防治煤与瓦斯突出相关讨论

2012-09-06 00:54刘发玉
城市建设理论研究 2012年22期
关键词:水力保护层煤层

刘发玉

摘要:煤炭工业是国民经济和社会发展的基础产业,煤炭工业的可持续发展直接关系着我国全面建设小康社会目标的实现和国家能源的安全。据统计,我国煤矿均为有瓦斯涌出的矿井,全国煤矿的年瓦斯涌出量在100亿立方米以上。随着开采深度的不断增加,瓦斯涌出量不断加大,煤与瓦斯突出危险也不断增加,煤与瓦斯突出已成为我国煤矿灾害中危害最大的自然灾害之一。然而,煤与瓦斯突出事故的发生,严重地威胁煤矿安全生产及工人的生命安全。关于防治煤与瓦斯突出,作者现作以下的阐述,仅供参考。

关键词:煤与瓦斯突出防治

中图分类号: TD713 文献标识码: A 文章编号:

1、煤与瓦斯突出防治理论现状

(1)煤与瓦斯突出事故的发生,严重地威胁矿山的生产及工人的生命安全。因此各采煤国家投入了大量的人力物力,开展突出机理、预测及防治技术的研究,提出的关于突出机理的假说已有十几种。国外主要可归为4类观点:地应力假说、瓦斯作用假说、化学本质假说、综合作用假说。其中以综合假说——地应力、瓦斯和煤的物理力学性质三因素综合作用的假说得到大多数煤矿瓦斯科技工作者的赞同。

(2)煤与瓦斯突出预兆突出预兆

声响预兆:煤体中发出闷雷声、爆竹声、机枪声、嗡嗡声等。这些声响在我国许多突出矿井统称为“煤炮”。在个别突出发生前,也会出现渗水声和其他声响;煤结构变化预兆:煤层层理紊乱、煤变松软、煤变暗而无光泽、煤干燥和煤尘增多等;地压方面的预兆:支架来压、掉渣、片帮、工作面煤壁外鼓、底鼓、煤眼变形装不进药等:瓦斯方面的预兆:风流瓦斯浓度增大瓦斯浓度忽大忽小、打钻时夹钻顶钻、钻孔喷煤喷瓦斯等。

2、矿井解决瓦涌出异常问题的措施

通过对矿井瓦斯涌出的原因及异常形成的分析,我们可以从以下几方面去采取措施,解决矿井瓦斯涌出异常问题:

(一)加强通风、设备、设施管理。

(1)在瓦斯涌出异常的施工巷道、工作地点安装的风电闭锁、瓦斯电闭锁装置,并调试确保灵敏可靠和正常监控。

(2)每天对瓦斯涌出异常的区域或巷道中的所有电气设备进行防爆检查,杜绝设备失爆。施工队施工中,开关等电气设备出现故障需检修时,严禁施工人员擅自拆卸,必须经瓦斯检查员检查瓦斯,确定可以实施检修后由机电专职检修人员检修。

(3)在瓦斯涌出异常的区域或工作面、巷道中安设瓦斯探头,随时监测瓦斯变化情况。

(4)及时校验瓦斯检测仪,最大限度降低误差,对该地点实行有效监测。

(5)应在瓦斯涌出异常区域回风巷内成组安设隔爆水幕,并保持水幕中有足够水量。

(二)加强瓦斯检测管理。

(1) 选配责任心较强的瓦斯检查员对瓦斯涌出的区域,特别是有瓦斯涌出异常的掘进施工巷道、地点和地段,要进行专人、专头、专职检测,并随时确保正常通风。

(2)在瓦斯涌出异常地点进行专职检测的瓦斯检查员,入井必须随身携带光学式瓦斯检查仪和便携式瓦斯检查仪,两种仪器配合使用,确保检测无误。

(3)严格执行瓦斯检查员现场交接班制度,严禁瓦检员脱岗、串岗。

(4)每天、每班必须有专人对有瓦斯涌出异常的区域和施工地点进行巡查,实行现场重点监管,及时解决存在的“一通三防”问题。

3、我国煤与瓦斯突出防治技术现状

煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中常发生的严重自然灾害之一。自从我国1950年辽源矿务局富国西二矿首次发生突出以来,国内防突科技人员先后试验应用了松动爆破、超前排放钻孔、深孔控制卸压爆破、水力化等多项防突措施,有效的降低了突出强度和突出频率,取得了明显的防突效果,选择合理有效的防突技术是突出矿井实现高产高效的关键。

3.1煤与瓦斯突出区域防治措施

3.1.1危险煤层的抽放和湿润

对突出煤层的瓦斯预抽,可以降低煤层的瓦斯潜能。由于煤层瓦斯得到排放,煤体发生收缩变形,因此缓和了煤体的应力紧张状态,可以部分地释放煤体的弹性潜能。煤体瓦斯的排出,提高了煤的强度。因此,总体来说增大了突出的阻力,从而降低了突出威胁。而煤层湿润使裂隙和煤层空隙中的瓦斯局部封闭并提高煤的塑性,因此阻止了吸附瓦斯向自由状态的转变,从而共同起到防突的作用。

3.1.2超前开采保护层

保护层超前开采后,被保护层的应力变形状态、煤结构和瓦斯动力参数发生显著变化,从发生变化的时间看,卸压作用是最早出现的。

正在开采的保护层工作面超前于被保护层的掘进工作面,其超前距离不得小于保护层与被保护层层之间垂距的3倍,并不得小于100m。

当膨胀变形速度加快时,瓦斯动力参数才发生显著变化。开采保护层防突机理可表述如下:开采保护层→岩层移动→被保护层卸压(地应力降低、煤层膨胀变形)→透气性增加、瓦斯解吸→煤(岩)层瓦斯排放能力增高→瓦斯排放、钻孔瓦斯流量增大→瓦斯压力降低→瓦斯含量减少→煤机械强度提高→应力进一步降低→降低煤与瓦斯突出威胁。

3.2煤与瓦斯突出局部防治措施

3.2.1煤层水力松动

水力松动的实质是在回采工作面或准备巷道工作面施工钻孔,通过钻孔向煤层压入特殊的水溶液,通过水对煤体结构的破坏作用改变工作面附近煤层的瓦斯动力状态和应力应变状态。当向煤层以水力压裂方式注入水溶液时,液体在压力的作用下通过裂隙渗入煤层,形成的裂隙大多平行煤层暴露面。进行水力松动是在工作面附近煤层形成裂隙,导致煤层失去支撑能力,引起集中应力带向煤体深部转移。由于煤层失去支撑能力,在工作面附近形成卸压带,同时伴有瓦斯向外排放。

3.2.2超前钻孔

在煤巷掘进工作面的前方,打直径为75~300mm的钻孔,一般钻孔深15~20m。有三种作用:一是在钻孔周围形成卸压带,降低钻孔周围煤体的应力;二是排放钻孔周围煤体中的瓦斯,使得在钻孔控制范围内的煤体得到卸压和排放瓦斯;三是使工作面前方的应力集中带移向煤体深部,以达到在一定的范围内消突和降低突出危险性。当然,在石门揭煤时只显示前两种作用。超前钻孔常用于煤层较厚、赋质较软、透气性较好的情况下。对于煤层较硬,可以与微差控制爆破结合使用。

3.2.3煤层的水力爆破处理

水力爆破可以理解为炸药在充水钻孔中的爆破。煤层的水力爆破处理可以与煤层预先注水一起进行,或不注水。在煤层水力爆破处理时,通过煤的松动和由此引起的工作面附近煤层应力重新分布和瓦斯排放,达到防止煤与瓦斯突出的作用,所以煤层爆破作用参数应保证煤必需的松动程度和卸压排放结果。采用以煤体水力爆破处理为基础的措施,与打孔有密切关系,同时打钻可能引起煤与瓦斯突出。当打直径60mm以下的钻孔时,煤与瓦斯突出的概率很小,所以煤体水力爆破处理时,钻孔直径应限制在60mm以下。

3.3“四位一体”综合防突技术

“四位一体”综合防突技术充分考虑了煤与瓦斯突出的复杂性和不确定性,本着以人身安全为主、防止突出事故发生、避免防突工作的盲目性、减少人力和财力的浪费、提高突出矿井生产效率的目的,把防突工作分为4个环节,即突出预测、防突措施、措施效果检验和安全防护措施。

4、煤与瓦斯突出防治技术发展及趋势

4.1防突技术的发展

在煤与瓦斯突出防治技术方面,取得主要的进展有:

(1)积极开展区域煤与瓦斯突出危险性预测研究,以绘制突出危险区域分布图为目标,该预测基础是煤矿实际测定的瓦斯压力和瓦斯含量等基本参数、地质构造、动力现象等。区域预测的方法包括瓦斯地质法、综合指标法、钻孔动力现象判断法和其他现象的综合判断法。

(2)行成了基于地球物理、瓦斯地质和动力区划方法与瓦斯突出区域预测方法及指标,实现区域预测结果的可视化;非接触式连续预测方法的研究与改善;对无线电波透视技术与装备进行了完善与改进;非突出危险区预测准确可靠性为100%,有突出危险区预测准确率达70%以上。

(3)行成了保护层结合瓦斯抽采综合防治突出成套技术。包括多重上保护层结合底板穿层钻孔抽瓦斯、远距离下保护层和地面钻孔抽瓦斯、特厚煤层首采分层结合底板穿层钻孔或高抽巷抽瓦斯。

4.2防突技术的新趋势

在煤与瓦斯防突技术方面,美国和澳大利亚从20世纪90年代开始,进行了一系列的透视实验,美国斯托拉斯公司采用先进电子集成和图像重建技术,已成功研制出了无线电磁波透视试验样机。美国、加拿大、瑞士研制的脉冲雷达,探测精度、探测距离、数据处理和成像技术等都有很大的优势,在地质构造发育、厚度变化大、煤体结构复杂和强度变软等煤与瓦斯突出易发区域的探测方面具有良好的应用前景。前苏联对声发射和电磁辐射技术预测煤与瓦斯突出进行了深入的研究,并已推广应用。

结 论:随着科学技术的不断发展,防治煤与瓦斯防突的技术取得不断突破,防治煤与瓦斯防突可靠性不断增强,在不远的将来煤与瓦斯防突事故完全可以避免。

参考文献:

[1]阎炜.关于煤与瓦斯突出矿井煤巷快速掘进技术的研究.金山下半月,2011.

[2]程磊,李自松.煤与瓦斯突出事故分析与对策.科学之友.下旬刊,2011.

注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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