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矿井煤与瓦斯动力现象防治研究

发布时间:2022-03-17 09:06:45 浏览数:

摘要:煤与瓦斯动力现象是一种复杂的矿井瓦斯动力现象,与矿井生产安全密切相关,本文通过对矿井生产中煤与瓦斯突出现象的研究,提出一系列煤与瓦斯动力现象的防治与治理措施。

关键词:矿山;煤与瓦斯;突出;防治

煤与瓦斯动力现象是一种复杂的矿井瓦斯动力现象,迄今为止,对各种地质、开采条件下发生的规律还没有完全掌握,特别是这类地质构造较复杂高瓦斯矿井,一定程度上经验与实际均缺乏对瓦斯地质异常的认识。因此,防治措施的制定和实施,应因地制宜,切合实际,同时需遵循相应的原则。

一、煤与瓦斯动力现象防治的原则

根据目前对煤与瓦斯动力现象的认识,地应力和煤层瓦斯压力是其发生的主要动力,为了制定合理的煤与瓦斯防治措施,应遵循以下几个基本原则:

(一)部分卸除煤层或采掘工作面前方煤体应力,使集中应力区移至煤体深部;(二)部分排出煤层或采掘工作面前方煤体中的瓦斯,将降低瓦斯压力,减小工作面前方的瓦斯压力梯度;(三)增大工作面附近煤体的承载能力和稳定性;(四)改变煤体的力学性质,使其不易发生动力现象;如煤层注水后,煤体湿润、弹性减小、塑性增大,不易发生动力现象;(五)改变采掘工艺条件,使采掘工作面前方煤体应力和瓦斯动力学状态平缓变化,达到工作面本身自我卸压的目的;如水平分层开采、浅截深机组采煤、间歇作业等。

上述前两个原则的目的是减小发生动力现象的动力源,从根本上防止煤与瓦斯动力现象的发生,因此,成为国内外绝大多数防突措施的主要依据。诸如开采保护层、预抽瓦斯、超前钻孔、水力冲孔和冲刷、松动爆破等,都属于建立在卸压和排放瓦斯原则上的措施。第三个原则的目的是为了增大发生动力现象时的阻力,包括超前支架、金属骨架、注浆加固煤体等,实践表明,采用这类方法对于防治小型动力现象特别是倾出类型的动力现象较为有效。

二、煤与瓦斯动力现象防治措施

根据作用范围的不同,防治措施一般分为两类:区域性防治措施和局部防治措施。

(一)区域性防治措施的作用在于使煤层的某一区域(如一个采区)消除危险性。这类措施包括开采保护层、预抽煤层瓦斯和煤层注水等,其优点在于具有一定的超前性,即能够在突出煤层采掘工作开展前预先采取防突措施,不干扰采掘作业的正常进行,而且其效果较好,故在采用防治措施时,应优先选用区域性防治措施。(二)局部防治措施的作用在于使工作面前方小范围内煤体丧失危险性。这类措施包括超前钻孔、水力冲孔、松动爆破、金属骨架等,其优点是具有较强的针对性,根据应用巷道类别又可分为石门措施、煤巷措施和采煤工作面措施。

局部防治措施的缺点是:措施施工与采掘工艺相互干扰,且防治效果受地质开采条件变化影响较大,因此,规定在局部防治措施执行后,要对效果进行检验。另外,局部防治措施仅在没有条件采取区域防治措施时才应采用。

图1为防治措施分类系统图,图中包括了国内外矿井中应用的主要防治措施。

三、“四位一体”综合防治措施

为安全开采突出煤层,必须采取以防治措施为主,同时又避免人身事故的综合措施,综合措施的内容包括:①突出危险性预测;②防治突出措施;③防治突出措施的效果检验;④安全防护措施。

1)突出预测是防突综合措施的第一个环节。预测的目的是确定突出危险的区域和地点,以便使防突措施的执行更加有的放矢。国内外多年来开采突出煤层的实践表明,突出呈区域分布,在突出煤层开采过程中,只有很少的区域或区段才发生突出。因此,不论是否有突出危险,在突出煤层采掘过程中普遍采取防突措施是不合理的。這样执行的结果使防突工作带有一定的盲目性,且由于在原本无突出危险的区域采用了防突措施,必将导致人力和财力的浪费。随着科学技术的发展,突出预测已逐渐从研究阶段进入实用阶段,我国《防突规定》要求在各突出矿井中开展突出预测工作。

2)防治突出措施是防突综合措施的第二个环节,它是防止发生突出事故的第一道防线。防突措施仅在预测有突出危险的区段采用,其目的是预防突出的发生。

3)措施的效果检验是防突综合措施的第三个环节,效果检验方法与突出预测方法基本相同。效果检验的目的是确保措施的防突效果。实践表明,各种防突措施,特别是局部防突措施,尽管经科学试验证实防突是有效的,但在生产中推广应用后,都无例外地发生过多多少少的突出,这就使得对措施本身的防突效果产生了怀疑。即使在同一突出煤层,在一些区域证实所采取措施是有效的,但在有些区段则无效,其原因在于井下条件的复杂性,如煤层赋存条件变化、地质构造条件变化以及采掘工艺条件变化等。因此,要求在防突措施执行后,对其防突效果进行检验。检验证实措施无效时,应采取附加防突措施。

4)防突综合措施的第四个环节是安全防护措施。它是防止发生突出事故的第二道防线。安全防护措施的目的在于突出预测失误或防突措施失效发生突出时,避免人身事故。煤与瓦斯突出是一个极其复杂的瓦斯动力现象,当前的科技发展水平尚难以完全避免发生,因此,采用安全防护措施是必要的。

四、结论

煤与瓦斯动力现象是一种复杂的矿井瓦斯动力现象,与矿井安全生产密切相关,对各种地质、开采条件下发生的规律还没有完全掌握,在预防煤与瓦斯突出事故时,建议遵循本文建议的原则,在进行矿井安全防治时,财务“四位一体”综合防治措施。

参考文献:

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