石門揭煤設(shè)計

　　摘 要：在煤與瓦斯突出礦井中，石門揭突出煤層危險性大，時間特別長，是礦井安全技術(shù)的重點和采掘部署的瓶頸工程。本文闡述了國內(nèi)外關(guān)于煤與瓦斯突出機(jī)理的綜合學(xué)說，詳細(xì)分析了石門揭煤突出的原理，包括其突出影響因素、發(fā)生條件、突出煤體的力學(xué)特性與瓦斯流動規(guī)律，之后對通過對平行布孔抽放瓦斯、扇形布孔抽放瓦斯、交叉布孔抽放瓦斯比較，提出平煤八礦戊9-10煤層的揭煤方案——石門短導(dǎo)硐、交叉布孔抽放瓦斯和震動放炮相結(jié)合的揭煤措施。并按《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》制定了“四位一體”防突措施及相關(guān)安全防護(hù)及防突措施。

　　關(guān)鍵詞：煤與瓦斯突出，石門揭煤，突出機(jī)理，短導(dǎo)硐揭煤技術(shù)

　　Design of Cross-cut Crossing Seam at New Auxiliary Shaft Rail Raise in Pingmei Corporation 8 Mine

　　Abstract： In the mine which gush the coal and gas,rockcross cutvuncovers the coal prominent coal bed serious risk,the timeexepect long，it is the mine security technology key point and the excavation deployment bottleneck project. This article elaborated domestic and foreign about coal and gas prominent theory, multi analysis rock cross cut has uncovered the coal prominent principle,including its prominent influence factor,has the condition,the prominent coal body mechanics characteristic and the gas mobile rule,to through to paralle cloth Kong Pulls and puts the gas fan-shaped cloth Kong Pulls out puts the gas， overlapping cloth hole pulls out put the gas compares afterwards,proposed the even coal eight ores fifth heavenly stems 9-10coal bed uncovers coal plan-rock cross cut short to lead uncovers the coal measure which hole,overlapping cloth hole Pulls out puts.The gas and the vibration fires a gun unifies.And formulated “a four body”according to “Preventing and controlling Coal ang Gas Prominent Regulation” to guard against suddenly the measure and the correlation security protection and guards against suddenly the measure.

　　Key words： Coal and gas prominent;rock cross cut uncovers the coal; prominent theory; short hole to lead uncovers the coal measure.

　　目 錄

　　1緒論 1

　　1.1前言 1

　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2

　　1.2.1煤與瓦斯突出機(jī)理的研究現(xiàn)狀 2

　　1.2.2煤與瓦斯突出預(yù)測的研究現(xiàn)狀 4

　　1.2.3石門揭煤工作面突出機(jī)理 5

　　1.2.4石門揭煤的研究現(xiàn)狀 6

　　2試驗區(qū)概況 10

　　2.1礦井概述 10

　　2.2試驗區(qū)概況 11

　　2.2.1揭煤地點概況 11

　　2.2.2瓦斯地質(zhì)情況 12

　　2.2.3瓦斯地質(zhì)分析 13

　　3揭煤工作面突出危險性預(yù)測 14

　　3.1試驗區(qū)瓦斯地質(zhì)特 14

　　3.2前探鉆孔 14

　　3.3煤層壓力測定 16

　　3.4石門揭煤工作面突出危險性分析 17

　　4石門揭煤技術(shù)方案及參數(shù) 18

　　4.1石門揭煤預(yù)留巖柱厚度的確定 18

　　4.2石門揭煤防突措施的選定 20

　　4.3短導(dǎo)硐的施工方案 23

　　4.4抽放鉆孔的布置方式 23

　　4.4.1抽放鉆孔的布置方式的選擇 23

　　4.4.2交叉鉆孔布孔方式 26

　　4.4.3抽放鉆孔施工要求 26

　　4.4.4抽放鉆孔工藝 27

　　4.4.5抽放鉆孔安全技術(shù)措施 28

　　4.6揭煤爆破技術(shù)方案 28

　　5安全巖柱和效果檢驗 32

　　5.1突防效果檢驗 32

　　5.2預(yù)留巖柱厚度的控制 33

　　5.3炮前的防突措施效果檢驗 33

　　6防突系統(tǒng)和安全防護(hù) 35

　　6.1通風(fēng)系統(tǒng) 35

　　6.1.1通風(fēng)系統(tǒng)與局部通風(fēng) 35

　　6.1.2反向風(fēng)門 35

　　6.2監(jiān)測監(jiān)控 35

　　6.3安全防護(hù) 36

　　6.3.1壓風(fēng)自救系統(tǒng) 36

　　6.3.2隔爆水槽 36

　　6.3.3綜合防塵 36

　　6.3.4其它 36

　　6.4供電及停電 37

　　6.5揭煤放炮眼布置 37

　　6.5.1炮眼布置 37

　　6.5.2爆破網(wǎng)絡(luò)計算 37

　　6.7震動放炮安全技術(shù)措施 38

　　6.7.1爆破器材 38

　　6.7.2打眼與裝藥 39

　　6.7.3爆破 39

　　6.7.4其它 40

　　6.8避災(zāi)路線 41

　　6.9組織管理 41

　　6.10進(jìn)入煤層掘進(jìn)期間的防突措施 42

　　6.11防瓦斯超限 43

　　7過煤門施工措施 44

　　7.1措施選定 44

　　7.2措施技術(shù)參數(shù)的確定 44

　　7.3措施實施的具體要求 44

　　7.4措施的效果檢驗 45

　　7.4.1瓦斯涌出初速度q值測試步驟 46

　　7.4.2鉆屑瓦斯解吸量指標(biāo)的測定方法和步驟 46

　　7.4.3臨界值及判斷 46

　　7.4.4效檢時 46

　　7.4.5效檢后 46

　　結(jié)論 47

　　致謝 48

　　參考文獻(xiàn) 49

　　1緒論

　　1.1前言

　　煤炭是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的基礎(chǔ)，在我國一次能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中始終占70%左右。據(jù)預(yù)測，到2010年煤炭將占60%左右，2050年將占50%以上，在相當(dāng)長的時期內(nèi)，煤炭仍將是我國的主要能源。當(dāng)前快速增長的經(jīng)濟(jì)，對煤炭工業(yè)發(fā)展提出了更高的要求。我國煤礦主要是井工開采，生產(chǎn)環(huán)境條件復(fù)雜，與其它行業(yè)相比，煤礦安全尤為重要。安全是煤炭生產(chǎn)的頭等大事，安全對煤炭生產(chǎn)起著保證、支撐和推動作用，是煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的前提。

　　目前，隨著煤礦開采深度的延伸和開采強度的加大，地壓和瓦斯涌出量越來越大，突出危險性也不斷加大。在很短時間內(nèi)，從煤(巖)壁內(nèi)部向采掘工作間突然噴出煤(巖)和瓦斯的現(xiàn)象，即煤(巖)與瓦斯突出，它是一種伴有聲響和猛烈能效應(yīng)的動力現(xiàn)象，能摧毀井巷設(shè)施、破壞礦井通風(fēng)系統(tǒng)，使井巷充滿瓦斯和煤(巖)拋出物，造成人員窒息、煤流埋人，甚至可能引起瓦斯爆炸與火災(zāi)事故，導(dǎo)致產(chǎn)中斷。因此，煤與瓦斯突出是煤礦最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)，制約著我國煤炭工業(yè)的發(fā)展。

　　從1834年3月22日法國魯阿爾煤田依薩克礦井發(fā)生了世界上有記載的第一次突出至今，己發(fā)生過突出的國家有法國、前蘇聯(lián)、中國、波蘭、日本、美國等20多個國家和地區(qū)。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止1981年發(fā)生突出的次數(shù)已超過3萬次，其中強度最大的一次突出發(fā)生在1969年7月13日前蘇聯(lián)頓巴斯礦區(qū)加加林礦井，突出煤14200t，噴出瓦斯達(dá)250萬m3。我國是世界上煤與瓦斯突出最嚴(yán)重的國家之一，其特點是突出礦井分布面廣，且分布于不同類型的煤層，突出礦井的始突深度不一，中小型突出占較大多數(shù)，大強度突出次數(shù)也不少;在區(qū)域上的表現(xiàn)為南北都有分布，但南強北弱。建國后，第一次煤與瓦斯突出于1950年4月20日發(fā)生在遼源礦務(wù)局富國礦的西二坑，此后，隨著我國煤炭工業(yè)的迅猛發(fā)展，老礦井開采的愈來愈深，新礦井又不斷增多，突出礦井也日益增多，不僅突出次數(shù)大幅度增加，而且其突出強度也在提高，其中最大的一次突出發(fā)生在1975年8月8日天府礦務(wù)局三匯壩一礦主平銅震動性放炮揭穿6號煤層時，突出煤巖12780t，突出瓦斯140萬m3，居世界第二。1988年10月16日南桐魚田堡煤礦二水平東翼三采區(qū)+20m石門，打震動炮眼時發(fā)生自行沖破巖柱的突出。突出煤炭8765噸，巖石61m3，瓦斯201萬m3，煤粉堵塞巷道1388m，瓦斯逆流1846m。近些年來，我國煤礦的安全生產(chǎn)形勢日益嚴(yán)峻，煤礦安全事故也層出不窮，80%以上都是瓦斯事故，其中以石門揭煤突出最為嚴(yán)重，造成了大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失。截止2004年，國有重點煤礦中，有高瓦斯礦井152處、煤與瓦斯突出礦井154處，高瓦斯、突出礦井?dāng)?shù)量約占49.8%，煤炭產(chǎn)量約占42%，45戶安全重點監(jiān)控企業(yè)中，有高瓦斯、突出礦井250處，其礦井?dāng)?shù)量和產(chǎn)量分別占60.2%.、60.6%3。對于煤與瓦斯突出，特別是石門揭煤突出，各國都投入了大量的人力、物力、財力，許多國家還建立了專門的研究機(jī)構(gòu)，專門研究其機(jī)理和防治工作;我國于五十年代成立了撫順煤炭研究所，主要承擔(dān)煤和瓦斯突出的研究工作，以后相繼有中國礦大、安徽理工、河南理工等高等院校也都進(jìn)行這方面的研究工作[1]。

　　由于石門揭煤突出強度大，波及范圍廣，造成的破壞嚴(yán)重，能給礦井帶來毀滅性的災(zāi)難;同時，由于石門揭煤其施工工藝的特殊性，揭穿突出煤層全過程都有突出危險，并可能發(fā)生連續(xù)突出、延期突出和自行揭開突出，比一般類型突出對人身安全的危害更大，所以個別突出礦井不惜多掘數(shù)百米煤層巷道來繞過石門直接揭煤這個攔路虎，浪費了大量的工程費用，多數(shù)礦井在嚴(yán)重突出煤層石門揭煤過程中，為防治突出，防突措施步步設(shè)防，執(zhí)行措施占用時間長，造成生產(chǎn)接替十分緊張，礦井發(fā)展步履維艱，經(jīng)濟(jì)形勢尤其困難。

　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　1.2.1煤與瓦斯突出機(jī)理的研究現(xiàn)狀

　　煤礦開采過程中，直到十六世紀(jì)末，在煤礦的井工開采中，才遇到有害氣體，到十八世紀(jì)初期英國有的深井開始發(fā)生甲烷爆炸。隨著工業(yè)的發(fā)展，煤炭開采日益加劇，礦井瓦斯事故也日益加劇，引起了世界各采煤國家的密切關(guān)注，研究工作也取得了一定的成果，但由于突出機(jī)理的復(fù)雜多樣性，迄今為止形成了多種假說，國外主要存在三種假說，分別是瓦斯作用說、地應(yīng)力說和綜合作用說。

　　(1)瓦斯作用說：該學(xué)說認(rèn)為，煤內(nèi)存儲的高壓瓦斯是突出中起主要作用的因素，在這類假說中“瓦斯包”說占重要地位，它認(rèn)為在煤層中存在著瓦斯壓力與瓦斯含量比臨近區(qū)域高得多的煤窩，即瓦斯包，其中煤松軟、孔隙與裂隙發(fā)育它具有較大的存儲瓦斯的能力，被透氣性差的煤所包圍，存儲著高壓瓦斯：當(dāng)巷道揭穿“瓦斯包”時，在瓦斯壓力作用下將松軟的煤窩破碎并拋出而形成煤與瓦斯突出。另一類瓦斯作用說認(rèn)為，甲烷在煤中以不穩(wěn)定的化合物形式存在，例如有多聚甲烷或結(jié)晶水化物存在，或者煤可以自然地分解并放出大量瓦斯，當(dāng)巷道揭開飽含不穩(wěn)定化合物煤區(qū)時，因溫度上升或瓦斯壓力下降，促使它們急劇地分解，放出大量瓦斯并夾帶著煤噴出。

　　(2)地應(yīng)力說：該學(xué)說認(rèn)為，突出主要是高地應(yīng)力作用的結(jié)果。然而對高地應(yīng)力的構(gòu)成又有不同說法，一種認(rèn)為除自重應(yīng)力外還存在著地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力，當(dāng)巷道接近存儲構(gòu)造應(yīng)變能高的硬而厚的巖層時，后者將像彈簧一樣地伸張，將煤破壞和粉碎，從而引起瓦斯劇烈涌出而形成突出;另一種認(rèn)為采掘工作面前方存在著應(yīng)力集中，當(dāng)彈性厚頂板懸頂過長或突然冒落時，可能產(chǎn)生附加的應(yīng)力，在集中應(yīng)力作用下，煤發(fā)生破壞和破碎時，伴隨著大量瓦斯涌出而構(gòu)成突出。

　　(3)綜合作用說：該學(xué)說認(rèn)為突出是地應(yīng)力、瓦斯、煤的力學(xué)性質(zhì)等因素綜合作用的結(jié)果。因為它較全面地考慮了動力與阻力兩個方面的因素，因而得到各界學(xué)者的普遍承認(rèn)，在綜合作用說的多種說法中又以蘇聯(lián)B.B.霍多特的能量假說影響最大，他認(rèn)為，突出是煤的變形潛能W和瓦斯內(nèi)能突然釋放所引起的近工面 煤體的高速破碎，并推斷出激發(fā)突出的三個條件，可表述為如下三個公式：：

　?、偌ぐl(fā)突出的第一條件：

　　對于回采 W+ Э> F+ U (1—1)

　　對于掘進(jìn) W > F +U (1—2)

　　對于石門揭煤 W +Q > F+ U (1—3)

　　式中：W——煤的變形潛能;

　　Э——頂巖石的動能;

　　Q——煤內(nèi)游歷瓦斯所含的內(nèi)能;

　　F——煤向巷道的移動功;

　　U——煤的破碎功。

　?、诩ぐl(fā)突出的第二條件：

　　Vp>Vx (1—4)

　　式中：Vp— 煤的破碎速度;

　　Vx— 煤裂隙中瓦斯壓力下降速度，取決于煤的裂隙性。

　　③激發(fā)突出的第三條件：要求在煤破碎完成之前，瓦斯壓力應(yīng)保持在比己破碎煤 的拋出阻力更大的水平上，即：

　　P>(m /s )*[g (f* cos a

sin a )+ a] (1-5)

 

　　式中：

　　s—煤破碎區(qū)段的橫段面積;

　　f—煤沿某一表面移動時該面的摩擦系數(shù);

　　a—煤沿某一表面移動時該面與水平面所成的傾角;

　　g—重力加速度;

　　m— 煤的質(zhì)量;

　　a—為了把煤拋出必須給煤的加速度;

　　

— 煤移動方向向上拋出時取“+”，反之取“一”。

 

　　測算表明，在瓦斯礦井中，激發(fā)突出的第二與第三條件實際上總是可以滿足的，故能否滿足第一條件便成為發(fā)生突出的主要而必需的條件。霍多特認(rèn)為，只有當(dāng)煤中應(yīng)力狀態(tài)突然改變時，煤層可能產(chǎn)生高速破碎，下述原因可以引起煤中應(yīng)力狀態(tài)的突然改變：煤層中堅硬區(qū)段或堅硬包裹體的承載能力以脆性破壞形式消失了;圍巖作用于煤層的動載荷;放炮落煤時，巷道迅速進(jìn)入煤層;放炮揭開煤層。地應(yīng)力與瓦斯壓力在上述過程中起到本質(zhì)作用，而煤和圍巖構(gòu)造的非勻質(zhì)性是突出的最普遍原因。

　　1.2.2煤與瓦斯突出預(yù)測的研究現(xiàn)狀

　　各國對于突出預(yù)測的研究，主要是以突出的綜合作用假說來進(jìn)行的，圍繞地應(yīng)力、煤層瓦斯壓力與含量及煤地力學(xué)性質(zhì)等因素開展實驗和現(xiàn)場的試驗工作。其中，前蘇聯(lián)在煤與瓦斯突出防治方面做了大量研究工作，而且研究成果居世界領(lǐng)先水平，建立了較完善的突出危險性預(yù)測體系，包括區(qū)域性預(yù)測、局部性預(yù)測以及工作面預(yù)測，頓涅茲克工學(xué)院研究利用煤體的兩個主要變形指標(biāo)彈性模量E和剪切模量G來確定煤層突出危險性，研究對180個煤層進(jìn)行了采樣，包括頓涅茲克、馬凱耶夫、蘇維埃和奧爾忠尼啟澤等幾個煤炭聯(lián)合公司所屬礦井65個突出危險煤層。關(guān)于煤樣縱向和橫向彈性波傳播速度測定，則利用煤層中涌出的氦體積或氖濃度的變化預(yù)測，此外，前蘇聯(lián)的主要煤田還研究出了石門揭煤預(yù)測突出危險性的指標(biāo)，如沃爾庫京斯基、諾里利斯基、薩哈林以及近海的一些煤田，當(dāng)測定瓦斯壓力高于1Mpa時則認(rèn)為揭煤處有危險。在不斷完善突出跟蹤預(yù)測的基礎(chǔ)上，有些國家已經(jīng)開展了研究瓦斯突出的動態(tài)預(yù)測技術(shù)和突出危險區(qū)域的預(yù)測技術(shù)。如：俄羅斯己建立了區(qū)域預(yù)測預(yù)報的專家系統(tǒng)，將突出煤層劃分為突出危險區(qū)(占突出煤層面積的20%～30%)和非突出危險區(qū)(占突出煤層面積的70%～80%)，從而解放了一大片煤層，降低了防突工作量;德國應(yīng)用V30等瓦斯涌出動態(tài)參數(shù)連續(xù)預(yù)報突出，己有較成熟的經(jīng)驗總的來說對瓦斯突出預(yù)測已初步形成了一些卓有成效的方法，并在實際使用中取得了一定地成效。將其按預(yù)測范圍大小可歸納為三類：一是區(qū)域性預(yù)測，它主要是確定煤田、井田、煤層和采掘區(qū)域的突出危險性;二是局部性預(yù)測，它是在區(qū)域性預(yù)測的基礎(chǔ)上，根據(jù)鉆探或物探、采掘工程等資料，進(jìn)一步對局部地區(qū)或地點的突出危險性做出評價;三是工作面預(yù)測，它是在區(qū)域性預(yù)測和局部性預(yù)測的基礎(chǔ)上，根據(jù)突出預(yù)兆的各種異常效應(yīng)，如聲、電、磁、熱等，對突出危險性進(jìn)行警報。

　　我國的突出危險性預(yù)測方法分為區(qū)域突出危險性預(yù)測和工作面預(yù)測兩種，區(qū)域突出危險性預(yù)測，即區(qū)域預(yù)測，用于預(yù)測煤層和煤層區(qū)域(包括井田、新水平和新采區(qū))的突出危險性，在地質(zhì)勘探、新井建設(shè)、新水平和新采區(qū)開拓和準(zhǔn)備時進(jìn)行;工作面預(yù)測又叫點預(yù)測、日常預(yù)測，用于工作面煤(巖)層的突出危險性預(yù)測，它包括石門揭煤、煤巷掘進(jìn)和回采工作面的突出危險性預(yù)測。其對應(yīng)地機(jī)理為：區(qū)域性預(yù)測多以瓦斯地質(zhì)動力因素、現(xiàn)場測定瓦斯壓力及實驗室測定煤的突出傾向性參數(shù)，采掘集中應(yīng)力等作為判斷突出危險性和劃分突出危險性的主要手段;在工作面預(yù)測方面，主要以當(dāng)時的地應(yīng)力、瓦斯與煤(巖)物理力學(xué)性質(zhì)的分布狀態(tài)作為判斷依據(jù)在石門揭煤的瓦斯突出危險性預(yù)測上，我國主要采用綜合指標(biāo)法和鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法來實現(xiàn)有效的突出危險性預(yù)測。此外，還有用于區(qū)域性預(yù)測所采用的單項指標(biāo)法和綜合指標(biāo)法，在煤巷掘進(jìn)工作面采用的鉆孔瓦斯涌出初速度法、R值指標(biāo)法和鉆屑指標(biāo)法等等，這些都需要現(xiàn)場實突出臨界值，有依賴現(xiàn)場經(jīng)驗的部分。

　　1.2.3石門揭煤工作面突出機(jī)理

　　瓦斯對煤巖體的變形有很大影響。一是含瓦斯煤巖體骨架變形是由有效應(yīng)力控制的，瓦斯壓力使煤巖體產(chǎn)生拉伸變形，瓦斯影響煤巖體骨架內(nèi)部的裂紋及孔隙的張開、閉合。二是瓦斯使煤巖體的應(yīng)力——應(yīng)變關(guān)系發(fā)生改變，從而使煤巖體的彈模及抗壓強度等發(fā)生變化。

　　煤體中瓦斯以游離和吸附兩種形態(tài)存在于空隙空間中，吸附量占總量的80～90%以上，因此瓦斯解吸將影響瓦斯的流動狀況。根據(jù)近代巖石變形破壞機(jī)理，煤巖的變形破壞過程是其內(nèi)部裂紋裂縫發(fā)生發(fā)展起主導(dǎo)作用的過程，因而圍壓的作用是阻止巖石裂紋裂縫的發(fā)生發(fā)展，也即阻止巖石的破壞，而瓦斯壓力的力學(xué)作用也相當(dāng)于圍壓作用，只不過瓦斯壓力增加相當(dāng)于圍壓降低。實驗室宏觀試驗得出的瓦斯壓力對煤巖力學(xué)響應(yīng)和力學(xué)性質(zhì)的影響包括了吸附和游離瓦斯的共同作用，對于單一煤種吸附量受瓦斯壓力影響。煤巖體強度將隨瓦斯壓力的增加而降低;瓦斯壓力越高，彈性模量越低。

　　通過以上理論分析研究，石門揭煤工作面由巖巷向煤層掘進(jìn)時，集中應(yīng)力帶逐漸前移至煤巖交界處，爆破作業(yè)使集中應(yīng)力帶處于巨大的載荷作用下，造成了疊加于原蠕變變形上的流變變形波，煤巖體變形處于峰值強度后，當(dāng)這一變形持續(xù)的時間足夠長時，在某方向的變形將有可能發(fā)動大強度突出;若巖體局部破碎或巖柱厚度不足時，甚至?xí)_破巖柱及部分煤體自行揭開突出。如果在震動放炮后，煤體內(nèi)突出的準(zhǔn)備階段并未完結(jié)，煤層內(nèi)的應(yīng)變發(fā)生不穩(wěn)定蠕變，新暴露面附近的煤內(nèi)產(chǎn)生能量積累，經(jīng)一定的流變時間煤體或未爆的巖體處于過載應(yīng)力狀態(tài)時，突然破碎而發(fā)生延期突出。另外，緩傾斜煤層煤門巷道較長，由于煤、巖強度的顯著差異，揭開巖蓋后，煤層承受很高的應(yīng)力，如果卸壓不充分，含高壓瓦斯煤體強度很低，集中應(yīng)力區(qū)域煤體加速蠕變變形破壞，推垮松弛區(qū)域煤體而發(fā)動連續(xù)突出。

　　根據(jù)突出煤層石門揭煤特點，控制石門揭煤各種類型瓦斯突出，一方面必須采取高強度瓦斯抽排措施，使石門工作面正前全段煤門范圍充分卸壓，這樣，即使煤巖體變形處于峰值后，進(jìn)入加速破壞的蠕變階段，由于瓦斯的充分釋放，煤巖體強度增加，承載能力增強，突出也不能發(fā)生，只能產(chǎn)生片幫等現(xiàn)象;另一方面要控制石門工作面兩側(cè)向正前補給瓦斯，以控制延期突出和過煤門連續(xù)突出。而在震動放炮揭開煤層前首先要防止石門自行揭開突出，必須通過研究煤巖體力學(xué)性能、煤巖體變形場與瓦斯賦存之間的關(guān)系，確定足夠厚度(即強度)的預(yù)留巖柱。

　　1.2.4石門揭煤的研究現(xiàn)狀

　　在煤礦生產(chǎn)中，石門揭穿煤層比煤層平巷、上下山和采煤工作面具有最有利于突出的發(fā)生與發(fā)展的條件，因此它的危險性也最大，不僅突出強度大、概率高而且典型突出次數(shù)最多，國內(nèi)外最大的突出均發(fā)生在石門揭煤時，即在爆破揭開煤層的瞬間，由于表層突然破碎，煤體應(yīng)力狀態(tài)和瓦斯賦存狀態(tài)突然改變，富含瓦斯的煤層在瓦斯壓力和應(yīng)力作用下，急劇向巷道空間拋出大量煤巖和瓦斯而造成石門揭煤突出嚴(yán)重影響了礦井和采區(qū)的順利接替，因此一直是防突研究的重點。根據(jù)石門條件下發(fā)生的突出情況不同，石門突出可分為：爆破揭開石門時的突出、延期突出、過煤門時的突出和自行沖破巖柱的突出，其中以放炮揭開煤層時的突出所占的比例最大。在這些石門揭煤研究過程中，國內(nèi)外都取得了寶貴的技術(shù)成果。

　　(1)石門揭穿煤層前，必須遵循：

　?、俦仨毚蝾A(yù)測煤層突出危險性鉆孔，控制突出煤層層位的前探鉆孔和測定煤層瓦斯壓力鉆孔。預(yù)測煤層突出危險性鉆孔可以和測定瓦斯壓力鉆孔合并，要求能夠確切掌握煤層的突出危險性、煤層的層位、傾角、厚度、頂?shù)装鍘r性、地質(zhì)構(gòu)造等煤層賦存情況，為安全巖柱設(shè)計尺寸和安全快速揭穿煤層提供可靠資料;

　　②前探鉆孔，在石門工作面掘至距煤層(垂距)10m之前，至少打兩個穿透煤層全厚，并進(jìn)入頂(底)板不少于0.5m的鉆孔，詳細(xì)記錄巖芯資料。如果遇到地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巖石破碎的地區(qū)，在石門工作面掘至距煤層20m之前，就必須在石門四周外緣5m的范圍內(nèi)布置一定數(shù)量的鉆孔，保證確切掌握煤層厚度、傾角變化、地質(zhì)構(gòu)造和瓦斯情況等。同時，為防止誤穿煤層，在距煤層垂距5m以上時，可在石門工作面頂(底)部兩側(cè)補打3個直徑為42mm底超前鉆孔，但其超前距離不得小于2m;

　　③測壓鉆孔，可兼作預(yù)測孔。在石門工作面距煤層5m以外，至少打兩個穿透煤層全厚的鉆孔，測定鉆屑量和鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)、煤的瓦斯涌出初速度和堅固性系數(shù)等;為準(zhǔn)確測到瓦斯壓力值，測壓孔應(yīng)布置在巖層致密完整處，并且測壓孔的見煤點與前探鉆孔的見煤點之間的間距不得小于5m，否則應(yīng)將后者密封。在近距離煤層群內(nèi)，層間距小于5m或?qū)娱g巖層破碎時，可測得這些煤層的綜合瓦斯壓力;

　?、苁T掘進(jìn)工作面與煤層之間必須留設(shè)一定厚度的安全巖柱，巖柱的尺寸應(yīng)根據(jù)預(yù)防突出措施的要求、巖石的性質(zhì)、煤層傾角和地應(yīng)力大小等確定。但兩者間底最小垂厚應(yīng)為：急傾斜煤層不小于3m，緩傾斜煤層不得小于2m;采用震動放炮措施時，最小垂厚是：急傾斜煤層2m，緩傾斜煤層1.5m.如果巖石松軟、破碎，還應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加垂距;

　?、菔T揭穿突出煤層前，若預(yù)測有突出危險時，必須采取預(yù)防突出措施，并經(jīng)效果檢驗有效后，方可用震動放炮揭穿煤層;當(dāng)預(yù)測無突出威脅時，可不采取預(yù)防突出措施，但必須采用震動放炮揭穿煤層和安全防護(hù)措施;

　　⑥石門揭穿突出煤層前，經(jīng)預(yù)測有突出危險性或瓦斯壓力大于1MPa時，必須采用抽放瓦斯、水力沖孔、排放鉆孔、金屬骨架或其他經(jīng)實驗有效的預(yù)防突出措施，并配以震動放炮揭穿煤層;如果煤層瓦斯壓力小1MPa或煤層厚度小于0.3m時，可采用震動放炮揭穿煤層。在實施預(yù)防突出措施時，必須進(jìn)行實際考察得出符合本礦井實際的有關(guān)參數(shù)。采用排放鉆孔措施預(yù)防石門揭穿緩傾斜煤層突出時，當(dāng)鉆孔不可能一次打穿煤層全厚時，可采取分段打鉆，但第一次打鉆的鉆孔穿煤長度不得小于15m，見煤后掘進(jìn)必須留5m煤內(nèi)鉆孔超前距離。采用金屬骨架措施時，必須與抽放瓦斯、水力沖孔或排放鉆孔等措施配合使用;

　　(2)從石門工作面距突出煤層垂距不小于10m處開始，直至穿過煤層進(jìn)入頂(底)板2m的全過程作業(yè)中，都必須采取防突措施，并須編制專門設(shè)計;

　　(3)石門揭穿突出煤層的專門設(shè)計必須包括：①預(yù)測有突出危險的鉆孔布置，控制突出煤層層位和測定煤層瓦斯壓力鉆孔的布置;②建立安全可靠的獨立通風(fēng)系統(tǒng)，并加強控制通風(fēng)風(fēng)流設(shè)施的措施;③揭穿突出煤層時的預(yù)防突出措施;④準(zhǔn)確確定安全巖柱厚度的措施;⑤制定石門揭穿突出煤層全部作業(yè)過程中防治突出和保證人員安全的措施。

　　石門揭煤具體防突技術(shù)也有很大發(fā)展，有水力沖孔、排放鉆孔、金屬骨架、震動放炮等，目前在我國揭煤技術(shù)上存在著的一些問題主要有：

　　(1)預(yù)測準(zhǔn)確性不高：由于受地層條件，施工條件限制以及操作技能影響，很難準(zhǔn)確測定瓦斯壓力，并且所費時間很長，而且鉆孔指標(biāo)的測試是隨孔徑、孔深、取樣方法不同而不同的隨機(jī)變量，很難真實反映揭煤點突出狀況;此外還缺乏煤結(jié)構(gòu)因素考慮，有時出現(xiàn)鉆屑解吸值很大而沒有突出危險，卻盲目增加了防突工程量，有時又出現(xiàn)鉆屑解吸指標(biāo)很小卻發(fā)生突出的情況;

　　(2)震動性放炮易誘發(fā)突出：震動放炮是一項安全措施，是在沒有把握消除突出危險的情況下，采取多打眼，多裝藥的辦法，一次性揭開煤層讓該突的煤層在放炮時突出，不傷害人員，但由于裝藥量大，極易誘發(fā)突出，且突出強度很大，孔洞處理困難，且因震動放炮的震動強烈而致煤層暴露面積大，易導(dǎo)致巷道兩幫出現(xiàn)集中應(yīng)力急升，后續(xù)施工中在刷齊巷道時常造成突出;

　　(3)安全揭煤巖柱很難準(zhǔn)確控制：放炮施工受打眼、裝藥、巖柱等條件變化，不易控制得恰到好處，為了保證揭煤安全，往往巖柱留得偏大(按規(guī)定需有1.5--2m安全巖柱)，經(jīng)常揭不開煤;

　　(4)揭煤時間長：不管采取何種防突措施，一般都需幾個月時間，甚至幾年時間，揭煤時全井?dāng)嚯姵啡?，影響全礦井幾個班生產(chǎn)，難以進(jìn)行安全生產(chǎn)管理;

　　(5)耗費大：放一次震動炮一般耗炸藥130～50Kg，雷管100發(fā)左右，由于震動大，巷道跨落、冒頂?shù)木S護(hù)等都增加了支護(hù)材料消耗，如果發(fā)生突出處理孔洞時材料消耗更大，這些都使得掘進(jìn)成本相應(yīng)增加。

　　2試驗區(qū)概況

　　2.1礦井概述

　　平煤八礦位于平頂山市區(qū)東部，一九八一年投產(chǎn)，設(shè)計生產(chǎn)能力300萬噸/年。八礦井田東以沙河為界，西以21勘探線與十礦相鄰，南以煤層露頭線為界，北部12勘探線東以白石溝斷層為界，12勘探線以西以丁5.6 煤層-650m等高線為界，井田東西走向長12.5km，南北傾斜寬3.36km，面積41.24 km2。八礦采用立井多水平采區(qū)上下山開拓方式開發(fā)，采用走向長壁全部垮落的采煤工藝，一水平標(biāo)高- 430m，二水平標(biāo)高為- 693m。

　　八礦是個多煤層同時開采的嚴(yán)重突出礦井，回采的煤層共有四層：丁5.6、戊9.10、己15和己16.17，其中戊9.10和己15煤層為突出煤層，至今發(fā)生大小突出共35次，突出煤量3222噸，瓦斯量247900立方米。

　　丁5.6煤層偽頂為炭質(zhì)泥巖，直接頂為丁4煤層底板，直接底為丁7煤層頂板、泥巖，該巖層遇水易膨脹，底鼓現(xiàn)象較嚴(yán)重;戊9.10煤層頂板一般為砂質(zhì)泥巖，頂板裂隙較發(fā)育，屬復(fù)合頂板，極難管理，老頂為細(xì)~中粒砂巖，灰色、鈣質(zhì)膠結(jié)，呈厚層狀，比較堅硬，老底為細(xì)砂巖比較堅硬;己15煤層直接頂為灰色砂質(zhì)泥巖，底板極軟即己16.17煤層頂板，灰黑色砂質(zhì)泥巖，頂部含泥質(zhì)較大，己16.17煤層底板為砂質(zhì)泥巖。

　　2006年礦井瓦斯及二氧化碳鑒定結(jié)果為：絕對瓦斯涌出量71.257m3/min，相對涌出量14.594m3/min;二氧化碳絕對涌出量32.292m3/min，相對涌出量6.818m3/min，確定為煤與瓦斯突出礦井。

　　八礦目前的通風(fēng)系統(tǒng)為中央并列與分區(qū)對角的混合式通風(fēng)系統(tǒng)，主要通風(fēng)機(jī)工作方法為抽出式，共布置四個進(jìn)風(fēng)井筒(副井進(jìn)風(fēng)、新副井，主井、北風(fēng)井輔助進(jìn)風(fēng))，四個回風(fēng)井筒(東風(fēng)井、西一風(fēng)井、西二風(fēng)井、丁一風(fēng)井);目前，礦井總進(jìn)風(fēng)量27161m3/min，東風(fēng)井安裝兩臺K4-73-11N032F離心式主扇，服務(wù)于己一、己三及己三擴(kuò)大采區(qū)，主扇工作風(fēng)量5568m3/min，工作風(fēng)壓3250Pa;西一風(fēng)井安裝兩臺K4-73-01N032F離心式主扇，服務(wù)于己二下延、戊二采區(qū)下延，主扇工作風(fēng)量7100m3/min，工作風(fēng)壓3400Pa;西二風(fēng)井安裝兩臺GAF26.6-15.8-1型軸流式主扇，服務(wù)于一水平己四、戊四采區(qū)、二水平己二、戊二采區(qū)，主扇工作風(fēng)量8563m3/min，工作風(fēng)壓3200Pa;丁一風(fēng)井安裝兩臺BDK-12-N036型軸流式主扇，服務(wù)于丁一、戊一采區(qū)，主要通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量6449m3/min，工作風(fēng)壓2900Pa。

　　安全監(jiān)測系統(tǒng)：八礦現(xiàn)用的KJ2000安全監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測機(jī)房配備兩臺主機(jī)，一臺運行一臺備用，八臺大屏幕顯示器，并與公司實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，井下共有KG2007型工作分站37臺;KG3003型低沼瓦斯傳感器71臺，局扇開停傳感器71臺，瓦斯斷電儀42臺，饋電狀態(tài)傳感器46臺，重點工作面安裝一氧化碳傳感器6臺，溫度傳感器12臺，礦井和采區(qū)總回風(fēng)安裝風(fēng)速傳感器12臺，風(fēng)門開關(guān)傳感器24臺。

　　八礦位于李口向斜軸的南北轉(zhuǎn)折仰起端，井田西翼與十二礦、十礦井田內(nèi)分布的北西向牛莊向斜、郭莊背斜以及原十一礦逆斷層的末端相鄰，并受其控制;東翼則靠近北東向的洛崗大斷層;故該井田既受北西向構(gòu)造的控制，又受北東向構(gòu)造的控制，處于區(qū)域北西向與北東向構(gòu)造的交匯部位。

　　井田內(nèi)發(fā)育三個明顯的褶皺構(gòu)造：一處是盆形的任莊向斜，反映了北西向與北東向構(gòu)造聯(lián)合作用的結(jié)果;一處是軸向北東的前聶背斜，反映了北東向構(gòu)造作用的結(jié)果;另一處是軸向近南北的焦贊山向斜，屬復(fù)合構(gòu)造作用的結(jié)果。井田內(nèi)煤層走向變化明顯，靠近十礦井田東翼的煤層走向呈北西向展布，至井田中部煤層走向側(cè)轉(zhuǎn)呈北西和近東西向。井田內(nèi)有三條大斷層：位于井田南部邊界呈北西向展布的任莊正斷層，落差120m;位于井田中部呈北東向展布的辛店正斷層，落差40m;橫貫已一、已三采區(qū)呈北西向展布的張灣正斷層，落差20m。此外，井田內(nèi)部還發(fā)育有大量的北西向和北東向的小斷層，均以壓扭性構(gòu)造為主。

　　2.2試驗區(qū)概況

　　2.2.1揭煤地點概況

　　八礦戊二軌道上車場開口，開口位置距副井1348m，開口標(biāo)高-416m，方位角32°，施工坡度-13°。半圓拱形斷面，凈寬3800mm，凈高3600mm，S凈=12.7m2。設(shè)計工程量約1044.5m，穿巖段采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，噴漿厚度120mm;過煤段采用架U29棚子支護(hù)，棚間距500mm，之后噴漿封閉，噴漿厚度150mm。

　　由于八礦開二隊從上端已施工430m停頭，停頭處巷道底板距戊9-10煤層頂板3.2m巖柱停掘，2006年10月30日建井一處綜合四隊從八礦新副井二水平向上已施工308.5m，停頭處巷道頂板距戊9-10煤層底板5m停掘，因此該巷剩余工程量306m全部為揭穿、過戊9-10煤。

　　根據(jù)實際揭露的地質(zhì)資料推算，揭煤位置地面標(biāo)高+210.0m，戊9-10煤層底板標(biāo)高-562m，煤層埋深772m，煤層厚度3.5m，直接頂板為3m厚的砂質(zhì)泥巖，其上部厚0.8m的戊8煤層，底板為厚約6m砂質(zhì)泥巖夾2層0.2m厚的煤線，煤層傾角6°～12°，預(yù)計下山施工至490m處將揭露戊9-10煤層。根據(jù)建井一處在八礦二水平的施工情況及地質(zhì)資料，該煤層在八礦地區(qū)為突出煤層，所以此工作面按突出危險工作面管理。

　　2.2.2瓦斯地質(zhì)情況

　　煤層產(chǎn)狀：走向296°～304°，傾向32°，傾角6°～12°，煤層厚度(結(jié)構(gòu)式)1.2(0.3)～2.0軟分層厚度及層位0.3～0.5m，靠近中上部煤層節(jié)理較發(fā)育煤層賦存比較穩(wěn)定、厚度變化不大。煤種牌號：肥煤水份2.8%，灰份23.8%揮發(fā)份31.8%煤的容重1.43煤的堅固性系數(shù)(f)=0.2～0.6，煤的破壞類型Ⅱ~Ⅳ，煤塵爆炸指數(shù)27.1%～44.2%，煤的自燃火期4～6個月，煤層瓦斯含量18(m3/t)，煤層瓦斯壓力2.4(MPa)以上，絕對瓦斯涌出量最大3.5m3/min。煤層頂板特性底板為厚約6m的深灰色砂質(zhì)泥巖，含2層約0.2m厚的煤線。該地點的地質(zhì)柱狀圖見圖2-2。

　　2.2.3瓦斯地質(zhì)分析

　　該工作面地質(zhì)構(gòu)造較簡單，煤層賦存比較穩(wěn)處于戊9—10煤層頂板砂質(zhì)泥巖中，之后巷道向下按13°坡度穿層施工。根據(jù)三維地震資料測定的△P和f值范圍一般為：△P在10～32;f值在0.2～0.6;K值在70～142，煤層瓦斯壓力在1.4MPa以上。與本次揭煤點相距約100m的東測壓點測得瓦斯壓力為1.9MPa(表壓力)。揭煤地點構(gòu)造軟煤普遍發(fā)育，瓦斯壓力和瓦斯放散初速度較大，具備發(fā)生突出的煤體強度、放散初速度和煤層壓力條件。根據(jù)八礦地質(zhì)資料分析，該工作面按煤與瓦斯突出危險工作面進(jìn)行管理。

　　3揭煤工作面突出危險性預(yù)測

　　3.1試驗區(qū)瓦斯地質(zhì)特

　　揭煤地點結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，形成大面積的軟煤分層，并在該分層中發(fā)育一系列次級褶皺，這些褶皺軸向與地層走向一致或以小角度相交。斷層多為順層斷層，在斷層帶上煤層受到嚴(yán)重破壞。以主斷面為界，之上多為未受構(gòu)造影響的原生結(jié)構(gòu)煤，條帶結(jié)構(gòu)，垂直節(jié)理。揭煤地點煤層瓦斯含量為18m3/t，煤層瓦斯壓力1.4MPa以上，具有突出危險性。

　　3.2前探鉆孔

　　八礦戊二軌道上車場開口，開口位置距副井1348m，開口標(biāo)高-416m，方位角32°，施工坡度-13°。半圓拱形斷面，凈寬3800mm，凈高3600mm，S凈=12.7m2。設(shè)計工程量約1044.5m，穿巖段采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，噴漿厚度120mm;過煤段采用架U29棚子支護(hù)，棚間距500mm，之后噴漿封閉，噴漿厚度150mm。

　　由于八礦開二隊從上端已施工430m停頭，停頭處巷道底板距戊9-10煤層頂板3.2m巖柱停掘，2006年10月30日建井一處綜合四隊從八礦新副井二水平向上已施工308.5m，停頭處巷道頂板距戊9-10煤層底板5m停掘，因此該巷剩余工程量306m全部為揭穿、過戊9-10煤。

　　由地勘資料和已掘進(jìn)巷道揭露的資料分析，首采面的瓦斯地質(zhì)條件較復(fù)雜，為了準(zhǔn)確掌握煤層的位置、賦存狀態(tài)和瓦斯地質(zhì)條件，及為保護(hù)巖柱的設(shè)計尺寸提供基本的數(shù)據(jù)。在八礦戊二軌道上車場開口，開口位置距戊9-10煤層10m時，在掘進(jìn)工作面正頭施工前探鉆孔2個，使鉆孔穿透全煤層并進(jìn)入頂(底)板不小于0.5m，用來探明戊9-10煤層的賦存狀態(tài)。前探鉆孔的設(shè)計參數(shù)如表。表中1、2號孔全鉆取芯，當(dāng)1、2號探孔有疑時施工備用探孔以探清地質(zhì)情況。

　　在施工前探鉆孔的過程中，根據(jù)《防突細(xì)則》第32條、第34條及第60條的規(guī)定，對揭煤點的突出危險性選用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)△h2作為突出預(yù)測指標(biāo)，進(jìn)行第一次突出危險性預(yù)測，預(yù)測指標(biāo)的臨界值如表3-1。

　　在打測壓鉆孔過程中，每米鉆孔采一個煤樣，測定煤的堅固性系數(shù)f，并將兩個測壓孔所測的堅固性系數(shù)最小值平均，作為煤層平均堅固性系數(shù)。將堅固性系數(shù)最小值的兩個煤樣混合，測定煤的瓦斯放散初速度ΔP。為了準(zhǔn)確得到原始瓦斯壓力值，測壓孔應(yīng)布置在巖層比較完整的地方，測壓鉆孔的見煤點與前探鉆孔的見煤點之間的距離不得小于5m。并用D、K值對揭煤點進(jìn)行預(yù)測，綜合預(yù)測指標(biāo)D、K的值按下式計算：

　　D=(0.0075H/f-3)(P-0.74)

　　K=△P/f

　　D――煤層突出危險性綜合指標(biāo);

　　K――煤的突出危險性綜合指標(biāo);

　　H――開采深度;

　　P――煤層瓦斯壓力，取測壓孔實測煤層瓦斯壓力最大值MPa;

　　△P――軟分層煤的瓦斯放散初速度指標(biāo);

　　f――軟分層煤的平均堅固系數(shù)。

　　由于缺少本礦區(qū)的綜合指標(biāo)D、K的預(yù)測臨界值，建議預(yù)測采用《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》給定的臨界，預(yù)測采用的臨界值如表5所示。

　　表3-5 綜合指標(biāo)D、K預(yù)測煤層區(qū)域突出危險性的臨界值

　　煤層突出危險性綜合指標(biāo)D煤的突出危險性綜合指標(biāo)K

　　0.2515

　　3.4石門揭煤工作面突出危險性分析

　　本次設(shè)計測定的預(yù)測參數(shù)范圍為：△P在10～32，f值在0.1～0.3;K值在70～142，煤層瓦斯壓力在1.4Mpa以上;構(gòu)造軟煤普遍發(fā)育，瓦斯放散初速度較大，具備發(fā)生突出的煤體強度、放散初速度和煤層壓力條件。

　　4石門揭煤技術(shù)方案及參數(shù)

　　目前國內(nèi)揭開嚴(yán)重突出的近水平煤層一般要五至七個月時間，最長甚至要16個月。為盡可能縮短揭煤時間，在總結(jié)成功的揭煤經(jīng)驗、認(rèn)真研究平煤八礦揭煤工作面瓦斯地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，需要重點解決的難點有：①石門揭煤預(yù)留巖柱厚度的確定;②瓦斯抽放方式的確定;③揭煤爆破方式的深入研究。以安全、快速、措施簡單為原則，初步提出三個抽放技術(shù)方案，兩個爆破技術(shù)方案。

　　4.1石門揭煤預(yù)留巖柱厚度的確定

　　石門揭煤全過程采用爆破破碎煤巖體方式。在爆破掘進(jìn)過程中，炮眼中炸藥產(chǎn)生的高溫高壓氣體作用于被爆破的煤巖體上，使炮眼周圍的煤巖體受到一個以炮眼軸線為中心的向四周輻射的沖擊波和后續(xù)的應(yīng)力波壓力。爆破點深部的部分煤體將產(chǎn)生劇烈的變形和破壞。由于炮眼周圍煤巖體只具有向炮眼軸心方向和巷道空間方向的自由度，從而使得被爆破煤巖體只能向采掘空間拋出。同時，炸藥爆炸時產(chǎn)生的垂直于炮眼軸線方向的沖擊壓力將起到瞬時降低或消除部分深部煤巖體與巷道軸向垂直的受壓載荷的作用，為突出創(chuàng)造有利條件。

　　另外，炸藥在巖體內(nèi)爆炸，開挖范圍內(nèi)的巖石爆破下來，同時必然對保留巖體造成損傷和破壞，從而使圍巖的力學(xué)性能劣化，承載力及穩(wěn)定性降低，當(dāng)煤巖交界處巖體破碎、巖柱厚度較小時，就難以抵抗大的地應(yīng)力和瓦斯壓力而自行揭開煤層，發(fā)生突出。

　　所以，石門揭穿煤層之前，必須預(yù)留合理厚度的巖柱，既要防止突出，同時又有利于采取防突措施。為此，我們采用有限元數(shù)值模擬手段，從巖石的物理力學(xué)性能、爆破對巖石的損傷和破壞作用、地應(yīng)力和瓦斯壓力的影響等幾方面綜合進(jìn)行研究，確定安全的最小預(yù)留巖柱厚度。

　　巖石在爆破時，在一定范圍內(nèi)造成破壞或破碎，未破壞的保留巖體將產(chǎn)生損傷作用，保留巖體在爆破后的力學(xué)性質(zhì)及其穩(wěn)定性研究是合理確定石門揭煤預(yù)留巖柱厚度的重要基礎(chǔ)之一。爆破損傷巖石的力學(xué)特性反映了巖石在爆炸作用下的損傷程度，其破壞與損傷范圍與爆破條件、爆破參數(shù)、裝藥量等因素有關(guān)。因此，根據(jù)爆破損傷巖石的力學(xué)性能實驗及結(jié)果分析、爆破對圍巖損傷的現(xiàn)場試驗、爆破對圍巖質(zhì)量影響分析等三方面工作，在爆破損傷巖石的力學(xué)性能實驗基礎(chǔ)上，在巖石大巷中進(jìn)行了巷道掘進(jìn)爆破對圍巖力學(xué)性能及完整性的影響現(xiàn)場試驗;采用分次爆破方式實驗對比了周邊眼爆破參數(shù)對圍巖的影響，選取不同裝藥直徑對比試驗不同不耦合系數(shù)條件下爆破對圍巖的影響;分析研究了爆破條件對巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD和圍巖力學(xué)性能的影響;裝藥結(jié)構(gòu)和爆破損傷對圍巖穩(wěn)定性影響。

　　根據(jù)實驗研究和理論分析的結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：

　　(1)爆破對保留巖體的影響區(qū)域主要在25倍的炮孔半徑范圍內(nèi)，如果按照現(xiàn)場采用的φ38mm炮孔直徑計算，其影響范圍為0.475m，對該范圍以外的巖體基本沒有影響，僅僅產(chǎn)生可以恢復(fù)的彈性損傷作用。

　　(2)在爆破影響范圍以內(nèi)的巖體影響程度為：按照巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ來計算時，BQ值減小值在20%～30%以內(nèi);按照巖石的單軸抗壓強度計算時，強度減小了5%～20%。

　　(3)爆破對保留巖體的影響與爆破方法有很大的關(guān)系，采用不耦合裝藥可以明顯減弱對巖體的損傷和破壞，且在保證爆破效果的前提下，應(yīng)該加大不耦合系數(shù)，對于現(xiàn)場的實際鉆眼爆破條件，采用φ38 mm的炮孔直徑時，采用25～28mm的裝藥直徑是合理的，并且可以明顯減小對保留巖體的強度及BQ值的影響。

　　瓦斯壓力的變化將引起煤巖體有效應(yīng)力的改變，從而使煤巖體的力學(xué)性質(zhì)如變形和強度特性發(fā)生明顯變化。設(shè)瓦斯壓力為p，為 簡化討論取α為1，則骨架的有效應(yīng)力可寫為：

　　σi，=σi – p

　　假設(shè)巖體破壞滿足庫侖—莫爾準(zhǔn)則，則以主應(yīng)力表示的庫侖—莫爾準(zhǔn)則寫成有效主應(yīng)力形式為：

　　σ1，=σ+sσ3，

　　式中：σ1，、σ3，—分別為最大、最小有效主應(yīng)力

　　σ—巖石的單軸抗壓強度

　　s—主應(yīng)力系數(shù)。

　　經(jīng)整理：σ1-p=σ+s(σ3 -p)

　　在應(yīng)力σ-τ平面內(nèi)畫出有效應(yīng)力表示的莫爾圓以及實際應(yīng)力的莫爾圓，如圖4-1所示。圖中，A、B線為瓦斯壓力等于零時的莫爾包絡(luò)線，曲線Ⅰ為有效應(yīng)力的莫爾圓，曲線Ⅱ為總應(yīng)力的莫爾圓。當(dāng)瓦斯壓力為零時，莫爾圓在包絡(luò)線AB的里邊，當(dāng)瓦斯壓力增加時，該曲線向左移動，直到它和A、B相切，此時破壞發(fā)生。

　　圖4-1 瓦斯壓力對煤巖強度的影響

　　由以上分析可見，煤巖體強度將隨瓦斯壓力的增加而降低。另外煤體瓦斯吸附量的增加，使煤體體積膨脹，強度降低，甚至導(dǎo)致煤體顆粒之間的聯(lián)結(jié)力完全喪失，煤體近似散粒狀。

　　根據(jù)大量的工程經(jīng)驗和爆破實驗結(jié)果，力學(xué)參數(shù)測定的是巖塊的實驗結(jié)果，巖體強度一般較巖塊的強度要小，同時揭煤巷道的爆破作業(yè)對預(yù)留巖柱產(chǎn)生損傷作用，結(jié)合平煤八礦礦區(qū)的煤層實際情況，預(yù)留巖柱厚度取2m。

　　4.2石門揭煤防突措施的選定

　　《煤礦安全規(guī)程》第二百零二條規(guī)定，防治石門突出措施可選用抽放瓦斯、水力沖孔、排放鉆孔、水力沖刷或金屬骨架等措施。部分具體介紹如下：

　　鉆孔抽放瓦斯：石門揭煤前，由巖巷或煤巷向突出危險煤層打鉆，將煤層中的瓦斯經(jīng)過鉆孔自然排放出來，待瓦斯壓力降到安全壓力以下時，再進(jìn)行采掘工作。

　　水力沖孔：又稱鉆沖法，是利用煤柱或巖柱作為安全屏障，向有自噴能力底危險煤層鉆孔，通過鉆頭的切割和高壓水射流沖擊破碎煤體，激發(fā)煤層潛能釋放，排出煤和瓦斯，使其周圍的地應(yīng)力降低、透氣系數(shù)增加、瓦斯壓力及含量減小、煤的強度增高、煤的彈性變形能與瓦斯能釋放，從而使噴煤噴瓦斯鉆孔周圍一定范圍內(nèi)的煤喪失突出能力。水 力 沖 孔主要適用條件有：煤質(zhì)較軟或有軟分層，煤的堅固系數(shù)f在0.5以下;具有自噴能力的煤層。實踐表明，水力沖孔是用于嚴(yán)重突出危險煤層的一種有效防突措施，除用于石門揭煤外，也可用于煤巷掘進(jìn)和回采。

　　排放鉆孔：又稱多排鉆孔，是石門揭煤常用的一種防突措施，其機(jī)理主要是在揭穿煤層的石門斷面外均勻布置多排扇形鉆孔，使石門周圍一定范圍內(nèi)的煤體發(fā)生收縮變形，緊張狀態(tài)得到緩和，煤的變形彈性能與斯?jié)撃艿玫结尫?，地?yīng)力值與地應(yīng)力梯度減小，煤的透氣性增大，瓦斯壓力值與瓦斯壓力梯度降低，煤的力學(xué)強度增加，從而消除了石門揭穿煤層的突出危險性.排放時間看具體情況，多排鉆孔的布置取決于煤層的危險程度、煤層透氣性能和鉆孔有效作用范圍等參數(shù)，鉆孔要均勻布置，孔底間距一般控制在1-2m，在測得有效半徑后，石門揭穿煤層預(yù)排瓦斯底鉆孔數(shù)按下式計算：

　　式中：

　　K—系數(shù)，視煤層危險程度而定，一般取1.2 ;

　　a— 巷道兩幫排放瓦斯帶底寬度，m;

　　h、b — 巷道高度、寬度，m;

　　r —有效排放半徑，me

　　金屬骨架：金屬骨架是用于石門揭穿煤層的一種超前支架，當(dāng)石門掘至煤一定距離時，在石門斷面的頂部及兩幫打鉆孔并穿透煤層全厚進(jìn)入頂(底)板巖內(nèi)0.5m 以上，孔內(nèi)插入鋼管或鋼軌，形成金屬骨架，排放一定數(shù)量的瓦斯，并使一定范圍內(nèi)的煤體得到卸壓，同時又增加煤體的堅固性和穩(wěn)定性。在巷道揭穿煤層過程中，它支撐上方煤體的重力，阻止煤體的突然破壞與離層，從而達(dá)到防突的目的，一般使用于薄煤層中?！都?xì) 則》規(guī)定，采用金屬骨架防突時，必須與抽放瓦斯、水力沖破或排放鉆孔等措施配合使用，骨架孔直徑一般為75～108mm，孔間距一般0.2～0.4m左右，當(dāng)骨架材料采用鋼管時，直徑不小于5Omm的鋼管，采用鋼軌則不小于8Kg/m，其長度適當(dāng)大于鉆孔0.4～0.5m。

　　多年來，國內(nèi)外科研、生產(chǎn)單位在石門揭煤突出預(yù)測及采取防突技術(shù)措施方面都進(jìn)行了較深入的研究，先后采用水力沖孔、金屬骨架、擴(kuò)孔鉆具卸煤、煤層固化和抽排瓦斯等技術(shù)措施，起到了積極的防突效果。相比之下，水力沖孔措施以高壓水流為動力，對突出煤層進(jìn)行沖刷卸壓，起到有效的防突作用，但該措施需用高壓水源及配套的沖孔設(shè)備，在技術(shù)尚未完全成熟的情況下，執(zhí)行措施時易誘導(dǎo)突出，所以沒有得到很好的推廣應(yīng)用;金屬骨架和擴(kuò)孔鉆具卸煤措施主要適用于突出危險不太嚴(yán)重的傾斜及急傾斜煤層，在緩傾斜煤層中施工難度較大，目前也缺乏采取此措施時統(tǒng)一的合理參數(shù)計算方法，實施過程帶有一定的經(jīng)驗性，其應(yīng)用范圍受到一定的局限;煤層固化措施用固化液膠結(jié)煤體，增強了煤體自身的強度，能有效地阻止瓦斯突出的發(fā)生，但該措施屬于被動的防突措施，作業(yè)成本高，且不利于過煤門掘進(jìn)時防突，其安全性也有待于進(jìn)一步提高;抽、排瓦斯結(jié)合導(dǎo)硐震動放炮揭煤措施，能夠適用于緩傾斜煤層，有較高的安全程度，但執(zhí)行該措施一般需要很長的抽放和排放瓦斯時間，揭煤工期多數(shù)超過五個月，嚴(yán)重影響礦井生產(chǎn)接替。

　　鑒于國內(nèi)外在石門揭煤防突研究方面的現(xiàn)狀，國內(nèi)外突出礦區(qū)不得不投入大量的人力、財力用于揭煤防突，揭煤工期長、成本高，嚴(yán)重影響了突出礦井的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。而沒有安全有效的防突措施，更使瓦斯突出事故嚴(yán)重威脅著煤礦職工的人身安全。尤其近些年來，發(fā)生的數(shù)起石門揭煤突出事故，更為煤礦安全生產(chǎn)敲響了警鐘。

　　自六十年代以來，石門揭煤防突措施先后采用了水力沖孔措施、金屬骨架結(jié)合擴(kuò)孔鉆具卸煤措施、煤層固化措施和鉆孔抽排瓦斯措施，相比之下，鉆孔抽放瓦斯措施能有效地排放煤層瓦斯，使煤體充分卸壓，增強煤體的強度，近年來的揭煤防突實踐證明該措施能可靠地消除石門工作面的突出危險性，是積極主動的防突措施，因此應(yīng)作為石門揭煤的首選防突措施。

　　平煤八礦主采煤層為緩傾斜、具有嚴(yán)重突出危險性的戊9-10煤層，以往一般采用扇形鉆孔抽、排瓦斯、震動放炮一次揭開煤層的揭煤方式，具體揭煤工藝是：石門揭煤工作面打小直徑(75mm)鉆孔→抽放瓦斯→防突效果檢驗→石門掘進(jìn)→震動放炮(分區(qū)爆破法)一次揭開煤層→清理、支護(hù)→防突效果檢驗→煤門掘進(jìn)，完成揭煤工作。由于小直徑鉆孔抽放瓦斯效果差，抽放占用時間很長，揭開煤層一般要五至七個月時間，最長甚至要16個月。為盡可能縮短揭煤時間，在認(rèn)真分析研究以往揭煤經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出了集中抽放防突結(jié)合石門短導(dǎo)硐揭煤方法。此種方法在焦作礦區(qū)進(jìn)行了試驗，成功的對九里山、演馬莊、位村煤礦，在安全的前提下，順利揭開突出危險煤層，顯著縮短了揭煤工期;推廣應(yīng)用于三對礦井七處嚴(yán)重突出危險煤層，未發(fā)生一次煤與瓦斯突出事故。

　　結(jié)合平煤八礦戊9-10煤層的特點及工程技術(shù)實際將抽、排瓦斯結(jié)合導(dǎo)硐震動放炮揭煤作為本次揭煤的防突措施。

　　4.3短導(dǎo)硐的施工方案

　　本次揭煤采用抽、排瓦斯結(jié)合導(dǎo)硐震動放炮揭煤具體措施是，在巷道底板距煤層法距2m處，在迎頭兩幫開二個耳巷，兩個耳巷內(nèi)的6個孔立即用聚氨酯進(jìn)行封孔，封孔長度不下于5m，并與巷道內(nèi)主抽放管路合茬，保證抽放鉆孔孔口負(fù)壓不小于0.013MPa，并在揭煤過程中保證不間斷抽放。石門為凈寬2.8m、凈直墻高1.4m的半圓拱巷道，掘至距煤層垂距2m時，按5°的角度起坡掘?qū)ы?，在頂板水平高度不變的條件下，上行掘進(jìn)3.6m，導(dǎo)硐直墻高度1.4m，半圓拱逐漸變?yōu)閳A弧拱，然后保持該規(guī)格下行掘進(jìn)3.6m導(dǎo)硐。為保證導(dǎo)硐底板距煤層垂距2m，采取每掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)行一次探測煤層，探孔鉆進(jìn)采用大功率煤電鉆，確保預(yù)留巖柱的厚度，保證短導(dǎo)硐與煤層法距不小于2m。短導(dǎo)硐施工采用鉆孔光面爆破，炸藥采用乳化炸藥，毫秒電雷管引爆?？紤]到爆破對保留巖體的損傷作用，導(dǎo)硐施工爆破參數(shù)按設(shè)計要求，循環(huán)進(jìn)尺0.9m，采用YTP-28鑿巖機(jī)打鉆，遠(yuǎn)距離放炮。導(dǎo)硐采用錨噴支護(hù)方式，錨桿為φ16mm×1800mm樹脂錨桿，間排距600mm×600mm，噴射混凝土厚度100mm。

　　4.4抽放鉆孔的布置方式

　　4.4.1抽放鉆孔的布置方式的選擇

　　1、常用的抽放鉆孔布孔方式

　　石門揭煤工作面采取抽放瓦斯的防突措施，其抽放鉆孔的布置形式一般有下面幾種：

　　(1)平行鉆孔抽放

　　在石門揭煤工作面巷道兩側(cè)各掘進(jìn)一個鉆場，在鉆場及石門正前平行布置鉆孔，如圖4-2。平行鉆孔布置方式的優(yōu)點在于設(shè)計、施工簡便，但鉆孔工程量大，增加輔助巖巷工程，抽放與導(dǎo)硐掘進(jìn)不能平行作業(yè)，抽放時間長。

　　(2)扇形鉆孔抽放

　　在石門揭煤工作面正前布置鉆孔，鉆孔排布呈扇形分開，如圖4-3。扇形鉆孔布置方式的優(yōu)點在于施工簡便、無輔助巖巷工程，但鉆孔工程量大且抽放不均勻，抽放與導(dǎo)硐掘進(jìn)不能平行作業(yè)，抽放時間長。

 

　　圖4- 4交叉鉆孔布置抽放

　　從石門揭煤突出機(jī)理研究及以上抽放形式對比可以看出，巷旁截流、巷內(nèi)交叉鉆孔集中抽放的鉆孔布置方式，盡管多開挖鉆場增加了巖巷工程，但瓦斯抽放強度大、效果好，不僅可以強化石門工作面正前范圍的抽放效果，而且能截流抽放巷道兩幫煤體的瓦斯，在揭煤全過程可以連續(xù)抽放，可有效控制揭煤時的大強度突出、延期突出和過煤門連續(xù)突出;抽放與導(dǎo)硐掘進(jìn)、煤門掘進(jìn)平行作業(yè)，縮短了抽放時間，綜合研究技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全三方面因素，抽放鉆孔確定巷旁截流、巷內(nèi)交叉鉆孔集中抽放布置方式。

　　4.4.2交叉鉆孔布孔方式

　　根據(jù)八礦煤層特點，本次揭煤采用交叉鉆孔集中抽放瓦斯結(jié)合短導(dǎo)硐震動放炮揭煤。具體措施如下：

　　(1)在巷道底板距戊9-10 煤層法距2m處，在迎頭兩幫開二個耳巷，耳巷高3.2m，深4.5m，寬B=3.2m，在兩個耳巷迎頭施工48個抽放鉆孔，掘進(jìn)迎頭施工10抽放鉆孔，在耳巷和主巷底板施工40個抽放鉆。抽放孔控制巷道輪廓線以外不小于8m。

　　(2)措施施工完畢后立即用聚氨脂進(jìn)行封孔，進(jìn)行瓦斯抽放。施工完畢抽放孔后，經(jīng)預(yù)抽15天后計算煤層瓦斯預(yù)抽率，當(dāng)預(yù)抽率大于30%，且用△h2進(jìn)行突出危險性檢驗指標(biāo)不超時，采用前探安全巖柱辦法向前掘進(jìn)短導(dǎo)硐，保證短導(dǎo)硐與煤層法距不小于2m。

　　(3)掘完導(dǎo)硐后在導(dǎo)硐迎頭施工10個抽放鉆孔并封孔連管抽采，然后向下挖底至距戊9-10煤層法距1.5m處采用震動放炮揭開1m煤層。在導(dǎo)硐掘進(jìn)和揭煤過程中保證耳巷內(nèi)不間斷抽采。抽放孔布置如圖。

　　4.4.3抽放鉆孔施工要求

　　(1)在短導(dǎo)巷施工完成后，根據(jù)礦井戊9-10煤層特點確定鉆孔布置及各鉆孔參數(shù)。鉆孔施工必須從里向外，從巷道一幫向另一幫，施工過程中必須記錄清巖孔長度、煤孔長度、鉆孔角度、鉆孔位置和鉆孔編號等。

　　(2)每施工完畢一個鉆孔必須用壓風(fēng)將炮眼內(nèi)的煤巖粉吹凈并立即用聚氨脂進(jìn)行封孔，封孔長度為巖孔全部封，并與巷道內(nèi)主抽放管路合茬，保證抽放鉆孔孔口負(fù)壓不小于0.013MPa。若鉆孔不能及時封孔合茬抽放，要用壓風(fēng)將炮眼內(nèi)的煤巖粉吹凈，并用木塞將炮眼口塞住，防止掉入雜物。

　　(3)瓦斯抽放瓦斯封孔措施

　　工作面在距煤層頂板2m巖柱位置處，布置鉆場施工集中抽放瓦斯措施。采用聚氨酯結(jié)合水泥砂漿封孔方法。封孔段長度：巖孔小于4m的鉆孔要求全部封堵，巖孔大于4m的鉆孔，除聚氨酯封孔段以外水泥砂漿封堵長度不得少于3m。封孔前用壓風(fēng)的方法將孔內(nèi)積水排凈，否則不得封孔。如巷道瓦斯超限，要求打好一個孔，封一個孔，連一個孔，以保證封孔質(zhì)量。抽放期間為保證抽放效果，要求專人負(fù)責(zé)放水、檢測瓦斯抽放量等工作，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。

　　4.4.4抽放鉆孔工藝

　　(1)鉆孔直徑和間距。鉆孔直徑選為75mm;孔間距由煤層的透氣性和進(jìn)行抽放的時間及煤層的抽放半徑(r)，取2m間距均勻布置鉆孔。

　　(2)由煤層的透氣性和瓦斯壓力，初步設(shè)計瓦斯抽放時間為2.—5月。在抽放控制范圍內(nèi)，如果測試指標(biāo)降到突出臨界值以下，認(rèn)為防突措施有效。否則，認(rèn)為措施無效，采取補充措施(曾加時間，曾加鉆孔數(shù)量)，經(jīng)措施效果檢驗有效后，方可恢復(fù)掘進(jìn)施工。

　　4.4.5抽放鉆孔安全技術(shù)措施

　　(1)施工鉆孔的電氣設(shè)備的電源必須和該巷道的瓦斯探頭實行風(fēng)電、瓦斯電聯(lián)鎖，要保證鉆孔施工期間的正常供壓風(fēng)、供電及排水。

　　(2)施工鉆孔前，抽探隊要將迎頭余渣及雜物清理干凈，巷道斷面符合設(shè)計要求。

　　(3)抽探隊必須嚴(yán)格按設(shè)計施工鉆孔。鉆孔施工前，要將鉆機(jī)擺放平穩(wěn)，打牢壓車柱，吊掛好風(fēng)水管路和電纜。

　　(4)鉆孔施工過程中，鉆桿前后嚴(yán)禁站人，不準(zhǔn)用手托扶鉆桿，所有施工人員要將工作服穿戴整齊。在鉆孔施工過程中，嚴(yán)禁用鐵器敲砸鉆具。

　　(5)在鉆孔施工過程中，通風(fēng)區(qū)要嚴(yán)格按照《煤礦安全規(guī)程》中的有關(guān)規(guī)定對施工地點瓦斯等氣體進(jìn)行檢查，嚴(yán)禁瓦斯超限作業(yè)。施工班(組)長在施工過程中必須使用便攜儀。

　　(6)在鉆孔施工過程中，若發(fā)現(xiàn)有突出預(yù)兆及異?，F(xiàn)象時，瓦檢員和施工負(fù)責(zé)人要迅速將所有人員撤至安全地帶，同時切斷該巷道內(nèi)所有電氣設(shè)備的電源，并及時向礦總工程師、礦調(diào)度室、通風(fēng)科、防突科及有關(guān)單位匯報，待經(jīng)過處理且瓦斯等有害氣體的濃度恢復(fù)正常后，方可繼續(xù)施工。礦調(diào)度室、通風(fēng)科、防突科要加強對鉆孔施工過程中的調(diào)度指揮及記錄工作。

　　(7)在鉆孔施工過程中，操作人員要嚴(yán)格按照鉆機(jī)操作規(guī)程和鉆孔施工參數(shù)精心施工，嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度，在人工取下鉆桿及加鉆桿過程中，鉆機(jī)的控制開關(guān)必須打到停止位置，不得違章作業(yè)，同時做好施工記錄。

　　(8)鉆孔施工期間要采取措施進(jìn)行孔口除塵，杜絕煤塵飛揚現(xiàn)象，并在鉆孔施工地點配備4只滅火器，并做好該工作面的灑水滅塵工作，杜絕煤塵堆積。

　　(9)施工鉆孔的所有設(shè)備，任何單位和個人不得隨意挪動與拆卸。施工完的鉆孔參數(shù)必須及時填寫在鉆孔施工記錄牌板上，并報礦調(diào)度室、防突科備案。

　　4.5揭煤爆破技術(shù)方案

　　震動放炮：《細(xì)則》中指出，石門揭穿危險性煤層前，按規(guī)定，當(dāng)預(yù)測為突出危險工作面時，必須采取防治突出措施，并經(jīng)效果檢驗有效后，方可用震動放炮揭穿煤層。震動放炮是一種石門揭煤時誘導(dǎo)突出的安全防護(hù)措施，國內(nèi)外實踐經(jīng)驗表明，在石門揭煤時無論選擇了什么防突措施，都應(yīng)該把震動放炮作為最后揭開煤層的方法，因為強大的震動力有助于釋放煤體內(nèi)的彈性潛能，緩解壓力。它主要用于石門(或立井)揭穿煤層，對于突出危險性小，煤層壓力小于1MPa或煤厚小于0.3m時可直接采用此措施，其效果影響因素主要有：巖柱尺寸、炮眼布置炮眼數(shù)和裝藥量等參數(shù)。

　　揭煤爆破可以采用震動放炮，也可以采用遠(yuǎn)距離放炮。遠(yuǎn)距離放炮揭煤一般采用漸近煤層的方式，揭煤的時間跨度長，不利于管理，但無須特殊的放炮器材。震動放炮一次揭煤爆破方案的炮眼布置大體上有二種，一種是普通光爆法，一種是分區(qū)爆破法。普通光爆法因使用廣泛、工藝已被職工熟悉，從而操作簡單，但普通光爆法對圍巖的預(yù)留巖柱產(chǎn)生損傷作用大;分區(qū)爆破法加大了裝藥不耦合系數(shù)，可以明顯減小對保留巖體的強度及基本質(zhì)量指標(biāo)值的影響。二種不同的裝雷管方案比較如表6所示：

　　震動放炮揭煤因一次起爆雷管數(shù)目多，單孔裝一個雷管在進(jìn)行爆破網(wǎng)路計算時電阻一般較大，對放炮器材的要求高;為了降低網(wǎng)路的電阻可采用單孔裝兩雷管串聯(lián)，孔與孔并聯(lián)的聯(lián)線方式，但這種方式在起爆時可能產(chǎn)生拒爆，在處理拒爆時非常棘手。

 

　　圖4-7 分區(qū)爆破法炮孔布置

　　采用分區(qū)爆破震動炮時，每平方米爆破斷面的炮眼數(shù)目按4～5個確定。為提高爆破效果，炮眼一般分為三區(qū)至五區(qū)，第一區(qū)作為掏槽眼均垂直于導(dǎo)硐底板布置，其它炮眼均朝向端頭方向與水平成一定的夾角。石門揭煤單位炸藥消耗量按照正常掘進(jìn)量的1.5～2倍確定。整個爆破網(wǎng)絡(luò)采用大串聯(lián)方式。網(wǎng)路電阻應(yīng)分別計算放炮電纜、雷管和連線接觸電阻。

　　表6　揭煤放炮方案技術(shù)比較表

　　項目單孔裝一個雷管，孔與孔串聯(lián)單孔裝兩雷管串聯(lián)，孔與孔并聯(lián)

　　優(yōu)

　　點1使用雷管數(shù)目少;

　　2裝藥和聯(lián)線方便;

　　3不會出現(xiàn)拒爆現(xiàn)象。1一般不會出現(xiàn)放炮前不導(dǎo)通現(xiàn)象;

　　2爆破網(wǎng)路電阻小，網(wǎng)路可靠，對放炮器材的要求低。

　　缺

　　點1放炮前一但出現(xiàn)不導(dǎo)通，爆破網(wǎng)路檢查麻煩;

　　2爆破網(wǎng)路電阻大，網(wǎng)路不可靠，對放炮器材的要求高。1使用雷管數(shù)目多;

　　2裝藥和聯(lián)線不方便;

　　3會出現(xiàn)拒爆現(xiàn)象;

　　4放炮前出現(xiàn)不導(dǎo)通，網(wǎng)路檢查非常麻煩。

　　5安全巖柱和效果檢驗

　　5.1突防效果檢驗

　　揭煤放炮前的防突措施效果檢驗方法采用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法、鉆屑指標(biāo)法和鉆孔瓦斯涌出初速度法。

　　(1)效檢孔的布置采用倒三角形布孔，用大功率煤電鉆在掘進(jìn)工作面打4個鉆孔，石門中間孔布置在措施孔之間，其它三個孔位于石門下部和兩側(cè)，終孔位置位于措施孔的邊緣線上。效果檢驗鉆孔布置如。效果檢驗鉆孔布置參數(shù)如表5-1。

　　5.2預(yù)留巖柱厚度的控制

　　按照《防突細(xì)則》規(guī)定：石門揭煤工作面實施抽、排放瓦斯措施時，巖柱厚度不小于3m。對于平煤八礦緩傾斜煤層條件，為了避免鉆孔的巖孔長度過大，無效鉆孔工程量大，作業(yè)時間長，而且增加了打鉆難度。確定防止石門揭煤自行揭開的預(yù)留巖柱厚度為2m，石門掘進(jìn)時要求嚴(yán)格掌握煤層產(chǎn)狀，確保安全施工。

　　為防止石門進(jìn)入預(yù)留巖柱，當(dāng)巖柱垂距3m再向前掘進(jìn)時，每掘進(jìn)循環(huán)在石門工作面底部和兩側(cè)打三個超前鉆孔，方向垂直煤層頂板，其超前距為2.5m，保證預(yù)留巖柱不小于2m。在巷道距戊9-10煤層法距5m開始，每循環(huán)進(jìn)尺前在迎頭底板打二個超前鉆孔，一個鉆孔與巷道腰線平行向前，一個與巷道腰線呈90°向下、深度為2m以上，前探安全巖柱厚度，超前鉆孔由瓦檢員、放炮員和安檢員共同驗收合格后，向調(diào)度室匯報，調(diào)度室必須做好記錄，只有在與煤層法距大于2m時，方可掘進(jìn)，法距小于2m時及時向揭煤指揮部匯報，由揭煤指揮部制定措施。

　　5.3炮前的防突措施效果檢驗

　　掘進(jìn)導(dǎo)硐和抽放瓦斯平行作業(yè)，掘完導(dǎo)硐后即進(jìn)行突出危險性效果檢驗。揭煤放炮前的防突措施效果檢驗方法采用鉆屑解吸指標(biāo)(Δh2)、鉆屑量指標(biāo)(Smax)和鉆孔瓦斯涌出初速度指標(biāo)(q)，由于校檢鉆孔為負(fù)角度鉆孔，鉆屑量的采取難度大、準(zhǔn)確率低，因此這次校檢鉆屑量指標(biāo)僅作為參考指標(biāo)，具體為利用MD-2瓦斯解析儀測得△h2，利用JN-2膠囊封孔器和ZLD-2多極流量計測得q值。

　　(1))效果檢驗孔的布置：采用倒三角形布孔，在掘進(jìn)工作面打4個鉆孔(先用鉆頭直徑為75mm的液壓鉆機(jī)在巖層打，見煤后停止;改用鉆頭直徑為42mm煤電鉆在煤層中打)，石門中間孔布置在措施孔之間，其它三個孔位于石門上部和兩側(cè)，終孔位置位于措施孔的邊緣線上。其中：J1、J2、J3鉆孔深8m，J4鉆孔深8m，效果檢驗鉆孔控制到巷道兩幫輪廓線外2.2m，方位、角度及位置。

　　(2)操作要求：使用鉆頭直徑為42mm煤電鉆打效果檢驗鉆孔時，J1鉆孔見煤第1m打完后，自第2m開始，每米測定一次瓦斯涌出初速度q和鉆屑量S，每2米測定一次鉆屑解吸指標(biāo)△h2。

　　J2、J3、J4鉆孔自見煤第2m開始，每2m測定一次瓦斯涌出初速度q、鉆屑量S和鉆屑解吸指標(biāo)△h2。

　　(3)要求達(dá)到的效果及指標(biāo)：經(jīng)效果檢驗后，瓦斯涌出初速度q小4.5L/min，且鉆屑解吸指標(biāo)△h2小于200Pa，可以留頂板厚度為1.5m向前掘進(jìn)，使用木支架進(jìn)行支護(hù)，達(dá)到揭煤位置后進(jìn)行揭煤。效果檢驗后，瓦斯涌出初速度q大于4.5L/min，或鉆屑解吸指標(biāo)△h2大于200Pa時，進(jìn)行補打釋放或延長排放時間。具備的情況下，必須進(jìn)行殘余瓦斯壓力的測定。

　　(4)達(dá)到的效果及各指標(biāo)的臨界值，如表5-3所示：

　　表5-3　效果檢驗各指標(biāo)的臨界值

　　效檢指標(biāo)鉆屑量S(Kg/m)瓦斯涌出初速度q(L/min)鉆屑解吸指標(biāo)△h2(Pa)殘余瓦斯壓力(MPa)

　　臨界值小于6小于4.5小于200(濕煤160)0.74

　　經(jīng)效果檢驗后，表中任何一指標(biāo)不超臨界值時，措施有效;任何一個指標(biāo)超臨界值，措施無效，需重新采取措施。

　　6防突系統(tǒng)和安全防護(hù)

　　6.1通風(fēng)系統(tǒng)

　　6.1.1通風(fēng)系統(tǒng)與局部通風(fēng)

　　(1)通風(fēng)區(qū)要加強對通風(fēng)系統(tǒng)的維護(hù)和檢修工作，保證通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定，局扇不喝循環(huán)風(fēng)。

　　(2)該揭煤工作面的回風(fēng)系統(tǒng)必須保證系統(tǒng)穩(wěn)定、風(fēng)流足夠和通暢，與該系統(tǒng)相連的風(fēng)門、密閉墻等通風(fēng)設(shè)施必須堅固可靠，防止突出的瓦斯涌入其他區(qū)域。

　　(3)揭煤期間，通風(fēng)區(qū)要加強該巷道的局部通風(fēng)管理，確保迎頭所需的風(fēng)量。

　　(4)局部風(fēng)機(jī)實行雙風(fēng)機(jī)雙電源，供電實行“三專”、“兩閉鎖”。

　　(5)局部通風(fēng)機(jī)必須設(shè)專職司機(jī)，嚴(yán)格現(xiàn)場交接班;局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)不正?；騻渖炔荒苷９ぷ鲿r嚴(yán)禁進(jìn)行爆破作業(yè)。

　　(6)揭煤進(jìn)回風(fēng)的通風(fēng)系統(tǒng)、正反向風(fēng)門的數(shù)量、位置見通風(fēng)系統(tǒng)示意圖。

　　6.1.2反向風(fēng)門

　　通風(fēng)區(qū)應(yīng)在該揭煤工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)設(shè)置三道牢固的反向風(fēng)門，施工質(zhì)量應(yīng)符合以下要求：

　　(1)風(fēng)門墻垛可用磚或者混凝土砌筑，嵌入巷道周邊巖石的深度可根據(jù)巖石的性質(zhì)確定，但不得小于0.2m，墻垛厚度不得小于800mm，風(fēng)門厚度不得小于50mm。兩道風(fēng)門之間的距離不得小于10m，風(fēng)門正面應(yīng)包1.2mm鐵皮，并用2根50×50mm以上角鐵穿帶。

　　(2)門框和門采用堅實的木質(zhì)結(jié)構(gòu)，門框厚度不小于100mm。

　　(3)風(fēng)門墻體上安裝風(fēng)筒逆風(fēng)裝置，風(fēng)門有反向底坎及皮帶擋風(fēng)裝置。

　　6.2監(jiān)測監(jiān)控

　　該巷道按如下要求設(shè)瓦斯監(jiān)測探頭，并實現(xiàn)瓦斯電閉鎖。設(shè)置如下：

　　(1)探頭T1安設(shè)距迎頭小于5m，距巷頂不大于300mm，距巷幫不大于200mm。

　　報警點：≥0.8% 斷電點：≥0.8% 復(fù)電點：<0.8%

　　斷電范圍：掘進(jìn)工作面內(nèi)及回風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)所有非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備電源。

　　(2)探頭T2安設(shè)距離該巷道第一匯風(fēng)點前10m~15m的巷道內(nèi)，距巷頂不大于300mm，距巷幫不小于200mm。

　　報警點：≥0.8% 斷電點：≥0.8% 復(fù)電點：<0.8%

　　斷電范圍：掘進(jìn)工作面巷道中及其回風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)所有非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備電源。

　　(3)探頭T3安設(shè)距離該巷道第一匯風(fēng)點后10m~15m的巷道內(nèi)，距巷頂不大于300mm，距巷幫不小于200mm。

　　報警點：≥1.0% 斷電點：≥1.0% 復(fù)電點：<1.0%

　　斷電范圍：局扇及掘進(jìn)工作面巷道中及其回風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)全部非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備電源。

　　6.3安全防護(hù)

　　6.3.1壓風(fēng)自救系統(tǒng)

　　壓風(fēng)自救系統(tǒng)。壓風(fēng)自救系統(tǒng)設(shè)置在距掘進(jìn)工作面25~40m的巷道內(nèi)，正頭一組可供施工隊人數(shù)最多時使用，長距離掘進(jìn)巷道中，每隔50m設(shè)置一組壓風(fēng)自救系統(tǒng)，每組壓風(fēng)自救系統(tǒng)可供5～8人使用。在揭煤放炮處設(shè)一組壓風(fēng)自救，壓縮空氣供給量符合《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》中規(guī)定的要求。

　　6.3.2隔爆水槽

　　在揭煤石門內(nèi)安設(shè)隔爆水槽，水量不少于200L/ m2。

　　6.3.3綜合防塵

　　(1)滅塵管路應(yīng)鋪設(shè)平、直，吊掛整齊，每隔30m設(shè)一個三通閥門，軟管跟至迎頭，各轉(zhuǎn)載點設(shè)噴頭，做到落巖(煤)、出巖(煤)灑水。

　　(2)巷道要經(jīng)常灑水滅塵，嚴(yán)禁煤塵飛揚，風(fēng)筒、電器、開關(guān)等要經(jīng)常擦拭干凈。

　　(3)在距離工作面100m內(nèi)安設(shè)三道噴霧灑水裝置，保證正常使用。

　　(4)加強個人防護(hù)，所有施工人員都必須佩帶防塵口罩。

　　6.3.4其它

　　(1)揭煤期間嚴(yán)禁采用風(fēng)鎬落煤和使用扒矸機(jī)出矸。

　　(2)放炮地點安設(shè)一部直通礦調(diào)度室的電話。

　　(3)放炮地點安放6個干粉滅火器。

　　(4)揭煤期間進(jìn)入該巷道內(nèi)的所有人員必須佩戴并能熟練使用自救器。

　　6.4供電及停電

　　(1)電氣設(shè)備必須有專人負(fù)責(zé)檢查、維護(hù)，施工隊每班、機(jī)電科每天檢查一次防爆性能，簽名備查，嚴(yán)禁使用防爆性能不合格的電氣設(shè)備。

　　(2)揭煤期間，每一項停電必須責(zé)任到人，執(zhí)行停、送電要有記錄。

　　(3)揭煤放炮時，除通風(fēng)機(jī)外全礦井下非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備全部停電，其它放炮時風(fēng)門以里和回風(fēng)巷道內(nèi)的所有非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備全部停電，停電前后必須向礦調(diào)度室和揭煤指揮部匯報。

　　6.5揭煤放炮眼布置

　　6.5.1炮眼布置

　　在導(dǎo)硐施工完畢后，在導(dǎo)硐內(nèi)進(jìn)行震動放炮前的最后一次防突效果檢驗，經(jīng)檢驗各種指標(biāo)都不超，在導(dǎo)硐內(nèi)下挖0.5m并徹底清理導(dǎo)硐內(nèi)的浮碴，嚴(yán)格按揭煤炮眼布置圖，所示施工揭煤炮眼，炮眼施工完畢后，在采取了安全防護(hù)措施后，距待揭煤層法距1.5m外開始執(zhí)行震動放炮揭開煤層。揭煤爆破參數(shù)如表十所示：

　　6.5.2爆破網(wǎng)絡(luò)計算

　　整個爆破網(wǎng)絡(luò)采用大串聯(lián)方式。分別計算放炮電纜、雷管和連線接觸電阻，放炮母線采用銅芯小電纜，長度約800m，銅芯截面積不小于4mm2，串聯(lián)爆破網(wǎng)路電阻計算：

　　R總=R1+R2+R3

　　式中：

　　R總—整個爆破網(wǎng)路電阻

　　R1—雷管總電阻，單個雷管電阻取4.1Ω

　　R1=4.2×88=369.6Ω

　　R2—放炮母線電阻

　　R2=ρL/S=0.017×800×2/4=6.8Ω

　　R3—聯(lián)線接觸電阻，一個接觸點電阻取1Ω

　　R3=(88+3)×1=91Ω

　　則R總=369.6+6.8+91=467.4Ω

　　6.7震動放炮安全技術(shù)措施

　　6.7.1爆破器材

　　(1)在爆破時必須使用專用爆破器，由專人保管。炸藥采用三級乳膠炸藥，爆破必須采用銅腳線的毫秒電雷管串聯(lián)起爆，雷管總延期時間不得超過130毫秒，嚴(yán)禁跳段使用。電雷管使用前由專人在地面逐個測試其性能，保證導(dǎo)通和電阻誤差小于0.1W。不符合規(guī)定時嚴(yán)禁入井使用。電雷管的連接必須使通過每一雷管的電流達(dá)到其引爆電流的2倍。雷管腳線要互相扭緊，并用絕緣膠布包裹。

　　(2)揭煤前由揭煤指揮部要在地面選擇合適場所進(jìn)行爆破網(wǎng)路雷管模擬爆破試驗，以驗證爆破網(wǎng)路設(shè)計的可靠性和發(fā)爆器的使用性能。

　　(3)爆破母線采用專用電纜，并靠幫懸掛，與其它電纜間距不小于300mm，母線入井前，必須對其電阻進(jìn)行測試。爆破網(wǎng)路連接完畢后，必須進(jìn)行網(wǎng)路全電阻測試，發(fā)現(xiàn)問題，及時處理。

　　(4)放炮采用的水膠炸藥不得過期、失效和變質(zhì)。

　　6.7.2打眼與裝藥

　　(1)爆破前，必須進(jìn)行防突效果檢驗，檢驗無突出危險時，方可施工爆破炮眼。爆破炮眼打成之后，要用壓風(fēng)將炮眼內(nèi)的煤巖粉吹凈，并用木塞將炮眼口塞住，防止掉入雜物，影響裝藥質(zhì)量。

　　(2)在打炮眼時，若發(fā)現(xiàn)底鼓、響煤炮等有瓦斯突出預(yù)兆時，必須立即停止工作，切斷工作面所有電氣設(shè)備電源，撤出三道反向風(fēng)門并關(guān)閉正反向風(fēng)門，將所有人員撤至安有壓風(fēng)自救器處，并立即向礦調(diào)度室匯報。

　　(3)開始裝藥時，施工區(qū)隊跟班領(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)組織揭煤面撤人、停電。

　　(4)裝配引藥工作由放炮員進(jìn)行，引藥不準(zhǔn)提前制作，裝一個眼制一個引藥，不準(zhǔn)用電雷管或金屬物品代替木錐扎眼，電雷管必須全部插入藥卷內(nèi)，嚴(yán)禁將電雷管斜插在藥卷中部或捆在藥卷外。裝配引藥必須在頂板完好和無金屬導(dǎo)體、電氣設(shè)備的地方進(jìn)行。水膠炸藥卷之間藥與藥相連接。雷管與炸藥的聚能穴在同一直線上，并都朝向孔底。

　　(5)放炮員在裝藥前、放炮前必須對每個電雷管和整個爆破網(wǎng)路做導(dǎo)通試驗，只有在每個電雷管和整個爆破網(wǎng)路都導(dǎo)通的情況下，才準(zhǔn)放炮。

　　(6)放炮員在連線時，每個接頭都必須扭緊扭牢，整個爆破網(wǎng)路裸露部分和接頭，都必須用砂布打磨掉氧化層后再扭接，并用膠布包嚴(yán)。

　　(7)放炮員在完成裝藥連線之后，最后離開，并關(guān)閉好兩道正反向風(fēng)門，至拉炮地點后，向揭煤指揮部匯報，在沒有接到揭煤指揮部放炮命令前不準(zhǔn)拉炮。

　　(8)巖眼若打穿煤層，在裝藥前必須充填入不小于200mm的黃泥。

　　6.7.3爆破

　　(1)揭煤爆破必須采用全斷面一次起爆，炮后至少兩小時后，揭煤指揮部根據(jù)情況，決定救護(hù)隊員是否進(jìn)入揭煤工作面檢查爆破情況、通風(fēng)設(shè)施情況以及巷道等其它情況。

　　(2)放炮時，反向風(fēng)門必須關(guān)閉，人撤到反向風(fēng)門以外距放炮地點不小于800m且距反向風(fēng)門不小于50m的新鮮風(fēng)流的安全處，反向風(fēng)門由放炮員關(guān)閉，由瓦檢員和安檢員共同監(jiān)督。

　　(3)爆破前由工作面班長安排專人對爆破地點20m范圍內(nèi)進(jìn)行灑水滅塵，爆破時三道水幕必須打開。

　　(4)放炮前由施工區(qū)隊負(fù)責(zé)在距揭煤點6～8m處設(shè)置迎山擋攔，以減緩發(fā)生突出時的突出強度。

　　(5)裝藥前后要認(rèn)真檢查瓦斯情況，裝藥連線工作完畢后，確認(rèn)停電撤人，警戒全部落實到位，方可進(jìn)行震動放炮。

　　(6)爆破前所有不裝藥孔洞必須用不燃性材料(黃泥或水泥砂漿)充填，充填深度不得小于最大炮眼深度的 1.5倍。

　　(7)未崩開石門全斷面的巖柱和煤層時，繼續(xù)放炮需按照揭煤放炮有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

　　(8)放炮地點：放炮地點設(shè)在進(jìn)風(fēng)側(cè)反向風(fēng)門之外，放炮地點距工作面的距離大于800m。放炮員操縱放炮的地點，應(yīng)配備壓風(fēng)自救系統(tǒng)和自救器。

　　(9)撤人范圍：揭煤放炮及穿煤層時，東西皮帶大巷、東、西回風(fēng)大巷和東軌道大巷內(nèi)全部撤人，所有進(jìn)入回風(fēng)大巷的巷道必須設(shè)警戒。

　　(10) 放炮嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢”和“三人聯(lián)鎖放炮”制度。

　　(11) 爆破后經(jīng)檢查無異常情況時，可恢復(fù)正常施工，若發(fā)生煤與瓦斯突出，則要進(jìn)行突出處理后再恢復(fù)生產(chǎn)，恢復(fù)生產(chǎn)前，對停風(fēng)區(qū)要進(jìn)行瓦斯排放。

　　(12)放炮后經(jīng)檢查無異常情況時，再進(jìn)行巷道清理和支護(hù)，打好迎面支架。背好工作面，防止頂板掉渣、片幫傷人，防止煤體垮落引起煤與瓦斯突出事故。

　　(13)必須保證最小抵抗線不得小于300mm，否則嚴(yán)禁放炮。

　　(14)放炮員和專職瓦檢員嚴(yán)格檢查工作面及其回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛?，?yán)禁瓦斯超限作業(yè)。

　　6.7.4其它

　　(1)所有入井人員都必須攜帶隔離式自救器，工作時懸掛在距工作地點不超過10m的地方。

　　(2)揭煤前通風(fēng)區(qū)要將放炮器徹底檢查、測試，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)才準(zhǔn)使用。

　　(3)在整個揭煤過程中，通風(fēng)區(qū)必須設(shè)置專職瓦檢員和放炮員，一般情況下不準(zhǔn)隨便換人。

　　(4)撤人、停電、治安警戒、清點人數(shù)、瓦斯檢測等各項準(zhǔn)備工作完成后，經(jīng)落實符合揭煤措施后，方可進(jìn)行放炮，此項工作由揭煤指揮部統(tǒng)一指揮。

　　(5)揭煤爆破120分鐘且瓦斯不超限時，由現(xiàn)場指揮安排專人進(jìn)入現(xiàn)場驗炮。發(fā)現(xiàn)拒爆、殘爆等異常情況時，必須立即匯報揭煤指揮部，并由現(xiàn)場指揮負(fù)責(zé)落實專人按照《規(guī)程》規(guī)定進(jìn)行處理。經(jīng)確認(rèn)無異常后，經(jīng)現(xiàn)場指揮同意，其它工作人員方可進(jìn)入迎頭并撤除警戒恢復(fù)送電，正常作業(yè)。

　　(6)救護(hù)隊員進(jìn)入檢查時，至少要三人同行，并佩帶好氧氣呼吸器，小心行動，注意觀察，另外在正反向風(fēng)門外要有三人以上救護(hù)隊員等待接應(yīng)，檢查過程中嚴(yán)格按有關(guān)救護(hù)規(guī)程規(guī)定執(zhí)行，檢查后應(yīng)立即將檢查結(jié)果向揭煤指揮部匯報，揭煤指揮部可根據(jù)情況，決定是否撤崗、取消警戒和恢復(fù)送電等正常工作。

　　(7)放炮時，必須至少有6名救護(hù)隊員配帶氧氣呼吸器在地面待命。

　　6.8避災(zāi)路線

　　避災(zāi)路線：工作面→戊二軌道上山→戊二軌道上車場→配風(fēng)西石門→戊組運輸大巷→西翼重車線→新副井→地面。

　　6.9組織管理

　　揭煤前，礦成立揭煤指揮部：

　　指揮長：

　　副指揮長：

　　成員：

　　(1)震動放炮時，必須有揭煤指揮部成員現(xiàn)場指揮，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

　　(2)揭煤前要由班組長組織有關(guān)部門人員對現(xiàn)場進(jìn)行全面的檢查，落實各項工作準(zhǔn)備情況。

　　(3)揭煤期間配置專職瓦檢員、放炮員、局扇司機(jī)、專職電工及警戒人員，并要求人員穩(wěn)定，實行現(xiàn)場交接班制度。

　　(4)地測科必須準(zhǔn)確掌握煤層的產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)及頂?shù)装鍘r性，并負(fù)責(zé)及時繪制成圖報有關(guān)部門，為揭煤工作提供可靠的地質(zhì)數(shù)據(jù)。

　　(5)抽探隊負(fù)責(zé)施工各類鉆孔，施工時必須要有詳細(xì)的鉆孔參數(shù)記錄并匯總成表報礦調(diào)度室、防突科等生產(chǎn)相關(guān)部門備案。

　　(6)通風(fēng)區(qū)負(fù)責(zé)瓦斯探頭戊9-10的安裝，維護(hù)和調(diào)校工作，保證探頭靈敏可靠，并把信息及時反饋到礦調(diào)度室和礦總工程師。

　　(7)防突科負(fù)責(zé)突出危險性參數(shù)指標(biāo)的測定、整理、收集和管理工作，負(fù)責(zé)抽探隊鉆孔施工時的調(diào)度指揮、監(jiān)督管理工作。

　　(8)機(jī)電科負(fù)責(zé)監(jiān)督檢查電氣設(shè)備的完好情況，杜絕失爆，并做好每次的檢查記錄。

　　(9)礦調(diào)度室負(fù)責(zé)鉆孔施工過程中的調(diào)度指揮、記錄工作;負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)井下和井上的聯(lián)絡(luò)，保障施工的順利進(jìn)行。

　　(10)安監(jiān)科負(fù)責(zé)本次揭煤防突設(shè)計實施的監(jiān)督檢查工作。

　　(11)揭煤工作面安裝專用電話，直通礦調(diào)度室，并保證通訊暢通。

　　(12)揭煤及穿煤放炮必須有揭煤指揮部的一名成員帶隊，負(fù)責(zé)安排專人檢查通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)施是否完好，警戒布置是否到位，停電撤人及放炮工作。

　　6.10進(jìn)入煤層掘進(jìn)期間的防突措施

　　(1)半煤巖掘進(jìn)第一次采取防突措施時，必須采用小直徑排放鉆孔措施(孔徑65mm，孔數(shù)25個，孔深10m)，鉆孔全部布置在煤層軟分層內(nèi)，控制范圍為巷道斷面輪廓線以外8m(包括巷道斷面內(nèi)的煤層)，之后超前排放鉆孔采用直徑為75mm，孔數(shù)20個，孔深10m的防突措施，直至進(jìn)入全煤層。措施孔結(jié)束之后采用鉆孔瓦斯涌出初速度法、鉆孔鉆屑量及鉆屑解吸指標(biāo)法效果檢驗。經(jīng)過效果檢驗，當(dāng)檢驗為無突出危險時，每個循環(huán)應(yīng)當(dāng)有2m的檢驗超前距且排放鉆孔(即措施孔)留有不少于5m的超前距。

　　(2)石門工作面進(jìn)入煤層中掘進(jìn)時，瓦斯達(dá)到0.8%或預(yù)測指標(biāo)超臨界值，必須補充施工措施孔，重新進(jìn)行效果檢驗，措施孔必須留有5m的超前距。施工措施孔另編措施。

　　(3)采用鉆孔瓦斯涌出初速度法、鉆孔鉆屑量及鉆屑解吸指標(biāo)法檢驗時。在掘進(jìn)工作面打3個直徑為Æ42mm，中孔沿掘進(jìn)方向深10m，兩邊孔的終點應(yīng)位于巷道輪廓線外2至4m處深10.5至11m。中孔在2、4、6、8、10m處，邊孔在3、5、7、9、11m處分別依次測定三個參數(shù)。

　　鉆屑量按測定深度提前1m取煤屑。

　　測定瓦斯涌出初速度時，測量室長度1m，并做到封嚴(yán)不漏氣，封孔氣壓不低于0.2MPa，測定工作在2分鐘內(nèi)完成。

　　測定瓦斯解析強度時，煤樣曝露時間為自鉆孔打至該煤樣段起經(jīng)3分鐘，并按規(guī)定進(jìn)行測量。

　　檢驗孔應(yīng)盡可能布置在最軟的軟煤分層中，并應(yīng)布置在措施孔和預(yù)測孔之間距措施孔和預(yù)測孔不得小于0.4m，鉆速為0.5～1m/min。

　　(4)效檢結(jié)論的確定：當(dāng)qmax<4.5L/min且Smax<6Kg/m且△h2<200Pa(濕煤為160Pa)時為無突出危險工作面，任何一個指標(biāo)超時為有突出危險工作面。

　　(5)在掘進(jìn)過程中，嚴(yán)格按防突措施、作業(yè)規(guī)程執(zhí)行，若發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即撤人、停電、并關(guān)好正反向風(fēng)門，并向調(diào)度室及區(qū)隊有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)匯報，聽候指示。

　　(6)放炮后作業(yè)人員至少等1小時之后在瓦斯?jié)舛炔怀耷闆r下方準(zhǔn)進(jìn)入工作面。

　　(7)撤人距離不少于300m且距第一道反向風(fēng)門不少于50m的全風(fēng)壓通風(fēng)的新鮮風(fēng)流中的安全地點。反向風(fēng)門以里的非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備全部斷電，反向風(fēng)門必須關(guān)閉，嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢制”和“三人連鎖放炮制”。

　　6.11防瓦斯超限

　　揭煤放炮時由于一次揭開的煤體面積大，易因起瓦斯超限，因此在揭煤時必須配足風(fēng)量，配風(fēng)量不少于600m3并采用雙風(fēng)筒供風(fēng)。

　　7過煤門施工措施

　　7.1措施選定

　　當(dāng)戊二軌道上山揭開戊9-10煤層之后，煤層進(jìn)入巷道內(nèi)時，采用重慶產(chǎn)QFZ-22型輕便防突鉆機(jī)打淺孔排放，此方法瓦斯釋放效果顯著，同時，因上述鉆機(jī)具有操作簡便，鉆進(jìn)速度快，角度、方位易定等特點，因而在過煤門期間采用此種鉆機(jī)以淺孔排放的方法進(jìn)行瓦斯排放。

　　7.2措施技術(shù)參數(shù)的確定

　　根據(jù)煤層進(jìn)入巷道斷面的情況，選取以下具有代表性的措施孔。

　　1)煤層頂板處于巷道頂板：

　　(1)布置2排孔，每排9個孔，總計18個排放孔，孔徑Φ89mm，水平投影孔深13m，終孔控制到巷道輪廓線外4m。

　　(2)排放孔上排距巷道頂板為1.1m，下排距巷道頂板2.4m，終孔控制到巷道輪廓線外8m。

　　(3鉆孔的深度綜合考慮作業(yè)循環(huán)定為13m，排放孔超前距6m，允許進(jìn)尺7m。其它有關(guān)參數(shù)見附表。

　　2)根據(jù)煤層與巷道的關(guān)系可適當(dāng)調(diào)整措施孔數(shù)量。

　　7.3措施實施的具體要求

　　(1)打措施孔前，必須將巷道支護(hù)到迎頭，處理完掌子頭虛煤、傘檐及殘(瞎)炮，并將巷道的雜物處理干凈，保證行人暢通，電纜吊掛整齊，機(jī)電設(shè)備進(jìn)行檢修，保證電器設(shè)備不失爆;

　　(2)執(zhí)行措施前要對風(fēng)筒進(jìn)行維護(hù)，凡出現(xiàn)風(fēng)筒脫節(jié)、風(fēng)筒距掌子頭大于5m、工作面微風(fēng)或無風(fēng)等情況時，嚴(yán)禁執(zhí)行措施;

　　(3)在執(zhí)行措施前，必須在掌子頭配備兩臺滅火器、足夠的沙箱及黃泥，并將堆放在掌子頭的閑雜鐵器處理干凈，以避免正在鉆進(jìn)的鉆桿與工作面的其它鐵器發(fā)生碰撞而產(chǎn)生火花;

　　(4)打鉆時工作面必須具備銅錘及銅鍬，在上緊(或拆除)鉆桿的連接銷時，嚴(yán)禁用鐵器敲打連接銷(鉆桿)，必須進(jìn)行敲打時，只準(zhǔn)用銅錘進(jìn)行敲打，當(dāng)鉆孔處的煤屑堆積太多須清理時，只準(zhǔn)用銅鍬或木鍬進(jìn)行清理鉆孔處的煤屑;

　　(5)在執(zhí)行措施時，工作面必須在所打鉆孔的上方掛便攜，當(dāng)鉆孔出現(xiàn)噴孔、夾鉆或鉆孔周圍出現(xiàn)瓦斯超限時，必須停止打鉆，等一切恢復(fù)正常后再繼續(xù)執(zhí)行措施;

　　(6)在執(zhí)行防治突出措施期間，不允許平行其它作業(yè)(如吊掛風(fēng)筒、打錨網(wǎng)、錨索、攉裝煤等);

　　(7)執(zhí)行措施時，必須有瓦檢員在現(xiàn)場盯崗，監(jiān)督防突措施的執(zhí)行，嚴(yán)把措施執(zhí)行關(guān)，凡未按規(guī)定執(zhí)行措施的，有權(quán)制止施工隊的違章行為，當(dāng)出現(xiàn)突出預(yù)兆時，瓦檢員有權(quán)組織現(xiàn)場人員進(jìn)行撤離，并及時報告調(diào)度室;

　　(8)施工隊班組長為當(dāng)班生產(chǎn)的第一責(zé)任者，分工必須明確，指定專人開機(jī)、專人停電、專人觀山，按照設(shè)計的措施孔位置、角度進(jìn)行布置鉆孔;

　　(9)必須堅持除孔口灑水降塵外，還要將工作面以外的二道水幕正常開啟;

　　(10)措施孔按從上往下的順序施工，即先打上排孔，再打下排孔。每打一個孔，必須將孔內(nèi)煤粉排干凈;

　　(11)執(zhí)行措施期間出現(xiàn)嚴(yán)重噴孔、突出預(yù)兆、瓦斯超限立即撤人停電，當(dāng)瓦斯?jié)舛刃∮?.8%方可打排放孔。

　　(12)排放孔打完后，施工單位及時向調(diào)度室匯報，填寫終孔報告單，終孔報告單上必須如實進(jìn)行填寫(包括打鉆期間的異常情況)。

　　7.4措施的效果檢驗

　　措施孔打完后，必須進(jìn)行措施效果檢驗，只有檢驗合格后方可進(jìn)行掘進(jìn)，否則必須采取增加排放鉆孔或延長排放時間等補充措施直至消除突出危險為止，效檢孔共布置三個，孔徑為42mm、孔深為7m。若效檢不超標(biāo)，允許進(jìn)尺4米，保留3米超前距，第二次效檢7米，允許進(jìn)尺3米，即效檢孔超前掘進(jìn)4米距離，該循環(huán)進(jìn)行完畢。

　　兩幫效檢孔必須控制到巷道輪廓線外3m。在5m、7m處測試q值、△h2值。測試步驟和要求為：

　　7.4.1瓦斯涌出初速度q值測試步驟

　　1)盡量在巷道軟分層中布置打孔徑為42mm的測試孔，鉆進(jìn)速度控制在1m/min;

　　2)當(dāng)測試孔深達(dá)到5m、7m位置時，迅速拔出麻花鉆桿，用專用封孔器封孔，封孔后測量室長度為0.5m，鉆孔內(nèi)封孔膠囊的壓力達(dá)到0.2Mpa;

　　3)在測試桿末端接上氣壓表，測量1min內(nèi)煤氣表轉(zhuǎn)過的數(shù)值，即為該鉆孔瓦斯涌出初速度q值;

　　4)從麻花鉆桿打到4米到測試工序完成的時間間隔不超過2min，以后每鉆到7米重復(fù)上述操作一次，同時測定其鉆屑量。

　　7.4.2鉆屑瓦斯解吸量指標(biāo)的測定方法和步驟

　?、佼?dāng)預(yù)測孔深達(dá)到5米、7米位置時，同時測△h2值和q值。

　?、谌°@屑煤量10g，過篩后，要求粒徑為1—3mm，放入瓦斯解吸儀的煤樣瓶中。

　?、勖簶友b入煤樣瓶，擰緊密封上蓋，打開旋塞使水柱計和煤樣瓶皆與大氣相通，這時啟動秒表開始計時測定。

　?、墚?dāng)解吸儀測定后2min的瓦斯壓力讀數(shù)為△h2。

　?、輳你@屑采樣到放入煤樣瓶中及開始測定要求在3min內(nèi)完成。

　　7.4.3臨界值及判斷

　　q<3(L/min) 且 Δh2<160pa 無突出危險

　　q≥3(L/min) 或 Δh2≥160pa 有突出危險

　　若效檢超標(biāo)，應(yīng)增補措施孔或延長排放時間 ，直至再次效檢不超標(biāo)方可進(jìn)尺。

　　7.4.4效檢時

　　進(jìn)行效檢時，效檢孔不能與措施孔交叉，如效檢孔與措施孔交叉，必須重新打孔進(jìn)行效檢。

　　7.4.5效檢后

　　效檢后，必須在工作面吊掛效檢允許進(jìn)尺標(biāo)志牌，并上鎖，鑰匙由當(dāng)班檢查員保管，以防超掘。

　　結(jié)論

　　在論文寫作的過程中;對所需要的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行了分析、篩選，并進(jìn)行了相關(guān)計算;在進(jìn)行“平煤八礦新副井戊二軌道上山石門揭煤設(shè)計”中研究了高瓦斯低透氣性煤層快速揭煤技術(shù)的方法，之后通過對瓦斯抽放方式及揭煤方案的比較提出平煤八礦戊9-10煤層的揭煤方案——石門短導(dǎo)硐、交叉布孔、震動放爆揭煤，并制定相關(guān)安全防護(hù)及防突措施。得到結(jié)論如下：

　　1)石門揭煤突出是煤與瓦斯突出中危害性最大的一種，是地應(yīng)力、瓦斯應(yīng)力及煤體物理力學(xué)特性等綜合因素相互作用的結(jié)果。

　　2)預(yù)測采用兩次多孔預(yù)測方式，避免了個別少量孔的誤差與失誤的影響，確保了整體預(yù)測檢驗定性的可靠性。

　　3)石門短導(dǎo)硐揭煤法是以流變理論為基礎(chǔ)，總結(jié)突出礦區(qū)揭煤經(jīng)驗，主要針對緩傾斜嚴(yán)重突出煤層，研究得出安全、快速揭煤新工藝。該工藝科學(xué)確定預(yù)留巖柱厚度，以巷旁截流、巷內(nèi)交叉鉆孔抽放為防突措施、短導(dǎo)硐震動放炮一次揭開煤層。

　　4)針對石門揭煤突出的特點研究的巷旁截流、巷內(nèi)交叉鉆孔抽放防突措施：

　　(1)可以顯著提高了瓦斯抽放卸壓效果，有效解除了石門揭煤工作面的突出危險性;

　　(2)掘進(jìn)導(dǎo)硐和瓦斯抽放平行作業(yè)，其卸壓作用也提高了瓦斯抽放量，施工簡單，工藝合理，縮短了抽放卸壓時間;

　　(3)巷旁截流鉆孔控制兩側(cè)煤體的瓦斯向巷內(nèi)流動，在石門揭煤全過程能夠連續(xù)抽放，可積極預(yù)防石門揭煤時的延期突出和過煤門連續(xù)突出。

　　(4)通過研究地應(yīng)力、瓦斯壓力和爆破損傷作用，科學(xué)確定石門揭煤預(yù)留巖柱厚度，有效防止揭煤自行揭開突出，降低了防突措施的施工難度。根據(jù)平煤八礦煤巖力學(xué)性質(zhì)，2m預(yù)留巖柱對石門短導(dǎo)硐揭煤是安全可靠的。

　　致謝

　　經(jīng)過兩個多月的忙碌，在學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的大力支持及郝富昌、魏建平、劉彥偉等老師精心指導(dǎo)下，我的畢業(yè)論文《平煤八礦新副井戊二軌道上山石門揭煤設(shè)計》終于劃上了圓滿的句號!在此對完成論文期間默默耕耘的各位老師致以衷心的感謝。

　　完成畢業(yè)論文的過程是一次理論與實踐有機(jī)結(jié)合的過程，是理論與實踐升華的過程;更是自己的思想成熟的過程!畢業(yè)論文是理論知識與專業(yè)知識以及經(jīng)驗的融合，通過畢業(yè)論文認(rèn)識到了自己的不足，同時也努力對不足的方面做了彌補，使這些知識更趨于條理化、系統(tǒng)化。在以后的工作當(dāng)中，對知識的運用能夠更加的游刃有余。

　　在完成論文的過程中，曾遇到了很多棘手的問題，在郝富昌.魏建平.劉彥偉.等老師和小組同學(xué)的幫助下都得以順利解決。本次畢業(yè)論文不但是對自己所學(xué)專業(yè)知識的檢驗，更是對多學(xué)科知識綜合應(yīng)用能力的一個考查，并要把實踐經(jīng)驗賦予到當(dāng)中去，這三者的有機(jī)結(jié)合在這次畢業(yè)論文中使我受益匪淺。此外，通過這次畢業(yè)論文培養(yǎng)了自己獨力學(xué)習(xí)和查閱資料的能力，為今后的得心應(yīng)手的工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。在完成論文期間的日常學(xué)習(xí)和生活中，與我的指導(dǎo)老師郝富昌、魏建平、劉顏偉等老師以及小組同學(xué)建立了深厚的感情和友誼，同時也得到了他們諸多無私的幫助。這份珍貴的友情將會永遠(yuǎn)成為我一生中美好而難忘的回憶。

　　由于對知識和信息的運用還不夠精準(zhǔn)，難免有疏漏之處，敬請各位老師批評指正!

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