煤与瓦斯突出防治技术应用与发展.kdh.doc

2010年第5期总第98期 煤与瓦斯突出防治技术应用与发展 陈龙 （中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州221116） 摘要煤与瓦斯突出是煤矿开采过程中发生的严重自然灾害之一，而我国是世界上煤与瓦斯突出很 严重的国家，目前我国采用“四位一体”综合防突措施，但随着矿井开采深度逐渐增加，煤层瓦斯含量也逐渐增高，煤层的透气性越低，突出危险性也相应增大，所以研究防突措施有重要的现实意义。本文在分析煤矿安全科技工作现状和趋势的基础上，介绍了近年来我国煤与瓦斯突出防治技术研究取得的进展和新成果。另外还分析了在煤与瓦斯防突方面所面临的挑战和急需开展的科技研究工作。 关键词煤与瓦斯突出；防治；灾害治理中图分类号TD713文献标志码A文章编号1009-0797（2010）05-0050-02 煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中常发生的严重自然灾害 之一。自从我国1950年辽源矿务局富国西二矿首次发生突出 超前排放以来，国内防突科技人员先后试验应用了松动爆破、 钻孔、深孔控制卸压爆破、水力化等多项防突措施，有效的降低了突出强度和突出粗疏，取得了明显的防突效果，选择合理有效的防突技术是突出矿井实现高产高效的关键。2.1煤与瓦斯突出区域防治措施2.1.1危险煤层的抽放和湿润 了对突出煤层的瓦斯预抽，可以降低煤层的瓦斯潜能。由于煤层瓦斯得到排放，煤体发生收缩变形，因此缓和了煤体的应力紧张状态，可以部分地释放煤体的弹性潜能。煤体瓦斯的排出，提高了煤的强度。因此，总体来说增大了突出的阻力，从而降低了突出威胁。而煤层湿润使裂隙和煤层空隙中的瓦斯局部封闭并提高煤的塑性，因此阻止了吸附瓦斯向自由状态的转变，从而共同起到防突的作用。2.1.2超前开采保护层 保护层超前开采后，被保护层的应力变形状态、煤结构和瓦斯动力参数发生显著变化，从发生变化的时间看，卸压作用是初步的结论，继而采取相应的防治水措施。4.2防治水措施 在有条件的区域施工泄水巷，辅以物探、钻探手段，探、放、排相结合，利用一切有效手段防止水害事故的发生。 工作面通过顶板富水区时，应尽量避免停产适当快速通过，减小由于涌水通道的突然变大继而涌水量突然变大对工作面的影响。 参考文献 [1]兖矿集团公司东滩煤矿.山东科技大学.东滩煤矿十四采区 2001年.上部覆岩变形破坏规律及防治水研究， [2]兖矿集团公司东滩煤矿.中国矿业大学.矿井水害预测与 2002年3月.防治研究报告， [3]柴登榜.矿井地质工作手册.1984年版，煤炭工业出版社.[4]兖矿集团公司东滩煤矿.中国矿业大学.东滩煤矿矿井地质 2000年5月.报告， [5]国家安全生产监督管理总局.煤矿防治水规定，2009年11月. 作者简介 1971年生，付民强，男，汉族，山东省邹城市人，工程师。 2010-5-25（收稿日期） 1引言 煤炭工业是国民经济和社会发展的基础产业，煤炭工业 的可持续发展直接关系着全面建设小康社会目标的实现和国家能源安全。我国煤矿均为有瓦斯涌出的矿井，全国煤矿的年瓦斯涌出量在100亿以上。随着开采深度的不断增加，瓦斯涌出量不断加大，煤与瓦斯突出危险也不断增加，煤与瓦斯突出已成为我国煤矿灾害中危害最大的自然灾害之一。下表1为2001-2008年全国发生的煤与瓦斯突出简表。 表12001-2008年全国发生的煤与瓦斯突出情况表 截至2008年10月13日 2001 事故次数死亡人数 41195 200243314 200358236 200440332 200541180 200640252 200735248 200827222 总计3251979 我国是世界上煤与瓦斯突出很严重的国家，因此防治煤与瓦斯突出刻不容缓。 2中国煤与瓦斯突出防治技术现状 措施，排水系统是十分必要和必须的。 3取得的防治水成果 C8向斜轴附近有两个工作面在做了大量防治水措施后， 14309和14310综放工作面回采过程中基本没有受到顶板水的侵袭，防治水工作取得了成功。 2003年9月至2004年2月，在14309工作面回采前我们运用以上防治水办法放出顶板水量近10万m3。14309工作面回采过程中顶板涌水量最大为3m3/h，顶板水害没有影响工作面开采。 2010年4月，在14310工作面回采前运用同样的办法放出顶板水量近6万m3。14310工作面回采过程中顶板涌水量最大为2.5m3/h，顶板水害也没有影响工作面开采。 4防治水建议 4.1 3煤顶板砂岩水赋水规律 3煤顶板砂岩含水层赋水性较好的地区有以下一般来说， 几个特征向斜轴部、岩石粒径较大、裂隙发育、单位涌水量q值异常、钻孔冲洗液消耗量较大、含水层厚度大等。工作面回采前应充分收集基础水文地质资料进行分析判断，得出一个 50 2010年第5期总第98期 最早出现的，有些卸压过程甚至在保护层工作面前方1020m处开始，一般在工作面后方。当膨胀变形速度加快时，瓦斯动力参数才发生显著变化。开采保护层防突机理可表述如下 开采保护层→岩层移动→被保护层卸压（地应力降低、煤 层膨胀变形）→透气性增加、瓦斯解吸→煤（岩）层瓦斯排放能 力增高→瓦斯排放、钻孔瓦斯流量增大→瓦斯压力降低→瓦斯含量减少→煤机械强度提高→应力进一步降低→降低煤与瓦斯突出威胁 2.2煤与瓦斯突出局部防治措施2.2.1煤层水力松动 水力松动的实质是在回采工作面或准备巷道工作面施工钻孔，通过钻孔向煤层压入特殊的水溶液，通过水对煤体结构的破坏作用改变工作面附近煤层的瓦斯动力状态和应力应变状态。当向煤层以水力压裂方式注入水溶液时，液体在压力的作用下通过裂隙渗入煤层，形成的裂隙大多平行煤层暴露面。进行水力松动是在工作面附近煤层形成裂隙，导致煤层失去支撑能力，引起集中应力带向煤体深部转移。由于煤层失去支撑能力，在工作面附近形成卸压带，同时伴有瓦斯向外排放。2.2.2超前钻孔 在煤巷掘进工作面的前方，打直径为75300mm的钻孔， 排放瓦斯，并在钻孔周围形成卸压带，以防止发生突出。 一般钻孔深1520m。超前钻孔常用于煤层较厚、赋质较软、透气性较好的情况下。对于煤层较硬，可以与微差控制爆破结合使用。2.2.3煤层的水力爆破处理 水力爆破可以理解为炸药在充水钻孔中的爆破。煤层的水力爆破处理可以与煤层预先注水一起进行，或不注水。在煤层水力爆破处理时，通过煤的松动和由此引起的工作面附近煤层应力重新分布和瓦斯排放，达到防止煤与瓦斯突出的作用，所以煤层爆破作用参数应保证煤必需的松动程度和卸压排放结果。采用以煤体水力爆破处理为基础的措施，与打孔有密切关系，同时打钻可能引起煤与瓦斯突出。当打直径60mm以下的钻孔时，煤与瓦斯突出的概率很小，所以煤体水力爆破处理时，钻孔直径应限制在60mm以下。2.3“四位一体”综合防突技术“四位一体”综合防突技术充分考虑了美誉外的复杂性和不确定性，本着以人身安全为主、防止突出事故发生、避免防突工作的盲目性、减少人力和财力的浪费、提高突出矿井生产效率的目的，把防突工作分为4个环节，即突出预测、防突措施、措施效果检验和安全防护措施。“四位一体”综合防突措施执行框图如图1所示。 3 煤与瓦斯突出防治技术发展及趋势 3.1 防突技术的发展 “六五”至“十五”期间，在煤与瓦斯突出防治技术方面,取得主要的进展有 （1）积极开展区域煤与瓦斯突出危险性预测研究，以绘制突出危险区域分布图为目标，该预测基础是煤矿实际测定的瓦斯压力和瓦斯含量等基本参数、地质构造、动力现象等。区域预测的方法包括瓦斯地质法、综合指标法、钻孔动力现象判断法和其他现象的综合判断法。 （2）行成了基于地球物理、瓦斯地质和动力区划方法与瓦斯突出区域预测方法及指标，实现区域预测结果的可视化；非 接触式连续预测方法的研究与改善；对无线电波透视技术与装备进行了完善与改进；非突出危险区预测准确可靠性为100，有突出危险区预测准确率达70以上。 煤层区域预测 突出层非突出层 区域预测 威胁面危险区安全措施工作面预测 掘进威胁面危险面100m50 安全措施防突措施经验性工作面预测 采掘作业 否措施是威胁面 效果检验 危险面 安全措施安全措施 采掘作业 图1综合防突措施系统图 （3）行成了保护层结合瓦斯抽采综合防治突出成套技术。包括多重上保护层结合底板穿层钻孔抽瓦斯、远距离下保护层和地面钻孔抽瓦斯、特厚煤层首采分层结合底板穿层钻孔或高抽巷抽瓦斯。 3.2防突技术的新趋势 在煤与瓦斯防突技术方面，美国和澳大利亚从20世纪90年代开始，进行了一系列的透视实验，美国斯托拉斯公司采用先进电子集成和图像重建技术，已成功研制出了无线电磁波透视试验样机。美国、加拿大、瑞士研制的脉冲雷达，探测精度、探测距离、数据处理和成像技术等都有很大的优势，在地质构造发育、厚度变化大、煤体结构复杂和强度变软等煤与瓦斯突出易发区域的探测方面具有良好的应用前景。前苏联对声发射和电磁辐射技术预测煤与瓦斯突出进行了深入的研究，并已推广应用。我国在现有认识的基础上形成的突出预测预报技术，存在预测因子和临界值不能完全适应预测突出的实际要求等问题。 4结束语 煤与瓦斯突出具有突发性、不完全的可知性，要想完全防 止它的产生是难以达到的。根据现实情况，现有的防治突出方法首先要加强防突预测技术的研究，摸清楚它发生的地区、范围，从而采取必要的防治措施，改变其发生突出所应具备的基本条件，使其不发生或降低其突出强度，并采取必要的安全防护措施，以保证施工人员的安全。 参考文献 [1]马雷舍夫（俄） .煤与瓦斯突出预测方法和防治措施.魏风清，张建国（译） .煤炭工业出版社，2003.[2]煤炭科学研究总院50周年院庆科技论文集.煤炭工业出 版社， 2007.[3]刘明举，孟磊，魏建平.近年煤与瓦斯突出的统计特性及 其防范措施.煤矿安全， 2008.[4]聂百胜，何学秋，王恩元等.煤与瓦斯突出预测技术研究 现状及发展趋势.中国安全科学学报， 2003.[5]王佑安“.四位一体”综合防突措施.煤矿安全， 2003.（收稿日期2010-3-19） 51