第五节突出煤层的合理采掘部署Word下载.docx

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回采煤量1年以上。

但是，仅凭“三量”还无法衡量矿井是否具备正常生产条件。

首先，对于突出矿井，作为防突最有效的首选措施是优先开采保护层。

煤层只有在保护层开采后，才能进入该煤层进行布置和开采。

这就引入一个新的概念，称之为“保护煤量”，即在保护层开采后，由于岩石的冒落移动，使上部或下部的突出煤层充分卸压的区域内的煤量，称之为“保护煤量”。

如果矿片是采用煤层预抽瓦斯作为区域性防突措施，那么通过预抽达到或接近开采保护层后指标的煤量也可箅为“保护煤量”。

保护煤量是反映突出矿井生产接续的一项重要指标，保护煤量的控指标应大干回采煤量，介于回采煤量和准备煤量之间较为合理。

煤层由于地质条件复杂，而且受井上下构造影响区，各类煤柱压煤区的影响．使可供直接开采的煤量均受到影响。

南桐矿务局为了准确计算矿井合理煤量的标准，又提出了一个新的概念，即“可供直接布置的煤量”，也就是说，以上的“四量”均要转化为“可供直接布置的煤量”进行计算，这样就能比较准确地反映矿井接续关系是否正常。

三、合理的抽掘采接替

在矿井的采区生产布局中，一般都要形成3个区——“生产区”、“准备区”、“开拓区”，且各自相对独立。

这样才能保证采掘互不干扰，生产正常进行。

在有煤与瓦斯突出的矿井中，仅靠实现“三区成套”，还不能满足矿井的正常接续，还必须实现“两超前”，瓦斯抽放超前，保护层开采超前。

保护层开采超前也就是保护层的开采要优于被保护层提前开采。

保护层的开采必须与瓦斯抽放相结合。

瓦斯抽放工作必须事先安排、提前设计、提前施工，在保护层开采前就布置好抽放系统。

保护层一开采，初期来压之后便可抽出瓦斯，以后随保护层工作面的推进不断调整，跟进抽放。

这就是瓦斯抽放超前。

为此，“三区成套、两超前”是检查有煤与瓦斯突出矿井，采掘部署正常与否的又一个重要标准。

归纳起来，矿井要分析具体情况，处理好白己的采、掘、保、抽、钻的关系。

就采掘而言-掘进先行；

就保护层开采，瓦斯抽放先行；

就瓦斯抽放，打钻先行。

如果矿井采用煤层预抽瓦斯作为区域性防突措施，在预抽钻孔控制范围内的煤层，其瓦斯压力或瓦斯含量必须降低到始突深度的瓦斯压力以下或瓦斯含量以下，突出煤层才可采掘。

如无实测资料，煤层瓦斯压力应降到0.74MPa以下，瓦斯含量应降到8m3/t以下。

采掘工作面的预抽钻孔控制范围应符合下列规定：

（1）石门（井筒）揭煤工作面控制范围应根据煤层的实际突出危险程度确定，但必须控制到巷道轮廓线外8m以上（煤层倾角＜8°

时，底部或下帮5m以上）。

钻孔必须穿透煤层的顶（底）板0.5m以上。

若不能穿透煤层全厚，必须控制到工作面前方15m以上。

（2）煤巷掘进工作面控制范围为：

巷道轮廓线外5m以上（煤层倾角>

8°

时,底部或下帮3m以上）及丁作面前方10m以上。

（3）采煤工作面控制范围为：

工作面前方20m以上。

四、合理的通风系统

开采突出煤层需建立完善可靠的采掘独立通风系统，提高矿井通风抗灾能力。

（1）采、掘工作面应实行独立通风，严禁两个工作面之间的串联通风。

（2）采煤工作面不得采用下行通风。

（3）控制风流的风门、风桥、风墙、风窗等设施必须可靠。

采煤工作面的回风侧不应设置风窗。

（4）突出煤层的掘进通风方式必须采用压人式。

（5）掘进工作面的局部通风机应采用三专（专用变压器、专用开关、专用线路）供电。

（6）保护层、被保护层采煤工作面宜采用Y形通风，以避免工作面上隅角回风巷瓦斯经常超限。

五、合理的机械化手段

在俄罗斯顿涅茨克矿区缓倾斜突出危险煤层，实际资料证明了在所有落煤方式下都会发生煤与瓦斯突出的危险。

但是使用0.8m以下的窄截深采煤机和刨煤机可以使突出密度降低30%-40％。

因此，只要可能都应采用远距离控制的机械以进行无人采煤，对于开采中硬以及中硬以下的煤层，刨煤机和浅截式机组是有发展前途的。

突出矿井的产量规模应根据煤层赋存条件（煤层数量、层厚、倾角、地质构造等）及突出严重程度而定，如中梁山南，北矿。

原设计年生产能力为90万吨，因地质条件复杂，且突出严重，至2004年南矿年实际产量33万吨，北矿年实际产量15.3万吨。

因而对位于突出较严重的渝、川、黔、湘等南方省市的矿井，矿井产量在l50万吨200万吨为宜，对于北方省市的矿井，产量规模可定为400万吨。

第六节开采保护层

一、保护层开采的原则

开采保护层是各国采用的防止突出的主要区域性措施。

所谓保护层。

一般是指在突出矿井的煤层群中首先进行开采的非突出危险煤层，开采保护层后，对有突出危险的煤层产生保护作用，使之消除或减少突出危脸性．达到防止煤和瓦斯突出的目的。

根据保护层的位置不同，可分为上保护层和下保护层。

位于被保护层上部的称为上保护层．反之称为下保护层。

根据保护层与位置不同，可分为近距离、中距离和远距离保护层。

近距离保护层：

h≤10m

中距离保护层：

10m<

h<

50m

远距离保护层；

h≥50m

在选择保护层时，应优先选择上保护层，没有条件时，也可选择下保护层，但在开采下保护层．不得破坏被保护层的开采条件。

开采下保护层时，上部被保护层不致破坏的最小层间距离可用式（2-13）、式（2-14）确定。

当a≤60°

时，hmin≥KMcosa（2-13）

当a>

60°

时,hmin≥KMcosa（2-14）

式中hmin允许采用的最小层间距离，m；

M一保护层开采厚度，m；

a-煤层倾角，（°

）；

K—取决于煤层厚度和顶板管理方法的系数。

采用充填法管理顶板时，K=4；

采用全部冒落法开采薄煤层和中厚煤层时，K=6；

用掩护支架开采厚煤层，采用全部冒落法且从上水平大量掉落岩石时，K=8；

用走向长壁开采厚煤层，或用掩护支架开采厚煤层，顶板冒落而上水平岩石掉落受到阻碍时，K=10。

如煤层群中所有煤层均为突出危险煤层，则应当开采突出危险性较小的煤层，或者首先开采能最有效地实施综合防突措施和能保证邻近层得到最大面积保护的煤层。

煤层群中的煤层可以实行下行开采、上行开采和混台开采的顺序，煤层群的开采顺序应以使大多数突出煤层都能得到保护作用为原则。

二、上保护层

（一）开采保护层的基本规律

保护屡开采后，被保护层的应力变形状态和瓦斯动力参数发生瘦化，其沿走向可划分为四个带：

①正常血力带（瓦斯内然涌出带）；

@集中应力带或支撑压力带（瓦斯涌出着力带）；

③保护带或卸爪带（瓦斯涌出活跃带），④应力恢复带（瓦斯涌出轾竭带）。

在卸压带内，由于压力已传递给此带以外的岩层承受，煤层即产生卸压作用，煤体产生膨胀变形透气性增加，瓦斯解吸，瓦斯甩力急剧下降．流量不断上升。

由于此带中瓦斯涌出活跃，最宜用钻孔抽放瓦斯。

主要突出矿井被保护层卸压带的分布如表2-22所列。

在垂直层面方向，开采保护层后，开采层周围的岩层和煤层向采空区移动变形，在采空区上方形成冒落拱，压力则传递给采奎区以外的岩层承受。

在采空区直接影响范围内，在煤层和岩层内，原有的天一然裂缝扩大，并产生新的裂缝，使被保护层和岩层的透气性增大数十至数百倍。

这些裂隙中有部分是垂直层面的，在离保护层一定距离内，裂隙能彼此贯通至保护层采空区，提供了被保护层解吸瓦斯涌向保护层采空区的通道。

根据保护层周围岩层和煤层的岩石移动强度（即其压程度），在保护层垂直层面方向可划分为三个带，如表2-23所列。

（二）开采保护层防止突出原理

国内外的考察资料证明，保护层开采后，披保护层的应力变形状态、煤结构和瓦斯动力参数将发生显著的变化。

在时间上卸压作用是最先出现的，卸压过程甚至有时在保护层工作面前方10-20m处开始，一般在工作面后方膨胀变形速度加快时，瓦斯动力参数才发生变化，因此，参数变化次序可表述如下：

其防止煤和瓦斯突出的原理可用图2-7表示。

从以上分析表明，尽管保护层作用是压和排放瓦斯的综合作用结果，但卸艇作用是引起其他因索变化的依据，卸压是首要的、起决定性的。

因此，只要突出层层受到一定的卸压作用，煤体结构、瓦斯动力参数便可发生如上顺序的变化。

枉层间距离较远（但要在有效层问垂距范周内）、中间有坚硬岩层的情况下，突出煤层的卸压、煤层及其围岩透气性的增加是无疑的，只是瓦斯自然排放困难一些，但从前两个罔索的变化来讲，都是有利于消除突出危险性的。

因此，退一步讲，即使不能完令消除突出危险性，也会有所降低。

在开采保护层时，煤和岩石的膨胀变形依靠弹性恢复，其完整体没有遭受严重的破坏。

因此，当地压恢复到危险值，而突出危险层业未充分排瓦斯时，讲能重新小现突出危险性。

（三）有效保护范围的确定

（1）保护作用的有效垂距：

急倾斜煤层40m，缓倾斜煤层30m。

（2）保护层沿走向的最小超前距成为层问垂距的2倍，且不得小于40m。

（3）保护层始束线，采止线处的超前距离为O.55-0.67倍的层间距，相应于沿走向的卸压角56°

-6l°

。

（4）沿顺向的保护范围：

在被保护层，沿倾斜的保护范围可按卸压角确定，如图2-8所示，其值按表2-24选取。

三、下保护层

（一）基本规律及防突原理

开采下保护层的基本规律与防突原理和开采上保护层相同。

在开采下保护层时，由于岩体完整性的破坏，并发生瓦斯排放，因此开采下保护屋的保护作用不取决于保护屋的开采时间。

（二）有效保护范围的确定

（1）保护作用的有效垂距；

急倾斜煤层50m，缓倾斜和倾斜煤层80m。

（2）沿走向的最小超前距：

始采线，采止线的超前距离等参数与采上保护层相同。

（3）沿倾斜的卸压角参见表2-24。

四、保护层开采结合瓦斯抽采

在我国的生产实践中，已把开采保护层结合抽放瓦斯作为一项综合性措施来运用，但是在不同的条件下，抽放瓦斯的作用是不相同的。

在层间垂距小于30-50m，层间没有较厚的硬岩层的情况下，突出煤层卸压后，大量瓦斯将通过层间裂缝涌向保护层的开采空间从，从而引起瓦斯超限，在开采近距离保护层时，采区瓦斯涌量可达15m3／min以上。

由于保护层薄，这样大的瓦斯量是难以用现有的通风疗法来稀释的。

尤其在开采近距离保护层，还可能发生采空区底板突然鼓起，计伴随大牖瓦斯涌出，可见，这时抽放保护层的卸压瓦斯是为保护层阿风巷瓦斯不超限和不发生底板突然鼓起以保证保护层的安全十产。

层问垂距虽小于30～50m，但层间有较厚的硬岩层，瓦斯自然排放条件差，残余瓦斯压力高，为了加速与扩大保护作用，应配合人工抽放瓦斯。

当层阃垂距人于30～50m，卸压程度减弱，瓦斯自然排放条件差，残余瓦斯压力增高，保护作用随之减弱。

在离保护层某一距离处，卸压程度少到仅仅依靠应力降低不足以消除突出危险，此时为了防突必须配合抽放瓦斯；

由于瓦斯排放可导致应力进一步降低，对卸压作用起到补充作用，从而达到综合防止突出的目的。

前苏联科学院地下资源综合开发研究所研究表明，开采保护层结合抽放瓦斯开采保护层抽放瓦斯，不仅可使保护作用影响范围增加1.4～1.6倍，而且可以大大增加被保护层的瓦斯排放程度不同（煤层原始瓦斯含量和残余瓦斯含量之差与原始瓦斯含量的比值）。

前苏联斯柯钦斯基矿业研究所的研究也得到类似的结果，结合人工抽放瓦斯可使上保护层的保护范围由30～50m扩大到50～80m，残余瓦斯压力为O.4MPa，残余瓦斯含量为7.5m3/t。

第七节防止煤与瓦斯突出的局部措施

一、对局部防宾措施的再认识

防止突出措施一般分为两类：

区域性防突措施和局部防突措施。

区域性防突措施的目的是消除煤层某一较大区域（如一个采区）的突出危险性，其优点是在突出煤层开采前．预先采取防突措施。

该措施施出与突出危险区的采掘作业互不干扰，且防突效果优于局部措施，应优先选用。

局部防突措施的作用在于使工作面前方小范围煤体失去突出危险性．仅在预测有突出危险的采掘工作面应用，属于这类措施的有局部预抽瓦斯、超前卸压排放瓦斯钻孔等。

实际上，局部防突措施对于每个突出矿井而育都是不可少的。

如对于主要运输巷布置在底板岩石中的矿井，为了开采上保护层，石门揭穿突出危险煤层就要用局部防突措施；

又如采用顺层长钻孔大面积预抽煤层瓦斯措施，也必须采取局部防突措施掘进运输巷及回风巷。

同时，在采煤工作面遇见区域性措施效果不好的区域，也可作为补救措施。

二、普遍采用的局部措施

（一）局部预抽瓦斯

1、石门揭开

在透气性较小的突出危险煤层，短时间内要求揭开（穿）的煤层以及有抽放系统的突出矿井，应优先采用预先抽放瓦斯防止突出措施。

此措施与排放钻孔措施的区别在于：

后者是采用自然排放瓦斯，而前者是借助于机械真空泵（或矿井的抽放系统）所造成的负压抽取煤层中的瓦斯，这样一来就加快了煤层排放瓦斯的速度，并增加了钻孔有效影响半径。

石门揭开（穿）突出危险煤层采用预先抽放瓦斯防治突出措施应遵守下列要求：

（1）煤层透气性较差，矿井有抽放设备或系统，并有足够的抽放时间（一般不应小下3个月）。

（2）抽放钻孔底应布置到石门轮廓线外3～5m的煤层内。

（3）抽放钻孔优先用孔径75～100mm

（4）抽放有效影响半径一般采用l-l.5m。

（5）石门揭开（穿）突出煤层前必须用工作面预测方法，对措施效果进行检验，或用预抽率判断煤层预抽效果。

只有措施效果检验有效后，方能揭开突出煤层。

中粱山北矿采用该法安全解开84次突出危险层，未发生突出。

此外在天府局三汇二矿、三汇三矿、淮北芦陵矿、淮南谢一矿、窑街海石湾矿采用该措施均取得较好的结果。

2．煤巷掘进

在水城木冲沟矿、美蓉门皎矿采用该措施掘进煤巷取得较好的结果。

（二）超前卸压排放瓦斯钻孔

1、作用原理

超前卸压排放瓦斯钻孔是国内外应用最早和最广泛的一种局部防突措施，主要用于煤巷掘进，也用于石门揭突出危险煤层和采煤工作面，都取得很好的效果。

一般用于煤巷掘进工作面的习惯称之为超前钻，用于石门揭煤的称之为排放钻孔或多排钻孔。

在煤层打的超前卸压排瓦斯钻孔，有三种作用，一是在钻周围形成卸压带，降低钻孔周围煤体的应力；

二是排放钻孔周围煤体中的瓦斯，使得在钻孔控制范围内的煤体得到卸压和排放瓦斯；

三是使工作面前方的应力集中带移向煤体槔部，以达到在一定的范围内消除，主降低突出苊险。

当然，在石门揭煤时只显示前两种作用。

其作用原理见图2-9。

2、有效影响半径的测定在煤巷测定超前钻孔有效影响半径时，在超前钻孔一侧或四周布置若干个测量孔，通过考察测量孔内瓦斯涌出量或其他突出预测指标的变化来确定测鼍孔的影响范围。

部分突出矿井的实测不同直径超前钻的有效影响半径见表2-25。

3石门揭开

卸压排放瓦斯钻孔，被突出矿井普遍用于石门揭开突出危险煤层，其特点是在石门内及轮廓线外一定范围内的煤层中打若干排卸压排瓦斯钻孔，便于在瓦斯钻孔控制范围内的煤体卸压和排放瓦斯，形成突出危险性大大降低的安全地带。

卸压排瓦斯钻孔也适用于各种赋存条件的煤层。

在钻孔布置上，原先要在石门内及轮廓线外5～7m范围内，布置2～3排，共计20～40个的扇形排放钻孔网，以便在石门周边形成一个宽度为5-8m左右，经卸压、排放瓦斯后的安全带。

近年来一些局矿（南桐鱼田堡矿、天府磨心坡矿）改进了钻孔布置方式，采用石，门周界外环状布孔方式或双环圈布孔方式，取得了较好的效果。

4、煤巷掘进

（1）一般规定对缓倾斜薄煤层及中厚煤层，掘进工作面的突出危队性主要来自前方和两帮，对急倾斜和厚煤层，掘进工作面的突出危队性还可能来自上、下部。

因此，掘进工作面防突措施不仅旨在消除工作面前方巷道断面内煤体的突出危险性，而且还要消除巷道轮廓线外一定范围内煤体的突出危险性。

防突措施应控制的范围如2-10所矫，对超前钻孔这一控制范围为2～4mm。

而且要求无论采取何种防突措施，在掘进过程中都必须始终保持丁作面前方煤体有一个5m长的充分卸压和瓦斯排放范围，该范围通常叉称为5m超前距。

对于超前钻孔防突措施，当措施孔较长或孔数较少时，容易在巷道两帮的应控制范围内留下末消除危险的三角空门带（见图2-10）。

在第一次执行防突措施或无措施超前距时，必须采用浅孔卸压排放或其他防突措施，先在工作面前方形成5m的安全屏障后，方可进行正常防突措施施工，以确保执行措施的安全。

在突出煤层中掘进上山时，因受煤体自重的影响，上山掘进工作瓦斯的突出危险性要比平巷大，障了应采取防突措施外，还应特剐注意加强支护。

目前，上山掘进丁作面缺乏适合其特点的阱突措施只能沿石平巷工作面的防突措施，一般可采取超前钻孔、掩护挡板等防突措施以及保证人身安全的防护措施。

（2）下艺

实施超前钻孔时，如果煤层能明显分出硬、软分层时应在软分，层中布置钻孔。

超前钻孔数量及布置方式应根据钻孔有效半径和所需控制范围确定，当煤层赋存条件变化时，超前钻孔数量应髓之相应增减。

超前钻孔实施后，应进行防突措施效果检验。

超前钻孔的直径一般为75-120孔长一般不小于8m，超前距不小于5m；

超前钻孔的控制范围应包括巷道断面内和巷道的轮廓线外不小于2m范围的煤体。

在突出危险性太的掘进工作面，巷道轮廓线外应控制的煤体的范围应增大。

根据孔径的不同，一个工作面可布置几个和几个超前钻孔。

当超前钻孔数量较少和孔深较大时，难以按要求控制巷道轮廓线以外的煤体范围，容易使工作面前方煤体留下未卸的在角牵白带，为此，可采用长短钻孔相结合的布置方式。

施丁时采用方式打孔，风力排渣。

三、对其他局部措施的探讨

（一）深孔松动爆破

深孔松动爆破因其较其他措施简便，适用于突出强度不大，煤质较硬的中小型突卅矿井。

其作用原理足在较长的钻孔中采用药壶装药的方法进行爆破，使钻孔周围的煤体产生裂隙、卸压，为煤体中瓦斯排放创造条件。

工作面一般布置4～5个爆破孔，孔深8～10m，孔底间距0.7～l.Om，孔深8～1Om，控制到轮廓线外1.5～2.5m的煤体范围，每孔装药3～5kg。

（二）金属骨架

金属骨架是用于右门（井巷）工作而揭穿突出危险层的一种超前支架。

这种支架是将钢管或钢轨捕人预先在T作面断面周边处布置的钻孔内，其前端伸煤层的顶或底板岩石中，后端支撑在工作面中的支架上。

该防突措麓的作用一是通过安装金属内架的钻孔排放煤体中的一部分瓦斯，使一定范围内的煤体卸压；

二是依靠金属骨架加强工作面前方煤体的稳定性。

对于石门揭煤，由于金属骨架的两端是支撑在煤层顶（底）板的岩石中，以此承受悬和两帮煤体的压力，因此，对缓倾斜和倾斜煤层会因跨度加大而使骨架的强度降低。

由于金属骨架措施不能大量释放突出潜能，只能在一定程度上起到抑制宪出发动魄孽聱辩，该措施预防突出的能力是有限的。

我国应用金属骨架的实践经糍褒明，该措施预防倾出类型的突出是有效的，但对严重突出危险煤蒜，仪靠金属骨架措施尚币能有效预防突出。

近些年来，金属骨架仅作为石防突措施的一种配套措施，以防止悬和两帮的煤体垮落诱发突。

（三）金属骨架结合扩孔钻卸煤

扩孔钻卸煤措施足利用可伸缩钻头，将石门前方煤体叶一郭分煤发掏，使煤体加速卸压和排放瓦斯，达到防突的种乃法。

为以防止悬煤体垮落，使用该措施时，在孔上。

部架设金属骨架。

右门揭开煤层采用扩孔钻措施可大夫惯约揭煤时间，但要注意扣卸压扎时的喷扎，成采崩应的安全防护措施。

（四）水力冲刷

1．作用原理

通过在工作面前方煤体中一组钻孔的水力冲刷，在水射流、地应力及瓦斯的共同作用下，使煤体破裂，并滑孔深和扎道周嗍拶屉，破碎的煤炭不断排孔孔外，形成彼此连通的孔洞网组，或孔洞问煤柱受破坏沟通，煤层方向形成一定宽度和度的槽缝．起刮类似开'

采髁口’层的作川。

冲刷过程巾应力重新分市．集中府由向巷遭前方厦哺侧椎移，乩斯犬鲢解吸后迅速排，存一定范同内得到较充分的卸旭和排放瓦斯．从而达到揭煤或煤巷掘进时防止突出的作用。

2应用与效果

水力冲刷作为一种防突措施．经理论与实践证明是一种有效的防清突出手段，尤其是用于石门揭开突出危险煤层。

因此，在前苏联、匈牙利、保加利亚、法国、比利时等国家，尤其是在前苏联与匈牙利，水力冲刷比较广泛地应用在石门揭煤和煤巷掘进中。

我国北票矿务局及其他一些矿井曾应用渡措施，后因该措施冲中刷的煤和瓦斯就地排放，难以处理，以后很少使用。

近年来在承城汪家寨煤矿和焦煤（集团）公司突出煤层的掘进工作面，采用水力冲刷措施取得了较好的效果。

一般在煤巷工作面打5个直径115mm的冲刷孔，孔深30m，冲刷孔水压10-12MPa，冲刷水量60L/min，冲孔速度0.5/min，冲刷后的孔径要大于300mm。

应用条件是煤层中应具有厚度不小于0.05m、f〈0.6的软分层。

第六节冲击地压煤层开采

第八十一条开采冲击地压煤层的煤矿应有专人负责冲击地压预测预报和防治工作。

开采冲击地压煤层必须编删专门设计。

冲击地压供层掘进工作砸临近丈塑地质构造、采空区，通过其他集中应力区以及回收燃柱时，必须制定措施，防治冲击地压的措施中必须规定发生冲击地压时的撤人路线。

每次发生冲击地压后，必须组织人员到现场进行调查，录发生前的征兆、发生经过、有关数据及蕞坏情况，制定恢复工作的措施。

第八十二条开采严重冲击地压煤层时，在采空区不得留有煤柱。

如果在采空区留有煤柱，必须将煤柱的位置、尺寸以及影响范围标在采掘工程图上。

开拓巷道不得布置在严重冲击地压煤层中。

永久硐室不得布置在冲击地压煤层中第八十三条开采煤层群时，应优先选择无冲击地压或弱冲击地压煤层作为保护层开保护层有效范围的期定方法和保护层回采的超前距离，应根据对矿井实际考察的结果确定。

开采保护层后，在被保护层中确实受到保护的地区，可按无冲击地压煤层进行采掘工作。

在未受保护的地区必须采取放顶卸压、煤层注承、打卸