綜合治理措施在防治煤與瓦斯突出中的應(yīng)用初探

周瑞斌

(神華烏海能源有限責(zé)任公司 駱駝山煤礦，內(nèi)蒙古 烏海 016000)

隨著煤礦開采深度的不斷增加，煤層中的瓦斯含量以及壓力都會(huì)顯著升高，煤與瓦斯突出事故發(fā)生的幾率隨之增大，給煤礦的安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重威脅。我國(guó)對(duì)煤與瓦斯突出產(chǎn)生的原因認(rèn)識(shí)還不清晰，對(duì)突出的預(yù)測(cè)存在較大誤差，為了保證煤礦的安全生產(chǎn)，需要采用多種技術(shù)措施加以防范，減小煤與瓦斯突出事故發(fā)生的可能。下面對(duì)突出的一般規(guī)律進(jìn)行介紹，并提出煤與瓦斯突出綜合治理措施。

1 突出的規(guī)律

煤礦開采到一定的深度就會(huì)出現(xiàn)突出，不過其出現(xiàn)的具體深度并不確定，目前已知最小始突深度為50m，最深的始突深度為640m，自始突起隨著深度的增加突出的次數(shù)增多，強(qiáng)度越來(lái)越大。

在地質(zhì)構(gòu)造附近突出發(fā)生的可能性較大，比如在地層扭轉(zhuǎn)、斷層以及褶曲處等，據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，在扭轉(zhuǎn)、斷層地帶處發(fā)生的突出占95%，在地質(zhì)構(gòu)造，以及火成巖侵入?yún)^(qū)發(fā)生的突出占90%以上。

發(fā)生突出的次數(shù)和強(qiáng)度會(huì)隨著煤層的厚度，尤其是軟分層厚度的增加而增加，煤層傾角角度越大突出的強(qiáng)度越強(qiáng)。

發(fā)生突出煤層一般具有強(qiáng)度低、柔軟相間、透氣性差、瓦斯放散速度慢等特點(diǎn)，另外，如果煤層的頂板密度較大，突出引發(fā)的危險(xiǎn)也就越大。

2 煤與瓦斯突出綜合防突措施

我國(guó)是煤與瓦斯突出較為嚴(yán)重的國(guó)家之一，經(jīng)過多年的研究和實(shí)踐，在預(yù)防突出形成上擁有較為豐富的經(jīng)驗(yàn)和理論支撐，極大的提高了煤礦開采的安全性。并根據(jù)具體的施工環(huán)境和條件，制定了區(qū)域和局部防突措施。

根據(jù)消除突出的范圍可將突出分為區(qū)域性和局部防突措施，顧名思義區(qū)域性防突措施能夠消除較大范圍煤層的突出，局部防突措施可以消除局部煤層的突出。區(qū)域綜合防突和局部綜合防突總的來(lái)講主要分為工作面突出危險(xiǎn)預(yù)測(cè)、防突措施、以及安全防護(hù)三項(xiàng)內(nèi)容。

2.1 工作面突出危險(xiǎn)預(yù)測(cè)

我國(guó)突出危險(xiǎn)預(yù)測(cè)手段欠佳，區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)以及效果檢驗(yàn)，主要建立在之前煤礦開采的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和對(duì)煤層參數(shù)測(cè)量的基礎(chǔ)之上。通過綜合分析煤層瓦斯參數(shù)和瓦斯地質(zhì)情況進(jìn)行得出結(jié)論，但是這種方式存在一定的問題:對(duì)本煤層深部以及相關(guān)采樣技術(shù)還未很好的解決，導(dǎo)致煤層深部的瓦斯測(cè)量值偏小，不能很好的對(duì)開采進(jìn)行評(píng)估;瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法只能夠?qū)Υ蠓秶膮^(qū)域預(yù)測(cè)，而不能進(jìn)行細(xì)分。因此，突出危險(xiǎn)預(yù)測(cè)的時(shí)效性、準(zhǔn)確性和可靠性還不能滿足相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)。

突出危險(xiǎn)預(yù)測(cè)可靠性差。對(duì)工作面突出危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，往往受到技術(shù)和實(shí)際情況的限制，導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果的可參考性差。比如，在軟煤層開采時(shí)瓦斯指標(biāo)和鉆屑量指標(biāo)只有一個(gè)滿足施工標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)影響開采工作的順利進(jìn)行;另外一般使用孔口接樣的方法進(jìn)行鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)檢測(cè)，由于這種煤樣是充分混合的混樣，在空間和時(shí)間存在不確定性，使測(cè)試出現(xiàn)誤差，經(jīng)研究表明，工作面突出的預(yù)測(cè)誤差會(huì)隨著煤層深度的增加而變大。

預(yù)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確不能為煤層的開采帶來(lái)有價(jià)值的參考，甚至完全失去了預(yù)測(cè)的作用，導(dǎo)致突出依然發(fā)生。因此對(duì)突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)時(shí)，應(yīng)使用先進(jìn)的取樣機(jī)械設(shè)備，保證突出危險(xiǎn)預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2 區(qū)域防突措施介紹

開采保護(hù)層和抽取煤層瓦斯是區(qū)域性防突的重要方法。

(1)保護(hù)層主要指預(yù)先開采并能減少或者喪失臨近煤層出現(xiàn)突出的煤層，被保護(hù)層主要指后期開采的煤層。根據(jù)保護(hù)層處在被保護(hù)層位置的不同可以將其分為上保護(hù)層和下保護(hù)層。

開采保護(hù)層能夠減小地壓，使其彈性能量慢慢釋放;促使煤層變形，形成較多空隙使瓦斯慢慢釋放到采空區(qū)域中，因此，煤層中瓦斯含量會(huì)大大減少，瓦斯壓力也會(huì)逐漸降低;當(dāng)瓦斯從煤層中釋放出來(lái)后，煤層強(qiáng)度會(huì)增加。

(2)對(duì)于沒有保護(hù)層的礦井，可以抽取煤層中的瓦斯作為防止區(qū)域性突出產(chǎn)生的方法。當(dāng)煤層中的瓦斯含量降低后，煤層的透氣性和強(qiáng)度會(huì)隨之增強(qiáng)，以此減少突出發(fā)生的概率。

2.3 局部防突措施介紹

(1)松動(dòng)爆破

主要指在操作面前方應(yīng)力較為集中的位置，打鉆孔裝入炸藥進(jìn)行爆破。爆破后煤層的集中應(yīng)力區(qū)會(huì)向更深位置移動(dòng)，同時(shí)煤層中的瓦斯被釋放出來(lái)，在煤層工作面前方就會(huì)形成一個(gè)較長(zhǎng)的卸壓帶，從而防止突出的發(fā)生。松動(dòng)爆破根據(jù)鉆孔的深淺分為深孔和淺孔爆破，煤巷或者半煤巖巷的工作面一般使用深孔爆破，爆破時(shí)應(yīng)將鉆孔直徑設(shè)定為40-60mm，深度范圍為8-15m，淺孔松動(dòng)爆破主要應(yīng)用于采煤工作面。

(2)鉆孔排放瓦斯

在石門揭煤之前，由巖巷位置向可能產(chǎn)生突出危險(xiǎn)區(qū)域鉆孔，從而使煤層中的瓦斯自然釋放出來(lái)，當(dāng)瓦斯含量以及壓力降低安全值再開始開采工作。

(3)水力沖孔

在安全巖的保護(hù)下，利用機(jī)械向煤層打鉆，當(dāng)打入合適深度后用高壓水射流在工作面前方煤層中沖出孔道，瓦斯會(huì)迅速排放出來(lái)。同時(shí)在水的作用下周圍煤體會(huì)變形，使應(yīng)力重新分布，增加卸壓范圍。在高壓水射流的作用下能夠?qū)⒋蟮耐怀觯纸獬尚〉耐怀?，從而降低大突出帶?lái)的破壞，保障安全開采。

(4)超前鉆孔

在開采時(shí)工作時(shí)，始終在工作面前保持一定數(shù)目的鉆孔以促進(jìn)瓦斯的迅速排放，增強(qiáng)煤層強(qiáng)度，使煤層的集中應(yīng)力位置不斷移向深處。

(5)金屬骨架

當(dāng)挖掘接近煤層時(shí)，可以在巷道兩側(cè)和頂部打鉆，保證鉆孔穿過整個(gè)煤層，并進(jìn)入巖層約0.5m的深度，保持孔間距在0.2m左右，孔徑在75-100mm。然后將長(zhǎng)度大于孔深為0.4-0.5m的鋼管，插入孔內(nèi)作為骨架，并將其尾部固定牢固，然后使用震動(dòng)放炮方式揭開煤層。這種方法在地壓以及瓦斯不大的中厚煤層中應(yīng)用，效果較為顯著。

另外，超前支架以及卸壓槽操作方式類似，為了防止突出發(fā)生事先在工作面前方位置固定一排支架以增加煤層的穩(wěn)定性。卸壓槽主要是在工作面的前方位置設(shè)置一些縫槽，以達(dá)到增加卸壓面范圍的目的。

(6)震動(dòng)放炮法

震動(dòng)放炮主要通過增加炮眼和裝藥量，揭開煤層并成巷的爆破方法。在炸藥產(chǎn)生的巨大震動(dòng)下，使圍巖以及瓦斯下壓力急劇下降，為開采工作創(chuàng)造了有力條件。在實(shí)施震動(dòng)放炮法應(yīng)該注意以下內(nèi)容:巖柱厚度越大，爆破前發(fā)生突出的可能性就越小，但是產(chǎn)生的爆破效果越差。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，急傾斜煤層巖柱厚度不能小于1.5m，為了全面一次性揭開傾斜和緩傾斜煤層，應(yīng)將工作面制成斜面或者臺(tái)階狀，然后布置合理數(shù)目的炮眼;應(yīng)按照相關(guān)計(jì)算公式計(jì)算出炮眼布置的數(shù)量。另外，應(yīng)根據(jù)巖石性質(zhì)以及體積，并結(jié)合以往爆破經(jīng)驗(yàn)確定裝藥量的多少。

防突規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)存在突出的煤層先采用區(qū)域防突措施進(jìn)行處理，并且滿足施工標(biāo)準(zhǔn)要求后才能進(jìn)行采掘，真正將區(qū)域防突作為消除煤層突出，進(jìn)行開采作業(yè)的前提。為了避免事故的發(fā)生，應(yīng)注意如果區(qū)域防突效果不能消除突出發(fā)生的可能，不能開始采掘工作;在采掘過程中發(fā)現(xiàn)局部仍存在突出，不要采用局部防突措施進(jìn)行處理，而仍然需要區(qū)域防突措施進(jìn)行消突;施工中應(yīng)注意不能以任何理由，進(jìn)入有可能發(fā)生突出的煤層作業(yè)。

3 安全防護(hù)

現(xiàn)在煤巷掘進(jìn)工作面，進(jìn)風(fēng)側(cè)防突反向風(fēng)門的管理規(guī)定對(duì)防范突出的發(fā)生不利。

有關(guān)防突標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，煤巷掘進(jìn)工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)，必須安裝既牢固又可靠的反向風(fēng)門，但施工人員進(jìn)入操作面時(shí)必須打開風(fēng)門，并且固定牢固，當(dāng)需要爆破或者無(wú)人時(shí)應(yīng)將風(fēng)門關(guān)閉，但是在實(shí)際的工作中由于沒有關(guān)閉風(fēng)門，導(dǎo)致嚴(yán)重的事故發(fā)生。

在可能發(fā)生突出的煤層如果反向風(fēng)門處在敞開狀態(tài)，在瓦斯氣體的影響下，使進(jìn)風(fēng)風(fēng)流發(fā)生逆轉(zhuǎn)，擴(kuò)大事故的破壞范圍，如果將風(fēng)門關(guān)閉則可以將事故區(qū)域限制在反向風(fēng)門以里的工作區(qū)，從而減少事故的危害范圍。

為了保護(hù)處在反向風(fēng)門里工作人員的安全，可以在反向風(fēng)門里面設(shè)置隔離門、避險(xiǎn)場(chǎng)所并在其中放置飲用水、自救器等設(shè)備。發(fā)生突出事故時(shí)，采掘人員可以從反向風(fēng)門進(jìn)入安全區(qū)域或者進(jìn)入避險(xiǎn)所等待救援。這樣既保證了反向風(fēng)門中采掘人員的安全，又能進(jìn)一步阻止危險(xiǎn)的蔓延，保證了采掘作業(yè)處在安全的環(huán)境中進(jìn)行。

4 總結(jié)

本文主要介紹了煤與瓦斯突出的規(guī)律，并對(duì)綜合治理措施在防止煤與瓦斯突出的問題進(jìn)行分析，提出相關(guān)的參考建議。為了提高突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，應(yīng)使用先進(jìn)的取樣裝置，保證測(cè)試結(jié)果真實(shí)可靠;當(dāng)發(fā)現(xiàn)區(qū)域消突措施后，仍有部分煤層沒有消突時(shí)，不應(yīng)使用局部消突措施加以補(bǔ)充，仍需進(jìn)行區(qū)域消突才能進(jìn)行采掘工作;并介紹了反向風(fēng)門開閉的重要性，以及在實(shí)際工作怎樣利用反向風(fēng)門進(jìn)行自救。同時(shí)對(duì)區(qū)域防突和局部防突的相關(guān)措施進(jìn)行了詳細(xì)的介紹:區(qū)域防突措施主要有開采保護(hù)層和預(yù)抽煤層瓦斯，而局部防突措施主要包括松動(dòng)防爆、鉆孔排放瓦斯、水力沖孔等措施，以此為我國(guó)礦井開采工作的安全進(jìn)行提供有價(jià)值的參考。

[1]湯懷念，柴曉東，邢國(guó)遂.“四位一體”防突措施在防治煤與瓦斯突出中的應(yīng)用[J].水力采煤與管道運(yùn)輸.2010(02)

[2]田躍鋒.綜采工作面防突技術(shù)應(yīng)用[J].煤礦現(xiàn)代化.2007(05)

[3]龐學(xué)文，張輝，郭好杰，王廣朋.綜合防治煤與瓦斯突出措施在回采工作面的應(yīng)用[J].中州煤炭.2010(03)

[4]嚴(yán)濤，劉程，朱建.嚴(yán)重突出危險(xiǎn)綜采工作面瓦斯綜合治理技術(shù)[J].礦業(yè)安全與環(huán)保.2009(S1)