渝陽煤礦防突工培訓(xùn)教案

　　渝陽煤礦通風(fēng)科

　　2009年3月

　　目 錄

　　第一章 煤與瓦斯突出概述 …………………………………(1)

　　一、煤與瓦斯突出概況 ………………………………………(1)

　　二、煤與瓦斯突出分類 ………………………………………(8)

　　三、煤與瓦斯突出危害 ………………………………………(11)

　　第二章 煤與瓦斯突出機(jī)理、規(guī)律、預(yù)兆 …………………(11)

　　一、煤與瓦斯突出機(jī)理 ………………………………………(11)

　　二、煤與瓦斯突出規(guī)律 ………………………………………(12)

　　三、煤與瓦斯突出預(yù)兆 ………………………………………(12)

　　第三章 “四位一體”防突措施 ……………………………(13)

　　第四章 防治煤與瓦斯突出實(shí)施細(xì)則 ………………………(62)

　　第五章 渝陽煤礦防突管理制度 ……………………………(102)

　　一、未定性突出煤層管理辦法 ………………………………(102)

　　二、防突報(bào)告單送審管理辦法 ………………………………(103)

　　三、防突“四對(duì)口”現(xiàn)場動(dòng)態(tài)管理辦法 ……………………(104)

　　四、防突儀器儀表管理辦法 …………………………………(104)

　　五、防突鉆孔放線法布孔技術(shù)操作規(guī)范 ……………………(105)

　　六、突出危險(xiǎn)性預(yù)測(檢驗(yàn))現(xiàn)場操作管理規(guī)定 ……………(106)

　　七、壓縮氧自救器使用管理辦法 ………………………………(107)

　　八、壓風(fēng)自救器使用管理辦法 …………………………………(108)

　　九、防突工操作規(guī)程 ……………………………………………(110)

　　十、防突工崗位說明書 …………………………………………(111)

　　十一、防突鉆孔施工匯報(bào)內(nèi)容有關(guān)規(guī)定 ………………………(113)

　　十二、防突頭面“四位一體”措施現(xiàn)場查驗(yàn)制度及處罰規(guī)定…(115)

　　第一章 煤與瓦斯突出概述

　　一、煤與瓦斯突出概況

　　(一)煤與瓦斯突出的主要特點(diǎn)

　　礦區(qū)現(xiàn)有6對(duì)生產(chǎn)礦井，均為煤與瓦斯突出(以下簡稱突出)礦井，開采過程中煤與瓦斯突出頻繁發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計(jì)1958-2003年，總計(jì)發(fā)生突出476次，最大突出強(qiáng)度1624t，噴出瓦斯15萬m3(見表1-3)。其中千噸以上的突出6次。歷年突出共死亡230人，最多一次死亡125人(同華礦1960年5月14日)。抽排瓦斯鉆孔是礦區(qū)防治煤與瓦斯突出的主要手段，而在施鉆過程中發(fā)生突出，造成人員傷亡卻是當(dāng)前防突措施工程實(shí)施中最大的難點(diǎn)和安全隱患。1986年以來，相繼發(fā)生鉆孔突出35次，死亡19人，最大突出強(qiáng)度760t，瓦斯量44800m3，最多一次死亡6人(見表1-2)。

　　表1-1 松藻煤電公司煤與瓦斯突出次數(shù)及死亡人數(shù)統(tǒng)計(jì)表

　　礦井名稱 突出次數(shù)(次) 突出強(qiáng)度(t) 死亡

　　人數(shù)

　　總計(jì) 回采 掘進(jìn) 揭煤 平均 最大

　　松藻煤礦 44 11 31 2 44.2 470 50

　　打通一礦 260 194 58 8 18.5 1408 2

　　打通二礦 64 34 22 8 63.4 695 17

　　石壕煤礦 33 5 21 7 311.8 1624 3

　　逢春煤礦 5 2 3 388.4 884

　　同華煤礦 70 39 23 8 80.5 1000 158

　　合計(jì) 476 283 157 36 60.3 1624 230

　　表1-2 煤電公司歷年鉆孔突出統(tǒng)計(jì)表

　　礦井 松藻煤礦 打通一礦 打通二礦 石壕煤礦 逢春煤礦 同華煤礦 合計(jì)

　　突出次數(shù) 1 14 18 1 0 1 35

　　死亡人數(shù) 1 2 11 0 0 5 19

　　礦區(qū)各煤層突出情況見表1-3。

　　表1-5 松藻礦區(qū)各煤層煤與瓦斯突出統(tǒng)計(jì)(1958-2003)

　　礦井名稱 煤層 突出次數(shù) 突出

　　總煤量

　　(t) 突出平均煤量(t/次) 最大突出煤量(t/次) 始突標(biāo)高(m) 始突深度(m) 構(gòu)造突出(次) 突出軟分層厚(m) 石門突出 煤巷突出(次) 采面突出(次)

　　次數(shù) 最大強(qiáng)度(t)

　　松藻 K1 13 1046.2 80.5 470 588 251 10 1 15 7 5

　　K2 15 254.1 16.9 72 533 302 6 10 5

　　K3 16 645 40.3 163 538 176 0.5 2 163 13 1

　　打通一礦 7# 251 1879.7 7.5 59 432 240 15 0.15 58 193

　　8# 6 2858 476.3 1408 440 263 4 4 1408 1 1

　　11# 2 4 2 2 170 556 2 2 2

　　12# 2 89 44.5 84 238 364 2 2 84

　　二礦 7# 43 755.2 17.6 121 436 234 23 0.15 1 121 16 26

　　8# 20 3245 162.3 560 428 294 12 0.5 6 560 6 8

　　11# 1 54 54 54 190 487 1 1 54

　　石壕 6# 2 46 23 36 405 273 2 1 1

　　7# 11 502 45.6 120 440 260 9 0.15 1 36 10

　　8# 19 9562 503.3 1624 473 275 15 0.5 6 1624 9 4

　　12# 1 180 180 180 445 398 1 1 180

　　逢春 6# 1 50 50 50 617 373 1

　　7# 1 439.4 439.4 439.4 678 1 1 439

　　8# 3 1453.4 484.5 884 764 200 2 2 884 1

　　同華 K1 19 446.3 23.5 80 400 234 13 7 12

　　K6 29 430.5 14.8 200 370 220 2 27

　　K3 21 4234 201.6 1000 590 113 6 7 1000 14

　　合計(jì) 小計(jì) 476 26760.8 56.2 1624 764 113 124 37 1624 156 283

　　薄 391 6176.4 15.8 470 678 220 85 0.15 10 439 112 269

　　厚 85 20584.4 242.2 1624 764 113 39 0.5 27 1624 44 14

　　根據(jù)歷年各次突出情況分析，礦區(qū)突出存在以下主要特點(diǎn)：

　　(一)按突出煤層分析：

　　1 突出次數(shù)：最多的是7#煤層，占總次數(shù)的64.3%;其次是8#煤層，占17.86%。

　　2 突出強(qiáng)度：最大的是8#煤層，平均突出強(qiáng)度242.2t/次，最大突出強(qiáng)度1624t/次;其次是K1煤層，最大突出強(qiáng)度470t/次;7#層最大突出強(qiáng)度439t/次。

　　3 始突深度：最淺的是8#層，為113m，其余6#、7#、11#(K2)、12#(K1)分別是273m、234m、302m、234m。

　　(二)按突出地點(diǎn)分析：

　　1 突出次數(shù)：回采工作面最多，占59.5%;煤巷次之，占32.8%;石門揭煤突出最少，占7.8%。

　　2 突出強(qiáng)度：平均突出強(qiáng)度石門最大，為391.84t/次;其次是煤巷，為59.07t/次;最小是回采工作面，為13.58t/次。最大突出強(qiáng)度依次為石門、煤巷、回采工作面。平均突出強(qiáng)度石門是煤巷的6.63倍，是回采工作面的28.85倍。(三)按突出前的作業(yè)工序分析：

　　各煤層各工序突出情況見表1-6。割煤突出次數(shù)最多，占42.9%;放炮突出次之，占33.5%;打孔突出第三，占7.4%;淺孔松爆占6.3%，風(fēng)鎬占6.1%，手鎬、放超前炮各占1.26%，深孔松爆有2次，吹炮眼、架料、回撤金屬支架、攉煤各有1次。

　　表1-4 松藻礦區(qū)突出與作業(yè)工序統(tǒng)計(jì)(1958---2003)

　　礦井 煤層 突 出 次 數(shù)

　　風(fēng)鎬 手鎬 放炮 放超前炮 淺孔松爆 深孔松爆 吹炮眼 架料 割煤 回撤金支 攉煤 打孔

　　小計(jì) 42mm 65mm 72mm 86以上

　　松藻 K1 　 　 8 　 　 　 　 　 5

　　K2 　 　 15

　　K3 11 3 1 　 　 　 　 　 　 　 　 1 　 1

　　打通一礦 7# 　 　 48 6 25 1 1 　 155 　 　 14 12 　 　 2

　　8# 　 　 4 　 　 1 　 　 1

　　11# 　 　 2

　　12# 　 　 2

　　二礦 7# 　 　 11 　 3 　 　 　 14 　 　 15 　 13 1 1

　　8# 2 　 15 　 　 　 　 　 　 　 　 3 1 　 　 2

　　11# 　 　 1

　　石壕煤礦 6# 　 　 1 　 　 　 　 　 1

　　7# 　 　 11

　　8# 　 　 14 　 2 　 　 　 2 　 　 1 　 　 　 1

　　12# 　 　 1

　　逢春 6# 　 　 1

　　7# 　 　 1

　　8# 　 　 3

　　同華 K1 6 1 11 　 　 　 　 　 　 　 1

　　K6 1 　 2 　 　 　 　 　 26

　　K3 9 2 7 　 　 　 　 1 　 1 　 1 　 　 　 1

　　合計(jì) 小計(jì) 29 6 159 6 30 2 1 1 204 1 1 35 13 14 1 7

　　薄 7 1 115 6 28 1 1 　 201 　 1 27 12 13 1 3

　　厚 22 5 44 　 2 1 　 1 3 1 　 6 1 1 　 4

　　(四)突出的主要預(yù)兆有：煤層變軟，變薄，變厚，地質(zhì)構(gòu)造;瓦斯超限，瓦斯忽大忽小，工作面或煤壁、煤粉發(fā)冷，打孔時(shí)噴孔、頂鉆;響煤炮，支架變形，壓力聲響，片幫，掉渣，煤壁外鼓，吸鉆，卡鉆等。

　　(五)突出與埋藏深度的關(guān)系：

　　從礦區(qū)各礦井各煤層突出與埋藏深度關(guān)系(表1-5及圖1.1)可以看出，隨著埋深增加突出危險(xiǎn)增大。主要表現(xiàn)在，隨著深度的增加，突出次數(shù)也隨之增加，原來不突出的煤層也發(fā)生了突出。同時(shí)，隨著深度增加，在采取相同措施的情況下，施工煤層防突鉆孔時(shí)容易發(fā)生突出。

　　表1-5 各礦井各煤層突出與深度關(guān)系表

　　礦井名稱 深度(m) 6#

　　(K6) 7# 8#

　　(K3) 11#

　　(K2) 12#

　　(K1)

　　松藻煤礦 100-200 　 　 5

　　201-300 　 　 10 　 6

　　>300 　 　 1 15 7

　　打通一礦 100-200

　　201-300 　 25 2

　　>300 　 225 4 2 2

　　打通二礦 100-200

　　201-300 　 15 1

　　>300 　 28 19 1

　　石壕煤礦 100-200

　　201-300 1 8 6 　 1

　　>300 1 3 13

　　逢春煤礦 100-200 　 1 1

　　201-300 　 　 2

　　>300 1

　　同華煤礦 100-200 　 　 4

　　201-300 29 　 16 　 6

　　>300 　 　 2 　 13

　　公司合計(jì) 100-200 　 1 10

　　201-300 30 48 37 　 13

　　>300 2 256 39 18 22

　　圖1.1 松藻礦區(qū)各煤層突出與深度關(guān)系圖

　　(六)年度突出次數(shù)不均衡性。主要是當(dāng)?shù)V井進(jìn)入深部水平或進(jìn)入新的區(qū)域，突出危險(xiǎn)性增大，而人們的防突認(rèn)識(shí)不夠，沒有及時(shí)采取恰當(dāng)?shù)姆劳患夹g(shù)措施。松藻煤電有限責(zé)任公司歷年突出次數(shù)見圖1.2。

　　1.2 松藻煤電有限責(zé)任公司歷年突出次數(shù)變化圖

　　二、煤與瓦斯突出分類

　　在開采瓦斯煤層時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生一些瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，有時(shí)還造成—定的動(dòng)力效應(yīng)。這些事先沒有預(yù)計(jì)到而突然發(fā)生的瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象外表很相似，然而其本質(zhì)并不相同，應(yīng)該予以正確的分類和科學(xué)的鑒別，以便采取不同的預(yù)測方法和預(yù)防防措施。

　　各研究者雖提出不同的分類方法，但大多數(shù)都傾向于按動(dòng)力現(xiàn)象的成因分類。根據(jù)我國實(shí)際情況，我們認(rèn)為可以分成：煤的突然傾出、煤的突然壓出、煤與瓦斯突出、巖石和瓦斯突出4類。

　　突出分類的基本原則是：

　　(1)動(dòng)力現(xiàn)象造成的空洞位置及形狀(包括孔洞中心線和水平面所成之傾角);

　　(2)噴出煤(或巖石)的粒度及其分選情況;

　　(3)煤(或巖石)的拋出距離及堆積坡度;

　　(4)強(qiáng)度(噴出的煤量及巖石量);

　　(5)噴出{的瓦斯量及瓦斯流運(yùn)行方向}

　　(6)動(dòng)力效應(yīng);

　　(7)現(xiàn)象發(fā)生前的預(yù)兆。

　　(一)、煤的突然傾出

　　煤的突然傾出是煤礦中常見的瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，在頓巴斯煤田的急傾斜煤層，煤的突然傾出占突出總數(shù)的50%以上。

　　煤的突然傾出主要是重力引起的，而瓦斯在一定程度上也參與了傾出過程，這是由于瓦斯的存在進(jìn)一步降低了煤的機(jī)械強(qiáng)度，瓦斯壓力還促進(jìn)了重力作用的顯現(xiàn)，由于這種關(guān)系，煤的傾出能引起或轉(zhuǎn)化為煤與瓦斯突出。在急傾斜煤層，煤和瓦斯突出又多以煤傾出開始,最終轉(zhuǎn)化為煤與瓦斯突出。

　　煤的突然傾出具有下列特征：

　　(1)傾出空洞具有較規(guī)則的幾何形;比(橢圓形、梨形、舌形等)。在上山，空洞常沿煤層傾斜方向延伸，多為梨形; 在平巷，空洞多分布在工作面，上方及上隅角，橢圓形較為常見， —般空洞的上部呈自然拱的形狀。在平巷內(nèi)，空洞中心線與水平面所成之夾角，必然大于煤的自然安息角。

　　(2)傾出的煤主要是碎煤，有時(shí)也能見列少量粉煤，無分選現(xiàn)象。

　　(3)煤的拋出距離及其堆積情況，取決于煤量的多少、空洞的大小及傾角。煤的拋出距離一般不超過50m，傾出的煤的堆積坡面角， —般接近于自然安息角，沿傾斜發(fā)生大強(qiáng)度傾出時(shí),堆積坡度可能小于自然安息角。

　　(4)傾出的煤量由數(shù)t到數(shù)百t，但多數(shù)情況下不超過100t。

　　(5)傾出時(shí)的沼氣涌出量取決于煤層瓦斯含量，煤的破碎程度，傾出煤量等，每t傾出煤的瓦斯涌出量略少于或接近煤層瓦斯含量。不會(huì)發(fā)生瓦斯流逆流，在正常通風(fēng)條件下，—般經(jīng)o.5～1h，便能降至正常濃度。

　　(6)傾出時(shí)的動(dòng)力效應(yīng)，可以推倒空車、折斷木支架等。

　　(7)在傾出前經(jīng)常出現(xiàn)的預(yù)兆是：煤的硬度降低，煤開裂，工作而掉煤渣，支架壓力增加等，有時(shí)煤體中也出現(xiàn)劈裂聲、悶雷聲等。

　　(二)、煤的突然壓出

　　煤的突然壓出是由應(yīng)力或開采層集中壓力引起的，瓦斯只起次要作用，盡管伴隨著突然壓出,回風(fēng)流中沼氣濃度增高。一般并不引起巷道瓦斯超限(或超限時(shí)間很短)。按表現(xiàn)形式不同，煤的突然壓出又可分為兩類。

　　第—類，煤的突然移動(dòng)，常見于準(zhǔn)備巷道，表現(xiàn)為煤體的整體移動(dòng)，煤體雖保持某種程度的完整外形，而實(shí)際上已被壓壞并布滿裂縫，甚至還有部分煤體被壓碎成塊狀。有時(shí)也表現(xiàn)為巷道底板整體向上鼓起。不拋出煤和不形成空洞是它的特點(diǎn)。

　　這一類突然壓出乃是應(yīng)力的水平擠壓作用所造成的。其特征為：

　　(1)工作面煤體整體移動(dòng)，或底板煤體向上鼓起0。2～0.4m(有時(shí)達(dá)1m)，不形成空洞。

　　(2)煤不拋出，無分選現(xiàn)象。

　　(3)強(qiáng)度—般在10～20t以下;個(gè)別達(dá)50t以上;

　　(4)瓦斯涌出量小于煤層的瓦斯含量，通常不引起巷道瓦斯超限。

　　(5)動(dòng)力效應(yīng)較小，支柱一般不被破壞，只是嵌入壓出的煤體中,底板鼓起時(shí)，可把礦車、鉆機(jī)抬起。

　　(6)壓出前的預(yù)兆是;支柱壓力增加，掉煤渣，煤體內(nèi)出現(xiàn)劈裂聲、雷聲等。

　　第二類，煤的突然擠出，多發(fā)生在傾斜和緩傾斜煤層的回采工作面,它是由于應(yīng)力大，煤層中有軟分層，有平行工作面的解理裂縫，在直接頂板中有彈性巖石(砂巖、石灰?guī)r等)和放頂不及時(shí)，懸頂過大等條件下，煤層受到采動(dòng)應(yīng)力作用使工作面邊緣煤體被壓碎而發(fā)生的，瓦斯隨著煤的突然擠出而加劇涌出。其特征為：

　　(1)壓出空洞沿弧形條帶分布，中間最寬達(dá)1～3m，有時(shí)達(dá)6m;長度—般為7～30m，有時(shí)達(dá)60m?？斩捶植荚谲浄謱又校斩锤叨瓤蛇_(dá)到軟分層全厚，并向上下兩個(gè)方向逐漸減少，其剖面呈唇形。

　　(2)拋出的煤為小塊及大塊，煤粉很少，無分選現(xiàn)象。

　　(3)壓出的煤可拋出1—3m，個(gè)別情況下在4 m以，堆積坡度比自然安息角小.

　　(4)壓出的煤量一般為數(shù)十t，大強(qiáng)度壓出可達(dá)375t。

　　(5)壓出后短時(shí)間內(nèi)瓦斯?jié)舛瓤蛇_(dá)10%以上，但在正常通風(fēng)條件下，很快能恢復(fù)正常。在大強(qiáng)度突然擠出時(shí)，大量瓦斯涌出可以延續(xù)較長時(shí)間,每t擠出的瓦斯涌出量略大于煤層瓦斯含量。

　　(6)動(dòng)力效應(yīng)拋出的煤，一般可將工作面支架打斷、折斷，在突然擠出和老頂冒落時(shí)，有時(shí)出現(xiàn)沖擊氣浪，有時(shí)還發(fā)生頂板開裂。

　　(7)壓出前的預(yù)兆：軟煤分層厚度增加，支架壓力增加，工作而掉煤渣，煤體中出現(xiàn)劈裂聲，悶雷聲等。

　　(三)、煤與瓦斯突出

　　煤與瓦斯突出是在地應(yīng)力和瓦斯的共同參與下發(fā)生的，而應(yīng)力是發(fā)動(dòng)突出的的主要?jiǎng)恿?其特征如下：

　　(1)突出空洞的位置和形狀是各式各樣的，大部分空洞位于巷道上方及上隅角，但也有位于巷道下隅角。突出空洞的形狀為口小腹大的梨形或橢圓形，有時(shí)呈很復(fù)雜的奇異的外形?？斩粗行木€與水平面之夾角可以小于自然安息角，也可大于自然安息角，但很少為水平平方向的。

　　(2)煤與瓦斯突出的另一個(gè)重要特征是噴出的煤具有分選現(xiàn)象，即在靠近突出空洞和巷道下部為塊煤，其次為碎煤，離突出空洞較遠(yuǎn)處和煤堆上部是粉煤，有時(shí)粉煤能被拋出很遠(yuǎn)。

　　(3)煤的拋出距離取決于突出強(qiáng)度，可以從數(shù)m到數(shù)百m，突出的煤可以堆滿全斷面，造成巷道堵塞。煤的堆積坡度通常小于自然安息角。

　　(4)煤和瓦斯突出的煤量，可由數(shù)t到數(shù)千t，按強(qiáng)度可把煤與瓦斯突出分成如下5類：

　?、傩⌒兔号c瓦斯突出，強(qiáng)度小于10t，

　?、谥行兔号c瓦斯突出，強(qiáng)度10～99t;

　?、鄞未笮兔号c瓦斯突出，強(qiáng)度100—499t;

　　④大型煤與瓦斯突出，強(qiáng)度500—999t;

　?、萏卮笮兔号c瓦斯突出，強(qiáng)度等于或大于1000t。

　　(5)煤和瓦斯突出時(shí)噴出的瓦斯量，取決于煤的瓦斯含量和突出的煤量。特大型煤與瓦斯突出時(shí)，短時(shí)間能涌出數(shù)十萬至數(shù)百萬m3的瓦斯，噸煤瓦斯涌出量高達(dá)100～800 m3，超過煤層瓦斯含量5—30倍。

　　瓦斯一般順風(fēng)流運(yùn)行，而在特大型煤與瓦斯突出時(shí)，瓦斯與粉煤流以暴風(fēng)形式，可逆風(fēng)流運(yùn)行并充滿數(shù)千m長的巷道。

　　(6)煤和瓦斯突出的動(dòng)力效應(yīng)明顯，常表現(xiàn)為推翻礦車，搬動(dòng)巨石，破壞支架，造成沖擊氣浪以及聲響等。

　　三、煤與瓦斯突出危害

　　所謂煤與瓦斯突出，就是在地應(yīng)力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、巖和瓦斯由煤體或巖體內(nèi)突然向采掘空間拋出的異常的動(dòng)力現(xiàn)象。

　　煤與瓦斯突出是一種伴有聲響和猛烈力能效應(yīng)的動(dòng)力現(xiàn)象，它的主要危害有以下幾點(diǎn)：

　　1、摧毀井巷設(shè)施;

　　2、破壞通風(fēng)系統(tǒng)、設(shè)施，使風(fēng)流發(fā)生逆流。

　　3、使井巷充滿瓦斯和煤拋出物，可能引起瓦斯爆炸火災(zāi)，造成人員亡，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷。

　　第二章 煤與瓦斯突出機(jī)理、規(guī)律、預(yù)兆

　　一、煤與瓦斯突出機(jī)理

　　煤與瓦斯突出機(jī)理，是煤和瓦斯突出發(fā)生的原因、條件及發(fā)展過程。突出機(jī)理目前國內(nèi)外多數(shù)研究者所持的觀點(diǎn)是綜合假說，即煤和瓦斯突出是由地應(yīng)力、瓦斯和煤的物理力學(xué)性質(zhì)等因素綜合作用的結(jié)果。

　　發(fā)生煤和瓦斯突出的第一個(gè)必要和充分條件是：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Ｃ汉屯咚雇怀霭l(fā)展的第二個(gè)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(kuò)展。

　　煤和瓦斯突出的全過程，一般可以分成三個(gè)階段，即發(fā)動(dòng)、發(fā)展和停止隊(duì)段。

　　在突出的發(fā)動(dòng)階段，由于外力作用(爆煤、割煤、鉆進(jìn)等)，煤體應(yīng)力狀態(tài)突然變化，巖石和煤的彈性潛能迅速釋放。當(dāng)釋放的巖石和煤的彈性潛能以及瓦斯壓力足夠高時(shí)，即可把煤破碎，激發(fā)突出。

　　在突出的發(fā)展階段，依靠釋放的彈性潛能和瓦斯的膨脹能，使煤進(jìn)一步破碎并由瓦斯流把破煤拋出。隨著碎煤的拋出，使突出的空洞壁始終保持著較高的應(yīng)力梯度和瓦斯壓力梯度，使煤的破碎過程得以由發(fā)動(dòng)中心向周圍發(fā)展。

　　在出現(xiàn)下列任一種情況時(shí)，突出即停止：

　　(1)激發(fā)的突出的能量已耗盡;

　　(2)繼續(xù)放出的能量不足以粉碎煤;

　　(3)突出孔道堵塞，不能繼續(xù)在突出空洞壁處建立高的應(yīng)力梯度和瓦斯壓力梯度。

　　二、煤與瓦斯突出規(guī)律

　　1、突出發(fā)生在一定的深度上;隨著煤層深度增加，突出的危險(xiǎn)性增大，即突出的次數(shù)增多、突出強(qiáng)度增大、突出煤層的層數(shù)增加、突出危險(xiǎn)區(qū)域增大。

　　2、突出的次數(shù)和強(qiáng)度隨煤層厚度(特別是軟分層厚度)增加而增多，突出最嚴(yán)重的煤層一般都是最后的主采煤層。

　　3、突出的主要?dú)怏w是瓦斯，同一煤層瓦斯壓力越高的地方突出危險(xiǎn)性越大。

　　4、突出煤層的特點(diǎn)是煤的強(qiáng)度低、變化大、透氣性差、瓦斯放散速度高、溫度小、層理紊亂、地質(zhì)破壞大。

　　5、突出危險(xiǎn)呈帶狀分布，如向斜軸部地區(qū)、向斜軸與斷層或褶曲交會(huì)地區(qū)、火成巖侵入形成的變質(zhì)煤和非變質(zhì)煤交混地區(qū)等地質(zhì)構(gòu)造附近。

　　6、絕大多數(shù)突出都是發(fā)生在破煤時(shí)，如放炮、割煤、打鉆等。

　　7、大多數(shù)突出都有預(yù)兆。

　　8、突出危險(xiǎn)性隨硬而厚的頂?shù)装宕嬖诙龃蟆?/p>

　　9、由于煤的自重影響，向上方向掘進(jìn)巷道時(shí)突出較多，向下方掘進(jìn)巷道突出較小，突出次數(shù)隨煤層傾角的增大而增加。

　　三、煤與瓦斯突出預(yù)兆

　　絕大多數(shù)煤與瓦斯突出都有預(yù)兆，突出的預(yù)兆主要有3個(gè)方面：

　　1、地應(yīng)力方面表現(xiàn)為：有來壓聲響、支架折斷、煤炮聲、煤巖開裂、煤壁外鼓、片幫、掉渣、底鼓、煤壁顫動(dòng)、鉆烴形、打鉆時(shí)頂鉆或夾鉆等現(xiàn)象。

　　2、瓦斯方面表現(xiàn)為：瓦斯涌出異常，忽大忽小，悶人，煤塵增大，煤或氣溫變冷，空氣氣味異常，打鉆噴瓦斯、噴煤，有哨聲、風(fēng)聲、蜂嗚聲等。

　　3、煤層方面表現(xiàn)為：煤結(jié)構(gòu)變化，層理紊亂，煤強(qiáng)度松軟或不均勻，暗淡無光澤，煤厚變大，傾角變陡，擠壓褶曲、波狀隆起，煤體干燥，頂?shù)装咫A梯凸起，出現(xiàn)斷層等。

　　第三章 “四位一體”防突措施

　　一、突出危險(xiǎn)性預(yù)測

　　(一)、區(qū)域預(yù)測

　　區(qū)域預(yù)測是對(duì)新礦井、新水平、新采區(qū)突出煤層進(jìn)行突出危險(xiǎn)性劃分。由于被預(yù)測的煤層未被揭露或未完全被揭露，只能通過鉆孔、取樣測定煤層瓦斯壓力、瓦斯含量、解吸速度等瓦斯基本參數(shù)，以及煤的物理力學(xué)性質(zhì)，用單項(xiàng)指標(biāo)或多項(xiàng)綜合指標(biāo)確定該區(qū)域的突出危險(xiǎn)性;或者采用鄰近礦井、上水平、附近采區(qū)煤層瓦斯地質(zhì)資料推測該地區(qū)發(fā)生突出的可能性。

　　通過區(qū)域預(yù)測可將預(yù)測區(qū)域的煤層劃分出突出危險(xiǎn)區(qū)、突出威脅區(qū)和無突出危險(xiǎn)區(qū);當(dāng)然，生產(chǎn)礦井新水平、新采區(qū)可能只存在突出危險(xiǎn)區(qū)和突出威脅區(qū)。根據(jù)劃分出的不同區(qū)域采取不同的、針對(duì)性的措施，突出危險(xiǎn)區(qū)域通常在采取預(yù)抽等區(qū)域性防治突出措施后，再通過連續(xù)工作面預(yù)測進(jìn)一步預(yù)測煤層的突出危險(xiǎn)性;突出威脅區(qū)域一般在采掘工作面每推進(jìn)30-100m后，應(yīng)用工作面預(yù)測方法連續(xù)進(jìn)行不少于2次的區(qū)域性預(yù)測準(zhǔn)確性驗(yàn)證，以確認(rèn)判斷是否正確。

　　區(qū)域預(yù)測所劃分出的不同危險(xiǎn)區(qū)域也不是一成不變的。由于預(yù)測是通過鄰近區(qū)域瓦斯地質(zhì)資料或有限的鉆孔資料來預(yù)測煤層的突出危險(xiǎn)性，難免有遺漏或偏差，因而需在生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)一步驗(yàn)證，不斷補(bǔ)充和完善預(yù)測資料，修正預(yù)測結(jié)果，以達(dá)到既有安全可靠性、又盡可能減少對(duì)采掘生產(chǎn)的影響之目的。

　　(一) 瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法

　　瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法，是根據(jù)已采區(qū)域突出點(diǎn)分布和地質(zhì)構(gòu)造(包括斷層、褶曲、煤層賦存條件變化、火成巖侵入等)的關(guān)系，然后結(jié)合未采區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造條件劃分出突出危險(xiǎn)區(qū)和突出威脅區(qū)。它是利用瓦斯地質(zhì)資料進(jìn)行的一種類比推斷法。

　　瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法預(yù)測考慮了突出區(qū)域性分布性質(zhì)，強(qiáng)調(diào)了地質(zhì)條件對(duì)煤層突出、以及突出煤層瓦斯參數(shù)的控制作用，在許多生產(chǎn)礦井得到了應(yīng)用和發(fā)展。

　　1、劃分突出危險(xiǎn)區(qū)的基本要求

　　(1) 在上水平發(fā)生過突出的區(qū)域，下水平的垂直對(duì)應(yīng)區(qū)域應(yīng)預(yù)測為突出

　　危險(xiǎn)區(qū)。

　　(2) 根據(jù)上水平突出點(diǎn)分布和地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系，確定突出點(diǎn)距構(gòu)造線的最遠(yuǎn)距離線，并結(jié)合地質(zhì)部門提供的下水平或下部采區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造分布，按照上水平構(gòu)造線兩側(cè)的最遠(yuǎn)距離線向下推測下水平或下部采區(qū)的突出危險(xiǎn)區(qū)域。

　　(3)未劃定的其他區(qū)域?yàn)橥怀鐾{區(qū)。

　　2、瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法預(yù)測指標(biāo)

　　針對(duì)瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法提出的瓦斯和地質(zhì)兩方面的指標(biāo)，不同礦區(qū)(或地區(qū))有其適用于本礦區(qū)的衡量標(biāo)準(zhǔn);但在同一個(gè)礦區(qū)(或地區(qū))，所采用的瓦斯、地質(zhì)指標(biāo)，以及劃分的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是一致的。一般情況下，劃分突出危險(xiǎn)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)如下。

　　(1)地質(zhì)因素標(biāo)準(zhǔn)

　　一是斷層附近區(qū)域，根據(jù)斷層的性質(zhì)、落差大小等不同因素采用不同的標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，壓性、壓扭性，落差大的斷層應(yīng)適當(dāng)加大危險(xiǎn)區(qū)范圍。如：落差0.5 m的斷層，在斷層兩邊各10 m范圍劃為突出危險(xiǎn)區(qū);0.5-1 m落差的斷層，在其兩邊各15 m劃為突出危險(xiǎn)區(qū);落差1 m以上按其兩邊各20 m劃為突出危險(xiǎn)區(qū)。

　　二是褶曲軸線兩側(cè)，特別是呈封閉型的背斜或向斜軸部，一般在其軸線兩邊20-50 m范圍劃為突出危險(xiǎn)區(qū)。

　　三是煤層產(chǎn)狀及賦存變化區(qū)域。如煤層走向、傾向及傾角變化，煤層厚度、特別是軟分層厚度變化區(qū)域。一般將煤厚變化達(dá)40%以上，或軟分層厚度達(dá)15cm以上的地段劃為突出危險(xiǎn)區(qū)。

　　松藻礦區(qū)突出危險(xiǎn)性區(qū)域預(yù)測地質(zhì)參數(shù)見表2-1。

　　表2-1　　松藻礦區(qū)煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測參數(shù)參考表

　　構(gòu)造名稱 煤層 危 險(xiǎn) 范 圍 (單側(cè)) 考 察 地 點(diǎn) 備 注

　　斷層褶曲 7# H<0.5m，單側(cè)10m;H=0.5-1m，20m;H≥1m，30m;羊叉灘背斜40m;大木樹向斜20m 打通二礦：S2707、S2705、S1710、S1708

　　斷層 7# H>0.5m，10m; H<2.0m，15m;

　　H>2m，20m 石壕礦N1716 薄化帶兩側(cè)各20m為突出威脅區(qū)

　　K2 H=0.5-1m，10m; H=1-2m，20m;

　　H>2m，30-60m 松 藻 礦

　　K1 H≤3m，20m;H>3m，30~60m 同 華 礦

　　斷層褶曲 7# H<1m時(shí)，10m;H=1-2m時(shí)，20m;H>2m時(shí)，30m;魚跳背斜、大木樹向斜60m 打通一礦S1714

　　煤厚變化 7# 軟分層增至0.15m以上;煤厚變化40%以上 打通一礦S1714

　　(2)瓦斯因素標(biāo)準(zhǔn)

　　相鄰近工作面有噴孔、突出等異常動(dòng)力現(xiàn)象，預(yù)測出現(xiàn)超標(biāo)的對(duì)應(yīng)區(qū)域應(yīng)劃為突出危險(xiǎn)區(qū)。其余地點(diǎn)為突出威脅區(qū)。

　　不突出區(qū)的劃定比較嚴(yán)格，首先應(yīng)是在經(jīng)過考察的始突深度以上，同時(shí)無構(gòu)造和瓦斯異常涌出點(diǎn)。

　　在被預(yù)測區(qū)域進(jìn)行采掘活動(dòng)時(shí)，應(yīng)采用工作面預(yù)測方法對(duì)上述劃分進(jìn)一步驗(yàn)證，逐步完善和修正突出危險(xiǎn)區(qū)和威脅區(qū)范圍。例如：突出威脅區(qū)預(yù)測超標(biāo)或有噴孔等動(dòng)力現(xiàn)象，則立即改劃為危險(xiǎn)區(qū)。突出危險(xiǎn)區(qū)，經(jīng)多次連續(xù)預(yù)測，未遇到構(gòu)造，指標(biāo)很低，又無動(dòng)力現(xiàn)象，也可改劃為威脅區(qū)或無突出危險(xiǎn)區(qū)，只采取安全防護(hù)措施采掘，不采取防突技術(shù)措施。

　　3、瓦斯地質(zhì)圖

　　瓦斯地質(zhì)圖是應(yīng)用統(tǒng)計(jì)法繪出的已采礦井的突出點(diǎn)分布圖，分析礦井地質(zhì)與突出的關(guān)系，推測判斷深部水平或同水平的構(gòu)造延伸部分的突出危險(xiǎn)性。瓦斯地質(zhì)圖是礦井防突工作的重要組成部分，據(jù)此可以分析突出煤層瓦斯基本參數(shù)分布規(guī)律及突出的分布特點(diǎn)、指導(dǎo)煤層突出危險(xiǎn)性區(qū)域劃分，對(duì)提高防突措施的針對(duì)性和可靠性、防止突出事故的發(fā)生起著重要作用。因此，突出礦井應(yīng)在收集分析可靠的瓦斯地質(zhì)資料基礎(chǔ)上，編制礦井分層瓦斯地質(zhì)圖，并以此指導(dǎo)煤層突出危險(xiǎn)性區(qū)域預(yù)測圖的繪制。

　　瓦斯地質(zhì)圖由礦井瓦斯和地質(zhì)兩部分資料構(gòu)成，分別由礦井地測和通風(fēng)部門繪制、修改、補(bǔ)充和完善。地質(zhì)方面的資料有：采掘進(jìn)度、被保護(hù)范圍、煤層賦存條件(厚度、軟分層厚、高程、埋深等)、地質(zhì)構(gòu)造、突出點(diǎn)的位置等;瓦斯方面的資料有：突出強(qiáng)度(包括突出瓦斯量)、瓦斯壓力、瓦斯含量、瓦斯涌出量、透氣性系數(shù)、煤層突出特征參數(shù)等。并在統(tǒng)計(jì)分析大量瓦斯地質(zhì)資料基礎(chǔ)上，繪制各參數(shù)的等值線、分區(qū)分帶線。瓦斯地質(zhì)圖可以單獨(dú)編制，也可與采掘工程圖合用。

　　松藻礦區(qū)典型礦井瓦斯地質(zhì)圖見圖2.1。

　　(二) 綜合指標(biāo)法

　　采用綜合指標(biāo)D和K(計(jì)算見式2.1、2.2)來預(yù)測煤層的突出危險(xiǎn)性，其臨界值應(yīng)根據(jù)本礦區(qū)實(shí)測數(shù)據(jù)確定，如無實(shí)測資料，可參照表2-2取值。

　　………………………………(2.1)

　　……………………………………………………(2.2)

　　式中　D——煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo);

　　K——煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo);

　　H——開采深度，m;

　　P——煤層瓦斯壓力，取實(shí)測瓦斯壓力的最大值，MPa;

　　ΔP——煤層軟分層煤的瓦斯放散初速度指標(biāo);

　　f——煤層軟分層煤的平均堅(jiān)固性系數(shù)。

　　表2-2 　用綜合指標(biāo)D和K預(yù)測區(qū)域突出危險(xiǎn)性的臨界值

　　煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)

　　D 煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)K

　　無煙煤 其它煤種

　　0.25 20 15

　　注：若D值計(jì)算式中兩個(gè)括號(hào)內(nèi)的計(jì)算值都為負(fù)時(shí)，則不論D值大小，都確定為突出威脅區(qū)。

　　綜合指標(biāo)各相關(guān)參數(shù)的測定應(yīng)按以下要求進(jìn)行：

　　第一，在巖石巷道向突出煤層至少打兩個(gè)測壓鉆孔，測定煤層瓦斯壓力P;第二，在打測壓孔的過程中，每米煤孔采取一個(gè)煤樣，測定煤的堅(jiān)固性系數(shù)f;第三，將兩個(gè)測壓鉆孔所得的堅(jiān)固性系數(shù)最小值加以平均作為煤層軟分層煤的平均堅(jiān)固性系數(shù);第四，將堅(jiān)固性系數(shù)最小的兩個(gè)煤樣混合后，測定煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)ΔP。

　　綜合指標(biāo)D考慮了開采深度、煤層瓦斯壓力及煤的堅(jiān)固性系數(shù)三因素，分別表征了突出機(jī)理綜合假說中的地應(yīng)力、瓦斯和煤的物理力學(xué)性質(zhì)三個(gè)方面;其計(jì)算依據(jù)是在總結(jié)分析國內(nèi)主要突出礦井突出煤層應(yīng)力狀況以及瓦斯壓力情況提出來的。K指標(biāo)則考慮了煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)ΔP(其反映了煤的破壞程度和孔隙性質(zhì)，及其瓦斯含量、流動(dòng)特征等)，作為D值的附加指標(biāo)是必要的。

　　綜合指標(biāo)法多應(yīng)用于礦井勘探階段預(yù)測，也可作為生產(chǎn)礦井煤層突出危險(xiǎn)性區(qū)域預(yù)測指標(biāo)之一。(三) 分級(jí)預(yù)測法

　　為了提高預(yù)測的準(zhǔn)確性，保證在安全的前提下最大限度地減少防突工程量，突出礦井有必要對(duì)預(yù)測區(qū)域從大到小逐級(jí)進(jìn)行突出危險(xiǎn)性預(yù)測。按照預(yù)測范圍的大小，可將煤層突出危險(xiǎn)性預(yù)測劃分為采區(qū)區(qū)域預(yù)測、小塊段區(qū)域預(yù)測、局部預(yù)測3級(jí);上一級(jí)預(yù)測對(duì)下一級(jí)起指導(dǎo)作用，下一級(jí)預(yù)測對(duì)上一級(jí)進(jìn)行修改、補(bǔ)充、完善和檢驗(yàn)。

　　采區(qū)區(qū)域預(yù)測，也就是所提出的Ⅰ級(jí)預(yù)測，主要依據(jù)地勘資料和相鄰采區(qū)開采時(shí)的瓦斯、地質(zhì)資料，對(duì)開拓區(qū)進(jìn)行突出危險(xiǎn)性劃分，即采用瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法對(duì)礦井一個(gè)或幾個(gè)水平、采區(qū)進(jìn)行大范圍搜索。目前，在這種大范圍內(nèi)開展區(qū)域預(yù)測尚缺乏適當(dāng)?shù)募夹g(shù)裝備，致使預(yù)測工程量大、預(yù)測準(zhǔn)確性較差。這一階段雖然比較粗，但為實(shí)施區(qū)域防突措施提供了依據(jù)。在劃分出的突出危險(xiǎn)區(qū)，采用條帶預(yù)抽、網(wǎng)格預(yù)抽，既避免了盲目上區(qū)域措施、增加防突工程量，又對(duì)突出危險(xiǎn)區(qū)實(shí)施防突措施提供了安全保障。

　　小塊段預(yù)測，即Ⅱ級(jí)預(yù)測，是在采區(qū)區(qū)域預(yù)測基礎(chǔ)上，把預(yù)測范圍縮小到采準(zhǔn)巷道圈劃的小階段內(nèi)進(jìn)行。預(yù)測的方法是針對(duì)相鄰區(qū)域開采中所揭露的地質(zhì)構(gòu)造、突出狀況、瓦斯涌出狀況，將對(duì)應(yīng)范圍劃分為突出危險(xiǎn)區(qū)、突出威脅區(qū)和不突出區(qū)。這一階段為修訂區(qū)域防突措施、編制局部防突措施提供了可靠的依據(jù)。Ⅱ級(jí)預(yù)測比Ⅰ級(jí)預(yù)測準(zhǔn)確性更高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，松藻礦區(qū)小塊段預(yù)測劃分出的突出危險(xiǎn)區(qū)域，在開采時(shí)確有突出危險(xiǎn)的突出預(yù)測準(zhǔn)確率為69.7%;小塊段預(yù)測劃分為突出威脅區(qū)與不突出區(qū)的不突出預(yù)測準(zhǔn)確率高達(dá)93%。小塊段預(yù)測由于范圍小，附近工作面的開采，地質(zhì)探孔，瓦斯抽放鉆孔等資料都可作為預(yù)測依據(jù);其煤層賦存狀況清楚，構(gòu)造清楚，瓦斯賦存狀況清楚，所以預(yù)測準(zhǔn)確性較高。

　　局部預(yù)測，即Ⅲ級(jí)預(yù)測，實(shí)質(zhì)是對(duì)小塊段預(yù)測的檢驗(yàn)，所采用的方法為工作面預(yù)測。為了減少防突工程量，在突出威脅區(qū)采取間隔預(yù)測方式，在突出危險(xiǎn)區(qū)采取連續(xù)預(yù)測方式，不突出區(qū)不再預(yù)測。這一步的預(yù)測要求預(yù)測不突出準(zhǔn)確率達(dá)到100%。松藻局近10年來，準(zhǔn)確率達(dá)99.9%，每年預(yù)測幾萬次，預(yù)測為不突出，而實(shí)際發(fā)生了突出的情況是極少的。由于操作不當(dāng)，預(yù)測措施執(zhí)行不到位造成的突出要多一些。還有的突出是預(yù)測有突出危險(xiǎn)而在執(zhí)行消突措施時(shí)發(fā)生突出(見表2-3)。因此，局部預(yù)測的可靠性是比較高的。

　　表2-3 松藻礦區(qū)近10年局部預(yù)測突出狀況表

　　分類 總突出次數(shù) 預(yù)測無危險(xiǎn)突出 預(yù)測操作不對(duì)突出 預(yù)測有危險(xiǎn)執(zhí)行消突孔突出 其它突出

　　次數(shù) 87 6 11 30 40

　　(四) 小塊段預(yù)測

　　1、理論依據(jù)

　　小塊段區(qū)域預(yù)測是基于煤與瓦斯突出分布呈不均衡性的特征，同時(shí)地質(zhì)條件對(duì)突出的分區(qū)分帶具有明顯的控制作用，將區(qū)域預(yù)測的范圍縮小到采、準(zhǔn)巷道圈劃的小階段內(nèi)進(jìn)行，以便進(jìn)一步提高區(qū)域預(yù)測的準(zhǔn)確性和可靠性，在保證安全的前提下降低防突工程量，提高防突工作面單產(chǎn)單進(jìn)。

　　2、預(yù)測指標(biāo)

　　小塊段預(yù)測采用4項(xiàng)指標(biāo)：地應(yīng)力指標(biāo)、構(gòu)造(斷層、褶曲等)應(yīng)力指標(biāo)、煤結(jié)構(gòu)指標(biāo)、瓦斯指標(biāo)。這些指標(biāo)現(xiàn)場比較容易收集資料，也易于掌握，不需要花大量工程。預(yù)測時(shí)在綜合分析的基礎(chǔ)上，劃出危險(xiǎn)區(qū)、威脅區(qū)、以及不突出區(qū)。

　　(1)原始地應(yīng)力指標(biāo)

　　原始地應(yīng)力的大小主要取決于開采深度。采深越大，地應(yīng)力越大。原地應(yīng)力是由上覆巖體重量造成的。地應(yīng)力與瓦斯壓力有密切聯(lián)系。由于地應(yīng)力的壓縮作用，使空隙中的瓦斯具有壓力，同時(shí)瓦斯又對(duì)孔壁起反作用。瓦斯壓力達(dá)一定值，遇到采掘活動(dòng)打破了應(yīng)力平衡，就可能產(chǎn)生突出。前蘇聯(lián)預(yù)測危險(xiǎn)范圍用巖石壓力、瓦斯壓力和煤層的穩(wěn)定性三個(gè)要素進(jìn)行預(yù)測。為便于應(yīng)用，松藻用始突深度為臨界值劃分出無突出危險(xiǎn)范圍和有突出危險(xiǎn)范圍。始突深度以上為無突出危險(xiǎn)，始突深度以下為有突出危險(xiǎn)。

　　在正常地層，始突深度并不一定突出。只有在煤層破碎，瓦斯富積的地帶才可能發(fā)生煤與瓦斯突出。一般認(rèn)為在一定開采深度，瓦斯壓力與煤的堅(jiān)固性綜合作用才有可能突出。根據(jù)突出最小瓦斯壓力與堅(jiān)固性系數(shù)的關(guān)系表達(dá)式為：

　　…………………………………………… (2.3)

　　式中：Pmin——發(fā)生突出時(shí)的最小瓦斯壓力，MPa;

　　fmin——軟分層平均堅(jiān)固性系數(shù)。

　　用表達(dá)式計(jì)算得到始突深度處部分參數(shù)如表2-4所示。最小突出瓦斯壓力與始突深度的實(shí)測壓力比較接近，表明始突位置深度已處于不突出的邊緣。始突深度線上個(gè)別礦的 瓦斯壓力比較大，這是原始煤層狀況。如用于揭煤始突深度還應(yīng)減少一些。用于采、掘，由于采動(dòng)影響，瓦斯會(huì)提前釋放一部分，可以達(dá)到最小突出壓力狀態(tài)。因此，始突深度以上無突出危險(xiǎn)。在始突深度以下再用其他指標(biāo)劃分突出危險(xiǎn)區(qū)和突出威脅區(qū)。在逢春煤礦的8#嚴(yán)重突出層作過試驗(yàn)。其中N1831工作面沿推進(jìn)方向有一寬10m的條帶煤柱，開采深度100余米，處在始突深度以上，按無突出危險(xiǎn)對(duì)待已安全回采220余米無異常。

　　表 2-4 松藻礦區(qū)始突深度的部分參數(shù)

　　礦 別 層別 始突深度(m) 實(shí)測壓力(MPa) fmin Pmin

　　松藻煤礦 K2 324 0.76 0.46 1.673

　　打通一礦 7# 240 1.30 0.21 0.976

　　打通二礦 7# 246 1.40 0.19 0.92

　　石壕煤礦 7# 225 0.85 0.26 1.115

　　逢春煤礦 7# 200 0.55 0.27 1.14

　　同華煤礦 K1 275 1.55 0.22 1.00

　　(2)瓦斯指標(biāo)

　　瓦斯含量是預(yù)測煤與瓦斯突出的敏感指標(biāo)之一，但現(xiàn)場測試復(fù)雜、所需要時(shí)間長。為便于測試，采取測煤層鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1值作為預(yù)測突出的敏感指標(biāo)，它與煤的破壞類型有關(guān)。因此K1值是煤層中的瓦斯含量與破壞程度的綜合指標(biāo)。工作面預(yù)測時(shí)直接測K1值判斷突出危險(xiǎn)與非突出危險(xiǎn)。

　　小塊段預(yù)測時(shí)，主要依據(jù)鄰近塊段工作面預(yù)測的解吸指標(biāo)K1值是否超標(biāo)，以及采掘過程中有無動(dòng)力現(xiàn)象。凡發(fā)生突出、噴孔、K1值超標(biāo)現(xiàn)象，與之對(duì)應(yīng)的30～40m范圍都應(yīng)劃為突出危險(xiǎn)區(qū)，以策安全。

　　(3)構(gòu)造應(yīng)力指標(biāo)

　　構(gòu)造應(yīng)力的存在是公認(rèn)的，一般說來，構(gòu)造應(yīng)力可能比原始地應(yīng)力大數(shù)倍到數(shù)十倍。目前現(xiàn)場還不具備測定構(gòu)造應(yīng)力的手段。我們采取地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法，分析地質(zhì)構(gòu)造與煤與瓦斯突出的關(guān)系，并確定其影響范圍。

　　地質(zhì)構(gòu)造帶煤質(zhì)發(fā)生變化，煤層破碎，強(qiáng)度低，瓦斯的放散速度增大。根據(jù)考察，在構(gòu)造帶所測得的瓦斯參數(shù)K1和H值要比正常帶增大0.2～8.7倍(詳見表2-5)。破碎影響多遠(yuǎn)，突出就會(huì)在多遠(yuǎn)的地方發(fā)生。

　　表2-5 松藻礦區(qū)構(gòu)造帶瓦斯參數(shù)

　　礦 別 考察地點(diǎn) 斷層落差

　　(m) 單側(cè)距斷層

　　(m) 異常帶 正常帶 構(gòu)造帶

　　增大(倍)

　　石壕煤礦 N1716運(yùn)巷 2.0 5.0 H=12~15 H=1.39 8.7

　　石壕煤礦 N1716回風(fēng)巷 2.0 7 H=12.3~22.8 H=2.28 6.7

　　打通二礦 S1710軌道巷 1.2(3條) 58 K1=1.02 K1=0.64 0.6

　　打通二礦 S2705北回風(fēng) 0.6 15 K1=0.58 K1=0.5 0.2

　　打通一礦 N1715上運(yùn)巷 0.2 8 K1=1.179 K1=0.3 2.93

　　打通一礦 S2705運(yùn)巷 大木樹向斜 單測遠(yuǎn)20 K1=0.65 K1=0.33 0.97

　　注：K1---鉆屑解吸指標(biāo)值，ml/(g•min1/2);H---鉆孔瓦斯涌出初速度，l/min。

　　破碎影響范圍一般是根據(jù)斷層落差大小、褶曲大小而變化的。斷層落差大，影響范圍就大。根據(jù)各礦地質(zhì)構(gòu)造帶突出分布情況，確定了各類構(gòu)造的突出影響范圍，作為劃分突出危險(xiǎn)和突出威脅區(qū)的臨界值(詳見表2-1)。

　　(4)煤結(jié)構(gòu)指標(biāo)

　　煤結(jié)構(gòu)是以煤粒尺寸和形態(tài)變化為特征。突出危險(xiǎn)煤層的突出地帶具有復(fù)雜的煤結(jié)構(gòu)，普遍存在破壞嚴(yán)重的煤粒。為了分析確定煤結(jié)構(gòu)指標(biāo)的敏感性，除采用揉皺系數(shù)分析外，還借助于重慶煤科分院所作的壓汞試驗(yàn)，有關(guān)煤樣表面積、總體積、大孔比率、壓汞曲線比率等微結(jié)構(gòu)指標(biāo)進(jìn)行分析。

　　①不同煤層比較

　　根據(jù)取樣實(shí)驗(yàn)室分析，松藻礦區(qū)中厚煤層8#(K3)煤層的各項(xiàng)瓦斯參數(shù)(如吸附常數(shù)a、瓦斯放散初速度△P、綜合指標(biāo)K值等)，以及微結(jié)構(gòu)指標(biāo)(如表面積、總體積、大孔比率等)都較薄煤層7#(K2、K1)煤層大，而堅(jiān)固性系數(shù)f值則較低，表明8#(K3b)煤層突出危險(xiǎn)性大(見表2-6)。

　　表2-6 松藻礦區(qū)煤微結(jié)構(gòu)指標(biāo)

　　礦別 煤層 a b △P f K 表面積

　　(m2/g) 總體積

　　(mm3/g) 大孔比率

　　(%) 滯后值(mm3/g)

　　松藻礦 K1 30.19 0.109 15 0.41 36.6 94.77 22.87 31.28 3.53

　　K2 31.57 0.113 15.1 0.49 30.8 84.68 23.26 29.22 2.96

　　K3 31.29 0.119 28.4 0.17 167.1 124.65 47.05 41.3 17.93

　　一礦 7# 30.45 0.165 12 0.59 20.3

　　8# 32.95 0.122 21 0.42 50

　　二礦 7# 34.485 0.12 17 0.29 58.6

　　8# 34.83 0.133 30 0.13 230.8

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　　松藻礦區(qū)7#、K1、K2煤層中，均夾有一層呈鱗片狀結(jié)構(gòu)的軟煤分層。打通一、二礦7#層的軟分層特別明顯，一般厚為0.2m，局部地帶厚達(dá)0.4m。軟分層的堅(jiān)固系數(shù)很低，最小的為0.1~0.15。不同的分層取樣測試結(jié)果如表2-7。

　　表2-7 煤層的軟分層微結(jié)構(gòu)指標(biāo)

　　礦別 煤層 分層 a b ΔP f K 表面積(m2/g) 總體積(mm3/g) 大孔比率

　　(%) 滯后值

　　(mm3/g)

　　松藻煤礦 K2 上分層

　　下分層

　　平均

　　軟分層 32.79

　　33.04

　　32.92

　　33.01 0.113

　　0.112

　　0.113

　　0.118 13

　　14

　　13.5

　　25 0.61

　　0.48

　　0.55

　　0.34 21.30

　　29.30

　　25.30

　　73.50 57.46

　　67.18

　　62.30

　　140.46 21.07

　　23.70

　　22.40

　　27.01 26.99

　　25.52

　　25.80

　　32.34 1.97

　　1.54

　　1.76

　　4.52

　　打通二礦 7# 上分層

　　下分層

　　平均

　　軟分層 34.7

　　32.4

　　33.55

　　33.38 0.119

　　0.121

　　0.120

　　0.122 14

　　14

　　14

　　21 0.56

　　0.54

　　0.55

　　0.31 25

　　25.90

　　25.40

　　69.0 77.72

　　117.07

　　97.40

　　113.18

　　由表2-7看出，軟分層強(qiáng)度很低、而瓦斯放散速度及有關(guān)的微結(jié)構(gòu)指標(biāo)等都較高，綜合指標(biāo)K值達(dá)69以上。

　　軟分層是7#(K1、K2b)煤層突出的主要特征之一。軟分層的分布是有一定規(guī)律的。如打通一礦的軟分層主要分布在北區(qū)+370-410m范圍內(nèi)，由西向東形成一個(gè)條帶，最厚的達(dá)0.3-0.5m。打通二礦的軟分層主要分布在羊叉灘背斜的兩側(cè)。其它礦則多在斷層附近才有明顯的軟分層增厚。

　　大量實(shí)踐表明，軟分層達(dá)到一定厚度就可能發(fā)生突出，我們用軟煤比R這個(gè)參數(shù)來作指標(biāo)：

　　………………………………(2.4)

　　式中：R——軟煤比，%;

　　M軟——軟分層厚度，m;

　　M——煤層厚度, m。

　　通過考察，軟煤比增加，鉆屑量隨之增加。一般當(dāng)鉆屑量超過臨界值時(shí)就有噴孔現(xiàn)象。因此確定鉆屑量超標(biāo)時(shí)的軟煤比為突出危險(xiǎn)界限。

　　③結(jié)構(gòu)變化帶與正常的對(duì)比

　　通過對(duì)松藻煤礦兩個(gè)K1煤層煤樣(一個(gè)為正常煤樣，另一個(gè)樣取自煤層增厚達(dá)2.0m、搓揉破壞明顯地帶)分析(詳見表2-8)，破壞煤除煤質(zhì)較軟、強(qiáng)度較低外，瓦斯等溫吸附實(shí)驗(yàn)的a常數(shù)也較大，瓦斯放散速度及有關(guān)的微結(jié)構(gòu)指標(biāo)也都較高(壓汞曲線滯后值除外)。這反映了煤層受結(jié)構(gòu)影響，突出危險(xiǎn)性有增大的傾向。

　　表2-8 煤結(jié)構(gòu)變化對(duì)比

　　礦別 煤層 煤樣 a b ΔP f K 表面積

　　(m2/g) 總體積

　　(mm3/g) 大孔比率

　　(%) 滯后值

　　(mm3/g)

　　松藻煤礦 K1 正常樣(41#) 27.76 0.1 12 0.46 26 58.28 18.97 28.35 3.51

　　破壞樣(39#) 32.11 0.12 18 0.35 51 131.26 26.77 34.2 3.51

　　綜上所述，在實(shí)驗(yàn)室測試的煤層微結(jié)構(gòu)參數(shù)與煤層的突出危險(xiǎn)傾向之間表現(xiàn)了良好的相關(guān)性。除去眾所周知的ΔP和f值對(duì)預(yù)測準(zhǔn)確性影響外，微結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)突出危險(xiǎn)的影響可以解釋為：即較大的比表面積和較多的總孔隙體積，有利于富集和貯存更多的瓦斯，大孔比率較高，說明煤中利于瓦斯流動(dòng)的孔隙通道更為發(fā)達(dá)，這樣作為發(fā)動(dòng)突出主要能源之一的瓦斯量不但多，而且可以在短時(shí)間內(nèi)迅速釋放出來，成為破壞和拋擲煤炭的動(dòng)力。壓汞曲線的滯后值通常與煤結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和煤的強(qiáng)度有關(guān)，滯后值愈大的煤，其強(qiáng)度也愈小。在7#和K2b煤層做的煤樣微結(jié)構(gòu)測試結(jié)果表明，7#、K1、K2b煤層正常情況下比8#、K3b煤層的突出危險(xiǎn)性小，當(dāng)軟分層存在或受到煤層結(jié)構(gòu)破壞影響時(shí)，突出危險(xiǎn)可能增大。這是一般突出煤層與嚴(yán)重突出煤層進(jìn)行小塊段預(yù)測的重要依據(jù)之一。根據(jù)以上測試和現(xiàn)場試驗(yàn)，7#(K1、K2b)煤層一般軟煤比達(dá)15%以上，就具有突出危險(xiǎn)。

　　3、小塊段預(yù)測的示例

　　打通二礦S1708工作面回采前，進(jìn)行了小塊段區(qū)域預(yù)測。首先綜合分析區(qū)域地質(zhì)情況：埋深300m，大于始突深度;控制全井田的羊叉灘背斜貫穿工作面;f 8大斷層，落差5-6m，距回風(fēng)巷最近處不足2m，工作面內(nèi)還有大小不等的斷層6條，附近的N1709突出14次。由此預(yù)測到S1708工作面具有突出危險(xiǎn)。開采實(shí)踐證明，這種劃分是正確的。工作面小塊段區(qū)域預(yù)測見圖2.2。

　　采掘過程中，在危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行工作面預(yù)測時(shí)，采取連續(xù)性預(yù)測，每次預(yù)測后都必須保持足夠的安全超前距掘進(jìn)。預(yù)測超標(biāo)還必須采取技術(shù)措施和檢驗(yàn)措施。而在威脅區(qū)，每間隔30m預(yù)測2次，并在預(yù)測間隔區(qū)間要觀察地質(zhì)情況，一有異常，必須補(bǔ)作預(yù)測。工作面實(shí)際突出危險(xiǎn)區(qū)域驗(yàn)證見圖2.3。

　　圖2.2 打通二礦S1708回采工作面小塊段預(yù)測

　　圖2.3 打通二礦S1708回采工作面實(shí)際小塊段預(yù)測驗(yàn)證

　　4、預(yù)測準(zhǔn)確率

　　通常采用預(yù)測突出率、預(yù)測突出準(zhǔn)確率、預(yù)測不突出準(zhǔn)確率等三個(gè)指標(biāo)，說明小塊段劃分的可信性。

　　(1)預(yù)測突出率

　　η1=100S0/S……………………………(2.5)

　　式中：η1——預(yù)測突出率，℅;

　　So——預(yù)測有突出危險(xiǎn)區(qū)的長度或面積，m或m2;

　　S——預(yù)測區(qū)域的總長度或面積，m或m2。

　　(2)預(yù)測突出準(zhǔn)確率

　　η2=100S1/S0 ……………………………(2.6)

　　式中：η2——預(yù)測突出準(zhǔn)確率，%;

　　S1——預(yù)測實(shí)際有突出的長度或面積，m或m2。

　　(3)預(yù)測不突出準(zhǔn)確率

　　η3=100S2/S3……………………………(2.7)

　　式中：η3——預(yù)測不突出準(zhǔn)確率，%;

　　S2——預(yù)測實(shí)際不突出危險(xiǎn)的長度或面積，m或m2;

　　S3——預(yù)測不突出區(qū)域的長度或面積，m或m2。

　　根據(jù)松藻礦區(qū)44個(gè)小塊預(yù)測的試驗(yàn)資料，預(yù)測突出率η1為21.2%，預(yù)測突出準(zhǔn)確率η2為69.7%，預(yù)測不突出準(zhǔn)確率η3 為93.0%。

　　η1反映了突出危險(xiǎn)范圍的大小。根據(jù)各礦的生產(chǎn)實(shí)踐來看，同一煤層在各礦的突出范圍是不一樣的。例如打通一礦的7#煤層突危險(xiǎn)區(qū)要達(dá)30%以上，而相鄰的石壕煤礦7#層突出危險(xiǎn)范圍不足10%。從全局來看，突出危險(xiǎn)范圍達(dá)21%的數(shù)據(jù)略高。而實(shí)際上偏于安全也是必要的。

　　η2反映了小塊實(shí)際揭露的突出危險(xiǎn)與預(yù)測的突出危險(xiǎn)的比率。也就是說小塊預(yù)測的突出危險(xiǎn)范圍中近70%確屬于有突出危險(xiǎn)，有30%的范圍是沒有突出危險(xiǎn)而劃為突出危險(xiǎn)區(qū)。這與η1偏高是對(duì)應(yīng)的。這對(duì)安全生產(chǎn)沒有害處，只是多作了一些防突工程。

　　η3反映預(yù)測不突出區(qū)是否真正安全的問題。預(yù)測不突出區(qū)經(jīng)工作面預(yù)測和掘進(jìn)，確屬不突出的比率高達(dá)93%，只有7%的范圍實(shí)際為突出危險(xiǎn)或威脅區(qū)。這7%升級(jí)問題，可在局部措施預(yù)測時(shí)加以補(bǔ)救。

　　采用突出率、突出準(zhǔn)確率、不突出準(zhǔn)確率等三個(gè)指標(biāo)，分析判斷小塊段預(yù)測的敏感性比較直觀，便于應(yīng)用。

　　二、工作面預(yù)測

　　(一)鉆屑指標(biāo)法

　　1、WTC預(yù)測儀測量K1值公式各字母的含義。

　　Q=K1•T1/2-WL ---------①

　　T=t1+t2+t3 ---------②

　　答：Q---每克煤樣在時(shí)間t2內(nèi)測出的瓦斯解吸量，ml/g;

　　WL—每克煤樣在時(shí)間t1+ t3內(nèi)損失的瓦斯解吸量，ml/g;

　　K1――解吸特征系數(shù)，其值相當(dāng)于煤樣自煤壁暴露后第一分鐘內(nèi)的瓦斯解吸量，ml/g•min1/2;

　　T---煤樣自煤體脫落暴露在大氣中算起，到測定時(shí)的總時(shí)間，min;

　　t1――從孔口取樣到啟動(dòng)解吸儀時(shí)的時(shí)間，min;

　　t2――從啟動(dòng)解吸儀到儀器讀取數(shù)值時(shí)的時(shí)間，min;

　　t3――煤樣自煤體切削下來，經(jīng)電煤鉆麻花鉆桿送到孔口所需的時(shí)間，min;經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)t3=0.1L，L為取樣時(shí)的鉆孔長度，m。

　　2、石門預(yù)測孔布置

　　在巖巷揭煤過程的每一分步，采取多功能網(wǎng)格狀立體化的方式，布置了眾多的預(yù)測和檢驗(yàn)鉆孔(一般情況下有20-30個(gè)孔，達(dá)到《防突細(xì)則》規(guī)定個(gè)數(shù)的6-8倍)，大大超過規(guī)程規(guī)定的布孔密度和控制范圍，避免了個(gè)別少量孔的誤差、失誤的影響，確保了整體預(yù)測檢驗(yàn)的可靠性。分步施工預(yù)測鉆孔，分部控制。根據(jù)煤層與巷道夾角大小，在保證施工鉆孔準(zhǔn)確到位的條件下，確定分幾步施工預(yù)測鉆孔。一般情況下，石門揭煤采取分步(在距煤層10m、5m、3m、2m或1.5m垂距位置以及過煤門時(shí)進(jìn)行)預(yù)測、分部消突、分步到位。(見圖2.4)

　　圖2.4 上山漸進(jìn)式揭突出煤層預(yù)測鉆孔布置圖

　　在巷道與煤層夾角較小時(shí)，防突范圍較長，施工預(yù)測鉆孔步數(shù)要相應(yīng)要增多(見圖2.5)。

　　10m巖柱施工2個(gè)地質(zhì)兼預(yù)測孔，終孔于巷道上方;5m巖柱及小于5m巖柱處的每步施工預(yù)測孔孔間距3-5m，控制巷道幫外5m，保證下步鉆孔施工磧頭有5m以上水平鉆孔超前距。5m巖柱施工的預(yù)測鉆孔控制巷道上方沿煤層傾斜的距離根據(jù)煤層傾角和煤層厚度確定，近水平煤層不少于5m，傾斜煤層、急傾斜煤層6~8m。進(jìn)入煤層前最后一步預(yù)測孔要控制石門下方煤層不少于3m。

　　圖2.5 平巷漸進(jìn)式揭突出煤層預(yù)測鉆孔布置圖

　　3、掘進(jìn)工作面預(yù)測孔布置

　　8#(K3)緩傾斜煤層掘進(jìn)工作面預(yù)測孔控制兩幫不少于4.0m，傾斜、急傾斜煤層掘進(jìn)工作面控制上方4.0m，下方2.0m;預(yù)測孔數(shù)4～5個(gè)。7#(K1、K2b、K6)緩傾斜煤層防突掘進(jìn)工作面預(yù)測鉆孔控制兩幫3～4m，傾斜、急傾斜煤層工作面控制上方不少于3.0m，下方不少于1.5m，預(yù)測孔至少4個(gè), 所有預(yù)測孔深不準(zhǔn)超過12m(鉆孔布置見圖2.6)。石門揭煤工作面按“漸進(jìn)式揭煤技術(shù)規(guī)定”執(zhí)行。

　　圖2.6 鉆屑指標(biāo)預(yù)測法鉆孔布置圖

　　4、采煤工作面預(yù)測孔布置

　　采煤工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測，可使用煤巷掘進(jìn)工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測的方法，根據(jù)采面橫向突出危險(xiǎn)性的差異，每隔2-15m布置一個(gè)預(yù)測鉆孔，孔深5-12m，超前距3-5m，孔徑42-87mm。具體參數(shù)均通過科研考察確定。

　　三、區(qū)域防治突出措施

　　區(qū)域防突措施主要是開采保護(hù)層和大面積預(yù)抽煤層瓦斯。開采保護(hù)層，是防止煤與瓦斯突出最有效的技術(shù)措施，國內(nèi)外實(shí)踐反復(fù)證明了這一點(diǎn)。所以凡是有條件開采保護(hù)層的，都應(yīng)該首先選擇這種措施。

　　(一) 開采保護(hù)層

　　在開采煤層群的突出礦井中，一些煤層具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，而另一些煤層無突出危險(xiǎn)或突出危險(xiǎn)性較小。當(dāng)首先開采無突出危險(xiǎn)或突出危險(xiǎn)性較小的煤層后，對(duì)其它煤層起到消除突出危險(xiǎn)作用時(shí)，則首先開采的煤層稱作保護(hù)層。受到保護(hù)作用而消除了突出危險(xiǎn)的突出煤層被稱為被保護(hù)層。保護(hù)層位于被保護(hù)層之上的稱為上保護(hù)層，反之稱為下保護(hù)層。

　　保護(hù)層開采后，被保護(hù)層的應(yīng)力狀態(tài)、煤結(jié)構(gòu)和瓦斯動(dòng)力參數(shù)都發(fā)生顯著變化，表現(xiàn)為煤層應(yīng)力降低(卸壓)、透氣性增加、瓦斯壓力及瓦斯含量下降、煤體變硬等，因而突出危險(xiǎn)性得以消除或降低。

　　1、 保護(hù)層開采的防突原理

　　保護(hù)層開采后，其周圍的煤巖層向采空區(qū)移動(dòng)，采空區(qū)上方巖體冒落并形成自然冒落拱，采空區(qū)下方巖體向采空區(qū)膨脹形成裂隙，使采空區(qū)上下方煤巖產(chǎn)生應(yīng)力、透氣性、瓦斯壓力等變化及煤巖體移動(dòng)。其作用變化順序如下：

　　開采保護(hù)層→巖層移動(dòng)→被保護(hù)層卸壓(地應(yīng)力降低、煤層膨脹變形)→透氣性增加、瓦斯解吸→煤(巖)層瓦斯排放能力增強(qiáng)→瓦斯排放、鉆孔瓦斯流量增大→瓦斯壓力降低→瓦斯含量減少→煤體機(jī)械強(qiáng)度提高→應(yīng)力進(jìn)一步降低。

　　開采保護(hù)層防止煤與瓦斯突出原理可用圖3.4表示。

　　圖3.4 開采保護(hù)層防止煤與瓦斯突出原理框圖

　　2、保護(hù)層的選擇

　　(1)如何選擇保護(hù)層

　　開采煤層群的突出礦井，應(yīng)首先選擇無突出危險(xiǎn)的煤層作為保護(hù)層。當(dāng)煤層群中有幾個(gè)煤層都可作為保護(hù)層時(shí)，應(yīng)根據(jù)安全、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的合理性，綜合分析比較，擇優(yōu)選定。如果礦井所有煤層都有突出危險(xiǎn)，應(yīng)選擇突出危險(xiǎn)程度較小的煤層作保護(hù)層，但在此保護(hù)層中進(jìn)行采掘工作時(shí)，必須采取防治突出措施。選擇保護(hù)層時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇上保護(hù)層，條件不允許時(shí)，也可選擇下保護(hù)層，但在開采下保護(hù)層時(shí)，不得破壞被保護(hù)層的開采條件。開采下保護(hù)層時(shí)，上部被保護(hù)層不被破壞的最小層間距離應(yīng)根據(jù)礦井開采實(shí)測資料確定;如無實(shí)測資料可參考使用下式確定：

　　當(dāng)α≤60° 時(shí)，　　　　H=KMcosα…………………………(3.7)

　　當(dāng)α>60° 時(shí)，　　　　H=KMsin(α/2) ……………………(3.8)

　　式中：H——允許開采的最小層間距離，m;

　　M——保護(hù)層的開采厚度，m;

　　α——煤層傾角，度;

　　K——頂板管理系數(shù)。冒落法管理頂板時(shí)，K=10;充填法管理頂板時(shí)，K=6。

　　3、開采保護(hù)層注意的幾個(gè)問題

　?、?開采保護(hù)層時(shí)，應(yīng)同時(shí)抽放被保護(hù)層的瓦斯，一方面可以減輕保護(hù)層瓦斯的涌出量，另一方面又可以預(yù)防卸壓瓦斯通過層間裂縫噴向保護(hù)層工作面而引起瓦斯事故。

　　⑵ 不得在采空區(qū)留煤柱。特殊情況非留煤柱不可時(shí)，應(yīng)經(jīng)礦務(wù)局(公司)總工程師批準(zhǔn)，并將煤柱的位置和尺寸準(zhǔn)確地標(biāo)在采掘平面圖上。每個(gè)被保護(hù)層的瓦斯地質(zhì)圖上，應(yīng)標(biāo)出煤柱的影響范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行采掘活動(dòng)時(shí)，必須采取防治突出措施。

　　⑶ 保護(hù)層的開采厚度等于或小于0.5m時(shí)，必須檢查其保護(hù)效果。如果保護(hù)層的實(shí)際保護(hù)效果不好時(shí)，還必須采取防治突出的補(bǔ)充措施。

　?、?保護(hù)層采空區(qū)內(nèi)要避免一切可能的充填物，以保持被保護(hù)層充分卸壓。

　?、?保護(hù)層采空區(qū)內(nèi)支護(hù)材料，必須全部撤出。

　　⑹ 保護(hù)層的作用時(shí)間，特別是層間距離遠(yuǎn)的要經(jīng)過考察后確定。松藻礦區(qū)的實(shí)踐證明，為使被保護(hù)層得到充分卸壓，保護(hù)層提前開采的時(shí)間一般應(yīng)在半年以上。

　　4、保護(hù)層的有效作用范圍

　　保護(hù)層的有效作用范圍，包括走向、傾向和層間的有效作用范圍。該有效作用范圍的劃定，應(yīng)根據(jù)礦井實(shí)測資料確定，報(bào)礦務(wù)局(公司)總工程師批準(zhǔn)后執(zhí)行。如果礦井暫無實(shí)測資料，可參考使用以下數(shù)據(jù)：

　　(1) 保護(hù)層與被保護(hù)層之間的有效垂距：

　　可參考表3-9及式3.9和3.10確定。

　　表3-9 保護(hù)層與被保護(hù)層之間的有效垂距

　　煤層類別 最大有效垂距(m)

　　上保護(hù)層 下保護(hù)層

　　急傾斜煤層 <60 <80

　　緩傾斜和傾斜煤層 <50 <100

　　上保護(hù)層最大有效距離：

　　Ss=Sspβ1β2………………………………………(3.9)

　　下保護(hù)層最大有效距離：

　　Sx= Sxpβ1β2…………………………………………(3.10)

　　式中：Ssp、Sxp——上、下保護(hù)層的理論有效間距，m。它與工作面長度a和開采深度H有關(guān)，可參照表3-10取值，當(dāng)a>0.3H時(shí)，則取a=0.3H，但a不得大于250m;

　　表3-10 Ssp、Sxp 和H、a的關(guān)系

　　H Sxp (m) Ssp (m)

　　a (m) a (m)

　　(m) 50 75 100 125 150 175 200 250 50 75 100 125 150 200 250

　　300 70 100 125 148 172 190 205 220 56 67 76 83 87 90 92

　　400 58 85 112 134 155 170 182 194 40 50 58 66 71 74 76

　　500 50 75 100 120 142 154 164 174 29 39 49 56 62 66 68

　　600 45 67 90 109 126 138 146 155 24 34 43 50 55 59 61

　　800 33 54 73 90 103 117 127 135 21 29 36 41 45 49 50

　　1000 27 41 57 71 88 100 114 122 18 25 32 36 41 44 45

　　1200 24 37 50 63 80 92 104 113 16 23 30 32 37 40 41

　　β1——保護(hù)層開采影響系數(shù)，按下式確定：

　　當(dāng)M≤M0時(shí)，β1=M/M0;M>M0時(shí)，β1=1。

　　M——保護(hù)層的開采厚度，m;

　　M0——開采保護(hù)層的最小有效厚度，m;M0可按圖3.5確定。

　　圖3.5 確定最小有效開采厚度M0曲線圖

　　β2——層間硬巖(砂巖、石灰?guī)r)含量系數(shù)，以η表示硬巖在層間巖中所占有的百分比;

　　η≥50%時(shí)，β2=1-(0.4×η/100);η<50%時(shí)，β2=1。

　　(2) 保護(hù)層超前距離

　　正在開采的保護(hù)層工作面，必須超前于被保護(hù)層的掘進(jìn)工作面，其超前距離不得小于保護(hù)層與被保護(hù)層層間垂距的兩倍，并不得小于30m。

　　(3) 保護(hù)層保護(hù)范圍的劃定

　?、?走向保護(hù)范圍

　　對(duì)于停采的保護(hù)層采煤工作面，停采時(shí)間超過3個(gè)月、且卸壓比較充分，該采煤工作面的始采線、采止線及所留煤柱對(duì)被保護(hù)層沿走向的保護(hù)范圍可暫按卸壓角56~60°劃定，如圖3.6所示。

　　圖3.6 保護(hù)層工作面始采線、采止線和煤柱的影響范圍

　　(2)傾斜保護(hù)范圍

　　保護(hù)層沿傾斜的保護(hù)范圍，按卸壓角劃定，如圖3.7所示。卸壓角大小應(yīng)采用礦井的實(shí)測數(shù)據(jù)。如無實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)，參照表3-11的數(shù)據(jù)確定。

　　圖3.7 沿傾斜保護(hù)范圍

　　表3-11 保護(hù)層沿傾斜的卸壓角

　　煤層傾角α(度) 卸　壓　角(度)

　　δ1 δ2 δ3 δ4

　　0 80 80 75 75

　　10 77 83 75 75

　　20 73 87 75 75

　　30 69 90 77 70

　　40 65 90 80 70

　　50 70 90 80 70

　　60 72 90 80 70

　　70 72 90 80 72

　　80 73 90 78 75

　　90 75 80 75 80

　　5 保護(hù)層保護(hù)范圍考察實(shí)例

　　松藻礦區(qū)打通二煤礦選擇一般突出煤層7#層(煤厚0.7~0.95m)作為保護(hù)層開采，其下距具有嚴(yán)重突出危險(xiǎn)的主采煤層8#層(平均厚度2.3m)7.1m;?