平煤八矿己15-13310掘进工作面煤与瓦斯突出防治毕业论文.doc

河南理工大学本科毕业设计（论文）平煤八矿己15-13310掘进工作面煤与瓦斯突出防治毕业论文目 录1引言12矿井概况32.1位置与交通32.2地形地貌42.3矿井基本情况42.4矿井通风系统62.5开拓开采62.6地质构造72.7瓦斯等级鉴定82.8己15-13310掘进工作面概况93工作面防突措施与方法123.1防突方法123.1.1单项指标法123.1.1.1煤的破坏类型123.1.1.2瓦斯放散初速度123.1.1.3煤的坚固性系数123.1.1.4煤层瓦斯压力133.2.2综合指标法133.2“四位一体”综合防治煤与瓦斯突出153.2.1突出危险性预测153.2.2防治突出技术措施183.3.1严重突出危险工作面：223.3.2突出危险工作面:233.3.3一般突出危险工作面：233.4防突措施及措施选定：243.5突出防治措施243.5.1水力割缝技术243.5.2浅孔释放措施243.6 安全防护措施294突出预测指标值分析304.1掘进工作面测突出预测指标值的方法304.1.2钻孔瓦斯涌出初速度法304.1.2 R值指标法314.1.3钻屑指标法324.2掘进工作面日常突出危险预测指标值325结论与建议35致 谢36参考文献37351 引言我国是世界煤炭生产大国，2002年全国煤炭总产量近14亿吨，2003年增至16亿吨，2004年达18.6亿居世界首位1。2003年世界煤炭产量50亿吨,煤矿死亡总数约8000人,我国煤炭产量约占全球35%,死亡人数则占近80%倍, 2003年国内煤矿平均每人每年产煤321吨, 效率仅为美国的2.2%,南非8.1%, 而百万吨死亡率是美国的100倍,南非30倍 2。煤与瓦斯突出是煤矿井下最严重的自然灾害之一，突出是一种极其复杂的物理力学过程，尽管我们还不完全清楚突出的机理，但突出的综合假说得到了世界突出研究者的广泛认同，认为突出是瓦斯、地应力和煤体物理力学性质共同作用的结果。它是一种伴有声响和猛烈力能效应的动力现象，往往表现为在煤矿井巷掘进或采煤过程中，突然从煤(岩)壁内部向采掘工作空间迅速喷出煤(岩)和瓦斯。聚集在煤层中处于高压状态的瓦斯有时会冲垮煤岩层或巷道壁，以极快的速度突然大量泄出，冲出大量的煤岩固体物质，发生煤与瓦斯突出时强大的冲击力不仅摧毁井巷设施，甚至使井巷风流逆转，破坏矿井通风系统，并可能使井巷充满瓦斯和煤(岩)抛出物，造成人员瓦斯窒息、煤流埋人，甚至可能引起瓦斯爆炸与火灾事故3。2004年10月20日,河南大平煤矿发生特大煤矿事故, 死亡148人, 事故原因就是先发生瓦斯突出后引发瓦斯爆炸。瓦斯灾害是困扰煤矿安全生产最严重的问题，在煤矿重大灾害事故中，70%以上是瓦斯灾害事故4。严重突出地区煤巷掘进，一直是制约矿井生产能力提高的重要技术难题之一，其中突出防治技术是关键。为有效防止掘进期间突出，国内外煤炭科技人员进行了较为广泛的研究，先后试验应用了多项防突技术措施，并取得了一定的防突效果。但随着矿井开采深度的延伸，突出危险性日益严重，防突措施的局限性、片面性愈加显现，突出危险煤层煤巷掘进速度缓慢、工作面接替紧张的现象愈发严重。我国也是世界上突出最为严重的国家之一，至2003年，我国已有20个省（区）的一些矿井发生了突出，突出总数14300多次，占世界总突出次数的37%，仅强度超过千吨的特大型突出就有100多次。在100个国有重点煤炭生产企业的609处矿井中，煤与瓦斯突出矿井占17.6%，国有地方和乡镇煤矿中，高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井占15%左右。部分局矿的情况更为严重，如焦作煤业集团公司所属5对矿井均为严重突出矿井，平顶山煤业集团公司所属的13对矿井也全部为高瓦斯或突出矿井。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，高瓦斯突出矿井数量也在增加。2004年10月20日，河南郑煤集团大平矿发生特大型瓦斯突出并导致瓦斯爆炸，造成一次死亡148人，就是瓦斯突出灾害事故的惨痛教训。与各主要产煤国家相比，我国的煤炭赋存条件较差，主要依靠井工开采，随着开采深度的延伸，煤层瓦斯含量逐渐增加，煤层瓦斯压力增大，突出的危险性增高，防治难度越来越大5。近年来，通过贯彻“先抽后采、以风定产、监测监控” 十二字方针，瓦斯防治工作有了很大进展，但安全生产差距仍然较大。瓦斯事故是制约我国煤矿安全状况好转的最主要因素之一。不把瓦斯事故控制住，就不能实现全国煤矿安全生产状况的稳定好转，也无法保障煤炭工业的持续健康发展。煤与瓦斯突出、瓦斯急剧喷出和瓦斯异常涌出等瓦斯灾害，是造成重大人员伤亡事故和影响生产进度甚至导致矿井停产的主要原因，特别是煤与瓦斯突出灾害，更是严重影响着矿井的高效集约化的安全生产。煤层突出危险性预测是保证突出危险煤层安全高效生产的决定性环节。国内外调查统计表明，突出危险煤层只有（1030）%属于突出危险区。只有通过可靠的突出危险性预测，将（7090）%的非突出危险区域极大限度地划分出来，才能实现防突技术措施有的放矢，极大限度地解放生产力。与各主要产煤国家相比，我国的煤炭赋存条件比较差，主要依靠井工开采，随着开采深度的延伸，煤层瓦斯含量逐渐增加，煤层瓦斯压力增大，突出的危险性增高，防治难度越来越大。近年来，通过贯彻“先抽后采、以风定产、监测监控”十二字方针，瓦斯防治工作有了很大进展，但安全生产差距仍然较大。特别是在突出的机理、预测、监控等方面，都有许多问题需要深入研究和探索。2 矿井概况2.1位置与交通平顶山煤业集团八矿井田位于李口集向斜东部，距平顶山市区11km。其地理坐标为东经1132291133014，北纬334513334726，行政区域隶属于平顶山市卫东区。八矿东距京广铁路孟庙车站58km，西距平顶山东站3km，孟（庙）宝（丰）铁路斜穿井田，许（昌）南（阳）公路自北而南横贯井田中部，许（昌）平(顶山)南（阳）高速公路从井田东部边界穿过。公路、铁路均可直达井田，另有2路公共汽车与平顶山市区和平顶山火车站相连，交通十分方便（图2-1）。2-1 八矿井田交通位置图经平煤集团地测处2001年批准，八矿井田面积41.42km2。井田边界为：东至沙河，西至己组煤平行于20勘探线东500m与十矿、十二矿为界，丁、戊组煤至平行于21勘探线东500m与十矿为界，南部以各煤层露头线为界；其中西南部丁、戊组煤与郊区吕庄矿、兴东矿为界；深部丁组煤边界-600m，戊组-650m，己组-800m。2.2地形地貌本井田呈西北高、东南低的地势（图2-2）。东部和南部为开阔的洪积平原，冲积层厚度300400m，地面标高+75+80m；北部为丘陵及山地，由紫红色石千峰和灰白色平顶山砂岩组成，呈北西南东走向，标高+200+399.5m，相对高差130305m，最大坡度40度，山区沟谷发育，地形复杂。图2-2 平煤八矿地形地貌示意图2.3矿井基本情况平顶山煤业集团有限责任公司八矿位于平顶山矿区东南部，西距平顶山市中心11Km，是我国自行设计施工的一座3Mt/a的特大型现代化矿井。井田边界东以沙河为界，西部以21号勘探线与十矿相邻。南部以煤层露头为界，北部以丁、戊、己组各煤层的-650m等高线垂直划分，浅部煤层与十二矿相邻，深部煤层与十矿相接。井田东西走向长12.5Km,南北倾斜宽3.6Km，井田含煤面积45Km2。平顶山天安煤业股份有限公司八矿是一个设计能力为300t/a的大型现代化矿井，该矿井含有4层主要可采煤层，由下而上为己16、17、己15、戊9、10、丁5、6，煤炭工业储量3.9724亿t。本区含煤地层为石炭系太原群、二迭系山西组和石盒子组，总厚800m，共含甲组庚组共七个煤组，其中主要可采煤层由下而上为己16-17、己15、戊9-10、和丁5-6四层，局部可采的有庚23、庚20和戊8三层，四层主要可采煤层总厚约11.6m，各煤层均有煤尘爆炸危险，煤尘爆炸指数为27.144.02%，自然发火期46个月。纵观全区煤的变质程度 由下而上变低，同一煤层由浅而深增高，符合区域变质规律。主要可采煤层厚度、层间距及顶底板岩性列于表1-1中，煤质的工业性分析结果见表1-2。表2-1 主要可采煤层厚度、层间距及顶底板岩性一览表煤层丁5-6戊9-10己15己16-17煤层厚度（m）0.644.262.291.462.614.271.167.463.510.672.531.50层间距（m）70125.789.615.81901700207.0煤质气煤肥煤肥焦煤焦煤直接顶砂质泥岩、泥岩、细砂岩、中砂岩泥岩、砂质泥岩、细砂岩泥岩、砂质泥岩、细砂岩砂质泥岩、细中砂岩老顶砂质泥岩、细中砂岩中粗砂岩、砂质泥岩、细砂岩中、粗砂岩直接底泥岩、砂质、泥岩、细砂岩泥岩砂质泥岩细砂岩表2-2 主要可采煤层煤质工业分析结果煤层名称工业性分析%容重t/m3煤尘爆炸危险性WfAfVf丁5-61.4525.9030.691.55有爆炸危险戊9-101.2119.0330.341.43有爆炸危险己151.0912.9423.401.31有爆炸危险己16-171.1614.6722.721.35有爆炸危险矿井采用一对竖井、两水平集中大巷采区石门开拓，走向长壁（分层）后退式开采，全部垮落法管理顶板。第一水平标高-430m，第二水平标高-650m，目前生产水平为一水平（地表标高为+7580m）,分东西两翼同时开发，现有戊二、戊四、丁一、己二、己三、己四、和己三扩大七个采区，回采工作面七个，一个综采、两个高档普采和四个炮采，工作面长度100150m左右，掘进工作面十四个。矿井设计生产能力为3Mt/a，服务年限一水平为28年，二水平37年，总计65年；核定生产能力1.8 Mt/a,根据该矿1995年度储量年报表中计算的核定储量，如果矿井的生产能力按3Mt/a计算，则矿井的服务年限为92.3年，其中目前的生产水平为24.9年，延深水平为67.4年。该矿井采用分区抽出式通风方式，共有7个井口，中央主、副井和丁一进风井进风，东风井、西一风井、西二风井和丁一回风井回风，总进风量21832m3/min，总排风量为22059 m3/min。2.4矿井通风系统目前的通风系统为对角与分区混合的混合式通风系统，主扇工作方式为抽出式，共布置三个进风井筒(付井、新副井进风，主井辅助进风)；四个回风井筒(东风井、西一风井、西二风井、丁一风井)。目前矿井总进风量24152m3/min，总排风量24409m3/min，总进风比102.8，矿井有效风量22121m3/min，有效风量率88.3，矿井综合等积孔8.97m2。东风井(5.0m)：服务于己一、己三及己三扩大三个采区，安装一对k4-73-11NO.32F离心式主扇，配用电机功率1250KW，主扇额定风量12300m3/min，额定风压3157Pa，主扇实际工作风量5566m3/min，工作负压3100Pa，等积孔1.98m2。西一风井(5.5m)：服务戊二、己二两个采区，安装一对k4-73-01NO32F离心式主扇，配用电机功率1600KW，主扇额定风量20000m3/min，额定风压4800Pa，主扇实际工作风量7084m3/min，工作负压3300Pa，等积孔2.45m2。西二风井(4.7m)：服务戊四、己四两个采区，安装一对GAF-26.6-15.8-1型轴流式主扇，配用电机功率1000KW，主扇额定风量7800m3/min，额定风压4000Pa，主扇实际工作风量7014m3/min，工作负压3120Pa，等积孔2.49m2。丁一风井(5.7m)：服务于丁一采区、戊一准备采区，安装一对2k58NO24型轴流式主扇，配用电机功率500KW，主扇额定风量8500m3/min，额定风压3320Pa，主扇实际工作风量6080m3/min，工作负压2250Pa，等积孔2.54m2。安全监测系统：八矿现用的KJ2000安全监测系统，监测机房配备两台主机，一台运行一台备用，八台大屏幕显示器，并与公司实现联网，井下共有KG2007型工作分站37台；KG3003型低沼瓦斯传感器71台，局扇开停传感器71台，瓦斯断电仪42台，馈电状态传感器46台，重点工作面安装一氧化碳传感器6台，温度传感器12台，矿井和采区总回风安装风速传感器12台，风门开关传感器24台。2.5开拓开采目前矿井有8个采区，6个主力生产采区，2个残采区，其中8个采区中有5个为突出采区，矿井现有五个综采面，一个炮采面，15个开掘工作面。6个主力生产采区为：丁一、己二下延、己三扩大、己四、戊二下延和戊四采区;2个残采区为：己一和己三采区。 目前八矿为五综一炮：五综即：综一，丁5.6-11130采面;综二,戊9.10-12170采面;综三,己15-12130采面;综四,己15-14060采面;一炮即：采六,，戊9.10-14052采面。开掘建制为：四开六掘，二承包，二准备。2.6地质构造平顶山八矿位于李口向斜轴的南东转折仰起端，井田西侧与十矿、十二矿井田内分布的北西向展布的牛庄向斜、郭庄背斜以及原十一矿逆断层的末端相邻，并受起控制；而井田东侧靠近北东向展布的洛岗大断裂。该井田既受北西向构造的控制，又受北东向构造的控制，处于区域北西向构造与北东向构造的交汇部位。分析八矿己15煤层目前开采范围内揭露有两个煤与瓦斯突出带，一个是三采区瓦斯突出带，另一个是四采区瓦斯突出带，这两个突出带均位于压扭性构造带。三采区瓦斯突出带完全受辛店断层带的控制，所以又称为辛店断层突出带，辛店正断层走向北东，延伸2.5Km，断面倾向北西，倾角3560，落差4050m，断层破碎带（煤系岩层）25m，是八矿井田内己揭露断层规模最大者。据地表地质调查和区域应力场分析，该断层是一断层走向与地层走向呈小角度相交的压扭性正断层。断层延伸至己三扩大采区以后落差逐渐变小，在原推断的断层部位转换为一复杂的煤层揉皱带，煤体破坏极为严重，形成全层的糜棱煤，即形成了13170突出带。13170突出带的8次突出全部发生在这一呈北东走向展布的与辛店断层相平行的软煤中。从己16-1713290工作面来看，己16-1713310工作面卸压抽放巷地质构造简单，但在掘进过程中将揭露小的构造，受构造影响，局部可能与己15煤层合层，甚至出现反倾现象。因此在己16-1713310工作面卸压抽放巷掘进期间，掘进工作面应按突出威胁管理。井田内发育3个明显的褶皱构造，一处是盆形的任庄向斜，反映了北西向与北东向构造联合作用的结果，一处是轴向北东的前聂背斜，反映了北东向构造作用的结果；另一处是轴向近南北的焦赞向斜是复合构造作用的结果。井田内煤层走向变化明显，靠近十矿井田东侧的煤层走向表现为北西向展布，至井田中部煤层走向表现为北西西和近东西向。井田内有4条大的断裂，在井田南部边界为北西向展布任庄断裂，落差120m；位于井田中部北东向展布的辛店正断层，落差40m；横贯己一、己三采区的北西向展布的张湾正断层，落差20m，（图1-3）。这四条断层同上述3个褶皱构造都是燕山中晚期JK1时期挤压褶皱推覆断裂的产物，喜山早期K2E时期，构造反转为正断层。大量的小断层调查，该井田既发育北西向的小断层，又发育北东向的断层，均以压扭性构造为主。尤其戊9-10、己15煤层中普遍发育的顺煤层滑动断层是韧性剪切变形的产物，反映了煤层遭受了强烈地剪切变形作用，凡是顺煤断层发育的地方，也是构造煤发育的地带，。这与平顶山煤田在燕山中、晚期JK1发生的大规模逆冲推覆褶皱断裂活动密切相关。 图2-3 八矿构造纲要图2.7瓦斯等级鉴定八矿自84年10月13日发生第一次煤与瓦斯突出以来，累计突出36次，突出煤量3208吨，瓦斯量247700m3，最大一次发生在2000年10月15日戊二皮下，突出煤量562吨，瓦斯量30103m3，抛煤距离65m，并发生瓦斯逆流现象。89年被鉴定为煤与瓦斯突出矿井，97年经重庆煤科院鉴定为严重煤与瓦斯突出矿井。该矿井为严重突出矿井。进入-430水平（垂深500m左右），己15、戊9-10煤层瓦斯含量都超过10m3/t，分别为16.96 m3/t和13.81 m3/t；回采工作面相对瓦斯涌出量15 m3/t左右、绝对瓦斯涌出量10 m3/min左右。共发生煤与瓦斯突出36次，戊9-10煤层突出19次，己15煤层突出17次，最大突出强度562t/次，平均突出强度90t/次。己15煤层为突出的厚煤层，煤厚度3.5m左右，下覆己16、17煤层，厚度1.8m左右，层间距48m左右。根据八矿井下瓦斯分布及突出危险程度，对煤层区域进行科学、合理的划分，即：突出危险区、突出威胁区、无突出危险区，具体划分如下表：表2-3 突出危险分布采区名称管理等级区域走向长（m）倾斜宽（m）己四无突出危险区-300m水平以上2100260突出威胁区-300m-350m2100110突出危险区-350m-460m2100320戊四、六无突出危险区-290m水平以上1800338突出威胁区-290m-370m1800185突出危险区-370m-430m1800122己二无突出危险区-230水平以上1680240突出威胁区-230m-370m1680280突出危险区-370m-470m1680240己三扩大无突出危险区-380m水平以上1600406突出威胁区-380m-450m1700245突出危险区-450m-550m29005292.8己15-13310掘进工作面概况该工作面为己三扩大采区东翼下部，东起九勘探线东300m，西至己三扩大采区上山，南临已回采的己15-13290采面和正在回采的己16、17-13290采面，北部尚未开采。煤层厚度在3.0米4.4米之间，平均厚度3.6，煤层倾角变化不大，一般在1524度之间。己15-13310机巷标高在-425m-519m之间，地面标高75m，埋藏深度500m594m之间。己15-13310机巷上部180米为未开采的戊9.10煤层，下部6米处为己16、17煤层。工作面直接顶为砂质泥岩，厚约7.0米；老顶为浅灰色中粒砂岩；直接底为58米厚的砂质泥岩。断面规格宽高=4.33.0m,支护选用锚网索联合支护，锚索呈121布置。该工作面采用230KW的对旋式风机，直径1000mm的风筒供风。根据己三扩大突出危险性区域划分，-450m以下为突出危险区域，己1513310采面机巷标高处于-425m -458m之间，处于突出危险区域。表2-4 瓦斯地质情况瓦斯地质情况煤层产状（）走向W53N倾向N25E倾角1219/12煤层厚度（结构式）平均3.2m采掘层位沿顶施工软分层厚度及层位一般为、类煤层节理、裂隙发育煤 层 稳 定 性煤层稳定、煤厚变化不大宏观煤岩类型光亮型焦煤煤 质煤种牌号焦煤水分2%灰份125%挥发份28%煤 的 容 重煤的坚固型系数煤的破坏类型煤尘爆炸指数煤的自燃发火期1.31T/m30.15 0.527.144.2%58个月突出参数测试情况在-488m处测得h2=150Pa P=0.28MPa煤 层顶 板 特 性顶板为深灰色砂质泥岩与浅灰色细砂岩，粉砂岩互层，厚14.2m，节理发育，底部夹0.050.15的煤线。煤 层底 板 特 性底板为砂质泥岩，厚58.5m。综合柱状图层厚累厚柱状岩类、岩性描述16.216.2浅灰色中粒砂岩14.230.4灰色砂质泥岩3.2033.5己15煤层，光亮型焦煤5.539灰色砂质泥岩1.4540.45己16.17煤，黑色半光亮型焦煤3 工作面防突措施与方法3.1防突方法3.1.1单项指标法根据煤的破坏类型、瓦斯放散初速度指标(P)、煤的坚固性系数(f)和煤的瓦斯压力(p)来判断煤层的突出危险性，其临界值应根据矿井的实测资料确定，如无实测资料，可参考表3-3中的数据划分。只有全部指标都达到或超过其临界值时方可划为突出煤层，否则应定为非突出煤层。表3-3 煤层突出危险性单项临界指标煤层突出危险性煤的破坏类型瓦斯放散初速度V煤的坚固性系数f煤层瓦斯压力P/MPa突出煤层、100.503.1.1.1煤的破坏类型类：非破坏煤，光泽为亮与半亮，呈层状、块状构造，条带清晰明显，坚硬，用手难以掰开。类：破坏煤，光泽为亮与半亮，尚未失去层状，较有次序，条带明显，有扭曲，有错动。呈不规则块状，有积压特征，用手易剥成小块。类：强烈破坏煤，光泽为半亮与半暗，呈透明状、小片状细小碎块，层理较紊乱无次序，硬度低，用手捻即可成粉末。类：粉碎煤，光泽暗淡，粒状或小颗粒胶结而成，形似天然煤团，用手捻即可成粉末。类：全粉煤，土状构造，如断层泥状，疏松，可捻成粉末。3.1.1.2瓦斯放散初速度该指标是在实验仪器内吸附瓦斯，放散后1分钟内瓦斯压力的变化值。它表示煤放散瓦斯的性能。该性能是由煤的物理、力学性质来决定的。在瓦斯含量相同的情况下，煤的放散初速度越大，煤的破坏类型越严重，越易于形成具有携带破碎能力的瓦斯流，越有利于突出的发生。3.1.1.3煤的坚固性系数该指标表示煤抵抗外力能力的一个综合性指标。它由煤的强度、硬度、脆性决定。测定工具是捣碎筒和计量筒。测定原理是在一定重量的落锤作用下，测算一定重量煤体的破碎程度。具体操作的程序如下：1采样：在煤层厚度上、中、下采集直径为100mm煤块各两块，重量均为1.5-2.0kg。2打碎分组：工手工打碎煤体，使之粒度为20-30mm，经筛分后，分成每份50g，每5份为一组(250g)，共三组，重量为750g。3落锤捣碎：将每份煤样放入捣碎筒内，2.4t的重锤提高到600mm自由下落，每份煤样冲击3次。4测量粉煤高度：每5份（即每组）煤样捣碎后，经过筛分，把粒度为0.5mm以下的粉煤倒入计量筒内，1轻轻敲打使之密实，插入具有刻度的活塞尺，量出粉煤高度。5测定f值：要试验三组煤体，取f的平均值。实验证明，f值越小，突出危险性越大。3.1.1.4煤层瓦斯压力它是指未暴露煤层的原始瓦斯压力，其单位为MPa。测定方法：钻孔测压时打钻巷道至煤层的垂直距离一般为5-10m，但不小于5m钻孔要避开褶区、断层和裂隙带；钻孔要打穿煤层直到顶板（或底板）0.2-0.5m，钻孔直径为42-75mm。测压管要求采用紫铜管，管径为6-8mm，长度不小于7m。在测压管外端焊接压力表接头，里端设置金属板对应于测压气室外侧，并将其插入电测压钻孔内。将柱状粘土送入到金属挡板以外，每堵1m粘土打入1个木塞，木塞直径小于钻孔直径10-15mm，打入木塞时应保护好紫铜管，以防折断（木段长200mm左右）。在孔口(0.5-1.0m)用水泥砂浆封堵，经24h凝固后，按上压力表测压，并详细记录压力上升与时间的关系，直到压力稳定为止，稳定后的压力即为煤层瓦斯压力。3.2.2综合指标法1在岩石工作面向突出煤层至少两个测压孔，测定煤层瓦斯压力。2在打测压孔的过程中，每米煤孔采取一个煤样，测定煤的坚固性系数（f）。3将两个测压孔所得的坚固性系数最小值加以平均作为煤层软分层的平均坚固性系数。4将坚固性系数最小的两个煤样混合后，测定煤的瓦斯放散初速度指标（P）。煤层区域突出危险性，可按下列两个综合指标判断D =（0.0075H/f 3）（p 0.74） (7-1)K = p/f (7-2)式中 D 煤层的突出危险性综合指标；K 煤的突出危险性综合指标；H 开采深度，m；p 煤层瓦斯压力，取两个测压机实测压力的最大值，MPa；p 软分层煤的瓦斯放散初速度指标；f 软分层煤的平均坚固性系数。综合指标D、K的突出临界值指标根据本矿区实测数据确定，如无实测资料，可参照表3-4所列的临界值确定区域突出危险性。用综合指标D和K预测煤层区域突出危险性的临界值。表3-4 综合指标D、K值煤层突出危险综合指标D煤的突出危险性综合指标K无烟煤其他煤种0.252015注：1.如果D=(0.0075H/f-3)(p-0.74)公式中两个括号内的计算值都为负时，则不论D值大都为突出威胁区域。2.地质勘探和新井建设时期进行煤层突出区域倾向性预测时，突出威胁视为无突出危险煤层。3.当D、K值同时大于矿区突出危险临界值时，应确定为突出危险区域。4.当D、K值中任一个指标小于突出临界值时，应视为突出威胁区。根据八矿井下瓦斯分布及突出危险程度，对煤层区域进行科学、合理的划分，即：突出危险区、突出威胁区、无突出危险区，具体划分如下表：表3-5 突出危险表采区名称管理等级区域走向长（m）倾斜宽（m）备注己四无突出危险区-300m水平以上2100260文号：平煤八（96）11号突出威胁区-300m-350m2100110突出危险区-350m-460m2100320戊四、六无突出危险区-290m水平以上1800338文号：平煤八（98）26号突出威胁区-290m-370m1800185突出危险区-370m-430m1800122己二无突出危险区-230水平以上1680240文号：平煤八（93）167号突出威胁区-230m-370m1680280突出危险区-370m-470m1680240己三扩大无突出危险区-380m水平以上1600406文号：平煤八（96）105号突出威胁区-380m-450m1700245突出危险区-450m-550m29005293.2“四位一体”综合防治煤与瓦斯突出平煤八矿己15-13310掘进工作面位于己三扩大采区，根据表（3-5），该工作面具有煤与瓦斯突出危险性。经过各方面资料的比较以及八矿矿区地理条件、地质条件及瓦斯涌出日报指标的统计分析以及各方面的因素，确定选用以上的四位一体综合防治煤与瓦斯突出的方法来防治煤与瓦斯突出。3.2.1突出危险性预测1预测指标和临界值的选定根据防治煤与瓦斯突出细则和平顶山天安煤业股份有限公司有关规定，突出危险性预测必须采用两个或两个以上预测指标，结合八矿实际，决定在己1513310工作面卸压抽放巷掘进工作面采用钻屑量Smax、钻孔瓦斯涌出初速度qmax及其衰减指标cq值进行突出危险性预测。判断煤层突出危险性的临界值及危险程度判定如下： qmax 3.5L/min S5.0Kg/m 无危险qmax =3.54.0L/min S0.65 无危险 qmax =3.54.0L/min S5.0Kg/m Cq 0.65 危险 qmax =3.54.0L/min S5.0Kg/m 危险qmax4.0L/min或S5.0 Kg/m 危险2预测预报方法及操作要求1预测仪器预测工具有弹簧秤、煤气表、秒表、测试杆。预测工具要完好，测量精度符合相关标准。预测孔参数及其布置方法根据防治煤与瓦斯突出细则第38条规，在掘进工作面软煤分层布置三个预测孔，预测孔深7m，钻孔直径42mm，其中一个沿巷道中线方向布置，另两个靠巷道上、下帮布置，距帮0.5m，控制到巷道轮廓线外3m，分别与巷道中线水平夹角2730，见图3-1、图3-2。在距己15煤层层间距小于3m的区段掘进时，要另外布置3个预测钻孔，对己15煤层进行预测。 图3-1预测孔布置正视图图3-2预测孔布置俯视图预测步骤及要求瓦斯涌出初速度及Cq预测步骤：1预测孔尽量布置在巷道软分层中，钻进速度控制在1m/min；2预测孔深达到2m、4m、7m位置时，迅速拔出麻花钻杆，用专用封孔器封孔，封孔后测量室长度为0.5m，钻孔内封孔胶囊的压力达0.2Mpa；3测试管末端接上煤气表，测量1min内煤气表转过的数值即为该钻孔瓦斯涌出初速度q值；4从麻花钻杆钻进到2m到开始测定的时间间隔不超过2min，将第1min测定的读数（流量值）作为钻孔瓦斯涌出初速度q1，之后测定第2、3、4、5min的读数，Cq=q5/q1。以后每钻进2m重复上述操作一次，同时测定其钻屑量。钻屑量测定钻孔打至1m以后，收集钻杆每打1m所排的煤粉，用弹簧称称出1m钻孔所排的煤粉质量，即为所测的钻屑量，每一预测孔的1m最大钻屑量即为该预测孔钻屑量。d 掘进面突出危险性判定方法该工作面每30m连续进行两次预测，第一次预测，预测指标不超标时，在采取安全防护措施条件下，允许进尺5m；第二次预测，预测指标不超标时，在采取安全防护措施条件下，预留5m超前距。？当任何一个预测孔的预测指标超标时，该工作面预测为突出危险工作面，必须采取防突措施。工作面遇以下五种情况均视为突出危险工作面，必须采取防突措施：1) 在突出煤层的构造破坏带，包括断层、褶曲等。2) 煤层赋存条件急剧变化的区域。3) 应力迭加的区域。4) 在工作面预测过程中出现喷孔、顶钻等动力现象时。5) 工作面出现明显的突出预兆时。e 预测安全技术要求 防突测试工必须经过培训合格后，方可持证上岗作业。测试工具必须达到完好，打钻使用煤电钻和防突钻杆。测试前掘进队跟班干部负责加固好迎头5m内的支护，防止片帮、冒顶危及测试人员安全。测试工作结束后，测试工必须立即按要求在现场如实填写防突措施牌、移动测试标志牌、如实填写测试报告单。测试报告单必须由瓦检员、掘进队跟班干部和测试工现场共同签字，升井后由测试工报防突科长和总工程师签字。瓦检员必须按措施规定监督测试工作执行过程。3.2.2防治突出技术措施1措施选定防突技术措施的选定要根据掘进工作面的具体条件，经过分析对比后选择有效而又方便的防突技术措施。八矿掘进工作面一直采用浅孔排放措施，此方法瓦斯释放效果显著，同时重庆QFZ22型钻机操作简便，在实际应用中具有钻进速度快、角度、方位易定、使用方便等优点，因而己1513310工作面卸压抽放巷掘进工作面仍采用超前排放钻孔排放煤层瓦斯的防突措施。但遇断层时，应实施过断层防突措施后，方可掘进。2措施技术参数的确定a、浅孔排放钻孔施工工具使用重庆QFZ22型钻机，投影孔深12m，孔径89mm。b、 经八矿实际考察，89mm孔径钻孔有效影响排放半径为0.9m。c、在距己15煤层层间距小于3m时，排放钻孔应同时控制己15、己16、17煤层，终孔位置控制在巷道轮廓线3m外。建议钻孔布置参数如图图3-3、图3-4、图3-5、表3-1，当巷道断面允许时，控制己15煤层的瓦斯排放钻孔增加一排。d、在距己15煤层层间距大于3m时，排放钻孔按2排7列共14个钻孔布置，钻孔参数见图3-6、图3-7、图3-8、表3-2。e、当掘进工作面瓦斯濒临超限或局部通风能力不足时，改瓦斯排放为瓦斯抽放。 图3-3措施孔布置正视图 图3-4措施孔布置俯视图 图3-5措施孔布置侧视图表3-1 措施孔参数表孔号孔深/m钻孔倾角备 注水平垂直114.6左14331、孔径为89mm。2、水平角为相对于巷道中线方向的偏角。3、垂直角为相对于顶板方向仰角。214.4左83033314.3左24533414.3033514.3右24533614.4右83033714.6右1433813.8左1427913.6左830271013.5左245271113.50271213.5右245271313.6右830271413.8右14271512.4左141301612.1左8301301712.0左2451301812.001301912.0右2451302012.1右8301302112.4右14130图3-5措施孔布置正视图 图3-6措施孔布置俯视图图3-7措施孔布置侧视图表3-2 措施孔参数表孔号孔深/m钻孔倾角备 注水平垂直112.4左1431、孔径为89mm。2、水平角为相对于巷道中线方向的偏角。3、垂直角为相对于顶板方向仰角。212.2左8303312.0左2453412.003512.0右2453612.2右8303712.4右143812.4左140912.1左83001012.0左24501112.0001212.0右24501312.1右83001412.4右140八矿在坚持原煤炭部提出的“四位一体”的防突措施的基础上，提出了“六位一体”的防突理念，并对原“四位一体”措施赋予了新的内容，即：优化设计和采掘布署、强化采场和巷道支护、预测预报、防突技术措施、效果检验、安全防护。“六位一体”防突理念以优化设计和采掘布署为前提，强化支护为基础，预测预报为重点，现场管理为关键。 3.3 工作面日常突出危险性预测及突出危险工作面等级管理：根据现场生产实际情况和矿井突出危险性划分，将突出工作面划分为5个等级，即严重突出危险、突出危险、一般突出危险、突出威胁、无突出威胁，具体划分标准如下：3.3.1严重突出危险工作面：划分标准：A.工作面煤层瓦斯含量在20m3/t以上，瓦斯压力在1.8Mpa以上；B.在大断层的影响范围之内；C.煤层中软煤厚度：己组煤层软煤厚度0.6m以上，戊组煤层软煤厚度在1.5m以上；D.上水平或上段发生过突出的区域，在下水平或下段垂直对应区域为严重突出危险区域；E.在施工及打钻过程中，出现严重夹钻、喷孔、响煤炮的现象的。3.3.2突出危险工作面:划分标准：A.工作面煤层瓦斯含量在16m3/t以上，瓦斯压力1.2Mpa以上；B.煤层中有小地质构造出现；C.煤层中软煤厚度：己组煤层软煤厚度0.6m以下，戊组煤层软煤厚度在0.81.5m之间；D.在施工及打钻过程中，出现严重夹钻、喷孔、响煤炮的现象的。3.3.3一般突出危险工作面：划分标准：A.工作面煤层瓦斯含量在10m3/t以上，瓦斯压力0.741.2Mpa以上；B.在施工及打钻过程中，出现严重夹钻、喷孔、响煤炮的现象的；C.煤层中软煤厚度：己组煤层只要出现软煤，戊组煤层软煤厚度在0.8m以下。突出威胁工作面：划分标准：A.工作面煤层瓦斯含量在10m3/t以下，瓦斯压力0.74Mpa以下；B.煤层赋存比较稳定，无地质构造及软分层。无突出危险工作面：划分标准：掘进工作面绝对瓦斯涌出量为3m3/min以下，回采工作面绝对瓦斯涌出量为5m3/min以下，且接近风化带的区域。工作面突出预测：该工作面的瓦斯压力1.4Mpa，瓦斯含量18m3/t；己1513310机巷设备道施工期间，q值在0.22.0L/min，S值在2.63.8kg/ m，均无超标现象，且煤体较硬，没有出现软分层。在二水平己二皮带山掘进期间未出现大的地质构造。该工作面瓦斯压力1.4Mpa，瓦斯含量18m3/t，根据己二下延采区突出危险性区域划分，-370m以下为突出危险区域，己1513310采面机巷处于该工作面处于突出危险区域，应严格按突出危险工作面进行管理。根据以上情况分析，己1513310采面机巷在掘进期间应按照突出危险工作面进行管理。3.4防突措施及措施选定：防突技术措施的选定要根据工作面的具体条件，经过分析对比选择有效而又方便的防突技术措施。我矿掘进工作面一直采用浅孔排放，此方法瓦斯释放效果显著、同时重庆QFZ22型钻机操作简便，在实际应用中具有钻进速度快、角度、方位易定、使用方便等优点，因而在本掘进工作面掘进期间仍浅孔排放的方法进行瓦斯释放。同时保证安全施工，在该工作面增加浅孔抽放及深孔高压磨射流割缝技术措施。3.5突出防治措施八矿己组煤层89mm孔径的措施孔，其排放半径为0.9m，根据该工作面的具体情况，措施孔做布置如下：3.5.1水力割缝技术打前探孔，每循环3个，深不低于60米，留10米前探超前距。另外，八矿在该工作面采用防突新技术水力割缝快速消突技术，该技术在现场实践中防治突出效果明显，且技术已较为成熟，直接上水力割缝防突技术，在掌子头布置3个水力割缝钻孔，分2排布置，孔径89mm，孔深45m。第一排布置2个钻孔，第一个孔距下帮0.7m，距底板0.8m；第二个钻孔距第一个孔1.5m，距底板0.8m。第二排布置一个孔，位于一号孔和二号孔中间，距底板0.6m。3.5.2浅孔释放措施水力割缝措施进行完毕后，在工作面掌子头打16个孔径89mm的瓦斯释放孔，孔深12m，每排8个，上排孔距煤层顶板0.8m，第二排孔距煤层顶板1.6m，措施孔位置控制到巷道轮廓线外4m，进一步解放煤层中的瓦斯。（见下图） 图3-8措施孔断面图、侧视图图3-9措施孔平面图表3-3措施孔参数表孔号孔径（mm）孔深（m）水平角（）垂直角（）每米钻尾偏移钻头距离（mm）8912248.324078912176.2292891294.815689122.92.55189122.9-2.55189129-4.8156891217-6.2292891224-8.324078912245.324078912174.20292891292.2015689122.91.205189122.9-3.205189129-5.32156891217-8.4292891224-9.50407措施实施的具体要求：措施实施的具体要求，并确定保证技术措施得以实施的组织管理措施及相应注项，包括打钻顺序及打钻安全措施。执行防突措施的具体要求：高压磨射流割缝钻孔时，先打上排孔，由一帮向另一帮依次打孔，应尽量避免跳顺序施工或由两边向中间施工钻孔，在割缝工作结束后，开始施工超前排放钻孔。1.打措施孔前，必须将巷道支护到迎头，处理完掌子头虚煤、伞檐及残（瞎）炮，并将巷道的杂物处理干净，电缆吊挂整齐，机电设备进行检修，保证行人畅通及无电器失爆；2.执行措施前要对风筒进行维护，凡出现风筒脱节、掌子头微风或无风等情况时，严禁执行措施；3.在执行措施前，必须在掌子头配备两台灭火器、沙箱及黄泥，并将堆放在掌子头的闲杂铁器处理干净，以避免正在钻进的钻杆与工作面的其他铁器发生碰撞而产生火花；4.执行措施时，工作面必须具备铜锤及铜锹，在上紧（或拆除）钻杆的连接销时，严禁用铁器敲打连接销（钻杆），必须进行敲打时，只准用铜锤进行敲打，当钻孔处的煤屑堆积太多须清理时，只准用铜锹或木锹进行清理钻孔处的煤屑；5.在执行措施时，必须在所打钻孔的上方挂便携，当钻孔出现喷孔、夹钻或钻孔周围出现瓦斯超限时，必须停止打钻，等一切恢复正常后再继续执行措施；6.措施孔每打完一个，并网抽放一个，直至所有措施孔进行联网抽放，进行抽放时，必须保证封孔质量，保证封孔管无死弯，无漏气、无积水，从而提高抽放负压及抽放效果。7.抽放完成后，必须对措施孔进行煤体注水，注水要求为注水压力不小于8MPa，注水效果以邻孔或煤壁出水为止。8.在执行防突措施期间，不允许平行的进行其他作业（如吊挂风筒、打锚网（索）、开溜子及攉