煤矿瓦斯抽放方法以及引起事故危险因素的分析.doc

煤矿瓦斯抽放方法以及引起事故危险因素的分析抽放瓦斯方法分类抽放瓦斯的分类方式和方法多种多样，目前尚无统一的标准。通常按以下三种方法进行分类。1、按抽放瓦斯的来源分类按抽放瓦斯的来源分为：1）开采层（本煤层）抽放瓦斯；2）邻近层抽放瓦斯；3）采空区抽放瓦斯。2、按抽放与采掘的时间分类按抽放与采掘的时间关系可分为：1）采前抽放（也称为预抽）；2）采中抽放（也称边抽，包括边采边抽和边掘边抽）；3）采后抽放（也趁旧区抽放）。3、按施工工艺和手段分类按施工工艺和手段可分为：1）巷道抽放法；2）钻孔抽放法；3）巷道、钻孔混合抽放法。瓦斯抽放方法虽然有以上不同分类方法和不同种类，但在现场实际应用时，往往是互相结合、综合使用，无法截然分开的。如，本煤层抽放中包括巷道预抽法、钻孔预抽法及边抽（掘）法等；同时，钻孔抽放法又应用于本煤层抽放、邻近层抽放及预抽、边抽等。2.1.1开采煤层的瓦斯抽放分析开采煤层的瓦斯抽放，是在煤层开采之前或采掘的同时，用钻孔或巷道进行该煤层的抽放工作。煤层回采前的抽放属于未卸压抽放，在受到采掘工作面影响范围内的抽放，属于卸压抽放。决定未卸压煤层抽放效果的关键因素，是煤层的天然透气系数。按照煤层的透气系数评价未卸压煤层预抽瓦斯的难易程度的指标如下表：表2-1煤层抽放瓦斯难易程度分级表等级煤层透气系数/MPa-2d-1煤层百米钻孔瓦斯涌出衰减系数d-1容易抽放可以抽放较难抽放10100.10.10.0150.030.050.05未卸压抽放本法适用于透气系数较大的开采煤层预抽瓦斯。按钻孔与煤层的关系分为穿层钻孔和沿层钻孔；按钻角度分为上向钻孔、下向钻孔和水平钻孔。我过多采用穿层上向钻孔。穿层钻孔是在开采煤层的顶板或底板岩巷（或煤巷），每隔一段距离开一长约10米的钻场。从钻场向煤层打35个穿透煤层的钻孔，封孔或将整个钻场封闭起来，装上抽瓦斯管与抽放系统连接。此方法的优点是施工方便，可以预抽的时间较长。如果是厚煤层下行分层回采，第一层回采后，还可在卸压的条件下，抽放未分层的瓦斯。沿层钻孔适用于赋存稳定的中厚煤层。由运输平巷沿煤层倾斜打钻，或由上、下山沿煤层走向打水平孔（仰角1-2）。这类抽放方法常受采掘接替的限制，抽放时间不长，影响了抽放的效果。国外采用的可弯曲钻，能由岩巷或地面打沿层钻孔，大大延长了抽放时间。我国1987年开始了有关研究工作，着重于井下水平长钻孔的打钻工艺。卸压钻孔抽放在受回采或掘进的采动影响下，引起煤层和围岩应力重新分布，形成卸压区和应力集中区。在卸压区内煤层膨胀变形，透气系数大大增加。如果在这个区域内打钻抽放瓦斯，可以提高抽出力量，并阻截瓦斯流向工作空间。这类抽放方法现场叫随掘随抽和随采随抽。随掘随抽在掘进巷道的两帮，随掘进巷道推进，每隔1015m开一钻孔窝，在巷道周围卸压区内打钻孔12个，孔径40-560mm，封孔深1.52.0m，封孔连接于抽放系统进行抽放。孔口负压不宜过高，一般为5.36.7kPa(4050mmHg)。巷道周围的卸压区一般为515m，个别煤层可达1530m。随采随抽是在采煤工作面前方由机巷或风巷每隔一段距离（2060m），沿煤层倾斜方向，平行于工作面打钻、封孔、抽放瓦斯。孔深应小于工作面斜长的2040m。工作面推进到钻孔附近，当最大集中应力超过钻孔后，钻孔附近煤体就开始膨胀变形，瓦斯的抽出量也因而增加，工作面推进到距钻孔13m时，钻孔处于煤面的挤出带内，大量空气进入钻孔，瓦斯浓度降低到30以下时，应停止抽放。在下行分层工作面，钻孔应靠近底板，上行分层工作面靠近顶板。如果煤层厚超过68m，在未采分层内打的钻孔，当第一分层回采后，仍可继续抽放。这类抽放方法只适用于赋存平稳的煤层，有效抽放时间不长，没孔的抽出量不大。人工增加煤层透气系数的措施透气系数低的单一煤层，或者虽为煤层群，但是开采顺序必须先采瓦斯含量大的煤层，那么上述抽放瓦斯的方法，就很难到达预期的目的。必须采用专门措施增加了煤层的透气系数以后，才能抽出瓦斯。国内外都已试验过的措施有：煤层注水、水力压裂、水力割缝、深孔爆破、交叉钻孔和煤层的酸液处理等。水力压裂是将大量含砂的高压液体（水或其他溶液）注入煤层，迫使煤层破裂，产生裂隙后砂子作为支撑剂停留在缝隙内，阻止它们的重新闭合，从而提高煤层的透气系数。注入的液体排出后，就可进行瓦斯的抽放工作。龙凤矿北井、阳泉、红卫等矿都曾做过这种方法的工业试验。水力割缝是用高压水射流切割孔两侧每体（即割缝），形成大致沿煤层扩张的空洞与裂缝。增加煤体的暴露面，造成割缝上、下煤体的卸压，提高它们的透气系数。深孔爆破是在钻孔内用炸药爆炸造成的震动力使煤体松动破裂。酸液处理是向含有碳酸盐类或硅酸盐类的煤层中，注入可溶解这些矿物质的酸性溶液。交叉钻孔是除沿煤层打处置于走向的平行孔外，还打与平行钻孔呈15-20夹角的斜向钻孔，形成互相连通的钻孔网。其实质相当于扩大钻孔直径，同时斜向钻孔延长了钻孔在卸压带的抽放时间，也避免了因钻孔坍塌而对抽放效果的影响。在焦作矿务局九里山煤矿的试验结果表明，这种布孔方式较常规的布孔方式相比，相同条件下提高抽放量0.461.02倍。2.1.2邻近层的瓦斯抽放分析开采煤层群时，回采煤层的顶、底板围岩发生冒落、移动、龟裂和卸压，透气系数增加。回采煤层附近的煤层或夹层中的瓦斯，就能向回采煤层的采空区转移。这类能向开采煤层采空区涌出瓦斯的煤层或夹层，就叫做邻近层。位于开采煤层顶板内的临近层叫上临近层，底板内的叫下邻近层。邻近层的瓦斯抽放，即是在有瓦斯赋存的邻近层内预先开凿抽放瓦斯的巷道，或预先从开采煤层或围岩大巷内向临近层打钻，将邻近层内涌出的瓦斯汇集抽出。前一方法称巷道法，后一方法称钻孔法。目前国内外都广泛采用钻孔法，即由开采煤层进回风巷道或围岩大巷内，向邻近层打穿层钻孔抽瓦斯。当采煤工作面接近或超过钻孔时，岩体卸压膨胀变形，透气系数增大，钻孔瓦斯的流量有所增加，就可开始抽放。钻孔的抽出粮随工作面的推进而逐渐增大，达到最大值后能以稳定的抽出量维持一段时间（几十天到几个月）。由于采空区逐渐压实，透气系数逐渐恢复，抽出量也将随之减少，直到抽出两减少到失去抽放的意义，便可以停止抽放。巷道法抽放时，也可以采用倾斜高抽巷和走向高抽巷抽放上临近层中的瓦斯。80年代试验成功的倾斜高抽巷，是在工作面尾巷开口，沿回风及尾巷间的煤柱平走5m左右起坡，坡度30-50，打至上临近层后顺煤层走2040m，施工完毕后，在其坡底打密闭穿管抽放。倾斜高抽巷间距150200m。这种抽放方式在阳泉矿务局一矿、五矿和盘江矿务局山脚树煤矿的实际应用都取得了很好的效果。2.1.3采空区的抽放采空区瓦斯抽放可以分为全封闭式抽放和半封闭式抽放两类。全封闭式抽放又可以分为密闭式抽放、钻孔式抽放和钻孔与密闭相结合的综合抽放等方式。半封闭式抽放是在采空区上部开掘一条专用瓦斯抽放巷道，在该巷道中布置钻场向下部采空区打钻，同时封闭采空区入口，以抽放下部各区段采空区中从邻近层涌入的瓦斯。采空区抽放时要及时检查抽放负压、流量、抽出瓦斯的成分与浓度。抽放负压与流量应与采空区的瓦斯量相适应，才能保证抽出的瓦斯中的甲烷的浓度。如果煤层有自燃危险，更应经常检查抽出瓦斯的成分，一旦发现煤炭自燃的异常征兆，应立即停止抽放，采取防止自燃的措施。瓦斯燃烧或爆炸的分析2.2.1瓦斯燃烧与爆炸的感应期据实验结果表明，瓦斯与高温热源接触时，不是立即发生燃烧或爆炸，而是有个引火迟延期，或叫感应期。感应期的长短与瓦斯浓度、火源温度和火源性质有关。实践证明，瓦斯燃烧的感应期总是小于爆炸的感应期。说明引起瓦斯燃烧的可能性大。对于瓦斯爆炸的感应期，对安全生产的意义很大。比如，使用安全炸药爆破时，虽然爆炸的初温高达2000左右，但高温存在的时间极短，大大小于瓦斯爆炸的感应期，所以不会引起瓦斯爆炸。如果炸药质量不合格、炮泥充填不够或放炮操作不当，就会增加高温气流的温度，延长它的存在时间，一旦超过感应期，就可能发生瓦斯燃烧或爆炸。2.2.2瓦斯爆炸的类型1、瓦斯燃烧与爆炸严格来说，瓦斯燃烧与爆炸都是在高温作用下一定浓度的瓦斯与空气中的氧气发生激烈复杂的氧化反应的结果，二者很难区分的。一般认为，火焰移动速度较慢，声效应较小，空气没什么震动，无破坏作用的情况，称之为瓦斯燃烧；反之，火焰移动的速度快，爆炸声较大，对巷道和各种设施破坏较为严重，称之为瓦斯爆炸。2、局部瓦斯爆炸由于局部地区或空间因通风不良或其他原因而积聚有较高浓度的瓦斯，在高温作用下而发生的瓦斯燃爆现象。其火焰及冲击波所造成的危害范围只局限在一个才、掘工作面等局部地点，而不波及其他采掘工作面或作业地点，且危害程度较小，称为局部瓦斯爆炸。由于参与爆炸的瓦斯量较少，爆炸后产生的冲击波、爆炸火焰和有害气体等对矿井和人员的影响和危害较小。3、大型爆炸无论发生瓦斯燃爆的源点在任何地点，若其所造成的危害严重，爆炸火焰和冲击波摧毁的设备、设施及有害气体导致人员伤亡等数量较多，且波及其他采掘工作面阶段水平、矿井一翼的较大的范围，甚至整个矿井，有的还诱发矿井火灾等，均称为大型瓦斯爆炸。大型瓦斯爆炸还可以分为重大和特大瓦斯爆炸。4、瓦斯连续爆炸不言而喻，瓦斯连续爆炸是指在同一矿井的较短时间内发生一次以上的瓦爆炸（事故）。瓦斯连续爆炸可能发生在同一地点，也可能发生在附近的其他不同地点。一般来说，瓦斯连续爆炸大多为大型爆炸，所造成的损失和危害也较为严重。瓦斯连续爆炸具有如下特点：（1）瓦斯连续爆炸大多发生在高瓦斯矿井和有自然发火的煤层和矿井。（2）瓦斯连续爆炸极易引起煤尘爆炸的连锁反应，给抢救特别是对救护人员的威胁最大，事故处理非常复杂、难度很大。（3）瓦斯连续爆炸的次数和间隔时间与灾区的瓦斯涌出和通风状况有密切关系。灾区瓦斯涌出速度较快、数量较大，则连续爆炸的次数增加，且间隔时间较短；灾区瓦斯来源虽然不够充足，但通风状况不良，也可能发生连续爆炸，但间隔时间回延长。（4）瓦斯连续爆炸的时间间隔，短则几秒钟、几分钟，长则几小时、十几小时。5、瓦斯与煤尘的混合爆炸瓦斯与煤尘混合爆炸可分为两种情况：一是在爆炸发生的瞬间，混合气体中同时存在着瓦斯与煤尘，二者相互影响且降低了各自的爆炸下限，在高温作用下而发生的瓦斯与煤尘联合爆炸。二是由于瓦斯爆炸产生的冲击波扬起爆源附近的沉积煤尘而导致的联合爆炸。这种爆炸往往是常见的连续发生的爆炸事故。其直接原因是首次爆炸产生的冲击波的速度（2340m/s）远大于火焰的传播速度（6101800m/s），随着时间的延长，二者差距越来越大，当前面的冲击波把巷道积尘再次扬起且达到一定浓度，而高温火焰又跟踪而至，就会把扬起的煤尘点燃，发生第二次、第三次爆炸。瓦斯突出分析在极短的时间内，煤与瓦斯由煤体向巷道或采掘空间大量喷出的动力现象，叫做煤与瓦斯的突出。发生煤与瓦斯突出时，在煤体中形成特殊形状的孔洞，并拌有动力效应和响声，能对井下巷道、设备、设施、生产系统造成破坏，甚至引起火灾或瓦斯爆炸。煤与瓦斯突出是一种危害很大的自然灾害。煤与瓦斯突出对煤矿安全生产的威胁，目前在国内外还没有得到根本解决，但在实践中已经摸索出一套防治煤与瓦斯突出的方法和措施，只要认真实施，就能大大减少突出频率，基本可以做到即使发生突出，也可把正人员不受伤害。2.3.1国内外煤与瓦斯突出情况1、国内概况据记载，我国第一次煤与瓦斯突出为发生于1939年11月20日的辽源富国西二坑在垂深280m煤巷掘进时的突出。据不完全统计，19501991年我国有250多个矿井发生了1.6万次煤与瓦斯突出，占世界突出总次数的40%左右。1980年最高达1151次，1980年以后每年为500800次。在50多个矿井中，发生突出强度在千吨以上的特大型突出有百余次。最大的一次突出是1975年8月8日发生在四川天府矿务局三汇一井+280m水平，主平硐震动爆破揭6号煤层时，突出煤（岩）量12780t，把一个1t多重的石块抛出120m，并拐了两个90的弯，2h内突出瓦斯量达140万m3。2.3.2国外概况1834年3月22日，法国鲁阿雷煤田在急倾斜厚煤层平巷掘进工作面发生了世界上第一次煤与瓦斯突出。世界上最大的一次煤与瓦斯突出事故发生在前苏联顿巴斯煤田的加加林煤矿，突出煤量14000t，喷出瓦斯量25万m3以上。世界上大多数国家矿井突出的是瓦斯，法国、波兰的一些矿井主要突出二氧化碳，法国、捷克、斯洛伐克、澳大利亚和罗马尼亚也有的矿井同时突出瓦斯和二氧化碳。除了煤层突出外，还有岩石突出。岩石突出多为坚硬的砂岩，也有盐岩（德国很普遍、前苏联也有）、砂质页岩（前捷克斯洛伐克）、玢岩（前苏联某隧道）等。2.3.4瓦斯突出的特征突出危险在广泛区域上具有点、线分别特征，并非“突出危险煤层”范围内的煤体都具备形成突出危险源的条件。突出危险源是存在于采矿活动中的具备发动煤与瓦斯突出的高势能瓦斯与破碎煤体混合的瓦斯富积区。其特征是：区内瓦斯大量解吸为气态的游离状瓦斯而积聚；区内煤体受力状态发生变化，原始结构被破坏；受破坏的煤体失去传导压力的能力而使气态瓦斯处于承压（被压缩）状态，产生高势能瓦斯与碎煤体混合的瓦斯富积区。突出危险源存在是煤与瓦斯突出能够发动的先决条件，突出危险源积聚的势能大小决