防治煤与瓦斯突出的局部措施

防治煤与瓦斯突出的局部措施防治煤与瓦斯突出的局部措施防治煤与瓦斯突出的局部措施第十九章防治煤及瓦斯突出的局部措施局部措施

局部措施是在煤及瓦斯突出煤层采掘工作面前方局部区域内采取防突措施，经效果检验确认，消除该局部区域的突出危险性、形成阻止突出的安全带后，在留有足够超前距的条件下进行采掘作业。早期的局部防突措施是一种长期、直接面对突出危险源的工程方法，预测、效果检验和措施三个环节中任何一个环节出现问题，都可能产生灾难性的后果，已不能适应当今煤矿瓦斯治理的需要。第十九章防治煤及瓦斯突出的局部措施目前的局部措施配合区域性措施使用，由于煤层赋存条件复杂性和预抽时间不均衡等方面原因，区域范围内可能存在抽采效果相对较差的局部煤体，采掘到此位置仍然存在突出隐患；此时再补充局部措施，将进一步降低这个局部煤体的瓦斯，彻底消除其突出危险，保障采掘工作的安全，即局部防突措施是区域防突措施的补充，起到“拾漏补缺”的作用第十九章防治煤及瓦斯突出的局部措施局部措施可分为基本措施、增强措施和保障措施三类基本措施：施工钻孔抽(排)瓦斯增强措施：为提高瓦斯抽（排）效果的措施保障措施：在执行过基本措施并经效果检验有效后，采取的改善煤体力学性能、进一步保障后续采掘工作的安全的措施基本措施是抽（排）煤体瓦斯、进一步降低瓦斯含量、彻底消除煤层突出危险必须采取的措施，是决定性的，是必须实施的增强措施和保障措施是辅助性的，起到提高抽（排）效率和进一步保障安全的作用，可针对具体情况确定是否采用一、基本措施（一）超前钻孔（二）边掘边抽（一）超前钻孔有突出危险的煤巷掘进工作面应优先选用超前钻孔（包括超前预抽瓦斯钻孔、超前排放钻孔）防突措施。超前钻孔是在工作面前方一定范围煤体内打一定数量的钻孔，抽（排）煤体瓦斯，彻底消除煤层突出危险性的一种方法。（一）超前钻孔（一）超前钻孔基本要求1）煤巷掘进工作面 （1）巷道两侧轮廓线外钻孔的最小控制范围：近水平、缓倾斜煤层5m，倾斜、急倾斜煤层上帮7m、下帮3m。当煤层厚度大于巷道高度时，在垂直煤层方向上的巷道上部煤层控制范围不小于7m，巷道下部煤层控制范围不小于3m。 （2）钻孔在控制范围内应当均匀布置，在煤层的软分层中可适当增加钻孔数。预抽钻孔或超前排放钻孔的孔数、孔底间距等应根据钻孔的有效抽放或排放半径确定；随着煤层钻进技术及工艺的发展，钻孔施工效率已大幅度提高，也可缩小钻孔间距以缩短瓦斯抽排时间。（一）超前钻孔基本要求1）煤巷掘进工作面 （3）钻孔直径应当根据煤层赋存条件、地质构造和瓦斯情况确定，一般为75～120mm，地质条件变化剧烈地带也可采用直径42～75mm的钻孔。若钻孔直径超过120mm时，必须采用专门的钻进设备和制定专门的施工安全措施。 （4）煤层赋存状态发生变化时，应及时探明情况，再重新确定超前钻孔的参数； （5）钻孔施工前，加强工作面支护，打好迎面支架，背好工作面煤壁。（一）超前钻孔基本要求2）采煤工作面 钻孔直径一般为75～120mm，钻孔在控制范围内均匀布置，在煤层的软分层中可适当增加钻孔数；超前排放钻孔和预抽钻孔的孔数、孔底间距等应当根据钻孔的有效排放或抽放半径确定；同样，为了缩短瓦斯抽排时间可缩小钻孔间距。（一）超前钻孔工艺方法采用超前钻孔局部防突措施，如果煤层能明显分出软硬分层时，应在软分层中布置钻孔。超前钻孔数量及布置方式随煤层赋存条件的变化而变化。1）煤巷掘进工作面超前钻孔孔长一般为10～12m。间距根据钻孔有效抽（排）半径确定，但总体来说超前钻孔的总工程量不大，目前钻机的施工能力、效率都有了很大的提高。因此，可以缩小钻孔间距，一般孔底间距以1.0m左右为宜。 （一）超前钻孔1）煤巷掘进工作面

根据孔径及煤层厚度不同，一个工作面可布置十几个至几十个超前钻孔，并保证钻孔控制的范围能满足要求当超前钻孔数量较少或孔深较大，难以按要求均匀控制巷道轮廓线以外的煤体范围时，工作面前方煤体两侧将留下未卸压的三角空白带。为此，可采用长短钻孔相结合的布置方式工艺方法（一）超前钻孔工艺方法2）采煤工作面

超前钻孔应用于采煤工作面，沿工作面倾斜方向每1.0～2.0m布置钻孔，钻孔直径75～120mm，钻孔深度6～10m；当煤层厚度大于1.6m时，布置双排钻孔；钻孔间距以不超过2m为宜。在距工作面上下顺槽（风巷、机巷）10m的范围内，可不布置钻孔。（一）超前钻孔工艺方法2）采煤工作面

超前钻孔应用于采煤工作面，沿工作面倾斜方向每1.0～2.0m布置钻孔，钻孔直径75～120mm，钻孔深度6～10m；当煤层厚度大于1.6m时，布置双排钻孔；钻孔间距以不超过2m为宜。在距工作面上下顺槽（风巷、机巷）10m的范围内，可不布置钻孔。（二）边掘边抽边掘边抽是在工作面掘进过程中，通过工作面和巷帮钻场向前方一定范围煤体施工钻孔，抽采煤体瓦斯；同时在工作面掘进过程中，巷帮钻孔仍可以抽排、拦截巷道两侧煤体的瓦斯，减少掘进时的瓦斯涌出边掘边抽的巷帮钻孔和掘进工作面前方的顺层钻孔同时施工，巷帮钻孔的长度依据煤层的赋存条件和钻孔施工能力而定，通常为50～60m巷道两帮每45m布置一个钻场，在钻场内施工长钻孔控制前方55m的煤体，消突后进尺45m，保持10m的钻孔压茬距。每个钻场的钻孔数量依据钻孔间距和煤层厚度而定（二）边掘边抽二、增强措施（一）松动爆破（二）水力挤出（三）水力割缝（一）松动爆破

松动爆破是在工作面前方卸压煤体的防护下，在较长的钻孔中采用药壶装药，在前方5.5～6m以外爆破，松动工作面前方的煤体，产生大量的裂隙，增加煤体的渗透性能，提高煤体的抽（排）瓦斯效率。适用于煤质较硬、突出强度较小的煤层松动爆破原理药壶装药的爆破作用只发生在煤体内部，除在装药孔段四周形成扩大的空腔外，还形成破碎圈、裂隙圈和震动圈，这些构成了松动爆破的影响范围破碎圈和裂隙圈起到卸压增透和排放瓦斯作用破碎圈主要由爆破产生的冲击波产生，消耗的能量很大，但作用的范围较小（一）松动爆破裂隙圈是应力波和爆炸气体共同作用的结果，煤体内既有径向的裂隙，也有环形的裂隙，裂隙圈的大小决定了深孔松动爆破影响范围的大小深孔松动爆破单位长度上的装药量越大，爆破孔的径向作用范围越大钻孔孔径和药卷直径一定时，爆破孔影响半径及孔深和装药长度无关爆破后炮眼周围形成直径50～200mm的破碎圈及1.5～2.5m裂隙圈，处于其间的煤体透气性能倍增，从而提高瓦斯抽（排）效果（一）松动爆破基本要求1）煤巷掘进工作面 （1）松动爆破钻孔的孔径一般为42mm，孔深不得小于8m。松动爆破应至少控制到巷道轮廓线外3m的范围。孔数根据松动爆破的有效影响半径确定，有效影响半径通过实测确定； （2）松动爆破孔的装药长度为孔长减去5.5～6m； （3）松动爆破按远距离爆破的要求执行。（一）松动爆破基本要求2）采煤工作面 （1）采煤工作面的松动爆破防突措施适应于煤质较硬、围岩稳定性较好的煤层。松动爆破孔间距根据实际情况确定，一般2～3m，孔深不小于5m，炮泥封孔长度不得小于1m。应当适当控制装药量，以免孔口煤壁垮塌 （2）松动爆破时，应当按远距离爆破的要求执行（一）松动爆破钻孔布置方法1）煤巷掘进工作面 掘进工作面采用深孔松动爆破措施时，其钻孔布置方式应根据工作面煤层赋存条件和断面大小而定，通常可布置3～5个钻孔，孔长一般为8～10m，控制范围应包括巷道断面内和距巷道轮廓线3m以上的煤体范围。深孔松动爆破的有效影响半径应进行实测，孔间距由有效影响半径确定。为了提高深孔松动爆破的增透效果，还可以在爆破孔的两侧和中间打一些不装药的排放钻孔，以扩大爆破自由面和增加瓦斯排放通道。（一）松动爆破（一）松动爆破（一）松动爆破应用实例六枝矿务局大用及化处两矿七号煤层瓦斯压力为1.07～1.8MPa，坚固性系数0.13～0.30，瓦斯含量18.8～21.9m3/t，煤层厚度3～4m，测得单孔松动半径1.1～2.5m，松动炮孔深8m，每孔装药3～4.5kg，装雷管3～4个，采用大串联方式引爆松动放炮后使松动范围内的瓦斯压力降至0.5MPa以下（8h后）；煤层透气系数由5.3～6.4m2/（MPa2.d）提高到27.6m2/（MPa2.d）；吨煤瓦斯排放率达35%（爆破后7h累计）（一）松动爆破（二）水力挤出水力挤出是在掘进工作面前方打钻孔，封孔后利用注水泵对钻孔进行中、高压注水，注水速度超过煤的渗透速度时，煤体破裂，并向掘进空间移动，进而增加注水钻孔控制范围煤体的渗透性能，提高煤体的预抽（排）瓦斯效率。（二）水力挤出基本要求煤巷掘进工作面 （1）沿工作面间隔一定距离打浅孔，钻孔及工作面推进方向一致，然后利用封孔器封孔，向钻孔内注高压水。注水参数应根据煤层性质合理选择。如未实测确定，可参考如下参数：钻孔间距4.0m，孔径42～50mm，孔长6.0～10m，封孔2～4m，注水压力13～15MPa，注水时以煤壁已出水或注水压力下降30%后方可停止注水； （2）水力疏松后的允许推进度，一般不宜超过封孔深度，其孔间距不超过注水有效半径的两倍； （3）单孔注水时间不低于9min。若提前漏水，则在邻近钻孔2.0m左右处补打注水钻孔。（二）水力挤出工艺方法水力疏松用的钻孔应打在可保证封孔质量完好的煤分层中。水力挤出时瓦斯涌出量明显增大，因此要注意水力挤出过程的瓦斯涌出监测，配备自动检测系统，自动记录水力挤出过程及相关的巷道中的瓦斯涌出，出现问题及时处理。（二）水力挤出应用实例利用ANSYS有限元分析软件对水力挤出措施实施前后的掘进工作面前方煤体应力分布进行数值模拟，结果表明：及水力挤出前相比，水力挤出后集中应力带内的应力集中程度有明显下降，峰值应力下降了65.5%，应力集中系数由水力挤出前的1.4下降到1.2煤层注水使得掘进头前方的应力分布更加均衡煤层注水后，钻孔周围一定范围（半径约0.25m）的煤体应力超过其单向抗压强度，表现为压碎行为；而距离此范围稍远点的煤体应力呈现拉应力超过煤体的单向抗拉强度，表现为撕裂行为。在压碎和撕裂作用下，煤体沿其中的削弱面开始错动、滑移，并呈现离层现象（二）水力挤出应用实例对水力挤出时瓦斯动力状态和煤层应力状态的考察表明：在水力挤出之后，在注水钻孔的长度上和工作面前方10m长度上，瓦斯压力都有降低，在巷道侧帮同样出现瓦斯压力的明显降低。而直接毗邻注水钻孔的部分煤体，瓦斯压力降低得最大，几乎减少了90%以上。在注水发生煤体明显移动的同时，工作面瓦斯涌出也明显增加，有时达到原始值的2倍。当注水只引起煤体的水力破裂，而没有向巷道方向移动很大时，瓦斯涌出的幅度要稍小些，为原始值的1.6倍。当注水时煤层靠近工作面部分既不发生水力破裂，也不发生水力挤出，而只发生煤的湿润时，瓦斯涌出反而会降低。（二）水力挤出应用实例对煤体移动量所做的研究表明：不同的深度移动量的大小不同：离工作面越近，移动强度大；往深部就减少。如在开始3m范围内，移动强度为33～50mm，在7m处不超过3mm。在水力挤出处理带煤具有较大的残余变形（68％或更大），而未处理带的煤则有很大的弹性变形（68％或更大）和很小的残余变形。（三）水力割缝水力割缝是在煤层中先打一个钻孔，然后在钻孔内利用高压水射流对钻孔两侧的煤体进行切割，在钻孔两侧形成一条具有一定深度的扁平缝槽，利用水流将切割下来的煤体带出孔外。为了提高水力割缝效果，又发展了高压磨料射流割缝技术，通过一定的技术手段，将具有一定粒度的磨料粒子加入到高压水管路系统中，使磨料粒子及高压水进行充分混合后再经喷嘴喷出，从而形成具有极高速度的磨料粒子流——磨料射流。磨料粒子本身有一定的质量和硬度，因此高压磨料水射流具有良好的磨削、穿透、冲蚀的能力，提高割缝的效果。（三）水力割缝增透原理采用水力割缝措施后，首先增加了煤体的暴露面积，且扁平缝槽相当于局部范围内开采了一层极薄的保护层，达到了层内自我保护，给煤层内部卸压、瓦斯解吸流动创造了良好的条件，其结果是造成了缝槽上下煤体在一定范围内充分卸压，增大了煤层的透气性能其次，在地压作用下，缝槽周围的煤体向缝槽空间膨胀、移动，扩大了缝槽卸压、排瓦斯范围。因此，水力割缝的切割、冲击作用，使钻孔周围一部分煤体被高压水击落冲走，形成扁平缝槽空间，这一缝槽可以使周围煤体发生激烈的位移和膨胀，增加煤体中的裂隙，大大改善煤层中的瓦斯流动状态，为瓦斯排放提供有利条件，改变煤体的原始应力和裂隙状况，提高煤体的透气性（三）水力割缝高压磨料水力割缝工艺（三）水力割缝应用实例 李子垭南二井3102北机巷掘进碛头巷道内主采煤层为K1煤层，煤层瓦斯压力为3.2MPa，瓦斯含量为18.22m3.t。煤层倾角44°～48°，中间夹石为黑色泥岩、褐灰色粘土岩以及炭质泥岩，夹矸厚60～80mm。矸石上部煤层松软,呈粉末状及片状，下部煤层坚硬易碎,多呈块状。 北机巷掘进碛头煤层位于突出危险区,在掘进工作面硬煤层中钻超前抽采钻孔,然后利用高压磨料射流对抽采孔进行径向割缝,切穿中间夹石后在上部软分层中形成切槽,达到对软分层的卸压增透的目的。割缝孔布置如图19-10所示,抽采钻孔控制范围为巷道上帮10m,下帮5m。（三）水力割缝 实际割缝工况压力为25～28MPa,煤层割缝半径约计为1.5m,每个圆盘形缝槽的切割时间为15～20min。结果表明:利用磨料射流割缝后,首月瓦斯单孔抽放量提高了2.83倍，提高了瓦斯抽采效果。三、保障措施（一）前探支架（二）煤层注水（一）前探支架三、保障措施

前探支架是在掘进工作面前方顶部事先打上一排超前支撑悬露煤体的支架，以防止工作面顶部松软的悬煤垮落引起的煤及瓦斯突出（倾出），前探支架主要于松软煤层的平巷掘进。布置方法在工作面前方打一排直径为50～80mm钻孔，钻孔仰角8~10°，钻孔间距为0.2～0.3m；然后在钻孔中插入钢管或钢轨，尾端用支架支撑牢固；钢管或钢轨长度可按两次掘进循环的长度再加0.5m，每掘进一次打一排钻孔，形成两排钻孔交替前进。 在煤层特别松软、打钻困难时可以采用金属撞楔打入前方煤体，然后再撞楔的掩护下进行掘进。（一）前探支架三、保障措施