第六章岩石与二氧化炭(瓦斯)突出防治.doc

第六章、岩石与二氧化碳（瓦斯）突出第一节、岩石与二氧化碳（瓦斯）突出的概念和概况一、岩石与二氧化碳（瓦斯）突出岩层和矿井的定义依照防突规定规定，在矿井范围内发生过突出的岩层即为岩石与二氧化碳（瓦斯）突出岩层（以下简称突出岩层）。在开拓、生产范围内有突出岩层的矿井即为岩石二氧化碳（瓦斯）突出矿井（以下简称岩石突出矿井）。考虑到岩石与二氧化碳（瓦斯）突出尽管危害很大，但发生的省区、矿区较少，因此针对该突出矿井的管理及有关技术措施可以由煤矿企业参照防突规定的相关要求制定出有关措施，报省级煤炭行业管理部门审批即可实施。二、岩石与二氧化碳（瓦斯）突出概况岩石与二氧化碳突出是煤矿发生的一种动力现象，它能在极短时间内，从采掘工作面喷出大量岩石与二氧化碳。由于二氧化碳是窒息性气体，在波及范围内能造成多人伤亡。因此，是煤炭生产中的一种严重灾害。对如何防治岩石与二氧化碳突出，是一个需要高度重视和研究解决的新问题。据了解，法国、波兰、保加利亚都发生过岩石与二氧化碳突出现象。而且多在开采到垂深达700m左右开始发生。二氧化碳的来源有的是火山气体的侵入；有的是在成煤期间就已赋存于松软砂岩、煤层、地质构造带内。掘进巷道前方的岩体在强大的地应力和二氧化碳的压力下会突然破碎并突出。因此在预防措施中，多采取卸压、缓和地应力与排放二氧化碳的办法，其具体做法与预防煤尘与瓦斯突出的措施相仿。我国煤矿对岩石与二氧化碳突出的认识和防治经验还有一定的欠缺，导致岩石与二氧化碳突出事故时，损失很大。以我国煤矿在19751978年发生的两处岩石与二氧化碳突出情况为例。吉林营城煤矿五井10号下山砂岩大巷岩石与二氧化碳突出1、地质概况营城煤矿是中生代侏罗纪煤层，其上部为白垩纪赤色层和第四纪冲积层。有6个可采煤层，厚度为0.62.8m，倾角1518，煤种为长焰煤。顶底板为砂岩、页岩及砂质页岩。地质构造受新生代和中生代两期运动的影响，断层发育，在煤系沉积以后，曾有火山喷发。2、发生突出的经过突出时间发生在1975年6月13日，突出地点是五井10号下山的岩石大巷。访大巷掘进断面7.2m2，巷道全长420m。距地表垂深439m，位于2、3煤层间的砂岩中，预计再掘进20m，即可见3煤层。在6月13日晚班放掏槽炮后，相隔40min,放拉底炮，随即听到“轰、轰、轰”三声巨响，发生了岩石与二氧化碳突出。突出的岩石（砂岩）充满45m巷道，有明显的分选现象。突出孔洞位于掘进工作面的左上方，是一个直径4.55m、高约16m、距3上灯层还有6m、垂直于巷道的如小立井状的孔洞，突出和冒落的岩石共1000余吨，突出的二氧化碳逆风流向方向蔓延400多米，4小时内共喷出二氧化碳14000余立方米。3、突出前的预兆突出前几天巷道中有明显的地压活动，巷道顶板岩石呈片状脱落，岩石变软，拉底时如同挖砂堆一样省力。突出前2天，一次爆破后，工作面前方出现一个宽1.4m、高2m、深3m的上斜空洞，装出岩石约20t。突出当天早班，巷道发生底鼓约0.4m。突出前几天巷道风流中二氧化碳浓度增大，底板积水冒气泡，巷道裂缝中经常发生二氧化碳涌出的“吱吱”声，爆破后，在巷道底板0.5m以下的风流中，有雾状气体分布。4、突出原因的分析通过研究，确定突出的二氧化碳是火山气体。五井10号下山突出区域位于F2大断层与边界大断层之间，F2大断层是一个火山活动的通道，煤层被断层切断包围，且断层被致密的断层泥封闭，导水性弱，因而在这一区域的高压二氧化碳能够得到保存。通过测定得知煤层和砂岩以及火山流纹石蚀孪生成的胶岭石都有储存二氧化碳的能力。在20个大气压下时，其二氧化碳含量分别是：煤层为20m2/m3，砂岩为4m2/m3。这次突出的二氧化碳主要储存在砂岩中。另外，此突出区域是一个位于两个大断层之间的地垒块段，它像一个楔子一样，受到断层两侧地层的强大压力，因而使地应力集中。从这次突出前的岩石片落和突出孔洞的形状，都表明了地应力在突出过程中，起到了重要的作用。窑街三矿1650北大巷F605断层岩石与二氧化碳突出1、地质概况窑街三矿煤系地层属中侏罗系，自上而下赋存有煤一、二、三层，煤一层和煤二层局部可采，厚度分别为12m左右；煤三层厚度为2224m，最厚达90m以上。煤一层距煤二层1418m，煤二层距煤三层23m。煤种为长焰煤。煤二层的顶部赋存油母页岩多层。地质构造较为复杂，断层多。在地质上的特点是，矿区的东部、中部沿露头线的大部分，由于煤层和油母页岩的自燃，不仅煤一层被烧变，煤二层的顶部和煤层上部的砂岩、铝土页岩及油母页岩等全被烧变，甚至第四系黄土层亦部分煤变。这些岩层由于长时期在高温和一定压力条件下，成为一种烧变岩，并多裂障和气孔，成为良好的含水层和含瓦斯层。烧变岩面积约为1.6km2，最大厚度达260m。向烧变岩打钻放水时，曾发生二氧化碳长时间大量涌出。2、发生突出的经过突出时间发生在1977年2月3日。三矿三采区1650北岩石运输大巷，掘进断面14.4m2，突出工作面距地表深333m，该巷道掘进入F605断层破碎带后，巷道支护形式由原锚杆喷浆改为砌碹，已砌26m，再往前掘进1m后，1月28日冒顶，随之出渣，但边出边冒，2月3日0点50分工作面突然一声巨响，岩尘飞扬，工人即迅速撤离险区，突出二氧化碳从工作面向外蔓延1200余米，其中逆风流300余米，共波及四条巷道，总长度达1900余米。经当时测定在20分钟内二氧化碳喷出量为4900余立方米。事故后共出渣540车，从2月3日至5月25日排放二氧化碳128000多立方米。3、突出前预兆该矿为一级瓦斯矿井，由于二氧化碳相对涌出量大于瓦斯相对涌出量的2倍，所以又属于二级二氧化碳矿井。在1650北大巷掘进，1976年9月通过F14断层带时，距这次事故地点140m处水沟底板冒出气泡，取样分析二氧化碳含量为97.23%，但没发现其他异常现象。4突出原因的分析由于本区断层多、煤层厚、倾角大、烧变严重，成煤期生成的大量二氧化碳以高压状态赋存于地质结构带和岩石空隙内。第二节、防治岩石与二氧化碳（瓦斯）突出的措施我国煤矿在防治煤和瓦斯突出措施方面各界了丰富的经验，但对岩石与二氧化碳突出的认识和防治经验还有一定的欠缺，为了防止今后再发生类似事故，参照煤与瓦斯突出的防治经验，我国总结了一些防治岩石与二氧化碳（瓦斯）突出的措施。一、总体要求（1）煤矿企业应当对岩石突出矿井、突出岩层分别参照防突规定对于突出矿井、突出煤层管理的各项要求，专门制定满足安全生产需要的管理措施，报省级煤炭行业管理部门审批，并报省级煤矿安全监察机构备案。（2）根据突出煤层防治煤与瓦斯化突出的原则，对于突出岩层，应先采取区域防突措施为好，但为突出岩层施工中首先进行的是开拓工程，而且对化突出岩层也缺乏行之有效的区域防突措施，所以防突规定没有要求突出岩层必须先实施岩层内掘进巷道或揭穿该岩层时，必须采取工作面突出危险性预测、工作面防治岩石突出措施、工作面防突措施效果检验、安全防护措施的局部综合防突措施。但有突出岩层的矿井仍应在开采程序、巷道布置等方面系统考虑防治岩石与二氧化碳（瓦斯）突出的需要，达到区域治理的效果。（3）当预测有突出危险时，必须采取防治岩石突出措施。只有经措施效果检验证实措施有效后，方可在采取安全防护措施的情况下进行掘进作业。（4）岩石与二氧化碳（瓦斯）突出危险性预测可以采用岩芯法或突出预兆法。措施效果检验应采用岩芯法。（5）安全防护措施应当按照防治煤与瓦斯突出的安全防护措施实施。二、防治岩石与二氧化碳（瓦斯）突出措施1、加强地质工作和二氧化碳的探测（1）在煤田勘探和生产地质工作中，必须在探测地质构造的同时，探测瓦斯、二氧化碳等气体。在建设矿井和开拓新水平时，都要测定煤层和岩层以及断层裂隙带中的二氧化碳（或瓦斯）的压力，并分析气体成分，以便确定有无突出危险。（2）在矿井瓦斯鉴定和平时井下瓦斯检查时，必须同时进行二氧化碳鉴定和检查。对有二氧化碳涌出的矿井，地质部门要探测研究和分析二氧化碳的成因及来源的分布规律，技术部门要经常掌握变化情况。（3）对有二氧化碳（瓦斯）喷出或岩石（煤）与二氧化碳（瓦斯）突出危险的矿井，必须坚持“有疑必探，先探后掘”的原则，探清断层褶曲的确切位置，探清二氧化碳压力和高压瓦斯区域，坚决禁止在地质不清、瓦斯压力不明的情况下掘进。（4）凡矿井发生过二氧化碳喷出或突出的矿井，均作为二氧化碳喷出或突出的矿井，并制订防治措施，报省（区）煤炭局批准。2、严密对岩石与二氧化碳突出预兆的检测和观察（1）岩石和二氧化碳突出预兆。在施工中发现下列情况之一，必须进行认真分析，采取紧急防治措施；二氧化碳涌出时有“嘶嘶”声，底板积水冒泡，钻眼与炮眼喷雾；爆破后在巷道底板有一层雾状气体分布；二氧化碳浓度骤然增加；工作面空气温度降低，有凉、冷之感，嗅到碳酸气味；工作面工作人员发闷、头晕；巷道内有明显压力活动，如有片帮、底鼓或发生顶板岩石呈片状脱落以及煤岩倾出等现象。（2）凡有岩石和二氧化碳突出危险的采掘工作面，必须设置专人经常检查二氧化碳，掌握突出预兆，发现有危险时，立即组织人员按避灾路线撤出，并报告矿（井）调度室。（3）对有突出危险的矿井和区域的每个职工都要进行安全思想和预防突出技术教育，人人懂得防治突出的基本知识，避灾路线；人人知道突出预兆，随时检查预兆；人人严格按照防治措施作业。（4）采用岩芯法和突出预兆法预测a.当取出的岩芯中大部分长度在150mm以上，且裂缝围绕，个别为小圆柱体或圆片时，预测为一般突出危险地带；b.取出和1m长的岩芯内，部分岩芯出现2030个圆片，其余岩芯为长50100mm的圆柱体并没有环状裂隙时，预测为中等突出危险地带；c.当1m长的岩芯内具有2040个凸凹状圆片时，预测为严重突出危险地带。d.岩芯中没有圆片和岩芯表面上没有环状裂缝时，预测为无突出危险地带。采用突出预兆法预测工作面岩石与二氧化碳（瓦斯）突出危险性时，具有下列情况之一的，确定为岩石与二氧化碳（瓦斯）突出危险工作面：a.岩石呈薄片状或松软碎屑状的；b.工作面爆破后，进尺超过炮眼浓度的；c.有明显的火成岩侵入或工作面二氧化碳（瓦斯）涌出量明显增大的。3、在不同等级危险地带掘进时，采取不同的针对性措施在岩石与二氧化碳（瓦斯）突出危险的岩层中掘进巷道时，可以采取钻眼爆破工程参数优化、超前钻孔、松动爆破、开卸压槽及在工作面附近设置挡栏等防治岩石与二氧化碳（瓦斯）突出措施。采取上述措施的，应当符合下列要求：在一般或中等程度突出危险地带，可以采用浅孔爆破措施或远距离多段爆破法，以减少对岩体的震动强度、降低突出频率和强度。远距离多段爆破法的做法是，先在工作面打6个掏槽眼、6个辅助眼，呈椭圆形布置，使爆破后形成椭圆形超前孔洞，然后爆破周边炮眼，其炮眼距超前孔洞周边应大于0.6m，孔洞超前距不小于2m。采用远距离爆破，应根据突出危险性的大小，规定撤退的距离和范围，爆破时所有人员（包括回风巷道内人员）必须撤到指定安全地点。在预期有严重突出危险时，必须把可能波及范围的人员全部撤到井上。在严重突出危险地带，可以采用超前钻孔和松动爆破措施。超前钻孔直径不小于75mm，孔数根据巷道断面大小、突出危险岩层赋存及单个排放钻孔有效作用半径考察确定，但不得少于3个，孔深应大于40m，钻孔超前工作面的安全距离不得小于5m。深孔松动爆破孔径一般为6075mm，孔长1525m，封孔浓度不小于5m，孔数45个，其中爆破12个，其他也不装药，以提高松动效果。4、实行二氧化碳抽放和减少地应力措施（1）对于二氧化碳高压区，包括地质破碎带，可进行井下真空泵超前抽放，把抽出的二氧化碳用管子直接排到总回风道内。（2）在有二氧化碳喷出或突出危险的岩层（或煤层）内掘进巷道时，要严禁两个掘进工作面同时相向对掘或与开采工作面重叠相向前进。最好掘岩工作面在采煤工作面之后一段距离掘进，以减少地应力和地应力集中。5、合理布置巷道和加强巷道支护（1）巷道应尽量避免布置在含有高压二氧化碳的岩层和地质构造复杂的破坏地带以及地应力集中带。巷道与高压瓦斯区边缘和突出危险煤层的法线距离不小于20m。（2）在地质破坏带和松软岩层中掘进时，要特别加强巷道支护，采取短掘短砌，密集支护、前探支架等，严防冒顶引起突出。6、建立独立分区通风系统，严格风流控制（1）建立分区独立通风系统，将在喷出和突出区内的掘进工作而回风直接引入总回风或分区回负内，严禁串联通风。（2）必须在掘进回风与其他采掘区和巷道有关联的地点设一对反向风门，以防二氧化碳喷出（或突出）蔓延。（3）加大有喷出或突出危险采掘工作面风量。同时风门和风机必须有专人看管，风机要有单独的供电系统。工作面停风时人员必须立即退至新鲜风流内。7、编制灾害预防和处理计划，落实自救措施（1）凡有喷出的突出危险的矿井都要编制灾害预防和处理计划，并要组织干部、工程技术人员、工人学习和实际演习，二氧化碳突出时不要卧倒爬行。（2）在喷出和突出危险区域的所有