渦北煤礦1.2 Mta新井設(shè)計含5張CAD圖.zip,渦北煤礦1.2,Mta新井設(shè)計含5張CAD圖,煤礦,1.2,Mta,設(shè)計,CAD 10 設(shè)計礦井基本技術(shù)經(jīng)濟指標 表10.1.1 設(shè)計礦井基本技術(shù)經(jīng)濟指標 序號 技術(shù)經(jīng)濟指標項目 單位 數(shù)量或內(nèi)容 1 煤 層 牌 號 - J(31) 2 可采煤層數(shù)目 層 3 3 主采煤層厚度 m 7.37 4 煤 層 傾 角 ° 15～25 5 礦井工業(yè)儲量 Mt 154.68 礦井可采儲量 萬t 115.29 6 礦井年工作日數(shù) d 330 日采煤班數(shù) 班 3 7 礦井年生產(chǎn)能力 Mt/a 1.20 礦井日生產(chǎn)能力 t/d 4736.0 8 礦井服務(wù)年限 a 54.9 9 礦井第一水平服務(wù)年限 a 35.5 10 井田走向長度 km 5.62～6.53 井田傾斜長度 km 2.33～3.71 11 瓦 斯 等 級 - 低 瓦斯相對涌出量 m3/t 6.77 12 通風(fēng)方式前期 - 中央并列式 13 礦井正常涌水量 m3/h 250 礦井最大涌水量 m3/h 280 14 開 拓 方 式 - 立井兩水平暗斜井延深 15 第一水平標高 m -700 最終水平標高 m -700 16 生產(chǎn)的工作面數(shù)目 個 1 備用的工作面數(shù)目 個 0 17 采煤工作面年進度 m 1188 18 開拓掘進隊數(shù) 個 4 19 大巷運輸方式 - 膠帶輸送機 20 礦 車 類 型 - 1.0 t固定箱式礦車 21 電機車類型 - 蓄電池式電機車 22 設(shè)計煤層采煤方法 - 走向長壁綜采放頂煤采煤法 23 工作面長度 m 150 24 工作面推進度 m/月 108 25 工作面坑木消耗量 m3/kt 1 工作面效率 t/工 43.05 工作面成本 元/t 107 參考文獻 [1] 徐永圻.《采礦學(xué)》. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003 [2] 杜計平.《采礦學(xué)》. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2009 [3] 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1.1.2 瓦斯的形成 瓦斯的形成要分為兩個階段，即生物化學(xué)造氣階段和煤化變質(zhì)造氣階段 生物化學(xué)造氣階段：在植物沉積成煤初期的泥炭化過程中，有機物在隔絕外部氧氣進入和溫度不超過65的條件下，被厭氧微生物分解為、、。這一過程發(fā)生在地表，因而生成的大部分氣體散失于古大氣中。隨著泥炭層的逐漸下沉和地層沉積厚度增加，壓力和溫度也隨之增加，生物化學(xué)作用減弱并最終停止。 煤化變質(zhì)造氣階段：隨著泥炭轉(zhuǎn)化為褐煤并進入變質(zhì)作用時期，有機物在高溫、高壓作用下，揮發(fā)分減少，固定碳增加，這是生成的氣體主要為、。這個階段中，瓦斯生成量隨著煤的變質(zhì)程度增高而增多。 1.2瓦斯的賦存 1.2.1 煤的孔隙結(jié)構(gòu) 由植物生成煤炭的過程中，在褐煤至無煙煤變質(zhì)階段，瓦斯（煤層氣）生產(chǎn)量的綜合達到200~400/t。其中的1/5~1/10將保存在煤體內(nèi)。煤體內(nèi)保存瓦斯的數(shù)量，與煤的結(jié)構(gòu)有關(guān)。煤是一種復(fù)雜的孔隙性介質(zhì)，有發(fā)達的、各種不同直徑的孔隙和裂隙，形成龐大的孔隙表面與微空間，根據(jù)測定，1g無煙煤的微孔表面積達200以上，為瓦斯賦存提供了條件。 為了研究瓦斯在煤中的賦存與流動，把煤中的孔隙作如下分類： 微孔——其直徑小于mm，它構(gòu)成煤中的吸附容積； 小孔——其直徑在~mm之間，它構(gòu)成毛細管凝結(jié)和瓦斯擴散空間； 中孔——其直徑在~mm之間，它構(gòu)成緩慢的層流滲透區(qū)間； 大孔——其直徑在~mm之間，它構(gòu)成強烈的層流滲透區(qū)間，并決定了具有強烈破壞結(jié)構(gòu)煤的破壞面； 可見孔及裂隙——其直徑在mm以上，它構(gòu)成層流及紊流混合滲透區(qū)間，并決定了煤的宏觀破壞面，一般小孔至可見孔的孔隙體積只和稱為滲透容積，吸附容積與滲透容積只和稱為總孔隙體積；煤的總孔隙體積占相應(yīng)體積的百分比稱為煤的孔隙率。 1.2.2 瓦斯的賦存狀態(tài) 成煤過程中生成的瓦斯以游離和吸附這兩種不同的狀態(tài)存在于煤體中，通常稱為游離瓦斯和吸附瓦斯。 1-游離瓦斯；2-吸附瓦斯；3-吸收瓦斯；4-煤體；5-煤中孔隙圖 2-1 煤體中瓦斯的賦存狀態(tài) 游離狀態(tài)也叫自由狀態(tài)，這種狀態(tài)的瓦斯以自由氣體存在，瓦斯量的大小與貯存空間的容積和瓦斯壓力成正比，與瓦斯溫度成反比。 吸附狀態(tài)的瓦斯主要吸附在煤的微孔表面上（吸著瓦斯）和煤的微粒結(jié)構(gòu)內(nèi)部（吸收瓦斯）。吸附瓦斯量的多少，決定于煤對瓦斯的吸附能力和瓦斯壓力、溫度等條件。不同煤質(zhì)的吸附能力是不同的，大致如下：褐煤＞無煙煤＞長焰煤＞石墨，但褐煤在自然條件下，本身尚未生成大量瓦斯所以它雖然具有很大的吸附能力，但缺乏瓦斯來源，實際所含瓦斯量是很小的。長焰煤最大吸附瓦斯量在20~30/t左右，無煙煤最大吸附瓦斯量在50~60/t。 在煤體中，吸附瓦斯和游離瓦斯在外界條件不變的條件下處于動態(tài)平衡狀態(tài)，吸附狀態(tài)的瓦斯分子和游離狀態(tài)的瓦斯分子處于不斷的交換之中；當外界的瓦斯壓力或溫度發(fā)生變化或給予沖擊和振蕩、影響了分子的能量時，則會破壞其動態(tài)平衡，而產(chǎn)生新的平衡狀態(tài)。 煤是一種多孔介質(zhì)，煤體吸附瓦斯是煤的一種自然屬性，煤體表面吸附瓦斯量的多少，與煤體表面積的大小密切相關(guān)，而煤體表面積的大小則和煤體孔隙特征有關(guān)。因此，煤體孔隙特征對吸附瓦斯有重要的作用。 煤的吸附性及其影響因素分析 煤之所以具有吸附性是由于煤結(jié)構(gòu)中分子的不均勻分布和分子作用力的不同所致，這種吸附性的大小主要取決于3個方面的因素，即：一是煤結(jié)構(gòu)、煤的有機組成和煤的變質(zhì)程度；二是被吸附物質(zhì)的性質(zhì)；三是煤體吸附的環(huán)境條件。由于煤對瓦斯的吸附是一種可逆現(xiàn)象，吸附瓦斯所處的環(huán)境條件就顯得尤為重要。煤中吸附瓦斯量的大小主要取決于煤化變質(zhì)程度、煤中水分、瓦斯性質(zhì)、瓦斯壓力以及吸附平衡溫度等。 (1)瓦斯壓力。實驗研究表明：在給定的溫度下，吸附瓦斯量與瓦斯壓力的關(guān)系呈雙曲線變化，如圖2-2所示，從圖中可以看出：隨著瓦斯壓力的升高煤體吸附瓦斯量增大；當瓦斯壓力大于3.0MPa時，吸附的瓦斯量將趨于定值。 (2)吸附溫度。目前的實驗研究表明：溫度每升高1℃，煤吸附瓦斯的能力將降低約8%。其原因主要是：溫度的升高，使瓦斯分子活性增大，故而不易被煤體所吸附；同時，已被吸附的瓦斯分子又易獲得動能，會產(chǎn)生脫附現(xiàn)象，使吸附瓦斯量降低。 (3)瓦斯性質(zhì)。對于指定的煤，在給定的溫度與瓦斯壓力條件下，煤對二氧化碳的吸附量比甲烷的吸附量高，而對甲烷的吸附量又大于對氮氣的吸附量。 圖2-2吸附瓦斯量與瓦斯壓力關(guān)系圖 (4)煤的變質(zhì)程度。煤的瓦斯生成量及煤的比表面積和煤的變質(zhì)程度有關(guān)。一般情況下，從中等變質(zhì)程度的煙煤到無煙煤，相應(yīng)的吸附量呈快速增加狀態(tài)。 (5)煤中水分。水分的增加會使煤的吸附能力降低。目前可以采用俄羅斯煤化學(xué)家艾琴格爾的經(jīng)驗公式來確定煤的天然水分對甲烷吸附量的影響。 1.3 瓦斯的涌出 1.3.1瓦斯涌出形式 在煤礦的采掘生產(chǎn)過程中，有大量的瓦斯向巷道、工作面和采空區(qū)中涌出。它有普通涌出和特殊涌出兩種形式。 普通涌出：普通涌出是煤層和巖層中的瓦斯均勻地、緩慢地、長期地向采掘巷道中涌出的形式，主要涌出地點是煤壁及采空區(qū)。它的特點是涌出的時間長、涌出量大、范圍大，并且一般不易感覺到。我們的煤礦主要是這種涌出形式。 特殊涌出：特殊涌出包括瓦斯噴出和煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出兩種形式。從煤層和巖層的裂縫中快速放出的現(xiàn)象叫瓦斯噴出，這種涌出形式它的特點是：發(fā)生在局部地點；噴出時間有長有短，短的幾個小時到幾天，長的幾個月到幾年；噴出量大。 煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出是指在地下壓力和瓦斯壓力的共同作用下，破碎的煤和瓦斯從煤層內(nèi)部突然向采掘工作面噴出的現(xiàn)象。這種涌出形式它的特點是：涌出突然，時間短，速度快，并且量大而集中，常伴隨有強大的聲音和沖擊動力，容易沖倒支架、埋住工作人員和井下設(shè)備，遇到火還能發(fā)生燃燒、爆炸，所以有很大的破壞性，對礦井的安全生產(chǎn)威脅很大。 1.3.2 礦井瓦斯涌出量 礦井瓦斯涌出量：指一個礦井，在生產(chǎn)過程中涌出到風(fēng)流中的瓦斯總量。通常有兩種表示方法即礦井絕對瓦斯涌出量和礦井相對瓦斯涌出量。 礦井絕對瓦斯涌出量：指單位時間內(nèi)瓦斯涌出數(shù)量；單位：立方米/分、立方米/天。 礦井相對瓦斯涌出量：指正常生產(chǎn)條件下，平均生產(chǎn)每噸煤瓦斯涌出的數(shù)量，單位：立方米／噸。 礦井瓦斯等級的劃分 （1）劃分依據(jù)：礦井瓦斯等級的劃分是依據(jù)礦井絕對瓦斯涌出量和礦井相對瓦斯涌出量而劃分的。 （2）礦井瓦斯等級 1）低瓦斯礦井：礦井相對瓦斯涌出量小于或等于10立方米/噸，且礦井絕對瓦斯涌出量小于或等于40立方米/分； 2）高瓦斯礦井：礦井相對瓦斯涌出量大于10立方米/噸，或礦井絕對瓦斯涌出量大于40立方米／分； 3）煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井。 煤礦瓦斯災(zāi)害及防治 2.1 煤礦瓦斯災(zāi)害概念 在煤礦礦井中，瓦斯災(zāi)害主要表現(xiàn)為瓦斯爆炸、瓦斯煤塵爆炸以及煤與瓦斯突出事故。 瓦斯爆炸：瓦斯和空氣混合后，在一定條件下,遇高溫?zé)嵩窗l(fā)生的熱-鏈式氧化反應(yīng)，并伴有高溫及壓力(壓強)上升的現(xiàn)象。 瓦斯爆炸是一種也叫鏈鎖反應(yīng)。瓦斯爆炸就其本質(zhì)來說，是一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在一定溫度作用下產(chǎn)生的激烈氧化反應(yīng)。預(yù)防瓦斯爆炸的主要從防止瓦斯積聚和消除火源兩方面著手。 煤塵爆炸：煤在生產(chǎn)或加工過程中產(chǎn)生的煤塵彌漫在空氣中，當煤塵濃度達到一定值時，適遇火花等明火發(fā)生爆炸的現(xiàn)象 。煤塵爆炸同瓦斯爆炸一樣都屬于礦井中的重大災(zāi)害事故。我國歷史上最嚴重的一次煤塵爆炸發(fā)生在1942年日本侵略者統(tǒng)治下的本溪煤礦，死亡1549人，殘246人，死亡的人員中大多為CO中毒，事故發(fā)生前，巷道內(nèi)沉積了大量煤塵，是由于電火花點燃局部聚積的瓦斯而引起的重大煤塵爆炸事故。 煤與瓦斯突出：指在壓力作用下，破碎的煤與瓦斯由煤體內(nèi)突然向采掘空間大量噴出，是另一種類型的瓦斯特殊涌出的現(xiàn)象。它具有極大的破壞性。每次突出前都有預(yù)兆出現(xiàn)，但出現(xiàn)預(yù)兆的種類和時間是不同的，熟悉和掌握預(yù)兆，對于及時撤出人員、減少傷亡具有重要的意義 。 2.2瓦斯爆炸基本理論及其防治 瓦斯爆炸：瓦斯和空氣混合后，在一定條件下,遇高溫?zé)嵩窗l(fā)生的熱-鏈式氧化反應(yīng)，并伴有高溫及壓力(壓強)上升的現(xiàn)象。 瓦斯爆炸是一種也叫鏈鎖反應(yīng)。瓦斯爆炸就其本質(zhì)來說，是一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在一定溫度作用下產(chǎn)生的激烈氧化反應(yīng)。預(yù)防瓦斯爆炸的主要從防止瓦斯積聚和消除火源兩方面著手。 2.2.1瓦斯爆炸的條件及影響因素 瓦斯爆炸必須具備三個條件：有一定的瓦斯?jié)舛龋挥幸欢ǖ囊饻囟?；有足夠的氧氣濃度? 瓦斯?jié)舛? 瓦斯爆炸有一定的濃度范圍，我們把在空氣中瓦斯遇火后能引起爆炸的濃度范圍稱為瓦斯爆炸界限，瓦斯爆炸界限為5%～16% 。在不同初始壓力、溫度下瓦斯的爆炸界限是不同的。具體如表2-2-1-1、2-2-1-2 表2-2-1-1 混合氣體初始壓力/MPa 爆炸下限/% 爆炸上限/% 0.1 1.0 5.0 12.5 5.6 5.9 5.4 5.7 14.3 17.2 29.4 45.7 表2-2-1-2 混合氣體初始溫度/ 爆炸下限/% 爆炸上限/% 20 100 300 600 700 900 6.00 5.45 5.40 3.35 3.25 --- 13.40 13.50 14.25 16.40 18.75 29.00 引火溫度 瓦斯的引火溫度，即點燃瓦斯的最低溫度。一般認為，瓦斯的引火溫度為650℃～750℃。但因受瓦斯的濃度、火源的性質(zhì)及混合氣體的壓力等因素影響而變化。當瓦斯含量在7%一8%時，最易引燃；當混合氣體的壓力增高時，引燃溫度即降低；在引火溫度相同時，火源面積越大、點火時間越長，越易引燃瓦斯。 高溫火源的存在，是引起瓦斯爆炸的必要條件之一。井下抽煙、電氣火花、違章放炮、煤炭自燃、明火作業(yè)等都易引起瓦斯爆炸。所以，在有瓦斯的礦井中作業(yè)，必須嚴格遵照《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定。 不同瓦斯?jié)舛惹闆r下最低著火溫度如表2-2-1-3所示 表2-2-1-2 含量/% 2 3 3.95 7 9 10 11.75 14.35 最低著火溫/ 710 700 691 697 701 714 724 742 氧濃度 實踐證明，空氣中的氧氣濃度降低時，瓦斯爆炸界限隨之縮小，當氧氣濃度減少到12%以下時，瓦斯混合氣體即失去爆炸性。這一性質(zhì)對井下密閉的火區(qū)有很大影響，在密閉的火區(qū)內(nèi)往往積存大量瓦斯，且有火源存在，但因氧的濃度低，并不會發(fā)生爆炸。如果有新鮮空氣進入，氧氣濃度達到12%以上，就可能發(fā)生爆炸。因此，對火區(qū)應(yīng)嚴加管理，在啟封火區(qū)時更應(yīng)格外慎重，必須在火熄滅后才能啟封。瓦斯爆炸產(chǎn)生的高溫高壓，促使爆源附近的氣體以極大的速度向外沖擊，造成人員傷亡，破壞巷道和器材設(shè)施，揚起大量煤塵并使之參與爆炸，產(chǎn)生更大的破壞力。另外，爆炸后生成大量的有害氣體，造成人員中毒死亡。 瓦斯空氣混合和氣體爆炸界限與其中氧氣和瓦斯?jié)舛鹊年P(guān)系 2.2.2防治瓦斯爆炸的措施 防止瓦斯積聚的技術(shù)措施 1） 保證工作面的供風(fēng)量 2） 處理采煤工作面回風(fēng)隅角的瓦斯積聚 正常生產(chǎn)時期，采煤工作面的回風(fēng)隅角容易積聚瓦斯，及時有效地處理該區(qū)域積聚的瓦斯是日常瓦斯管理的重點。采用的方法主要有風(fēng)障引流、移動泵站采空區(qū)抽放、尾巷排放、增加風(fēng)量、密實工作面上下隅角以減少向采空區(qū)的漏風(fēng)、充填置換等，也可以改變工作面的通風(fēng)方式，如采用Y型通風(fēng)、Z型通風(fēng)等消除回風(fēng)隅角瓦斯積聚的現(xiàn)象。 ①掛風(fēng)障引流 該方法是在工作面支柱或支架上懸掛風(fēng)簾或葦席等阻擋風(fēng)流，改變工作面風(fēng)流的路線，以增大向回風(fēng)隅角處的供風(fēng)。 ②尾巷排放瓦斯法 尾巷排放瓦斯是利用與工作面回風(fēng)巷平行的專門瓦斯排放巷道，通過其與采空區(qū)相連的聯(lián)絡(luò)巷拍放瓦斯的方法。 ③風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)法 該方法是利用鐵風(fēng)筒和專門的排放管路引排回風(fēng)隅角積聚的瓦斯。 ④移動泵站排放法。該方法是利用可移動的瓦斯抽放泵通過埋設(shè)在采空區(qū)一定距離內(nèi)的管路抽放瓦斯，從而減少回風(fēng)隅角處的瓦斯涌出。 ⑤液壓局部通風(fēng)機吹散法。該方法在工作面安設(shè)小型液壓通風(fēng)和柔性風(fēng)筒，向上隅角供風(fēng)，吹散上隅角出積聚的瓦斯。 3） 掘進工作面局部瓦斯積聚的處理 掘進工作面的供風(fēng)量一般都比較小，因此，出現(xiàn)瓦斯局部積聚的可能性較大。應(yīng)該特別注意防范，加強監(jiān)測工作。對于瓦斯涌出大的掘進工作面盡量使用雙巷掘進，每隔一定距離離開掘聯(lián)絡(luò)巷，構(gòu)成全負壓通風(fēng)，以保證工作面的供風(fēng)量。盲巷部分要安設(shè)局部通風(fēng)機供風(fēng)，使掘進排除啊瓦斯直接流入回風(fēng)道中掘進工作面或巷道中的瓦斯積聚，通常出現(xiàn)一些，冒落空洞或裂隙發(fā)育、涌出速率較大的地點。對于這些地點積聚的瓦斯可以使用下列的方法處理。 ①充填法。充填法是將沙土等惰性物質(zhì)充填到冒落的空洞內(nèi)，以消除瓦斯積聚的空間。 ②引風(fēng)法。該方法是利用安設(shè)在巷道頂部的擋風(fēng)板將風(fēng)流引入冒落的空洞中，稀釋其中積聚的瓦斯。 ③風(fēng)筒分支排放法。在局部通風(fēng)機風(fēng)筒上安設(shè)三通或直徑較小的風(fēng)管，將部分風(fēng)流直接送到冒落的空洞中，排放積聚的瓦斯。該方法適用與積聚的瓦斯量較大、冒落空間較大、擋風(fēng)引起難以湊效的情況下。 ④黃泥抹縫法。該方法是在頂板裂隙發(fā)育、瓦斯涌出量大而又難以排除時使用。它首先將巷道棚頂用木板背嚴，然后用黃泥抹縫將其封閉，以減少瓦斯的涌出或擴大瓦斯涌出的面積。 ⑤鉆孔抽放裂隙帶的瓦斯。當巷道頂?shù)装辶严洞罅坑砍鐾咚箷r，可以向裂隙帶打鉆孔，利用抽放系統(tǒng)對該區(qū)域進行定點抽放。這種方法適用于通風(fēng)難以解決掘進面瓦斯用處的情況下，否則，因工程量大，而使用期較短，在經(jīng)濟上不合理。 4） 刮板輸送機底槽瓦斯積聚的處理 刮板輸送機停止運轉(zhuǎn)時，底槽附近有時會積聚高濃度的瓦斯。由于刮板與底槽之間在運煤時產(chǎn)生的摩擦火花能引起瓦斯燃燒爆炸，因此，必須排除該處的瓦斯。處理的方法有： ①設(shè)專人清理輸送機底下遺留的煤炭，保證底槽通暢，使瓦斯不易積聚。 ②保證輸送機經(jīng)常運轉(zhuǎn)，即使不出煤也讓輸送機斷續(xù)運轉(zhuǎn)，以防止瓦斯積聚。 ③吊起輸送機處理積聚的瓦斯。如果發(fā)現(xiàn)輸送機底槽內(nèi)有瓦斯超限的區(qū)段，可以把輸送機吊起來，使空氣流暢而排除瓦斯。 ④壓風(fēng)排瓦斯。有壓風(fēng)灌入的地點可以將壓風(fēng)引至底槽進行通風(fēng)，排除積聚的瓦斯。 防止點火源的出現(xiàn) 防止點火源的出現(xiàn)，就是要禁止一切非生產(chǎn)火源，嚴格管理和限制生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的火源、熱源，特別是容易瓦斯積聚的地點更應(yīng)該重點防范。 1） 加強管理，提高防火意識 2）防止放炮火源 ①煤礦井下的爆破必須符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的安全炸藥，嚴禁使用不合格或變質(zhì)、超期的炸藥。 ②有爆破作業(yè)的工作面必須嚴格執(zhí)行“一炮三檢”的瓦斯檢查制度，保證放炮前后的瓦斯?jié)舛仍谝?guī)定的界限內(nèi)。 ③禁止使用明接頭或裸露的放炮母線，放炮連線、放炮等工作要有專門的人員操作。放炮員盡量在入風(fēng)流中執(zhí)行放炮操作，要嚴格“三人鏈鎖放炮”制度。 ④炮眼的深度、位置、裝要量要符合該工作面作業(yè)規(guī)程的要求，炮眼充填要填滿、填實，嚴禁使用可燃性物質(zhì)代替炮泥充填炮眼，堅持使用水炮泥。 ⑤禁止放明炮、糊炮。 ⑥嚴格執(zhí)行井下火藥、雷管的存放、運輸管理制度，放炮員要持證上崗。 3）防止電器火源和靜電火源 井下嚴禁帶電檢修、搬遷電器設(shè)備。井下供電應(yīng)做到：無“雞爪子”、“羊尾巴” 和明接頭，有過電流和漏電保護，有接地裝置；堅持使用檢漏繼電器、煤電鉆綜合保護、局扇風(fēng)電閉鎖和瓦斯電閉鎖裝置；發(fā)放的礦燈要符合要求，嚴禁在井下拆開、敲打和撞擊礦燈燈頭和 燈盒。為防止靜電火花，井下使用的高分子材料（如塑料、橡膠、樹脂）制品，其表面電阻應(yīng)低于其安全限定值。 4） 防止摩擦和撞擊點火 隨著井下機械化程度的日益提高，機械摩擦、沖擊引燃瓦斯的危險性也相應(yīng)增加。防治的注意措施有：在摩擦發(fā)熱的裝置上安設(shè)過熱保護裝置盒溫度檢測報警裝置；在摩擦部件金屬表面附著活性低的金屬，使其形成的摩擦火花難以引燃瓦斯，或在合金表面涂苯乙烯醇酸，以防止摩擦火花的產(chǎn)生；工作面遇到堅硬夾石或硫化鐵夾層時，不能強行截割，應(yīng)放炮處理；定期檢查截齒和其后的噴水裝置，保證其工作正常。 5） 防止明火點燃 ①嚴禁攜帶煙草、點火物品入井，嚴禁攜帶易燃品入井。必須帶入井下的易燃品要經(jīng)過礦總工程師的批準，并指定專人負責(zé)其安全。 ②嚴禁在井口房、通風(fēng)機房、瓦斯泵房周圍20m范圍內(nèi)使用明火、吸煙或用火爐取暖。 ③不得在井口或井下房內(nèi)從事電氣旱工作，如必須在井下主要硐室、主要進風(fēng)巷道和井口房內(nèi)進行從事電氣旱或使用噴燈工作時，每次都必須指定安全措施，報礦長批準，并遵守《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，防止火源出現(xiàn)。在回風(fēng)巷道內(nèi)不準進行焊接工作。 ④嚴禁在井下存放汽油、煤油、變壓器油等，井下使用的棉紗、布頭、潤滑油等都必須放在有蓋的鐵桶內(nèi)，嚴禁亂扔亂放或拋棄在巷道、硐室及采空區(qū)內(nèi)。 ⑤井下嚴禁使用電爐或燈泡取暖。 ⑥必須加強井下火區(qū)管理。 6） 防止其它火源 井下火源的出現(xiàn)具有突然性，在工作場所，由于機械場所和金屬材料的大量使用，很多情況下撞擊、摩擦等火源難以避免，這些地點的通風(fēng)工作就顯得更為重要。但對災(zāi)害區(qū)域、封閉的瓦斯積聚區(qū)域，必須采取措施防止點火源的出現(xiàn)。除上述方面以外，地面的閃電或其它突發(fā)的電流也可能通過井下管道進入這些可能爆炸的區(qū)域而引燃瓦斯，因此，通常當截斷通向這些區(qū)域的鐵軌、金屬管道等。 防止災(zāi)害擴大的措施 瓦斯爆炸的突發(fā)性、瞬時性，使得在爆炸發(fā)生時難以進行救治。因此，防止災(zāi)害擴大的措施應(yīng)該集中在災(zāi)害發(fā)生前的預(yù)備設(shè)施的災(zāi)害發(fā)生時的快速反應(yīng)。具體的措施有隔爆、阻爆兩個方面，即分區(qū)通風(fēng)和利用爆炸產(chǎn)生的高溫、沖擊波設(shè)置自動阻爆裝置。 1） 采取分區(qū)通風(fēng) 分區(qū)通風(fēng)是防止災(zāi)害蔓延擴大的有效措施。利用開拓開采的分區(qū)布置，在各個采區(qū)之間、不同生產(chǎn)水平之間、礦井兩翼之間自然分割的基礎(chǔ)上，布置必要的防止爆炸傳播設(shè)施，可以實現(xiàn)井下災(zāi)害的分區(qū)管理。 ①每一生產(chǎn)水平，每一采區(qū)都必須布置單獨的回風(fēng)道，嚴格禁止各采區(qū)、水平之間的串連通風(fēng)，盡量避免采區(qū)之間的角聯(lián)風(fēng)路的存在。 ②采區(qū)內(nèi)回采工作面和掘進工作面應(yīng)采用獨立的通風(fēng)路線防止互相影響。 ③對于礦井主要進、風(fēng)巷之間的聯(lián)絡(luò)巷必須構(gòu)筑永久性擋風(fēng)墻，生產(chǎn)必須使用的，應(yīng)安設(shè)正反兩道風(fēng)門。 ④裝有主要通風(fēng)機的出風(fēng)口應(yīng)安設(shè)防爆門。 ⑤在開采有煤塵爆炸危險的礦井兩翼、相鄰采區(qū)、相鄰煤層和相鄰工作面時，應(yīng)安設(shè)巖粉棚或水棚隔開。 ⑥在所有運輸巷和回風(fēng)巷中必須撒布巖粉，防止爆炸傳播。 ⑦對于多進風(fēng)井、多主要通風(fēng)機的礦井，應(yīng)盡量減少各風(fēng)機所轄風(fēng)網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)巷道，如果無法避免，則應(yīng)保證風(fēng)流的穩(wěn)定并安設(shè)必要的隔爆設(shè)施。 ⑧各主要通風(fēng)機的特性最好相近，并與負擔(dān)的通風(fēng)需求相匹配。 2） 設(shè)置隔爆、阻爆裝置 當瓦斯爆炸發(fā)生后，依靠預(yù)先設(shè)置的隔爆裝置可以阻止爆炸的傳播，或減少爆炸的燃燒溫度，以破壞其傳播的條件，盡可能地限制火焰的傳播范圍。 ①用水預(yù)防和阻隔爆炸 在巷道中架設(shè)水棚的作用和巖粉棚的作用相同，只是用水槽或水袋代替巖粉板棚。要求每個水槽的容量為40L～75L，總水量按巷道斷面計算不低于400L/m2 ，水棚長度不小于30m。巖粉的缺點是易受潮結(jié)塊，需要經(jīng)常更換，成本較高，國內(nèi)外現(xiàn)在都廣泛的使用水代替巖粉隔爆。水的比熱比巖粉高5倍，氣化時吸熱并能降低氧氣的濃度，在爆炸作用下比巖粉飛散快，隔爆效果好。 ②自動式防爆棚 使用壓力或溫度傳感器，在爆炸發(fā)生時探測爆炸波的傳播，及時將預(yù)先放置的水、巖粉、氮氣、二氧化碳、磷酸銨等 噴灑到巷道中，從而達到自動、準確、可靠的撲滅火焰，防止爆炸蔓延的目的。常用的有自動水幕等。 （4） 編制礦井災(zāi)害預(yù)防和處理計劃 《煤礦安全規(guī)程》第9條規(guī)定：“煤礦企業(yè)必須編制年度災(zāi)害預(yù)防和處理計劃，并根據(jù)具體情況即使修改。災(zāi)害預(yù)防和處理計劃由礦長負責(zé)組織實施。煤礦企業(yè)每年必須至少組織一次礦井救災(zāi)演習(xí)。礦井災(zāi)害處理計劃除了必須掌握災(zāi)害發(fā)生時必須通知的相關(guān)人員、救護隊的情況外，還應(yīng)包括當前礦井的基本情況。 1） 反映礦井安全、生產(chǎn)狀況的資料 每一礦井都必須有反映當前實際情況的圖紙，主要包括：礦井地質(zhì)圖；地面、井下巷道、采掘工程對照圖；通風(fēng)系統(tǒng)圖；管路（排水、防火、壓風(fēng)、瓦斯抽放等）布置系統(tǒng)圖；安全監(jiān)測系統(tǒng)控制圖；井下配電系統(tǒng)圖以及井下避災(zāi)路線圖。這些礦井的基本資料是進行和及時救治的保證。 2） 災(zāi)害處理計劃 對井下主要的采掘工作面和其它可能發(fā)生爆炸災(zāi)害的地點，應(yīng)根據(jù)自己不同的特點，制定合適的救災(zāi)計劃。每年都要根據(jù)井下狀況的變化作出相應(yīng)的修改。計劃的內(nèi)容包括： ①爆炸發(fā)生后可能造成的影響——爆炸對通風(fēng)系統(tǒng)的影響，爆炸蔓延傳播的可能性，爆炸會對井下哪些區(qū)域的工作人員造成威脅； ②如何恢復(fù)災(zāi)區(qū)的通風(fēng)和確定災(zāi)區(qū)人員的避災(zāi)路線，對爆炸破壞了的通風(fēng)系統(tǒng)采取什么措施及時恢復(fù)采區(qū)的通風(fēng)，如何調(diào)整通風(fēng)保證可能受影響的區(qū)域的人員的安全撤退； ③災(zāi)害區(qū)域的斷電方法，包括局部區(qū)域的斷電措施和更大區(qū)域的斷電措施、地點； ④如何防止爆炸引起的火災(zāi)、二次爆炸以及災(zāi)害額擴大；制定可行的救災(zāi)方案控制災(zāi)害的范圍；⑤救災(zāi)人員的安全路線。根據(jù)災(zāi)害的狀況，計劃救災(zāi)人員下井探測、救災(zāi)時行進的路線。 2.3煤與瓦斯突出基本理論及防治 2.3.1煤與瓦斯突出的概念 自行沖破巖柱突出實例 煤與瓦斯突出是煤礦井下采煤過程中發(fā)生的最嚴重的災(zāi)害之一。煤礦地下采掘過程中，在很短的時間內(nèi)（數(shù)分鐘）內(nèi)，從煤（巖）壁內(nèi)部向采掘空間突然噴出煤（巖）與瓦斯的動力現(xiàn)象，稱為煤（巖）與瓦斯突出，簡稱瓦斯突出或突出。突出能摧毀井巷設(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，能造成人員窒息、煤流埋人，甚至可能引起瓦斯爆炸與火災(zāi)事故，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷等。 2.3.2煤與瓦斯突出的危害 1834年3月22日，法國伊薩克礦井發(fā)生了世界上第一次有記載的突出。支架工架棚子時，發(fā)現(xiàn)煤壁外移，三個工人立即撤離，但煤炭沖入巷道13m，巷道煤塵彌漫，一人被煤流埋沒，一人窒息死亡，一人幸免于難。 迄今為止，世界各主要產(chǎn)煤國家都發(fā)生過煤與瓦斯突出現(xiàn)象。世界上最大的一次煤與瓦斯突出發(fā)生在1969年7月13日前蘇聯(lián)加加林礦，在710m水平至石門揭穿僅1.03m煤層時，發(fā)生了這次突出，突出煤14000t，瓦斯25萬方。 我國是世界上煤與瓦斯突出最嚴重的國家之一。我國發(fā)生的第一次有記載的突出是1950年吉林省遼源富國西二礦在垂深280m煤巷掘進時發(fā)生的突出。我國發(fā)生的最大的一次突出是1957年8月8日，天府三匯壩一井+280m主平硐震動性爆破揭穿煤層時發(fā)生了突出，突出煤巖12780t（煤占60%，巖石占40%）、瓦斯140萬方。1975年6月13日吉林營城五井在垂深439m處全巖掘進巷道爆破時發(fā)生我國第一次砂巖與CO突出，突出砂巖1005t， CO1.1萬方。目前，我國國有重點煤礦有煤與瓦斯突出礦井107處，占總數(shù)的17.6%，發(fā)生突出次數(shù)超過萬次。 2000.7—2009.5期間我國共發(fā)生煤與瓦斯突出事故248起，遇難1395人。其中一次死亡10人以上的突出事故共發(fā)生38起，死亡579人。 2000.7—2009.5 死亡10人以上的突出事故明細表 序號 事故時間 事故單位 企業(yè)性質(zhì) 死亡人數(shù) 1 2000-07-12 云南省富源縣合樂武煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 18 2 2001-05-26 湖南邵陽市隆回縣大國煤礦 地方國有 17 3 2001-06-19 湖北宜昌長陽縣對舞溪煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 18 4 2002-01-14 湖南婁底市冷水江市資江煤礦 國有地方 18 5 2002-04-22 重慶中梁山南礦 國有地方 11 6 2002-05-04 湖南漣源市湄江鎮(zhèn)賽海礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 11 7 2002-05-15 湖南新化縣溫塘鎮(zhèn)新源煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 18 8 2002-05-26 湖南漣源市楓坪鎮(zhèn)青樹煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 15 9 2002-12-18 貴州金沙縣興化鄉(xiāng)中心三號煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 12 10 2003-10-17 重慶天府三匯壩一礦 國有地方 10 11 2003-10-28 重慶綦江縣萬隆煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 12 12 2003-11-15 云南昭通市扎西鎮(zhèn)柳尾壩煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 10 13 2004-12-19 四川興文縣銀方煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 14 14 2004-12-31 湖南郴州嘉禾縣珍珠嶺煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 10 15 2005-01-16 重慶南川市南城街道云華煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 12 16 2005-06-08 湖南婁底市資江煤礦 原國有地方 22 17 2005-08-25 貴州仁懷縣大壩鎮(zhèn)竹林灣煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 15 18 2004-07-26 湖南漣源市安平鎮(zhèn)銀廣石煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 16 19 2004-10-20 重慶松藻礦務(wù)局逢春礦 國有地方 13 20 2006-02-10 河南鄭煤集團馬嶺山煤礦 國有地方 15 21 2006-02-25 湖南邵陽市隆回縣大國煤礦 民營股份制 18 22 2006-03-12 湖南郴州永興縣高坪煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 11 23 2006-03-26 畢節(jié)地區(qū)納雍縣五輪山煤礦 國有地方 15 24 2006-05-10 四川興文縣石林鎮(zhèn)坳田煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 11 25 2006-07-29 云南富源縣白龍山煤礦 股份制 11 26 2006-12-03 湖南漣源市安平鎮(zhèn)觀音一礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 12 27 2006-12-13 湖南衡陽市常寧市裕民煤礦 國有地方 12 28 2007-03-27 貴州水城礦業(yè)公司注家寨煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 10 29 2007-03-14 河南滎陽縣賈峪煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 10 30 2007-04-19 河北峰峰礦業(yè)集團大淑村礦 國有重點 17 31 2007-11-08 貴州畢節(jié)地區(qū)陽長鎮(zhèn)群力煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 29 32 2008-01-18 重慶南川縣高橋煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 13 33 2008-03-14 云南威信縣三桃鄉(xiāng)水洞坪煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 14 34 2008-08-01 河南平煤集團平禹四礦 國有地方 14 35 2008-09-21 河南登封新豐二礦 國有地方 37 36 2008-10-12 四川江安縣紅橋鎮(zhèn)幸福煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 10 37 2008-12-17 湖南婁底市漣源市伏口鎮(zhèn)掛子巖煤礦 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 18 38 2009-05-30 松藻煤電公司同華煤礦 國有地方 30 2000.7—2009.5 我國煤與瓦斯突出遇難人數(shù)柱狀圖 2000.7—2009.5 我國煤與瓦斯突出事故曲線圖 綜合分析可知，2000年以來，隨著煤炭形勢日益好轉(zhuǎn)，為了追求經(jīng)濟效益，全國各煤礦都加大了生產(chǎn)力度，一味追求產(chǎn)量而忽視了生產(chǎn)安全，造成煤與瓦斯突出事故頻頻發(fā)生，其中2002、2003年分別達到了近年來突出死亡人數(shù)和突出事故起數(shù)之首。由于國家加大了煤礦安全監(jiān)管力度，2003年以后突出事故明顯減少，因突出造成的死亡人數(shù)也有所下降，其中2005年達到近年來最低。盡管如此，突出事故仍時有發(fā)生，并且一直嚴重威脅工人的生命和國家財產(chǎn)安全，為了減少直至消除突出造成的危害，必須采取有效的防治突出的措施，而要防治突出，首先就必須研究突出的機理。 2.3.3煤與瓦斯突出的機理 煤與瓦斯突出機理是指煤與瓦斯突出發(fā)生的原因、條件及過程的理論。 由于煤與瓦斯突出是一種非常復(fù)雜的動力現(xiàn)象，影響突出的因素眾多，發(fā)生原因復(fù)雜，到目前為止，對各種地質(zhì)、開采條件下突出發(fā)生的機理還沒有完全掌握，大部分是根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計資料及實驗室研究提出的各種假說。這些假說可以分為三類： （1）“以瓦斯為主導(dǎo)作用的假說” 認為煤內(nèi)存儲的瓦斯在突出中起著主要的作用； （2）“以地應(yīng)力為主導(dǎo)作用的假說” 認為突出主要是地應(yīng)力作用的結(jié)果； （3）“綜合作用假說” 認為突出是地應(yīng)力、瓦斯壓力和煤的結(jié)構(gòu)性能綜合作用的結(jié)果。 以地應(yīng)力為主導(dǎo)的假說，不能解釋突出時煤的分選現(xiàn)象及生成大量的粉煤，并在突出時能噴出數(shù)十萬乃至上百萬立方米的瓦斯，可以逆風(fēng)流運行并充滿數(shù)千米長的巷道等現(xiàn)象。以瓦斯為主導(dǎo)作用的假說不能解釋煤層的揭開和過煤門時的突出。其中，“綜合作用假說”由于全面考慮了突出發(fā)生的作用力和介質(zhì)兩方面的主要因素，得到了國內(nèi)外大多數(shù)學(xué)者的認可。 2.3.4決定突出發(fā)生的因素和條件 絕大多數(shù)的研究者都認為煤與瓦斯突出由地應(yīng)力、包含在煤中的瓦斯和煤的結(jié)構(gòu)（包括其力學(xué)性質(zhì)）三個因素決定，突出過程中，地應(yīng)力、瓦斯壓力是發(fā)動和發(fā)展突出的動力，煤的結(jié)構(gòu)則是阻礙突出發(fā)生的因素，它們存在于一個體系（突出煤層及圍巖）之中，有著極為密切的內(nèi)在聯(lián)系，既互相依賴，又互相制約。 地應(yīng)力 地應(yīng)力場是一個自然應(yīng)力場，它由自重應(yīng)力場、構(gòu)造應(yīng)力場和溫度應(yīng)力場組成。自重應(yīng)力場是由上覆巖體的自重造成的。溫度應(yīng)力場屬于靜水壓力應(yīng)力場，隨深度增加而增加，在同一深度，溫度應(yīng)力僅為自重應(yīng)力垂直分量的1/8。構(gòu)造應(yīng)力場是構(gòu)造運動在發(fā)展過程中形成的應(yīng)力場。一個地區(qū)可能發(fā)生多次構(gòu)造運動，因而其構(gòu)造應(yīng)力場往往是新、老應(yīng)力場疊加在一起的復(fù)雜應(yīng)力場。構(gòu)造應(yīng)力場具有很高的水平應(yīng)力，并且應(yīng)力分布不均勻。 中國的突出大都發(fā)生在構(gòu)造應(yīng)力增高地帶，這些應(yīng)力增高帶有： ① 封閉向斜軸附近； ⑤煤層厚度變化帶； ② 帚狀構(gòu)造的收斂端； ⑥煤包及分岔煤； ③ 煤層的扭轉(zhuǎn)區(qū)； ⑦壓性、壓扭性小斷層； ④煤層走向或傾向變化地帶； ⑧巖漿侵入帶。 地應(yīng)力的表現(xiàn)為： ① 使圍巖或煤層產(chǎn)生彈性變形，導(dǎo)致煤體產(chǎn)生突然破壞和位移。 ② 控制瓦斯壓力場。高的地應(yīng)力可導(dǎo)致煤層中瓦斯應(yīng)力的增大。 決定著煤層的透氣性。地應(yīng)力增高，煤層透氣性降低，煤體中瓦斯不易排放，將造成瓦斯壓力梯度增高，而煤體一旦破壞，透氣性增大，又會提高煤體中的瓦斯放散能力。 導(dǎo)致應(yīng)力狀態(tài)突然改變變化的原因有： ① 巷道進入地質(zhì)破壞區(qū) ② 石門揭開煤層 ③ 工作面迅速推進 ④ 巷道從硬煤進入軟煤帶 ⑤ 煤層突然加載 ⑥ 煤層突然卸壓 ⑦ 煤的冒落 發(fā)生突出的第一個必要條件是：煤層和圍巖具有較高的地應(yīng)力和瓦斯壓力，并且工作面地帶煤層的應(yīng)力狀態(tài)突然變化。 煤中的瓦斯 以游離狀態(tài)和吸附狀態(tài)存在于煤層裂隙和孔隙中的瓦斯，對煤體有三方面的作用： ① 全面壓縮煤的骨架，促使煤體產(chǎn)生潛能 ② 吸附在微孔表面的瓦斯分子對微孔起著楔子作用，降低煤的強度 ③ 很大的瓦斯壓力梯度形成作用于壓力降低方向的力 突出發(fā)生時，煤體潛能的釋放使煤體發(fā)生破碎并產(chǎn)生移動，而瓦斯的解吸又使煤的破碎和移動進一步加強；由于瓦斯流不斷地把碎煤拋出，使突出孔洞壁始終保持一個較大的地應(yīng)力梯度和瓦斯壓力梯度，使煤的破碎不斷向深部發(fā)展。 煤與瓦斯突出發(fā)展的第二個必要條件是：有足夠的瓦斯流把碎煤拋出。 (3)煤結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性質(zhì) 煤結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)對突出的影響很大。煤質(zhì)愈硬、裂隙愈小，所需的破壞力愈大，要求的瓦斯壓力和地應(yīng)力愈高;反之亦然。在地應(yīng)力和瓦斯壓力一定時，軟煤層易被破壞，且由于軟煤層存在的大量裂隙的連通性差，煤體的透氣性差，易于出現(xiàn)大的瓦斯壓力梯度，因而突出往往只沿軟煤層發(fā)展。 在成煤過程和歷次地質(zhì)構(gòu)造運動中造成的煤結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)沿煤層走向和傾斜方向的不均質(zhì)性，不但給工作面附近煤體的應(yīng)力狀態(tài)突然變化創(chuàng)造了有利條件，并且還影響著突出的發(fā)展速度和突出孔洞的形狀和尺寸。 2.3.5突出的過程 突出是采掘工作面前方局部煤體內(nèi)所積蓄的能量突然釋放的過程。 由采場的應(yīng)力分布可知，采掘工作面前方煤體內(nèi)存在一個集中應(yīng)力帶（如圖2-1所示），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。在無突出危險地正常情況下，隨著工作面的推進，這個集中應(yīng)力帶也以大體上和落煤差不多的速度向前移動，這時工作面煤壁發(fā)生著比較均勻和緩慢的壓出，工作面前方煤層的頂板也以一定的速度接近，使煤層的彈性能得到緩慢而均勻的釋放，瓦斯涌出也比較均衡。 圖2-1 突出前工作面前方地應(yīng)力與瓦斯壓力的變化 突出孔；2—硬煤體；3—地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力 σσ--工作面在Ⅰ、Ⅱ位置時的地應(yīng)力分布； P、P--工作面在Ⅰ、Ⅱ位置時的瓦斯壓力分布 當出現(xiàn)突出危險時，可能有多種情況，但是它們的地應(yīng)力曲線和瓦斯壓力曲線大體上是類似的，即突出前工作面前方的地應(yīng)力曲線和瓦斯壓力曲線都顯著變陡。首先見圖2-1（a）的情況，煤體硬度不均勻，前方出現(xiàn)硬煤包裹體。當工作面由位置Ⅰ推進到位置Ⅱ時，地應(yīng)力曲線σ變?yōu)棣?，因為硬煤包裹體強度大，支撐能力強，集中應(yīng)力值明顯增高，應(yīng)力梯度也變大（曲線變陡），在工作面由位置Ⅰ至位置Ⅱ的區(qū)段（一般推進1～2天），看不到煤壁有壓出，工作面前方煤層頂?shù)装逡灿^測不到有接近現(xiàn)象，因為硬煤包裹的支撐，使頂?shù)装宓慕咏l(fā)生停滯，煤層彈性能的釋放也基本停止。而硬煤包裹體前方的軟煤內(nèi)經(jīng)歷著一個積蓄彈性能的過程，由于集中應(yīng)力帶的煤的透氣性很差，這里的瓦斯壓力線也比較陡，即瓦斯壓力梯度明顯增大。當工作面接近硬煤包裹體時，它逐漸變成臨界狀態(tài)，工作面出現(xiàn)來壓、煤變軟等突出征兆。這時工作面煤壁對外力很敏感，任何采掘工序，特別是落煤，都可使硬煤包裹體內(nèi)薄弱點的力平衡首先被破壞，并且可能很快傳播開來，使破碎迅速波及硬煤包裹體前方的軟煤。煤的突然破碎，使瓦斯壓力向巷道方向上的推力增加幾倍到十幾倍，急速膨脹著的瓦斯流把煤拋入巷道而形成突出。破碎煤被瓦斯及時運走后，突出孔煤壁立即處于單向受壓狀態(tài)，這時煤的強度較原來三向受壓時驟然降低，同時突出孔壁的地應(yīng)力值、地應(yīng)力梯度以及瓦斯壓力梯度又突然增大，引起突出孔壁的連鎖沖擊、破碎，使破碎連續(xù)地向煤體深部發(fā)展，直到新的平衡建立時，突出才停止?？梢?，瓦斯的連續(xù)快速搬運作用是突出不斷向深部發(fā)展的先決條件。 突出也可能由于原地應(yīng)力中有較大的地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力所引起。在地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力區(qū)內(nèi)，煤的強度往往是不均一的，這樣，突出的危險就更大了，但是突出的準備、發(fā)動、發(fā)展過程與上述相仿，如圖2-1（b）所示，圖中網(wǎng)線區(qū)表示局部地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力區(qū)，當工作面推過位置Ⅰ時，地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力區(qū)的煤逐漸積蓄新的能量，至位置Ⅱ時開始突出。 2.4煤與瓦斯突出防治 2.4.1綜合防治突出措施 要防治突出，首先就要懂得煤與瓦斯突出的機理。盡管我們還沒有從根本上明確突出的機理，但經(jīng)過多年來的科研和生產(chǎn)實踐，我國煤礦防治煤與瓦斯突出技術(shù)不斷得到改進、完善和提高，特別是20世紀80年代以來，已從單一的防治煤與瓦斯突出發(fā)生的技術(shù)措施發(fā)展為由突出危險性預(yù)測預(yù)報、防突技術(shù)措施、防突措施，效果檢驗和安全防護措施組成的所謂“四位一體”綜合防突措施體系，使防突技術(shù)提高到一個新的水平?！八奈灰惑w”防突措施的主要特點是將突出危險性預(yù)測和效果檢驗納入綜合措施。 按我國《煤礦安全規(guī)程》要求，開采突出煤層時，必須采取綜合防治突出措施。 突出危險性預(yù)測是防突綜合措施的第一個環(huán)節(jié)。預(yù)測的目的是確定突出危險區(qū)域和地點，以便使防突措施更加有的放矢。國內(nèi)外多年來開采突出煤層的實踐表明，突出呈區(qū)域分布，在突出煤層中，只有部分區(qū)域（大致占整個開采區(qū)域的10％～30％）才發(fā)生突出，因此不論是否有突出危險，凡在突出煤層實施采掘作業(yè)時一律采用防突措施，這在技術(shù)上是不合理的，在經(jīng)濟上是不合算的，這樣執(zhí)行的結(jié)果使防突工作帶有一定得盲目性，且由于在原本無突出危險地區(qū)域和地點采用了防突措施，必將造成人力和財力的浪費，大大減緩采掘進度。隨著防突科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是多年來在突出預(yù)測方面所取得的科研成果，使突出預(yù)測由試驗研究進入實用階段。 防治突出措施是防突綜合措施的第二個環(huán)節(jié)，它的根本任務(wù)是消除突出危險，防止突出發(fā)生。這是防治發(fā)生突出事故的第一道防線。防治突出措施僅在預(yù)測有突出危險的區(qū)域和區(qū)段應(yīng)用，它是國內(nèi)外防突工作的重點。 防突措施的效果檢驗是防突綜合措施的第三個環(huán)節(jié)，目的是在防突措施執(zhí)行后檢驗預(yù)測指標是否降低到突出危險臨界值以下，來判斷措施是否有效。實踐證明，各種防突措施，特別是局部防突措施盡管經(jīng)科學(xué)試驗證明防突是有效的，但在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用后，都無例外地發(fā)生過少數(shù)的突出。措施失效的原因在于井下條件的復(fù)雜性，如煤層賦存條件變化、地質(zhì)構(gòu)造條件變化以及采掘工藝條件改變等。為了提高防突措施的可靠性，在防突措施執(zhí)行后，要求對其防突效果進行檢驗。如果檢驗結(jié)果措施無效，則應(yīng)采取附加防突措施。 安全防護措施是綜合措施的第四個環(huán)節(jié)，是防治突出事故的第二道防線。安全防護措施的目的在于突出預(yù)測失誤或防突措施失效發(fā)生突出時，避免發(fā)生人身傷亡事故。 圖3-1 綜合防突措施實施系統(tǒng) “四位一體”綜合防突措施的執(zhí)行系統(tǒng)見圖3-1，按照該系統(tǒng)，首先經(jīng)區(qū)域預(yù)測，將突出礦井的煤層劃分為突出煤層和非突出煤層，再經(jīng)過區(qū)域預(yù)測把突出煤層劃分為突出危險、威脅和無突出危險區(qū)，最后通過工作面突出危險性預(yù)測把工作面劃分為突出危險和無突出危險工作面。只有在預(yù)測有突出危險的工作面才采取防治突出措施，且在措施執(zhí)行后進行防突效果檢驗。在突出煤層的威脅區(qū)，僅采用安全防護措施，但應(yīng)根據(jù)煤層的突出危險程度，采掘工作面每推進30～100m，應(yīng)用工作面突出危險性預(yù)測方法進行驗證性工作面預(yù)測，預(yù)測有突出危險時，該區(qū)域即改劃為突出危險區(qū)。按上述綜合措施防突的優(yōu)點是防突措施更加有的放矢，提高了防突效果和突出煤層的采掘速度，從而提高了突出礦井的經(jīng)濟效益。 近年來，圍繞“四位一體”防治措施的各個環(huán)節(jié)，研究發(fā)展和推廣應(yīng)用了許多新技術(shù)，在防治突出措施方面，有大面積預(yù)抽煤層瓦斯（穿層網(wǎng)格鉆孔、本層順層長鉆孔和交叉布孔）的技術(shù)、提高煤層瓦斯抽放效果的技術(shù)（控制預(yù)裂爆破、水力擴孔等）、煤巷掘進的綜合配套防突技術(shù)、機掘巷道的鉆掘一體化、割掘一體化技術(shù)、石門揭煤防突新技術(shù)等，使防突效果及技術(shù)經(jīng)濟指標都得到很大提高，防突措施向綜合配套方向發(fā)展是近年來的一個重要特點。 2.4.2防治突出措施的原則與分類 當前對突出理論的認識是煤層（包括圍巖）中地應(yīng)力和瓦斯壓力是突出的主要原動力；煤層是受力體，是被破碎和拋出的對象；采掘工藝條件是突出發(fā)生的外部誘導(dǎo)因素?；谶@種認識，制定防治突出措施，可歸納為以下幾個基本原則。 巷道布置和開采方式要提供足夠的時間和空間，有利于實施綜合防突措施：煤層巷道應(yīng)盡量布置在非突出煤層或突出煤層的保護區(qū)內(nèi)；保護層實行連續(xù)開采不留煤柱；地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的礦井，則應(yīng)按地質(zhì)構(gòu)造劃分盤區(qū)，每個盤區(qū)自成一個開采系統(tǒng)。 部分卸除煤層區(qū)域或采掘工作面前方煤體的應(yīng)力，使煤體卸壓并將集中應(yīng)力區(qū)推移至遠離工作面。 部分排放煤層區(qū)域或采掘工作面前方煤體中的瓦斯，降低瓦斯壓力（含量），減小工作面前方煤體中的瓦斯壓力梯度。 增大工作面附近煤體的承載能力，提高煤體穩(wěn)定性，如金屬骨架、超前支護和注漿加固煤體等。 改變煤體的性質(zhì)，使其不易于突出。如煤層注水后，煤體彈性減小，塑性增大，煤的放散瓦斯初速度降低，使突出不易發(fā)生。 改變采掘工藝條件，使采掘工作面前方煤體應(yīng)力和瓦斯壓力狀態(tài)平緩變化，達到工作面自身卸壓和排放瓦斯，消除和減小突出危險性。如水平分層開采、刨煤機和淺截深機組采煤、間歇作業(yè)等皆屬此類。 上述前三項原則（卸壓和排放瓦斯）是減少發(fā)生突出的原動力，是釜底抽薪的防突方法，因此它是國內(nèi)外絕大多數(shù)防突措施制定的主要依據(jù)，諸如開采保護層，預(yù)抽煤層瓦斯，超前鉆孔，水力沖刷和沖孔，松動爆破等，皆根據(jù)這三項原則。上述第四、五個原則是增大煤體對發(fā)生突出的阻力，實踐證明，它對防治小型突出，特別是傾出類型的突出是有效的，但起不到防治大型突出的目的。按上述第六個原則制定防突措施是最理想的，因為它只是改變巷道布置和采掘工藝，而勿需專門制定防突措施。隨著突出煤層采掘機械化程度的提高，加強研究能消除或減小發(fā)生突出危險性的采掘工藝參數(shù)是十分必要的。在突出危險的采掘工作面實現(xiàn)無人操作或采掘機械的遠距離操作也是一種不可忽視的安全防護措施。 防治突出措施一般分為兩大類，即區(qū)域性防突措施和局部防突措施。 國內(nèi)外突出礦井中應(yīng)用的主要區(qū)域和局部防突措施如圖3-2所示。 圖3-2 防突措施分類系統(tǒng) 2.4瓦斯抽放技術(shù) 2.4.1瓦斯抽放技術(shù)概念 采用專用設(shè)施，把煤層、巖層及采空區(qū)中瓦斯抽出的技術(shù)措施。 2.4.2瓦斯抽放方法 ①按抽放中瓦斯來源分類 這種分類方法有：本煤層瓦斯抽放、鄰近層瓦斯抽放、采空區(qū)瓦斯抽放和圍巖瓦斯抽放，各類瓦斯抽放方法的適用條件及抽放率見表3-1。 ②按抽放瓦斯的煤層是否卸壓分類 這種分類方法主要有：未卸壓煤層抽放瓦斯和卸壓煤層抽放瓦斯。 ③按抽放瓦斯與采掘時間關(guān)系分類 主要分為：煤層預(yù)抽瓦斯、邊采（掘）邊抽和采后抽放瓦斯。 ④ 按抽放工藝分類 主要分為：鉆孔抽放、巷道抽放和鉆孔巷道混合抽放。 表3-1 各類瓦斯抽放方法的適用條件及抽放率 抽 放 分 類 抽 放 方 法 適用條件 抽放率/％ 開 采 層 抽 放 瓦 斯 未 卸 壓 抽 放 巖巷揭煤、煤巷掘進預(yù)抽 由巖巷向煤層打穿層鉆孔，煤巷工作面打超前鉆孔 突出危險煤層，高瓦斯煤層 30～60 20～60 采區(qū)大面積預(yù)抽 由開采層機巷、風(fēng)巷或煤門等打上向、下向順層鉆孔 屬“勉強抽放”煤層 20，個別超過50 地面鉆孔 高瓦斯“容易抽放”煤層，埋藏淺 20～30 密封開采巷道 高瓦斯“容易抽放”煤層 20～30 卸 壓 抽 放 邊掘邊抽 由煤巷兩側(cè)或巖巷向煤層周圍打防護鉆孔 高瓦斯煤層 20～30 邊采邊抽 由開采層機巷、風(fēng)巷等向工作面前方卸壓區(qū)打鉆 高瓦斯煤層 20～30 由巖巷、煤門等向開采分層的上部或下部未采分層打穿層或順層鉆孔 高瓦斯煤層 20～30 水力割縫、松動爆破、水力壓裂 由開采層機巷、風(fēng)巷等打順層鉆孔，由巖巷或地面打鉆孔 高瓦斯“難以抽放”煤層 20～30 鄰 近 層 瓦 斯 抽 放 卸 壓 抽 放 開采層工作面推過后抽放上、下鄰近煤層 由開采層機巷、風(fēng)巷、中間巷或巖巷等向鄰近層打鉆 鄰近層瓦斯涌出量大，影響開采層安全時 ＜30 由開采層機巷、風(fēng)巷、中間巷等向采空區(qū)方向打斜交鉆孔 40～80 由煤門沿鄰近層打鉆 40～80 在鄰近層掘匯集瓦斯巷道 鄰近層瓦斯涌出量大，鉆孔的通過能力滿足不了抽放要求時 40～80 從地面打鉆孔 地面打鉆優(yōu)于井下時 40～80 采空區(qū) 瓦斯抽放 密閉采空區(qū)插管抽放 無自燃危險煤層或采取防火措施時 30～70 現(xiàn)采采空區(qū)設(shè)密閉墻插管或向采空區(qū)打鉆抽放，預(yù)埋管抽放 50～60 圍巖瓦斯 抽放 由巖巷兩側(cè)或正前方向巖洞或裂隙帶打鉆、密閉巖巷進行抽放、封堵巖巷噴瓦斯區(qū)并插管抽放 圍巖有瓦斯噴出危險，瓦斯涌出量大或有巖洞、裂隙帶儲存高壓瓦斯時 20～60 煤礦瓦斯災(zāi)害探討 我國是世界第一大產(chǎn)煤國，煤炭在我國一次能源消費中約占70%左右，因而煤炭行業(yè)是關(guān)系我國國家經(jīng)濟命脈的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。然而，煤炭行業(yè)又是我國安全生產(chǎn)形勢最為嚴峻的行業(yè)之一，預(yù)防和控制煤礦重特大事故的發(fā)生，促進煤礦安全生產(chǎn)形勢的根本好轉(zhuǎn)已成為國家和政府層面上急需解決的重大問題，也是我國安全生產(chǎn)工作的核心任務(wù)。在所有煤礦災(zāi)害事故中，尤以瓦斯事故為重，其中主要以煤與瓦斯突出以及由瓦斯超限而造成的瓦斯爆炸為最主要的表現(xiàn)形式。近年來，雖然煤礦瓦斯防治工作已取得階段性成效，但仍沒有從根本上遏制重大瓦斯事故的發(fā)生，2008年全國共煤礦發(fā)生瓦斯事故182起，死亡778人，其中較大瓦斯事故63起，死亡290人;重特大瓦斯事故18起，死亡352人〔1〕。瓦斯災(zāi)害已成為制約高效集約化開采技術(shù)發(fā)展和安全生產(chǎn)的最重要因素，常規(guī)或單一的瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)已不能滿足煤礦高效安全生產(chǎn)的需要，強化瓦斯抽采才是防止瓦斯災(zāi)害事故最有效的根本途徑。針對我國煤層賦存條件復(fù)雜，瓦斯抽采率低的特點，提出利用井下水力壓裂技術(shù)和地面采動井抽采與常規(guī)的井下瓦斯抽采相結(jié)合的綜合瓦斯治理新思路，以供商榷。 3.1瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)評析 3.1.1瓦斯治理存在的問題及解決思路 我國煤儲層構(gòu)造復(fù)雜，且煤層多強烈變形〔2〕，多數(shù)煤田煤體構(gòu)造破碎嚴重，Ⅲ、Ⅳ類煤所占比例較重，煤質(zhì)松軟、堅固性系數(shù)偏小，煤層透氣性低，滲透率一般在(0．001～0．1)×10－3μm范圍內(nèi)，瓦斯抽采效果不佳，造成瓦斯治理困難。而且隨著采掘活動向縱深延伸，煤層瓦斯賦存以“三高一低”(高應(yīng)力、高瓦斯壓力、高瓦斯含量及低滲透性)為主要特征，常規(guī)的瓦斯抽采技術(shù)難以發(fā)揮作用，抽采率低下，抽采效果不明顯，瓦斯事故仍時有發(fā)生，因此，采用強制增透的瓦斯治理和井上下聯(lián)合抽采的綜合治理措施勢在必行。新版的《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第6條明確規(guī)定:“防突工作堅持區(qū)域防突措施先行、局部防突措施補充的原則。突出礦井采掘工作做到不掘突出頭，不采突出面。未按要求采取區(qū)域綜合防突措施的，嚴禁進行采掘活動?！蹦壳?，煤與瓦斯突出防治主要有開采保護層、水力壓裂和鉆孔抽采3種技術(shù)措施。根據(jù)規(guī)定，對具有保護層開采條件的煤層應(yīng)優(yōu)先開采保護層使煤層整體卸壓、消突;但對于不具備保護層開采條件的、單一、低透氣性煤層，在實施防突措施時，水力壓裂與井下常規(guī)瓦斯抽采技術(shù)相結(jié)合就顯的尤為重要了。 因井下瓦斯抽采須與煤炭開采工序相協(xié)調(diào)，很難保證在抽采瓦斯、降低工作面瓦斯超限壓力的同時還達到煤炭高效開采的要求，常造成抽、掘、采接替緊張，而且各種井下抽采方法或多或少均存在一定的局限性，如煤礦井下順煤層長鉆孔抽采效率高、成本較低，但順層鉆孔施工經(jīng)常遇