突出简单知识防突安全管理日常应对措施

一、突出简介

在煤矿井下由于地应力和瓦斯(二氧化碳)的共同作用,在极短的时间内,破碎的煤和瓦斯由煤体内或岩体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象,称为煤与瓦斯突出。

当发生煤与瓦斯突出时,采掘工作面的煤壁将遭到破坏,大量的煤与瓦斯将从煤层内部以极快的速度向巷道或采掘空间喷出,充塞巷道,煤层中会形成孔洞。同时由于伴随有强大的冲击力,巷道设施会被摧毁,通风系统会被破坏,甚至发生风流逆转,还可能造成人员窒息和发生瓦斯爆炸、燃烧及煤流埋人事故。

煤与瓦斯突出的分类,按动力现象的力学特征可分为突出、压出和倾出;按突出强度可分为小型突出(强度小于100t)、中型突出(强度等于或大于100t、小于500t)、大型突出(强度等于或大于500t、小于1000t)和特大型突出(强度等于或大于1000t)。

1、煤与瓦斯突出的预兆及规律

(1)煤与瓦斯突出的预兆。

绝大多数的煤与瓦斯突出在突出发生前都有预兆,没有预兆的突出是极少数的。突出的预兆可分为有声预兆和无声预兆。

1)有声预兆。

①响煤炮。由于各矿区、各采掘工作面的地质条件、采掘方法、瓦斯及煤质特征的不同,所以预兆声音的大小、间隔时间、在煤体深处发出的响声种类也不同。有的像炒豆似的噼噼啪啪声,有的像鞭炮声,有的像机关枪连射声,有的似跑车一样的闷雷、嘈杂、沙沙声、嗡嗡声以及气体穿过含水裂缝时的吱吱声等。

②其他声音预兆。发生突出前,因压力突然增大,支架会出现嘎嘎响、劈裂折断声,煤岩壁会开裂,打钻时会喷煤、喷瓦斯等。

2)无声预兆。

①煤层结构构造方面表现为:煤层层理紊乱,煤变软、变暗淡、无光泽,煤层干燥和煤尘增大,煤层受挤压褶曲变粉碎,厚度变大、倾角变陡。

②地压显现方面表现为:压力增大,使支架变形,煤壁外鼓、片帮、掉渣,顶底板出现凸起台阶、断层、波状鼓起,手扶煤壁感到震动和冲击,炮眼变形装不进药,打眼时垮孔、顶夹钻等。

其他方面的预兆有:瓦斯涌出异常、忽大忽小,煤尘增大,空气气味异常、闷人,有时变热。

上述突出预兆并非每次突出时都同时出现,而是出现一种或几种。当发现有突出的预兆时,现场人员要立即按避灾路线撤离。撤离时每个人都必须佩戴好隔离式自救器,同时要将发生突出的地点、预兆情况以及人员撤离情况向调度室汇报;立即切断突出地点及回风流中的一切电气设备的电源,撤离现场要关闭反向风门,并在突出区域或瓦斯流区域内设置栅栏,以防人员进入。当确定不能撤离突出的灾区时,要进入就近的避难硐室,关好铁门,打开供气阀,做好自救。

二、煤与瓦斯突出的一般规律。

国内外煤与瓦斯突出的统计资料表明,煤与瓦斯突出的发生有以下规律:

1)地压是发动突出的主要动力。

①突出的危险性随着煤层埋藏深度的增加而增大。

②采掘工作形成的集中应力区是突出密集区。

③突出危险区集中在地质构造带呈带状分布。

④产生强裂震动的采掘作业可能诱发突出。

⑤受煤自重的影响,上山掘进工作面发生突出的次数多,强度小;下山掘进工作面发生的次数少,强度稍大。

2)瓦斯是抛出煤体完成突出过程的主要动力。

①突出危险煤层的瓦斯压力一般在0.7~1.0MPa,同一煤层中瓦斯压力越高的区域,突出的危险性越大。

②突出危险煤层的瓦斯含量和开采时的瓦斯涌出量都在10m³/t以上。突出发生时,吨煤瓦斯喷出量是煤层瓦斯含量的几倍至几百倍。

③突出气体的种类主要是甲烷,个别矿井突出二氧化碳,突出瓦斯中含有少量重烃类气体。

3)煤的物理力学性质决定突出发生、发展的难易。

①突出的次数和强度随着煤层厚度,特别是软分层厚度的增加而增多,突出最严重的煤层一般是最厚的主采煤层。

②突出危险性随着煤层倾角的增大而增加。

③突出煤层的特点是强度低,手捻能成粉末,煤层结构软硬相间。

三、防突安全管理日常应对措施

在防治煤与瓦斯突出的实践中,我国总结了一套行之有效的综合防突措施,习惯上称为“四位一体”防突措施,即突出危险性预测、防治突出措施、防治突出措施的效果检验和安全防护措施。在日常防突安全管理上,管理完善、监督到位是煤矿日常防突安全管理的重中之重,明确各类防突人员的安全职责,强化防突意识,提高现场施工人员的水平及技能、加强现场安全管理人员的安全监督意识以及他们对防突知识的掌握,煤炭行业管理部门及安全监督管理部门的防突监管力度等都及为至关重要,如何把握防突水平与能力的提高,找出防突工作的虚假应付的手段,杜绝安全与防突工作发生矛盾时,煤矿违规作业、侥幸作业,将是今后小煤矿相当一段时间内的防突工作重点。

(1)突出危险性预测。

突出危险性预测是综合防突的第一个重要环节。当预测有突出危险时,可采取防突措施,并对其防突效果进行检验。确定措施有效时,可采取安全防护措施进行采掘作业。当预测无突出危险时,可采取安全防护措施直接进行采掘作业。突出预测可分为以下两类:

①区域突出危险性预测。区域预测是预测矿井、煤层和煤层区域的突出危险性。按照《防治煤与瓦斯突出细则》的规定,突出矿井的煤层应划分为突出煤层和非突出煤层。突出煤层经区域预测,可划分为突出危险区域和突出威胁区域。区域突出危险性预测的方法有单项指标法、瓦斯地质统计法和综合指标法等。

②工作面突出危险性预测。在突出危险区域内,工作面进行采掘作业前,必须进行突出危险性预测,依据预测结果划分为突出危险工作面和突出威胁工作面。在突出威胁工作面进行采掘作业时可不采取防治突出措施,但必须采取安全防护措施。工作面突出危险性预测的方法,有综事指标法、钻屑指标法、钻孔瓦斯涌出初速度法、R值指标法等。

本阶段主要应采取如下安全管理应对措施 1、预防仪器的合格性和安全性。2、防突临界值的预设及仪器的正确操作。3、钻孔的正确布置及眼位的正确选择。4、操作人员的正确及正规操作以及数据的真实可靠性。5、现场安全指挥及监督人员的监督可靠性及对预测知识、预测仪器的掌握程度。6、通风部门、总工程师、矿长、法人代表的监督可靠性及对预测知识、预测仪器的掌握程度。7、煤矿安全监督管理部门监督可靠性及对预测知识、预测仪器的掌握程度、违规处罚处理的程度。8、广大职工及群众团体的监督程度。

(2)防治突出的措施。

1)区域性防突措施。

目前采用的区域性防突措施,包括开采保护层、预抽煤层瓦斯和煤体注水。

①开采保护层。在突出矿井中,在煤层群中首先开采的并能使相邻的突出煤层消除突出危险的煤层叫保护层,后开采的具有突出危险的煤层叫被保护层。位于被保护区上部的保护层叫上保护层,位于被保护区下部的保护层叫下保护层。开采保护层是防治煤与瓦斯突出最有效、最经济的措施之一。保护层开采后,被保护层中对应区域内的煤体被充分卸压,导致煤层和围岩中积蓄的弹性能被释放,减弱了发动突出的主要动力;煤体卸压后会产生大量裂隙,使煤层的透气性增加,造成瓦斯潜能的释放,减弱了完成突出过程的主要动力;高压瓦斯的大量释放,使煤层瓦斯的含量降低,导致煤体强度增加,煤的坚固性系数可提高一倍以上,这就增大了突出的阻力。这些因素综合作用的结果,必然导致被保护层突出危险的消失。开采保护层防治煤与瓦斯突出的保护层保护作用的有效范围,应根据矿井实际考察结果或参照《防治煤与瓦斯突出细则》确定。

②预抽煤层瓦斯。开采保护层时,已有瓦斯抽放系统的矿井,应同时抽放被保护层的瓦斯。单一煤层和无保护层可开采的突出危险煤层,经试验预抽瓦斯有效果时,也必须采用抽放瓦斯的措施。煤层抽放瓦斯后,大量高压瓦斯的排放导致瓦斯潜能的释放,减弱了完成突出过程的主要动力。一方面大量瓦斯的排放,直接导致煤体强度的增大,增加了突出的阻力;另一方面,大量瓦斯的排放又导致了煤体的卸压,释放了积蓄在煤体和围岩中的弹性能,减弱了发动突出的主要动力。这些因素综合作用的结果,消除了突出的危险。

③煤体注水。压力水进入煤层可以破碎工作面附近的煤体。水进入煤层内部的裂缝和孔隙后,可使原始煤体湿润,改变煤的力学性质,增加了煤的可塑性和柔性,降低了煤的弹性,使煤体疏松;减小了煤体内部的应力集中和瓦斯放散初速度,应力颁变得比较均匀,使集中应力峰值移入煤体深处,巷道工作面前方应力集中系数减小,在采掘过程中煤体弹性能的释放变得比较缓慢;水进入煤体后封闭了瓦斯的流动的通道,并将瓦斯向煤体内部挤压,提高了煤体承受压力的能力(煤的微孔直径越小,承受压力的能力越大),降低了瓦斯破碎煤体的可能性;此外,水浸入煤体的微孔隙后使瓦斯难于排放。综上所述,煤体注水能较有效地起到防止突出的作用。

2)局部防突措施。

①石门揭煤防治突出措施。石门和其他岩石井巷揭穿突出危险煤层时的防突出措施中,除抽放瓦斯外,还有水力冲孔、排放钻孔、水力冲刷、金属骨架等。

·水力冲孔。当石门揭煤打钻出现喷煤、喷瓦斯的自喷现象时,可采用水力冲孔措施进行揭煤。即以岩柱或煤柱作屏障,在向煤层打钻的同时送入一定压力的水(水压一般大于3MPa),部分地破坏煤体可造成应力的不平衡,导致小规模喷孔的发生和发展,喷出的煤、水和瓦斯可通过管道输送到远离工作面的地方进行分离。

·排放钻孔。排放钻孔是在石门掘至离煤层垂距5~8m处,向突出危险煤层沿倾斜和走向均匀地布置2~3圈钻孔,控制范围达到石门周边外3~5m,形成足够的卸压并排放瓦斯范围,在设计要求的范围内,瓦斯压力全部降到0.74MPa以下。这一措施适用于不同厚度和倾角的突出煤层,对瓦斯压力较高的煤层,也有较好的防突效果。

·水力冲刷。水力冲刷是利用高压水枪冲刷石门工作面前方煤体,形成超前孔洞,使煤体得到卸压并排放瓦斯,以消防石门揭煤时的突出危险性。水力冲刷的主要问题是冲刷出的煤和瓦斯就地排放,形成了工作地点不安全的环境。

·金属骨架。金属骨架是用于石门揭煤的一种超前支架。在距煤层2~3m时,在工作面上部和两侧周边打钻孔,钻孔要穿透煤层全厚并进入岩层0.5m,单排孔间距一般不大于0.2m,双排孔间距一般不大于0.3m,然后在钻孔中插入长度大于孔深0.5m以上的钢管或钢轨,将其尾部固定架牢,形成一个整体护架。金属骨架措施的防突作用:一是钻孔卸压;二是钻孔排瓦斯;三是保护煤体。主要作用是保护煤体,增大突出的阻力。

②煤巷掘进工作面防治突出措施。在有突出危险的煤层中掘进巷道,可以采用预抽瓦斯、水力冲孔、超前钻孔、深孔松动爆破、深孔控制卸压爆破、卸压槽和前探支架等防治突出措施。

·超前钻孔(包括大直径钻孔)。适用于煤层透气性较好、钻孔的有效影响半径大于0.7m、煤质稍硬的突出煤层。钻孔长度不得小于10m,钻孔超前掘进工作面的距离不得小于5m。排放钻孔的控制范围,应包括巷道断面和巷道断面轮廓线外四周不小于2m的范围。超前钻孔的直径一般为75~120mm,地质条件变化剧烈地带也可采用42mm直径的钻孔。

·深孔松动爆破。深孔松动爆破是在工作面前方打若干个一定深度的炮眼,通过爆破使周围煤体破碎,使应力集中带向煤体深部推移,达到卸压和排放瓦斯的目的。该措施适用于煤质较硬、突出强度较小的煤层。深孔松动爆破的孔径为42mm,孔长不得小于8m,超前距不得小于5m。深孔松动爆破应控制到巷道轮廓线外1.5~2m的范围内。

·深孔控制卸压爆破。与一般深孔松动爆破相比,深孔控制卸压爆破有两个特点:一是将爆破孔长度由8~10m增加到20~25m;二是在爆破孔附近打不装药的控制孔,以增大卸压和排放瓦斯的效果。

·卸压槽。卸压槽是近年来推广应用的一种预防煤与瓦斯突出和冲击地压的方法。它是沿巷道两帮预先切割出一定宽度的缝槽,保持一定的超前距,使巷道前方一段距离内的煤体与煤层母体部分脱离,在卸压槽的保护范围内掘进,可以避免突出或冲击地压的发生。

·前探支架。前探支架一般是向工作面前方打钻孔,孔内插入钢管和钢轨,其长度为两次掘进长度再加0.5m。掘进每循环一次,打一排钻孔,形成两排钻孔交替前进,钻孔间距为0.2~0.3m。

③采煤工作面防治突出措施。对于有突出危险的采煤工作面,防治突出应以区域性措施为主。因为采煤工作面范围大,又是采煤场所,任何局部防突措施都将中断采煤作业,影响生产。当由于某种原因未采取区域防突措施时或在区域防突措施失效的区段,可采用排放钻孔、松动爆破、注水湿润煤体、大直径钻孔、预抽瓦斯等局部防突措施,并应尽可能地采用刨煤机或浅截深滚筒式采煤机采煤。

·松动爆破。松动爆破适用于煤质较硬、围岩稳定性较好的煤层。沿工作面每隔2~3m打一个孔深度不小于3m的松动爆破孔,每孔装药不得大于0.5kg,超前距离不得小于2m。

·浅孔注水。浅孔注水湿润煤体可用于煤质较硬的突出危险煤层,沿工作面每隔2~3m打一个深度不小于3m的注水孔,注水压力不得低于8MPa,最小超前距不得小于2m。注水开始后发现水由煤壁或相邻注水钻孔中流出时即可停止注水。

本阶段的安全管理应对措施主要有

1、防突措施的施工工艺、施工参数、施工方法的合理可靠性以及其与法律法规、上级文件、行业管理部门的规定的适应性.2、现场施工参数的掌握、施工质量的完成以及数据的准确性和真实性。3、现场监督的有效性,工程技术人员现场跟踪管理指导的有效性。4、矿级技术管理部门对现场施工数据的反馈以及根据现场实际情况实时调整的时效性。5、通风部门、总工程师、矿长、法人代表对防突措施的实施工作日常监管。6、煤矿行业管理部门及安全监督管理部门的服务及监控能力、违规处罚处理的程度。7广大职工及群众团体的对现场施工人员的工作监督程度。

(3)防治突出措施效果检验。

对防治突出采取的措施进行效果检验,相当于对已经采取了防突措施的采掘工作面,在原来预测的基础上,再进行一次突出危险性预测。按照《防治煤与瓦斯突出细则》的规定,在突出危险工作面进行采掘作业前,必须采取防治突出措施。采取防治突出措施之后,还要进行措施效果检验,经检验证实措施有效后,方可采取安全防护措施进行采掘作业。如果经检验证实措施无效,则必须采取防治突出的补充措施并经检验有效后,方可采取安全防护措施作业。

防突措施的效果检验方法与工作面突出危险性预测的方法基本相同。

本阶段主要应采取如下安全管理应对措施

1、预防仪器的合格性和安全性。2、防突临界值的预设及仪器的正确操作。3、钻孔的正确布置及眼位的正确选择。4、操作人员的正确及正规操作与及数据的真实可靠性。5、现场安全指挥及监督人员的监督可靠性及对效果检验知识、效检仪器的掌握程度。6、效检孔与预测孔、措施孔的关系及对措施的有效检验。7、通风部门、总工程师、矿长、法人代表的监督可靠性及对效检知识、效检仪器的掌握程度。8、煤矿安全监督管理部门监督可靠性及对效检知识、效检仪器的掌握程度、违规处罚处理的程度。9、广大职工及群众团体的监督程度。

(4)安全防护措施。

安全防护措施包括石门揭穿煤层时的震动爆破、采掘工作面的远距离爆破、挡拦、反向风门、自救器、避难所和压风自救系统等内容。

1)震动爆破。

震动爆破的实质是一种诱导突出的安全措施。它是通过多打眼、多装药、一次爆破,使随地应力的含高压瓦斯的煤体在强大的震动力作用下突然暴露,给突出创造有利条件。由于爆破前人员已撤到安全地点,所以即使诱导突出也不会伤人。在突出危险煤层厚度小于0.3m或瓦斯压力小于0.74MPa的煤层中,可直接采用震动爆破揭穿煤层;在严重突出危险煤层中,还必须采取其他防突措施。震动爆破必须有独立的回风系统,其进风侧应设置两道坚固的反向风门,回风系统严禁人员通行或作业并停电。如果震动爆破未能一次揭穿煤层,在掘进剩余部分时,仍必须采取预防突出的措施。

2)远距离爆破。

在有突出危险的采掘工作面采用爆破作业时,必须采用远距离爆破。远距离爆破的操纵地点应设在进风侧反向风门之外或避难所内,距工作面的距离根据现场实际情况而定,但不得小于300m。远距离爆破时,爆破工操纵爆破的地点,应配备压风自救系统或自救器。回风系统的采掘工作面以及有人作业的地点,都必须停电撤人,爆破30min后,方可由救护队进入工作面检查。

3)挡拦设施。

挡拉设施是限制突出强度的一种有效方法。挡拦可用金属、矸石或木垛等构成。挡拦距工作面的距离,可根据预计的突出强度确定。

4)反向风门。

突出危险区设置反向风门,应遵守下列规定:

①反向风门必须设在石门掘进工作面的进风侧,以控制突出时的瓦斯沿着进风道进入进风系统。

②反向风门必须牢固,并须设两道。风门墙垛可用砖或混凝土砌筑,嵌入巷道周边岩石的深度可根据岩石性质确定,但不得少于0.2m,墙垛厚度不得少于0.8m。门框和门扇可采用坚实的木质结构,门框厚度不得小于100mm,门扇厚度不得小于50mm。两道风门之间的距离不得小于4m。

③爆破时风门必须关闭,对通过门垛的风筒,必须设有隔断装置。爆破后,矿山救护队有关人员进入检查时,必须把风门打开顶牢。

④反向风门距工作面的距离和反向风门的组数,应根据掘进工作面的通风系统和石门揭穿突出煤层时预计的突出强度确定。

5)自救器。

进入有突出危险采掘工作面的工作人员,必须佩戴隔离式自救器。每天下井前与升井后,必须对自救器进行称重和气密性检查,以保持仪器性能良好。

6)井下避难所和压风自救系统。

突出危险矿井应在井下设避难所或压风自救系统,根据具体情况,可设置其中之一或混合设置。避难所要符合下列要求:

①避难所应设在采掘工作面附近和爆破工操作爆破的地点,避难所的数量及其距采掘工作面的距离,应根据具体条件确定。

②避难所必须设向外开启的严密的隔离门,室内净高不得低于2m,长度和宽度应根据同时避难的最多人数确定,但每人占用面积不得少于0.5㎡。避难所内支护必须保持良好,并设有与矿(井)调度室直通的电话。

③避难所内必须设有供给空气的设施,每人供风量不得少于0.3m³/min。如果用压缩空气供风时,应有减压装置和带有阀门控制的呼吸嘴。

④避难所内应根据避难最多人数,配备足够数量的自救器。

压风自救系统的设置,应符合以下要求:

①压风自救系统安调在井下压缩空气的管路上。

②压风自救系统应设置在距采掘工作面25~40m的巷道内、爆破地点、撤离人员与警戒人员所在位置以及回风巷有人作业处。长距离的掘进巷道中,应每隔50m设置一组压风自救系统。

③每组压风自救系统一般可供5~8人用,压缩空气供给量每人不得少于0.1m³/min。

本阶段主要应采取如下安全管理应对措施

1、安全防护设施的位置合理性及规范性。2、安全防护设施的质量管理。3、安全防护设施的正常待用及正常使用。4安全防护设施的跟踪管理。5、安全防护设施的维修、维护、保养。6、现场安全监督人员对安全防护设施的质量使用、管理、维护的有效监督。7、通风部门及矿级领导对安全防护设施的合理布置、调整、检查的有效性。8、矿井调整通风系统、安全防护设施调整的前瞻性及调整的合理性。9煤矿行业管理部门及安全监督管理部门的服务及监控能力.

四、《规程》对采掘工作面防突的规定

(1)矿井在采掘过程中,只要发生过一次煤(岩)与瓦斯突出,该矿井即为突出矿井,发生突出的煤层即为突出煤层。突出矿井及突出煤层的确定,由煤矿企业提出报告,经国家煤矿安全监察局授权单位鉴定,报省(自治区、直辖市)煤炭管理部门审批,并报省级煤矿安全监察机构备案。

(2)开采突出煤层时,必须采取突出危险性预测、防治突出措施、防治突出措施的效果检验、安全防护措施等综合防治突出措施。

(3)开采突出煤层时,每个采掘工作面的专职瓦斯检查工,必须随时检查瓦斯,掌握突出预兆。当发现有突出预兆时,瓦斯检查工有权停止工作面作业,并协助班组长立即组织人员按避灾路线撤出并报告矿调度室。

(4)有突出危险的采掘工作面爆破落煤前,所有不装药的炮眼、孔都应用不燃性材料充填,充填深度应不小于爆破孔深度的1.5倍。

(5)井巷揭穿煤层和在突出煤层中进行采掘作业时,必须采取震动爆破、远距离爆破、避难硐室、反向风门、压风自救系统等安全防护措施。

(6)突出矿井的人员入井必须携带隔离式自救器。

五、煤与瓦斯突出的安全检查

(1)区域性防突措施的检查。

①预抽瓦斯。当突出煤层的透气性系数大于或等于0.001mD时,应采取预抽瓦斯措施,如果没有采取就不合格。计算煤层瓦斯预抽率是否大于25%,大于25%为合格,小于25%为不合格。

②开采保护层。检查保护层与被保护层的距离是否满足要求;保护层的保护范围是否满足规定;开采保护层是否按规定批准;开采保护层时,采空区是否留有煤柱,如果非留煤柱不可时,是否按规定批准。

③效果检验。预抽煤层瓦斯或开采保护层以后,必须进行效果检验。主要检查4个指标:煤的破坏类型、瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数、煤层瓦斯压力。其中有一项指标不合格,就说明突出的危险依然存在,还需要重新采取措施。

(2)突出煤层中施工的检查。

①突出煤层中施工的通风系统的现场检查。突出煤层施工中应具备独立回风系统,在检查中,发现突出煤层施工的回风进入其他采掘区域时,要立即停止工作,并追究责任。

②突出矿井巷道布置的现场检查,如果不合乎要求,要通知有关部门立即整改。

(3)局部防突措施的检查。

①石门揭穿突出危险煤层的检查项目。在石门工作面距突出煤层10m以内是否有防突出的专门设计和措施,如果没有设计和措施应立即停止石门掘进;石门是否布置在地质构造复杂的破坏地带,检查时可以根据巷道布置地地质资料对照检查。石门与突出煤层中已掘巷道贯通时,该巷道应超过石门贯通位置5m以上,并保持正常通风;石门揭穿突出危险煤层专门设计的内容的检查;石门揭穿突出危险煤层时,震动性爆破的规定和专门设计的检查。不管采取哪种防突措施,都必须进行效果的检查,如果检验结果中4项指标有1项达不到要求,不能揭穿突出煤层。

②煤巷掘进的防突措施检查。检查内容包括:是否有煤巷掘进的专门防突措施;是否报技术负责人批准;是否布置两个相向的工作面同时掘进;是否有安全防护措施。

③管理措施的检查。管理措施包括组织领导、人事安排、经费、管理制度、图纸资料台帐以及培训等内容。

④综合防突措施的检查。包括突出危险性预测、防止突出措施、效果检验、安全防护措施、对现场作业人员的培训及发证等。

六、防治煤与瓦斯突出质量标准化检查表