣味、煤層產(chǎn)狀發(fā)生變化等預(yù)兆;
(6)突出按動力源作用特征可分為3種類型:突出、壓出和傾出;按突出物分類可分為4種類型:煤與瓦斯突出、煤與二氧化碳突出、巖石與瓦斯突出、巖石與二氧化碳突出。
2.煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出預(yù)測
我國煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出預(yù)測分為區(qū)域性預(yù)測和工作面預(yù)測兩類。
(1)區(qū)域性預(yù)測。區(qū)域性預(yù)測的任務(wù)是確定井田、煤層和煤層區(qū)域的危險性,在地質(zhì)勘探、新井建設(shè)和新水平開拓時進(jìn)行。區(qū)域性預(yù)測主要有如下幾種方法:
①單項指標(biāo)法。采用煤的破壞類型、瓦斯放散初速度、煤的堅固性系數(shù)和煤層瓦斯壓力作為預(yù)測指標(biāo),各種指標(biāo)的突出危險臨界值應(yīng)根據(jù)實測資料確定。
?、诎凑彰旱淖冑|(zhì)程度。煤層的突出危險程度與其揮發(fā)分之間是密切相關(guān)的:在煙煤的揮發(fā)分大于35%和無煙煤的比電阻的對數(shù)值小于3.3時,沒有突出危險;而揮發(fā)分在18%~22%時突出危險最高。
?、鄣刭|(zhì)統(tǒng)計法。根據(jù)已開采區(qū)域突出點分布與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系,然后結(jié)合未采區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造條件來大致預(yù)測發(fā)生突出可能發(fā)生的范圍。
(2)日常預(yù)測。日常預(yù)測也稱工作面預(yù)測,其任務(wù)是確定工作面附近煤體的突出危險性,即該工作面繼續(xù)向前推進(jìn)時有無突出危險。
1)石門揭煤突出危險性預(yù)測。石門揭煤突出危險性預(yù)測的方法主要有:
?、倬C合指標(biāo)法。在石門向煤層至少打2個測壓孔,測定煤層瓦斯壓力,并在打鉆過程中采樣,測定煤的堅固性系數(shù)和瓦斯放散初速度,按綜合指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測。
?、阢@屑指標(biāo)法。在距煤層最小垂距3~5m時至少向煤層打2個預(yù)測鉆孔,用1—3mm的篩子沖洗液中的鉆屑,測定其瓦斯解吸指標(biāo)。鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)的臨界值應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)確定。
?、坫@孔瓦斯涌出初速度結(jié)合瓦斯涌出衰減系數(shù)。當(dāng)石門距煤層3m以外時,至少打2個穿透煤層全厚的預(yù)測鉆孔,打鉆結(jié)束后馬上用充氣式膠囊封孔器封孔,充氣壓力0.5MPa。打鉆結(jié)束到開始測量的時間不應(yīng)超過5min。封孔后先測第1min的瓦斯涌出初速度,第2min測定解吸瓦斯壓力,如果瓦斯涌出初速度超過預(yù)定的工作指標(biāo),還須測定第5min的鉆孔涌出速度,以便算出瓦斯涌出衰減系數(shù)。
2)煤巷突出危險性預(yù)測。煤巷突出危險性預(yù)測的方法主要有:
①鉆孔瓦斯涌出初速度法。在距巷道兩幫0.5m處,各打一個平行于巷道掘進(jìn)方向的鉆孔,用充氣式膠囊封孔器封孔,測定鉆孔瓦斯涌出初速度,從打鉆結(jié)束到開始測量的時間不應(yīng)超過2min。
②鉆屑指標(biāo)法。在工作面打2個或3個鉆孔。鉆孔每打1m測定一次鉆屑量,每打2m測一次鉆屑解吸指標(biāo)。根據(jù)每個鉆孔沿孔深每米的最大鉆屑量和鉆屑解吸指標(biāo)預(yù)測工作面突出危險性。
3.防治煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出的措施
(1)防治突出的技術(shù)措施。防治突出的技術(shù)措施主要分為區(qū)域性措施和局部性措施兩大類。區(qū)域性措施是針對大面積范圍消除突出危險性的措施,局部性措施主要在采掘工作面執(zhí)行,針對采掘工作面前方煤巖體一定范圍消除突出危險性的措施。目前區(qū)域性措施主要有3種,即預(yù)留開采保護(hù)層、大面積瓦斯預(yù)抽放、控制預(yù)裂爆破;局部性措施有許多種,如卸壓排放鉆孔、深孔或淺孔松動爆破、卸壓槽、固化劑、水力沖孔等。
(2)“四位一體”綜合防治突出措施。所謂“四位一體”綜合防治突出措施,就是說首先應(yīng)對開采煤層及其對開采煤層構(gòu)成影響的鄰近煤層進(jìn)行突出危險性預(yù)測。對確認(rèn)的突出危險區(qū)域,應(yīng)采取區(qū)域性防治突出技術(shù)措施,對確認(rèn)的突出危險工作面,必須采取防治突出技術(shù)措施。在采取防治突出技術(shù)措施后,必須對防治突出技術(shù)措施和消除突出危險性的效果進(jìn)行檢驗,如果檢驗有效,在采取安全防護(hù)措施的前提下進(jìn)行采掘作業(yè);如果檢驗無效,必須補充防治突出技術(shù)措施,直至再次檢驗為有效時方可在采取安全防護(hù)措施前提下進(jìn)行采掘作業(yè)。否則,必須繼續(xù)補充技術(shù)措施。
(3)安全防護(hù)措施。安全防護(hù)措施是控制突出危害程度的措施,也就是說即使發(fā)生突出,也要使突出強度降低,對現(xiàn)場人員進(jìn)行保護(hù)不致危及人身安全。如震動性放炮、遠(yuǎn)距離放炮、反向防突風(fēng)門、壓風(fēng)自救器、個體自救器等。
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