第二部分、煤與瓦斯突出的防治技術(shù)

　　一 . 煤與瓦斯突出機理

　　二 . “四位一體”綜合防突措施

　　三 . 煤層突出危險性預(yù)測

　　四 . 防治突出措施

　　五 . 防治突出措施的效果檢驗

　　六 . 安全防護措施

　　一 . 煤與瓦斯突出機理(1)

　　突出機理就是解釋發(fā)生突出的原因和過程的理論。

　　煤與瓦斯突出是一種復(fù)雜的動力現(xiàn)象，世界上許多產(chǎn)煤國家對煤與瓦斯突出的機理開展了廣泛研究，提出了多種假說。

　　煤與瓦斯突出機理 (2)

　　1、 國外煤與瓦斯突出假說

　　瓦斯為主導(dǎo)作用的假說

　　地壓為主導(dǎo)作用的假說

　　化學(xué)本質(zhì)假說

　　能量假說

　　綜合假說

　　瓦斯為主導(dǎo)作用的假說

　?、偻咚拱f

　?、诜勖簬дf

　?、勖嚎紫督Y(jié)構(gòu)不均勻說

　　④突出波說

　?、萘严抖氯f

　　⑥瓦斯膨脹說

　?、咝秮喭咚拐f

　?、嗷鹕酵咚拐f

　　⑨地質(zhì)破壞帶說

　?、馔咚菇馕f

　　地壓為主導(dǎo)作用的假說

　　①巖石變形潛能說

　?、趹?yīng)力集中帶說

　?、奂羟袘?yīng)力說

　?、芩苄宰冃哉f

　　⑤振動波動說

　?、逈_擊式移近說

　　⑦拉應(yīng)力波說

　?、鄳?yīng)力疊加說

　?、岱排谕怀稣f

　　⑩頂板位移不均勻說

　　化學(xué)本質(zhì)假說

　　①瓦斯水化物說

　?、诒赫f

　?、壑孛赫f

　?、艿厍蚧瘜W(xué)說

　?、菹趸衔镎f

　　能量假說

　　蘇聯(lián)B.B.霍多特提出，長期以來在國際上享有盛譽。在實驗室試驗的基礎(chǔ)上，從能量的觀點出發(fā)，用數(shù)學(xué)方法分析計算了煤層的變形潛能Wt 、瓦斯內(nèi)能λ以及造成突出破壞需要的能量A ，提出了能量假說。

　　球殼失穩(wěn)假說

　　突出的發(fā)生發(fā)展是以球蓋狀煤殼的形成、發(fā)展及失穩(wěn)拋出為特點的

　　突出過程的實質(zhì)是地應(yīng)力破壞煤體，煤體釋放瓦斯，瓦斯使煤體裂隙擴張并使形成的球殼失穩(wěn)破壞

　　瓦斯膨脹能是發(fā)動突出的真正的動力及能源

　　流變假說

　　含瓦斯煤巖體在外力的作用下，當達到或超過其屈服載荷時，則明顯地表現(xiàn)為時間上的三個階段，即變形衰減階段、均勻變形階段和加速階段

　　第Ⅰ、第Ⅱ階段對應(yīng)于突出的準備階段，第Ⅲ階段是突出的發(fā)生發(fā)展階段，突出是含瓦斯煤巖體快速流變的結(jié)果

　　瓦斯、地應(yīng)力、煤的物理力學(xué)性質(zhì)和時間過程是突出的重要影響因素

　　綜合假說

　　50年代中期，蘇聯(lián)A.A.斯科琴斯基院士根據(jù)開采突出危險煤層的經(jīng)驗以及當時科研工作的成果，提出煤與瓦斯突出是由地應(yīng)力、煤層瓦斯和煤層物理力學(xué)性質(zhì)綜合作用的結(jié)果。

　　目前綜合假說得到普遍認同，是瓦斯突出防治技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

　　突出的動力是 地應(yīng)力和 煤層中的瓦斯;突出的阻力是 煤層的物理力學(xué)性質(zhì)。這三者稱為煤與瓦斯突出的“三因素”

　　煤與瓦斯突出機理 (3)

　　3、煤與瓦斯突出的三因素：

　　〈1〉地應(yīng)力的作用

　　突出煤層中存在著地應(yīng)力，它包括上覆巖層自重應(yīng)力、地 質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力和采掘集中應(yīng)力，采掘工作面前方局部煤體內(nèi)存在一個集中應(yīng)力帶，這里的地應(yīng)力高于原始煤體的應(yīng)力，瓦斯壓力接近于原始煤體的瓦斯壓力。

　　地應(yīng)力的作用，一是使煤體產(chǎn)生位移和突然破碎，煤由靜 態(tài)變?yōu)閯討B(tài);二是地應(yīng)力影響煤體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，控制著瓦斯的流動。由于工作面前方煤體內(nèi)存在著一個集中應(yīng)力帶，使距掘進迎頭L米的集中應(yīng)力帶內(nèi)，煤的裂隙、孔隙受壓縮 變小，阻礙煤體內(nèi)瓦斯的正常運移流動。那么，什么是地應(yīng)力呢?我們通過一個簡單的物理現(xiàn)象來予以說明。

　　煤與瓦斯突出的三因素

　　我們知道，一個彈簧，給它一個壓力P，就產(chǎn)生一個反作用力P1，也就是說，我們用力把彈簧壓下去后，彈簧就蓄積一個彈起的能量。同樣，煤巖層也具有一定的彈性，由于在幾百米深的地下開采，必然受到上覆巖層給它的一個壓力，使煤層蓄積一個向外膨脹的潛能。

　　在沒有開采前，煤巖體是處于三向應(yīng)力平衡狀態(tài)，當開掘巷道或進行回采工作時，就破壞了原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)，使煤巖體的應(yīng)力重新分布，煤體向作業(yè)空間膨脹變形。

　　煤與瓦斯突出的三因素

　　采掘工作面地應(yīng)力狀況及對突出的影響：

　　采煤工作面前方存在一個集中應(yīng)力區(qū)，其峰值距離采面煤壁的距離越小，越容易破壞采面煤體而引發(fā)煤與瓦斯突出。因此，必須加強工作面支護，使采面煤體的集中應(yīng)力向煤體深部推移，或在采面采取人為卸壓措施，如打排放鉆孔、實施淺孔爆破等。

　　掘進工作面前方的地應(yīng)力，可分為三個帶，即：卸壓帶、集中應(yīng)力帶和常壓帶，亦叫做原始應(yīng)力區(qū)。從防突角度

　　講，集中應(yīng)力區(qū)距離工作面越近，工作面煤體越易發(fā)生破壞而引發(fā)煤與瓦斯突出。解決該問題的措施，就是在突出危險區(qū)域采取人為卸壓措施，如打排放鉆孔、實施深孔爆破和放慢掘進速度等，使集中應(yīng)力帶向深部推移。

　　煤與瓦斯突出的三因素

　　以上情況說明，具有較高的地應(yīng)力是發(fā)生煤與瓦斯突出的先決條件，即起著發(fā)動突出的作用。在地質(zhì)構(gòu)造帶，由于構(gòu)造應(yīng)力的存在，就是采深不大也可能發(fā)生突出。

　　因此，發(fā)生煤與瓦斯突出的第一個充分必要條件是： 煤層和圍巖具有較高的地應(yīng)力和瓦斯壓力，并且在近工作面地帶煤層的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生突然變化，使?jié)撃苡锌赡芡蝗会尫拧?/p>

　　應(yīng)力狀態(tài)的變化一般有下列原因：

　　煤與瓦斯突出的三因素

　　(1)、巷道進入地質(zhì)破壞區(qū);

　　(2)、石門揭開煤層時;

　　(3)、巷道從硬煤進入軟煤帶;

　　(4)、煤的冒落等。

　　另外還有工作面迅速推進時;煤層突然加載，如巷道頂板下沉;煤層突然卸壓，如懸臂梁斷裂等。

　　煤與瓦斯突出的三因素

　　〈 2〉瓦斯的作用

　　瓦斯是成煤過程中的產(chǎn)物，以游離狀態(tài)和吸附狀態(tài)存于

　　煤裂隙和孔隙中，促使煤體產(chǎn)生潛能，降低煤的強度。)

　　煤體中瓦斯含量是指每噸煤所含的瓦斯量，也就是煤體中游離和吸附兩種狀態(tài)瓦斯量的總和。其中吸附瓦斯量占瓦斯含量的80──90%以上。瓦斯壓力決定煤層中瓦斯含量的多少，是造成瓦斯突出的重要能源。

　　在卸壓帶瓦斯壓力梯度是平緩的，在集中應(yīng)力帶瓦斯壓力梯度顯著增大，形成作用于壓力降低方向(掘進迎頭)的力，參與突出的發(fā)展。

　　煤與瓦斯突出的三因素

　　在掘進巷道揭露煤層引起瓦斯流動后，隨著煤壁暴露時間 t 的不斷增長，流動場范圍 L 不斷擴大，工作面附近瓦斯壓力梯度不斷下降變緩。最危險的是在t→0時，即爆破見煤的瞬時，瓦斯壓力梯度最大，此時最容易發(fā)生突出。

　　因此，煤與瓦斯突出發(fā)展的第二個必要和充分條件是：有足夠的瓦斯流把碎煤拋出，并且突出孔道要暢通，以便在空洞壁形成較大的地應(yīng)力梯度和瓦斯壓力梯度，從而使煤破碎向深部擴展

　　煤與瓦斯突出的三因素

　　〈3〉煤的物理力學(xué)性質(zhì)與突出的關(guān)系

　　煤結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)，與發(fā)生突出的關(guān)系很大。一般來說，煤愈硬、裂隙愈小，所需的破壞功愈大，要求的地應(yīng)力和瓦斯壓力愈高。反之亦然。因此，在地應(yīng)力和瓦斯壓力為一定值時，軟煤分層易被破壞，突出往往沿軟煤分層發(fā)展。

　　煤與瓦斯突出的三因素

　　〈4〉外部因素的影響

　　外部因素(工作面推進度、爆破等)對煤與瓦斯突出的發(fā)生和發(fā)展也有重要影響。工作面快速推進時，有助于應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生突然變化，從而激發(fā)突出。反之，工作面緩慢推進時，應(yīng)力狀態(tài)變化是平緩的，發(fā)生突出的可能性就小。

　　工作面若快速推進時，由于工作面前方煤體中集中應(yīng)力帶沒有向深部推移時間，高壓瓦斯沒有有效排放，造成集中應(yīng)力帶距離工作面的正常距離L1大于異常距離L2，使工作面突出危險性增加，特別是在爆破瞬間的突出危險性最大。

　　二 .“四位一體”綜合防突措施

　　1.防突技術(shù)的發(fā)展

　　煤與瓦斯突出在煤礦出現(xiàn)已經(jīng)超過一個半世紀，為了防治突出和避免造成人身傷亡事故，國內(nèi)外進行了大量的研究，提出和應(yīng)用了多種防突措施。縱觀防突技術(shù)的發(fā)展史，大體有三個發(fā)展階段：

　　1、以安全防護措施為主的階段，即在突出發(fā)生時，避免發(fā)生人身傷亡事故。在本世紀50年代前，屬于這一階段。

　　防突技術(shù)的發(fā)展

　　2、是以防治突出措施為主的階段，即在突出礦井普遍采用防突措施，使它不發(fā)生突出。本世紀50~70年代屬于這個階段。

　　3、是采取綜合防突措施階段，即將突出危險性預(yù)測引入綜合防突措施。前蘇聯(lián)在70年代中期開始采用綜合防突措施，我國80年代末開始采用防突綜合措施 ，1988年我國《防突細則》頒布后，在各突出礦井普遍推廣。

　　2.“四位一體”綜合防突措施

　　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

　　根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第177條和《煤與瓦斯突出細則》第2條之規(guī)定，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和安全防護措施等綜合防治突出措施。

　　三 .突出危險性預(yù)測

　　1、 突出危險性預(yù)測分類

　　2、 煤層突出危險性預(yù)測流程

　　3 、區(qū)域突出危險性預(yù)測

　　4、 工作面突出危險性預(yù)測

　　1、 突出危險性預(yù)測分類

　　2、 煤層突出危險性預(yù)測流程

　　突出危險性預(yù)測的意義

　　國內(nèi)外開采突出煤層的實踐證明,突出只發(fā)生在某些局部地帶,突出煤層中突出危險帶的面積僅占5~10%。通過在突出煤層進行突出危險性預(yù)測,把突出煤層劃分為突出危險區(qū)、突出威脅區(qū)和無突出危險區(qū);把采掘工作面劃分為突出危險工作面和無突出危險工作面,從而采取不同級別的綜合防突措施,做到在安全的前提下,大量地節(jié)約防突工程量、工作量，減少防突工作的盲目性。

　　3 、區(qū)域突出危險性預(yù)測

　　3.1 煤層突出危險性預(yù)測

　　3.2 突出煤層危險區(qū)域預(yù)測

　　3.1 煤層突出危險性預(yù)測(1)

　?、賹嶋H突出鑒定

　　(《細則》第5條、《規(guī)程》第176條)

　?、?單項指標法

　　(《細則》第26條)

　?、?煤層彈性變形特性E、G

　　(俄羅斯)

　　煤層突出危險性預(yù)測(2)

　?、賹嶋H突出鑒定

　　根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第176條和《煤與瓦斯突出防治細則》第5條之規(guī)定，礦井在采掘過程中只要發(fā)生過一次煤與瓦斯突出，該礦井即定為突出礦井，發(fā)生突出的煤層即定為突出煤層。

　　突出礦井及突出煤層

　　確定程序

　　煤層突出危險性預(yù)測(3)

　?、趩雾椫笜朔?/p>

　　根據(jù)《煤與瓦斯突出防治細則》第26條之規(guī)定，可用煤的破壞類型、瓦斯放散初速度、煤的堅固性系數(shù)和煤層瓦斯壓力預(yù)測煤層的突出危險性，其臨界值應(yīng)根據(jù)礦井的實測資料確定，如無實測資料，可參考《細則》推薦數(shù)據(jù)劃分，只有全部指標達到或超過其臨界值時方可劃為突出煤層。

　　《細則》推薦劃分標準

　　煤的破壞類型Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 以上

　　瓦斯放散初速度ΔP ≥10

　　煤的堅固性系數(shù)f≤0.5

　　煤層瓦斯壓力P≥0.74

　　煤層突出危險性預(yù)測(4)

　?、勖簩訌椥宰冃翁卣?/p>

　　俄羅斯學(xué)者從突出煤層和非突出煤層選取煤樣，在實驗室利用超聲波確定其彈性模量E、剪切模量G，突出煤層和非突出煤層的E、G有明顯差異，并與煤層的變質(zhì)程度有關(guān)

　　對于非突出煤層的E、G有：

　　G=(0.270-0.001Vdaf )?109

　　E=(0.790-0.006Vdaf )?109

　　當某一煤層的E、G實驗室測試結(jié)果大于上述計算值時，該煤層屬突出危險煤層

　　3.2 突出煤層危險區(qū)域預(yù)測(1)

　?、?瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計法

　　(《細則》第29條)

　?、诰C合指標法

　　(《細則》第30條)

　　③單項指標H、E、G

　　(俄羅斯)

　?、芫C合指標B

　　(俄羅斯)

　　突出煤層危險區(qū)域預(yù)測(2)

　　根據(jù)《煤與瓦斯突出防治細則》第28條之規(guī)定，突出煤層中的區(qū)域預(yù)測可采用瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計法或綜合指標法進行，預(yù)測結(jié)果報礦務(wù)局總工程師批準

　　① 瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計法(《細則》第29條)

　　根據(jù)已開采區(qū)確切掌握的煤層賦存、地質(zhì)構(gòu)造條件與突出分布的規(guī)律，劃分出突出危險區(qū)域和突出威脅區(qū)域

　?、?綜合指標法(《細則》第30條)

　　D=(0.0075H/f-3)(P-0.74)

　　K= ΔP /f

　　當D≥0.25、K ≥20(無煙)或15(其它煤種)時，劃為危險區(qū)域

　　突出煤層危險區(qū)域預(yù)測 (3)

　　③單項指標H、E、G(俄羅斯)

　　a、在臨界突出深度以下，煤層本身的彈性能和瓦斯能足以造成突出破壞，其發(fā)生與否，關(guān)鍵取決于煤層所需破碎功的大小

　　b、當構(gòu)造應(yīng)力作用于高彈性煤層時，在有脆性破壞傾向的煤層中可以形成煤層破碎功小的區(qū)帶

　　c、用E、G表示煤層的突出危險性傾向

　　d、通過計算煤層H、E、G的臨界值H0、E0、G0，并與H、E、G比較，確定區(qū)域突出危險性

　　預(yù)測程序框圖

　　突出煤層危險區(qū)域預(yù)測(4)

　?、?綜合指標B(俄羅斯)

　　在地質(zhì)勘探階段，通過對煤層巖心和瓦斯資料的研究，根據(jù)綜合指標B預(yù)測煤層的突出危險性

　　該指標經(jīng)過廣泛驗證，列入部門標準

　　B≥15，煤層具有突出危險

　　B<15，煤層無突出危險

　　X 煤層平均瓦斯含量

　　X0 煤層殘余瓦斯含量

　　R 煤層破壞程度

　　M 煤層厚度

　　C 煤層分層個數(shù)

　　H 開采深度

　　fn 圍巖特性

　　4 、工作面突出危險性預(yù)測

　　定性指標

　　根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造和突出預(yù)兆確定工作面的突出危險性

　　定量指標

　?、巽@孔指標法

　　根據(jù)所打鉆孔的瓦斯涌出速度、鉆屑量、鉆屑瓦斯解吸特征等進行預(yù)測

　?、谶B續(xù)動態(tài)法

　　根據(jù)煤體破壞的地球物理特征、煤體結(jié)構(gòu)特性和工作面瓦斯涌出動態(tài)進行預(yù)測

　　根據(jù)《規(guī)程》第188條和《細則》第23條之規(guī)定，在突出危險區(qū)域內(nèi)進行采掘作業(yè)時，必須采取綜合防治突出措施，工作面進行采掘前，應(yīng)進行工作面突出危險性預(yù)測，將工作面劃分為突出危險工作面和無突出危險工作面。

　　4.1 工作面突出危險性預(yù)測指標

　　定性指標

　　根據(jù)《煤與瓦斯突出防治細則》第31條之規(guī)定，在突出煤層中有下列情況之一者，應(yīng)視為突出危險工作面：

　?、僭谕怀雒簩拥臉?gòu)造破壞帶，包括斷層、褶曲、火成巖侵入等;

　?、诿簩淤x存條件急劇變化的區(qū)

　?、鄄删驊?yīng)力疊加的區(qū)域;

　?、茉诠ぷ髅骖A(yù)測過程中出現(xiàn)噴孔、頂鉆等動力現(xiàn)象;

　?、莨ぷ髅娉霈F(xiàn)明顯突出預(yù)兆。

　　4.2工作面突出危險性預(yù)測指標

　　鉆孔指標法

　　① 鉆孔瓦斯涌出初速度法

　?、?鉆屑瓦斯解吸指標法

　　③ 鉆屑指標法

　?、?R值指標法

　　以上4種預(yù)測指標是我國《細則》規(guī)定的主要預(yù)測指標

　　鉆孔瓦斯涌出初速度法

　　理論基礎(chǔ)

　　煤層鉆孔瓦斯涌出速度測定表明，在大多數(shù)情況下開始測量后0.5～2min函數(shù)q=f(t)達到最大值;

　　本方法由蘇聯(lián)馬凱耶夫煤礦安全研究所提出，在突出帶和非突出帶q和煤層力學(xué)性質(zhì)不同：

　　綜合反映了煤層的破壞程度、瓦斯壓力和瓦斯含量、煤體的應(yīng)力狀態(tài)及透氣性，可以綜合評價煤層的突出危險性。

　　鉆孔瓦斯涌出初速度法

　　煤巷掘進工作面測試方法(《細則》第36條)

　　(1)靠近巷道兩幫，各打一個平行于巷道掘進方向直徑42mm、深3.5m的鉆孔，鉆孔布置在軟分層中;

　　(2)用專門的封孔器封孔，封孔后測量室長度為0.5m;

　　(3)測試工作必須在鉆孔打完后2min內(nèi)完成。

　　每預(yù)測循環(huán)可進尺1.5m，留2m的超前距。

　　鉆孔瓦斯涌出初速度臨界值(Vdaf )

　　鉆孔瓦斯涌出初速度法

　　測試要點

　　測量室應(yīng)位于應(yīng)力集中帶或原巖應(yīng)力帶

　　采用節(jié)流式流量計

　　打鉆后立即封孔測量

　　封孔嚴密

　　測試前檢查儀器，無氣路堵塞現(xiàn)象

　　應(yīng)用效果

　　1969～1980年間在蘇聯(lián)頓巴斯127個礦井的3930個掘進工作面和2070個回采工作面應(yīng)用，工作面共推進1143Km，其中非突出危險1104.6Km(占96.7%)，突出危險帶38.4Km(占3.3%)。工作面共穿過691個突出危險帶，其中有677個(占89%)是用該方法發(fā)現(xiàn)的，只漏掉了14個危險帶。

　　平煤集團突出礦井主要采用該指標進行突出危險性預(yù)測，據(jù)94～97年間東三礦20個掘進工作面統(tǒng)計，危險帶占總推進度的5%左右，預(yù)測突出危險帶的準確率可達60%～80%。

　　目前該方法是國內(nèi)外突出礦井的主要預(yù)測方法。

　　鉆屑瓦斯解吸指標

　　理論基礎(chǔ)

　　鉆屑瓦斯解吸指標?h2或K1值表示瓦斯含量的大小和解吸速度的快慢，即表示瓦斯能的大小及釋放速度。

　　鉆屑瓦斯解吸規(guī)律可用巴雷爾公式表示，Q1=K1T0.5 ， ?h2和K1值均表示煤樣在一段時間內(nèi)的瓦斯解吸量， K1值是解吸第1分鐘的解吸量， ?h2是第4和第5分鐘內(nèi)的解吸量， K1是按解吸規(guī)律推算的， K1是實測的

　　按照巴雷爾公式推算， K1 =0.016 ?h2

　　測試儀器與方法

　　?h2用MD-2解吸儀測定，K1用ATY突出預(yù)測儀測定

　　可用于石門揭煤工作面以及采掘工作面的突出危險性預(yù)測

　　測試方法和臨界值根據(jù)《細則》第34條和附錄四進行。或K1值的測試方法和臨界值根據(jù)《細則》第34條和附錄四進行

　　平煤集團突出礦井采用?h2作為預(yù)測指標之一

　　石門揭煤工作面?h2和K1的臨界值

　　鉆屑指標法

　　理論基礎(chǔ)

　　鉆屑量S表示煤層應(yīng)力集中程度大小， ?h2或K1值表示煤層瓦斯大小及其釋放速度大小，分別從地應(yīng)力和瓦斯的角度反映了煤層突出危險性的的大小，可以綜合反映煤層的突出危險性

　　地應(yīng)力越大，S值越大

　　鉆屑瓦斯釋放速度越快， ?h2或K1值越大

　　測試方法

　　在煤巷掘進工作面打2個(傾斜或急傾斜煤層)或3個(緩傾斜煤層)直徑42mm、深8～10m的鉆孔，鉆孔布置方式與《細則》第37條規(guī)定相同

　　鉆孔每打1m測定鉆屑量一次，每2m測定一次鉆屑解吸指標

　　根據(jù)每個鉆孔的S、 ?h2或K1的最大值預(yù)測突出危險性

　　當任一指標大于或等于臨界值時，該工作面為突出危險工作面

　　每預(yù)測循環(huán)留2m的超前距

　　鉆屑指標法預(yù)測掘進工作面的臨界值

　　R值指標法

　　理論基礎(chǔ)

　　R值指標由蘇聯(lián)東方煤礦安全研究所1969年提出

　　鉆屑量S主要考慮了煤層的強度性質(zhì)和應(yīng)力狀態(tài)，瓦斯涌出初速度則主要考慮了瓦斯因素，把兩者結(jié)合在一起用來預(yù)測突出危險性是合適的

　　該方法同時考慮了工作面的應(yīng)力狀態(tài)、物理力學(xué)性質(zhì)、瓦斯含量、透氣性和煤層的放散能力，即考慮了決定突出危險性的主要因素，是一個綜合指標

　　判斷指標

　　R=(Smax –1.8)(qmax -4 )

　　當任一鉆孔的R≥6時，突出危險工作面

　　當任一鉆孔的R<6時，無突出危險工作面

　　當任一鉆孔的R≥6時，突出危險工作面

　　當R為負值時，應(yīng)用單項指標預(yù)測

　　R值指標法

　　測試方法(《細則》第37條)

　　(1)在煤巷掘進工作面打2個(傾斜或急傾斜煤層)或3個(緩傾斜煤層直徑42mm、深5.5～6.5m的鉆孔

　　(2)鉆孔布置在軟分層中，一個鉆孔位于巷道工作面中部平行于掘進方向，其它鉆孔的終孔點應(yīng)位于巷道輪廓線外2～4m處

　　(3)鉆孔每打1m，測定一次S和q

　　(4)測q時，測量室長度為1m，根據(jù)每個鉆孔的最大Smax和最大qmax

　　確定R值

　　(5)每預(yù)測循環(huán)留2m超前距

　　R值指標法

　　應(yīng)用效果

　　七十年代下半期蘇聯(lián)東方煤礦安全研究所曾進行了數(shù)千次R值的測定，在所有情況下只要R<6從未發(fā)生過一次突出，而在突出前R≥6;

　　目前在俄羅斯庫茲巴斯和卡拉干達礦區(qū)主要采用R值預(yù)測掘進工作面的突出危險性，在地質(zhì)破壞帶R值均大于6;

　　平煤集團各突出礦井曾用R值預(yù)測突出危險性。

　　平頂山礦區(qū)突出礦井預(yù)測指標

　　四、防治突出措施

　　1、 區(qū)域性防突措施

　　2、 局部性防突措施

　　3、 各類防突措施適應(yīng)條件及優(yōu)缺點

　　制定防突技術(shù)措施的原則

　　降壓排瓦，增加煤體強度

　　降壓排瓦-----消除或減小能引起煤與瓦斯突出的能量聚集，并防止這種能量突然釋放，即排除瓦斯，卸除地應(yīng)力和瓦斯壓力的原則;

　　增加煤體強度------增強煤體的穩(wěn)定性，改變煤體的物理力學(xué)性質(zhì)，增加煤體的抗破碎能力，即加固煤體，抑制突出的原則。

　　1、 區(qū)域性防突措施

　　1.1 開采保護層

　　1.2 預(yù)抽煤層瓦斯

　　1.3 煤層區(qū)域性預(yù)先注水

　　在煤層采掘之前，對煤層實施大面積預(yù)先處理，以達到煤層卸壓、排放瓦斯及改變煤層物理力學(xué)性質(zhì)的目的，從而大面積消除煤層的突出危險性。在選擇防突措施時，應(yīng)優(yōu)先采用區(qū)域性防突措施。

　　1.1開采保護層

　　作用機理

　　在開采煤層群時，通過開采保護層，實現(xiàn)被保護層的卸壓和瓦斯排放，消除被保護層的突出危險性。

　　保護層的選擇

　?、偈紫冗x擇無突出危險的煤層作為保護層。

　　②礦井中所有煤層都有突出危險時，應(yīng)選擇突出危險性較小的煤層。

　?、蹆?yōu)先選擇上保護層。

　　有關(guān)保護層開采的技術(shù)要求和保護范圍、效果執(zhí)行《規(guī)程》和《細則》的規(guī)定。

　　1.2預(yù)抽煤層瓦斯

　　作用機理

　　通過預(yù)抽煤層瓦斯，減少煤層瓦斯壓力和含量，降低瓦斯內(nèi)能，提高煤體強度，以消除煤層的突出危險性。

　　技術(shù)要求

　　①采用平行布孔方式，鉆孔應(yīng)控制整個預(yù)抽區(qū)域并均勻布孔;

　?、诿簩油咚诡A(yù)抽率應(yīng)大于30%;

　　③預(yù)抽后，突出煤層殘存瓦斯含量應(yīng)小于該煤層始突深度處的煤層原始瓦斯含量;

　　在平頂山礦區(qū)，由于煤層透氣性低，瓦斯預(yù)抽率一般不超過10%，抽放效果差，單靠預(yù)抽不能消除煤層的突出危險性在采掘過程中還必須采取局部防突措施。

　　1.3煤層區(qū)域性預(yù)先注水

　　作用機理

　　水進入煤層的裂隙和孔隙，使原始煤體濕潤，增加了煤的可塑性和柔性，彈性模數(shù)降低20～30%，應(yīng)力分布變的比較均勻，彈性能的釋放速度比較緩慢;水封閉了瓦斯流動的通道，減小了瓦斯放散速度，降低了瓦斯能的釋放速度;注水可以提高f值，增加了煤層的強度。

　　技術(shù)要求

　　①煤層最少有一個分層均勻濕潤，水分達到4%以上。

　?、谘孛簩幼呦蚝蛢A向不留空白區(qū)。

　　③最好采用中低壓小流量長時注水。

　　該方法在俄羅斯作為區(qū)域性措施

　　2 、局部性防突措施

　　卸壓排放措施

　　超前鉆孔、抽放瓦斯、松動爆破、卸壓縫

　　水力化措施

　　煤層注水、水力松動、水力壓裂、水力爆破、水力沖孔

　　煤體圍巖強化措施

　　金屬骨架、前探支架

　　煤體圍巖強化措施一般與其它兩種措施共同使用

　　在煤層采掘過程中，在采掘工作面向煤層體實施處理措施，以達到煤層卸壓、排放瓦斯及改變煤層物理力學(xué)性質(zhì)的目的，從而消除工作面附近煤層的突出危險性。

　　2.1超前鉆孔

　　作用原理

　　在采掘工作面向煤層施工一定深度的鉆孔，對煤層進行卸壓和排放瓦斯，使應(yīng)力集中帶向工作面深部轉(zhuǎn)移，消除突出危險性。

　　技術(shù)參數(shù)

　?、巽@孔直徑75～120mm;

　?、诒３忠欢ǖ某熬?不小于5米);

　　③掘進工作面應(yīng)控制到巷道斷面輪廓外2～4m;

　?、茔@孔應(yīng)布置在煤層的軟分層中;

　?、葶@孔個數(shù)和間距根據(jù)鉆孔有效排放半徑而定。

　　2.1超前鉆孔

　　2.2瓦斯抽放

　　掘進工作面超前抽放

　　對突出危險性嚴重的掘進工作面實施超前鉆孔抽放;

　　超前鉆孔直徑75～120mm，深度25～30m以上，鉆孔5～12個，穿過工作面前方的應(yīng)力集中帶;

　　巷道輪廓四周的控制范圍2～4m;

　　抽放時間7～10天，一般不超過15天;

　　2.2瓦斯抽放

　　掘進工作面隔離式抽放(邊掘邊抽)

　　對突出危險性相對不大、瓦斯涌出量大推進速度快的掘進工作面實施隔離式抽放;

　　巷道兩幫卸壓帶內(nèi)瓦斯在抽放負壓的作用下，被引入到抽放鉆孔中，隔斷瓦斯向巷道的涌出，減少巷道瓦斯涌出量;

　　鉆孔開口位置距煤壁2～2.5m，抽放區(qū)段距煤壁3～5m，與巷道軸線的夾角小于5° ;

　　鉆孔抽放期2～3個月。

　　2.3 松動爆破

　　掘進工作面深孔松動爆破

　　鉆孔直徑42mm，孔深不小于8m，孔數(shù)根據(jù)爆破有效半徑確定;

　　控制到巷道輪廓線外1.5～2m的范圍;

　　超前距不小于5m;

　　必須執(zhí)行撤人、停電、設(shè)警戒、遠距離放炮、反向風(fēng)門等安全措施。

　　2.3松動爆破

　　采煤工作面淺孔松動爆破

　　適用于煤質(zhì)較硬、圍巖穩(wěn)定較好的煤層;

　　沿采煤工作面每隔2～3m打一個鉆孔，孔深不小于3m，炮泥封孔長度不得小于1m;

　　超前距不小于2m。

　　2.4卸壓縫

　　對突出危險性嚴重的采煤工作面，在工作面用專門機器開卸壓縫，引起煤層卸壓和排放瓦斯，消除突出危險性;

　　主要參數(shù)

　　卸壓縫的位置、高度、深度和割縫速度;

　　卸壓縫深度不超過1.5m～2m，并保證0.5m的超前距;

　　c、卸壓縫高度10～14mm，保證煤層充分卸壓，卸壓縫又能閉和，不積聚瓦斯;

　　應(yīng)編制割縫過程中的防突措施。

　　2.5卸壓槽

　　在掘進工作面的兩個隅角開卸壓槽，引起應(yīng)力集中帶向深部轉(zhuǎn)移，消除突出危險性;

　　卸壓槽深度不小于0.5m，寬度60～80mm;

　　進尺超前距不小于0.5m;

　　可用鉆孔法或?qū)Ｓ霉ぞ咝纬尚秹翰邸?/p>

　　2.6水力松動

　　作用機理

　　在工作面向煤層注入15～20MPa的高壓水，使煤層裂隙擴張，形成平行于工作面煤壁的裂縫，引起煤體卸壓和排放瓦斯，應(yīng)力集中帶向煤體深部轉(zhuǎn)移。

　　主要參數(shù)根據(jù)煤層的具體條件而定，包括封孔深度、注水壓力、注水量、有效注水半徑等。

　　在俄羅斯約有20%的采掘工作面采用水力松動，回采工作面突出頻率0.055，準備工作面突出頻率0.057。

　　2.7水力壓裂

　　作用機理

　　在工作面打直徑42～45mm的鉆孔，借助于高壓水將煤層向工作面方向強制壓出，引起煤壁卸壓和排放瓦斯，消除突出危險性。

　　主要參數(shù)

　　鉆孔深度、封孔深度、鉆孔間距、注水壓力、注水時間、注水速度等

　　實施水力壓裂必須制定詳細的安全技術(shù)措施

　　在俄羅斯的應(yīng)用表明，回采工作面突出頻率0.264，準備工作面突出頻率0.243。

　　3、各類防突措施適應(yīng)條件及優(yōu)缺點

　　五、 防治突出措施的效果檢驗

　　1. 目的和要求

　　2. 鉆孔布置方式

　　3. 檢驗方法

　　1. 目的和要求

　　為檢查控制防突措施的施工質(zhì)量和有效性，確保消除突出危險性，保證工作面安全進尺，必須實施防突措施的效果檢驗;

　　當防突措施無效時，必須再次執(zhí)行防治突出的補充措施，只有經(jīng)措施效果檢驗有效后，方可在采取安全防護措施的前提下進行采掘作業(yè)，并留有不小于2m的檢驗超前距。

　　2. 鉆孔布置方式

　　檢驗孔的布置必須可靠控制防突措施的效果和有效范圍;

　　石門揭煤工作面檢驗孔孔數(shù)為4個，其中石門中間1個，其它3個鉆孔位于石門上部和兩側(cè)，終孔位置應(yīng)位于措施控制范圍的邊緣線上。

　　對于采掘工作面檢驗孔位于措施孔之間，檢驗孔孔深應(yīng)小于或等于措施孔;

　　檢驗孔不得與措施孔交叉穿透，不得采用措施孔或預(yù)測孔進行效果檢驗。

　　3. 檢驗方法

　　措施效果檢驗方法根據(jù)《細則》第34條、第35條采掘工作面突出危險性預(yù)測方法的規(guī)定執(zhí)行;

　　必須采用2個及以上指標;

　　選用的檢驗指標要適應(yīng)防突措施的特性，如煤層注水措施不采用鉆屑量指標，可采用鉆孔瓦斯涌出初速度、鉆屑瓦斯解吸指標等

　　嚴格執(zhí)行《細則》第四節(jié)防治突出措施效果檢驗。

　　六、 安全防護措施

　　1. 安全防護措施的作用

　　2. 安全防護措施的內(nèi)容與要求

　　1.安全防護措施的作用

　　由于突出機理的復(fù)雜性，目前仍處于假說階段，尚未完全掌握突出發(fā)生、發(fā)展的數(shù)學(xué)物理本質(zhì)，再加上煤層瓦斯賦存條件和地質(zhì)條件的多變性，以及預(yù)測、措施執(zhí)行和效果檢驗過程中人為因素的影響，降低了預(yù)測、效果檢驗的可靠性，即使在預(yù)測、效檢不超標的情況下，仍有可能發(fā)生突出。平頂山礦區(qū)也發(fā)生過多次低指標突出事故。

　　2. 安全防護措施的內(nèi)容

　　根據(jù)《規(guī)程》第209條和《細則》第91條的規(guī)定，井巷揭穿突出煤層或在煤層中進行采掘作業(yè)時，都必須采取安全防護措施。安全防護措施包括震動放炮、遠距離放炮、避難所、壓風(fēng)自救系統(tǒng)和隔離式自救器等。

　　2.1 采用震動放炮揭穿石門時， 必須遵守下列規(guī)定：

　?、?工作面必須有獨立可靠的加在風(fēng)系統(tǒng)，必須保證回風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)流暢通，并嚴禁人員通行和作業(yè);

　　② 放震動炮由礦總工程師統(tǒng)一指揮，并由救護隊在指定地點值班，炮后至少以30min，由礦山救護隊人員進入工作面檢查。根據(jù)檢查結(jié)果，確定采取的恢復(fù)送電、通風(fēng)及排除瓦斯等具體措施;

　?、?為降低震動放炮時誘發(fā)突出的強度，應(yīng)采取擋樣設(shè)施;

　?、?揭開煤層后，在石門附近30m范圍內(nèi)掘進煤巷時，必須加強支護，嚴格采取防突措施。

　?、?震動放炮要求一次全斷面揭穿或揭開煤層。對緩傾斜煤層，應(yīng)一次全斷面揭開巖柱。如果震動放炮未能按要求揭穿煤層，在掘進剩余部分進(包括掘進煤層和進入底(頂)板2m范圍內(nèi))，必須按照震動放炮的安全要求，進行放炮作業(yè)。煤層特厚或傾角過小不能一次揭開全厚時，在掘進剩余部分時，必須采用抽放瓦斯、排放鉆孔、水力沖孔等防突措施。

　　2.2 突出危險區(qū)設(shè)置反向風(fēng)門

　　反向風(fēng)門平時開，放炮時必須關(guān)閉。反向風(fēng)門必須安設(shè)在進風(fēng)側(cè)，一組反向風(fēng)門必須兩道，間距4m，風(fēng)門距工作面距離及組數(shù)應(yīng)根據(jù)突出強度確定。

　　墻垛用混凝土或磚砌筑，并嵌入周邊巖石中0.2m 以上，墻垛厚≥0.8m，門框厚度≥100mm，門厚≥50mm。

　　門垛上設(shè)鐵風(fēng)筒，并有防逆流隔斷裝置。

　　突出嚴重區(qū)應(yīng)采用液壓反向風(fēng)門(鋼結(jié)構(gòu))。

　　2.3 采用遠距離放炮

　　采用遠距離放炮時，放炮地點應(yīng)設(shè)在進風(fēng)側(cè)反向風(fēng)門之外或避難所內(nèi)，放炮地點距工作面的距離根據(jù)實際情況由局總工程師確定。放炮地點應(yīng)配備壓風(fēng)自救系統(tǒng)或自救器。放炮時，回風(fēng)系統(tǒng)都必須停電撤人，放炮30min后，方可進入工作面檢查。

　　根據(jù)我國石門揭煤突出統(tǒng)計，煤拋出的最大距離為1170m(天府局三匯一礦揭K1煤層時)，而大多數(shù)特大型突出，拋煤距離均在200m以內(nèi)。據(jù)前蘇聯(lián)研究資料，從開始出現(xiàn)明顯的預(yù)兆到發(fā)生突出之間的最短時間間隔為2~3min。在此期間，如果人員以8Km/h的速度快跑的話，能跑出270~400m的距離?？紤]到人員對出現(xiàn)預(yù)兆瓜的遲緩，以煤層揭開地點到避難所的距離取200m為宜。在采掘工作面附近和放炮啟動地點，也需設(shè)避難硐室，考慮到采掘工作面的突出強度比石門揭煤時為小，巷疲乏斷面也比石門端面小，因此，此距離應(yīng)小于200m，根據(jù)情況確定。

　　2.4 避難所、壓風(fēng)自救系統(tǒng)(1)

　　突出礦井應(yīng)在井下設(shè)避難所或壓風(fēng)自救系統(tǒng)，根據(jù)情況，可設(shè)置其中之一或混合設(shè)置，并符合下列要求：

　　(1)井下避難所的要求是：

　?、僭O(shè)在采掘工作面附近和放炮地點，數(shù)量和距采掘工作面的距離根據(jù)具體情況確定;

　　②門必須向外開啟，室內(nèi)凈高不低于2m，長寬依工作地點最多人數(shù)確定，面積不得少于0.5m2/人，有直通調(diào)度室電話;

　?、郾茈y所內(nèi)必須設(shè)有供給空氣設(shè)施，每人供風(fēng)量不少于0.3m3/min。應(yīng)有減壓裝置和帶有閥門控制的呼吸嘴;

　?、鼙茈y所應(yīng)根據(jù)最多人數(shù)配備足夠的自救器。

　　避難所、壓風(fēng)自救系統(tǒng)(2)

　　(2)壓風(fēng)自救系統(tǒng)的要求是：

　?、?壓風(fēng)自救系統(tǒng)安設(shè)在井下壓縮空氣管路上;

　　② 設(shè)置在距采掘工作面25~40m的巷道內(nèi)、放炮點、撤離與警戒人員所在位置及回風(fēng)道有人作業(yè)處。長距離掘進巷道中，每隔50m設(shè)置一組壓風(fēng)自救系統(tǒng);

　?、?每組可供5~8個人用，但每人不得少于0.1m3/min。

　　2.5 其它

　?、?電氣設(shè)備須有專人檢查、維護，每旬查一次防爆性能;

　　② 突出煤必須及時清理，以防自燃引起瓦斯爆炸;

　?、?對突出空洞，應(yīng)充填或支護，不應(yīng)放出松散煤體;

　　④ 突出礦井每一入井人員，必須隨身攜帶隔離式(壓縮氧和化學(xué)氧)自救器。