巷修工安全培训教材Word文件下载.docx

1、回采引起的支承压力不仅数倍于原岩应力，而且影响范围大。巷道受到回采影响后，围岩应力、围岩变形会成倍、甚至近十倍急剧增长。因此，巷道围岩控制手段的实质是如何利用煤层开采引起采场周围岩体应力重新分布的规律，正确选择巷道布置和护巷方法，使巷道位于应力降低区内，从而减轻或避免回采引起的支承压力的强烈影响，控制围岩压力。（一）巷道围岩压力及影响因素 1围岩压力 采掘活动引起巷道围岩应力集中和重新分布，使巷道周边岩体自稳能力显著降低，导致向巷道空间移动。为了防止围岩变形和破坏，需要对围岩进行支护。这种围岩变形受阻而作用在支护结构物上的挤压力或塌落岩石的重力，统称为围岩压力。根据围岩压力的成因，围岩压力可分

2、为以下四种类型：（1）松动围岩压力 由于巷道开挖而松动或塌落的岩体，以重力的形式直接作用于支架结构物上的压力，表现为松动围岩压力载荷形式。如支护不能有效地控制围岩变形的发展，围岩形成松动垮塌圈时，将导致松动围岩压力出现，通常顶压显现严重。（2）变形围岩压力 支护能控制围岩变形的发展时，围岩位移挤压支架而产生的压力，称为变形围岩压力，简称变形压力。在“围岩一支护”力学体系中，只要围岩与支架相互作用，围岩就会对支架施加变形压力。弹性变形压力是围岩弹性变形时作用于支架上的压力，弹性变形产生速度极快，变形量很小，对于围岩、支护相互作用过程而言，实际意义不大。塑性变形压力是由于围岩的塑性变形和破裂，围岩

3、向巷道空间位移，使支护结构受到的压力，是变形围岩压力的主要形式。塑性变形的大小主要取决于巷道塑性区和破裂区的范围。塑性区的扩展具有明显的时间效应，塑性区不再扩展时，围岩变形速度下降，而逐渐稳定并趋于流变。（3）膨胀围岩压力 围岩膨胀、崩解体积增大而施加于支护上的压力，称为膨胀压力。膨胀压力与变形压力的基本区别在于它是由吸水膨胀而引起的。从现象上看，属于变形压力范畴，但两者的变形机制截然不同，前者是指与水发生物理化学反应，后者主要是围岩应力与结构效应。（4）冲击和撞击围岩压力 冲击围岩压力指围岩积累了大量弹性变形能之后，突然释放出来所产生的压力；撞击围岩压力是回采工作面上覆岩层剧烈运动时对巷道支

4、护体所产生的压力。2影响围岩压力的主要因素 影响围岩压力的因素基本上可分为开采技术因素和地质因素两大类。开采技术因素中，影响最大的是回采工作状况，即巷道与回采工作面相对空间、时间关系。例如，巷道是处于侧、两侧或邻近煤层采动影响条件下，是受一次还是受多次采动影响，采动影响已经稳定还是正在采动过程中。其次是巷道保护方法，例如，巷道支护方式、巷道断面形状和大小、巷道、掘进方法、巷道基本支护类型和参数等。地质因素主要有：原岩应力状态、围岩力学性质、岩体结构、岩石的组成和胶结状态、围岩中水分的补给状况等。（二）巷道围岩控制原理和方法 1巷道围岩控制原理 巷道围岩控制是指控制巷道围岩的矿山压力和周边位移所

5、采取措施的总和。其基本原理是：人们根据巷道围岩应力、围岩强度以及它们之间的相互关系，选择合适的巷道布置和保护及支护方式。降低围岩应力，增加围岩强度，改善围岩受力条件和赋存环境，有效地控制围岩的变形、破坏。需要强调指出，受到采动影响的巷道，巷道围岩岩体结构、赋存条件在很大程度上受到回采工作的制约。因此，巷道围岩控制的效果，极大程度上取决于对回采活动影响巷道围岩控制的认识，对巷道围岩岩体力学模型、变形及破坏机制判断的正确性，以及对巷道围岩赋存条件和岩体力学性质掌握的程度。围绕降低巷道围岩应力，增加围岩强度，改善围岩受力条件和赋存环境，巷道围岩控制方法可归结为巷道布置和巷道保护及支护两方面内容。2巷

6、道布置 从巷道围岩控制的角度出发，布置巷道时应重视下列问题：（1）在时间和空间上尽量避开采掘活动的影响，最好将巷道布置在煤层开采后所形成的应力降低区域内。（2）如果不能避开采动支承压力的影响，应尽量避免支承压力叠加的强烈作用，或尽量缩短支承压力影响时间，例如跨越巷道开采，避免在遗留煤柱下方布置巷道等。（3）在采矿系统允许的距离范围内，选择稳定的岩层或煤层布置巷道，尽量避免水与松软膨胀岩层直接接触。（4）巷道通过地质构造带时，巷道轴向应尽量垂直断层构造带或向、背斜构造。（5）相邻巷道或铜室之间选择合理的岩柱宽度。（6）巷道的轴线方向尽可能与构造应力方向平行，避免与构造应力方向垂直。3巷道保护及支

7、护巷道的保护及支护措施：（1）通过在巷道围岩中钻孔卸压、切槽卸压、宽面掘巷卸压以及在巷旁留专门的卸压空间等方法，使巷道围岩受到某种形式的不同程度的卸载，将本该作用于巷道周围的集中载荷，转移到离巷道较远的新的支承区，达到降低围岩应力的目的。（2）采用围岩钻孔注浆、锚杆支护、锚索支护、巷道周边喷浆、支架壁后充填、围岩疏干封闭等方法，增高围岩强度，优化围岩受力条件和赋存环境。（3）架设支架对围岩施加径向力，既支撑松动塌落岩石，又能加大巷道的围压，保持围岩三向受力状态，提高围岩强度，限制塑性变形区和破裂区的发展。根据巷道不同时期的矿压显现规律，巷道支护可分为巷内基本支架支护、巷内加强支架支护、巷旁支护

8、、联合支护四种形式。（三）巷道围岩稳定性分类及支护选择 1.巷道围岩稳定性分类 根据根据锚喷支护设计和施工需要，按照煤矿岩层特点制定围岩分级，可分为非常稳定岩层、稳定岩层、中等稳定岩层、不稳定岩层、极不稳定岩层。2.选择巷道支护形式 依据预测的巷道围岩稳定性类别，推荐的煤层巷道锚杆基本支护形式与主要参数见表 注1 巷帮锚杆基本支护形式与主要参数视地应力、巷帮煤（岩）强度、节理状况、护巷煤柱尺寸、巷道断面等因素，参照顶板锚杆确定；2对于复合顶板、破碎围岩、易风化、潮解、遇水膨胀围岩，可考虑在基本支护形式基础上增加锚索加固或注浆加固、封闭围岩等措施；3.顶板较完整”指节理、层理分级的I、I、III

9、, “顶板较破碎”指IV 、V 级。第二节 冲击地压灾害防治 煤矿开采过程中，在高应力状态下积聚有大量弹性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒落或抛出，使能量突然释放，呈现声响、震动以及气浪等明显的动力效应。这些现象统称为煤矿动压现象。它具有突然爆发的特点，其效果有的如同大量炸药爆破，有的能形成强烈暴风，危害程度比一般矿山压力显现程度更为严重，在地下开采中易造成严重的自然灾害。但是，这种动压现象并不是每个矿井都会发生，它也是可以防治的。煤矿动压现象的成因和机理各地不完全相同，它的显现形式也有差异。因此，正确地区分各种动压现象的实质，对深人矸究和制定相应的防治对策，都有重大的实际意义。目

10、前，根据动压现象的一般成因和机理，可把它归纳为三种形式，即冲击矿压、顶板大面积来压和煤及瓦斯突出。前两者完全属于矿山压力的矸究范畴，而后者除矿山压力的作用外，还有承压瓦斯的动力作用。一、冲击地压及机理、预报、防治 1.冲击矿压现象 随着我国煤矿开采深度的增加，以及开采条件越来越复杂，我国的冲击矿压现象越来越多，危害也越来越大。冲击矿压是聚积在矿井巷道和采场周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和煤岩体破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏等。冲击矿压还会引发或可能引发其他矿井灾害，尤其是瓦斯、煤尘爆炸、火灾以及水灾

11、，干扰通风系统，严重时造成地面震动和建筑物破坏等。因此，冲击矿压是煤矿重大灾害之一。对于冲击矿压现象，世界各国，以及不同的行业，其称谓是不一样的，常见的有“岩爆”、“煤爆”、“冲击矿压”、“矿山冲击”、“冲击地压”等。本书采用“冲击矿压”这个术语。2.、冲击矿压的特点 通常情况下，冲击矿压会直接将煤岩抛向巷道，引起岩体的强烈震动，产生强烈声响，造成岩体的破断和裂缝扩展。因此，冲击矿压具有如下明显的显现特征：（1）突发性。冲击矿压一般没有明显的宏观前兆而突然发生，冲击过程短暂，持续时间几秒到几十秒，难以事先准确确定发生的时间、地点和强度。（2）瞬时震动性。冲击矿压发生过程急剧而短暂，像爆炸一样伴

12、有巨大的声响和强烈的震动，电机车等重型设备被移动，人员被弹起摔倒，震动波及范围可达几千米甚至几十千米，地面有地震感觉，但一般震动持续时间不超过几十秒。（3）巨大破坏性。冲击矿压发生时，顶板可能有瞬间明显下沉，但一般并不冒落；有时底板突然开裂鼓起甚至接顶；常常有大量煤块甚至上百立方米的煤体突然破碎并从煤壁抛出，堵塞巷道，破坏支架；从后果来看冲击矿压常常造成惨重的人员伤亡和巨大的生产损失。（4）复杂性。在自然地质条件上，除褐煤以外的各种煤种都记录到冲击现象，采深从200m1000m，地质构造从简单到复杂，煤层从薄层到特厚层，倾角从水平到急斜，顶板包括砂岩、灰岩、油母页岩等都发生过冲击地压。在生产技

13、术条件上，不论水平、炮采、机采或是综采，全部垮落法或水力充填法等各种采煤工艺，不论是长壁、短壁、房柱式或煤柱支撑式，分层开采还是倒台阶开采等各种采煤方法都出现过冲击地压。3.冲击矿压分类 冲击矿压按其显现强度、释放的能量等进行分类。根据冲击的显现强度，可分为四类：（1）弹射。一些单个碎块从处于高压应力状态下的煤或岩体上射落，并伴有强烈声响，属于微冲击现象。（2）矿震。它是煤、岩内部的冲击矿压，即深部的煤或岩体发生破坏。煤、岩并不向已采空间抛出，只有片帮或塌落现象，但煤或岩体产生明显震动，伴有巨大声响，有时产生煤尘。较弱的矿震称为微震，也称为“煤炮”。3）弱冲击。煤或岩石向已采空间抛出，但破坏性

14、不很大，对支架、机器和设备基本无损坏，围岩产生震动，一般震级在2 . 2 级以下，伴有很大声响，产生煤尘，在瓦斯煤层中可能有大量瓦斯涌出。（4）强冲击。部分煤或岩石急剧破碎，大量向已采空间抛出，出现支架折损、设备移动和围岩震动，震级在2 . 3 级以上，伴有巨大声响，产生大量煤尘和冲击波。根据震级强度和考虑抛出的煤量，可将冲击矿压分为三级：轻微冲击（I级）。抛出煤量在10t以下，震级在l 级以下的冲击矿压。 中等冲击（II级）。抛出煤量在10 50t ，震级在1 2 级的冲击矿压。 强烈冲击（III级）。抛出煤量在50t 以上，震级在2 级以上的冲击矿压。一般面波震级MS=1 时，矿区附近居民

15、可能有震感；MS=2 时，对井上下有不同程度的破坏；MS=2 . 5 时，地面建筑物将出现破坏现象。根据国内外的分类方法，冲击矿压可分为由采矿活动引起的采矿型冲击矿压和由构造活动引起的构造型冲击矿压。而采矿型冲击矿压可分为压力型、冲击型和冲击压力型。压力型冲击矿压是由于巷道周围煤体中的压力由亚稳态增加至极限值，其聚集的能量突然释放。冲击型冲击矿压是由于煤层顶底板厚岩层突然破断或位移引发的，它与震动脉冲地点有关。在某种程度上，构造型冲击矿压也可看做冲击型。冲击压力型冲击矿压则介于上述两者之间当煤层受较大压力时，来自围岩内不大的冲击脉冲作用下发生的冲击矿压。4、冲击矿压和矿山震动对环境的影响 在采

16、矿巷道工作面中发生震动和冲击矿压，将会对井下巷道、井下工作人员和地面建筑物造成影响。对井下巷道的影响冲击矿压对井下巷道的影响主要是动力将煤岩抛向巷道，破坏巷道周围煤岩的结构及支护系统，使其失去功能。而一些小的冲击矿压或者说岩体卸压，则对巷道的破坏不大。巷道壁局部破坏、剥落或巷道支架部分损坏。应当确定，当矿山震动较小，或震中距巷道较远时，将不会对巷道产生任何损坏。对矿工的影响 在发生冲击矿压区域如有工人工作，则可能对其产生伤害，甚至造成死亡事故。对地表建筑物的影响 矿山震动和冲击矿压不仅对井下巷道造成破坏，伤害工作人员且对地表及地表建筑物造成损坏，甚至造成地震那样的灾难性后果。5.冲击矿压影响因

17、素 冲击矿压发生的原因是多方面的，但从总的来说可以分为三类，即自然地质因素、开采技术条件和组织管理措施。6.冲击矿压发生的机理 冲击矿压发生的物理过程，主要是说明煤、岩介质变形破坏的力学过程，称为冲击矿压的机理。目前对冲击矿压机理的认识可主要概括为：强度理论、能量理论和冲击倾向理论。7.冲击矿压防范措施 （1）合理的开拓布置和开采方式 实践表明，合理的开拓布置和开采方式对于避免应力集中和叠加，防止冲击矿压关系极大。大量实例证明，多数冲击地压是由于开采技术不合理而造成的。不正确的开拓开采方式一经形成就难以改变，临到煤层开采时，只能采取局部措施，而且耗费很大，效果有限。故合理的开拓布置和开采方式是

18、防治冲击矿压的根本性措施。主要原则是：开采煤层群时，开拓布置应有利于解放层开采。划分采区时，应保证合理的开采顺序，最大限度地避免形成煤柱等应力集中区。采区或盘区的采面应朝一个方向推进，避免相向开采，以免应力叠加。在地质构造等特殊部位，应采取能避免或减缓应力集中和叠加的开采程序。在向斜和背斜构造区，应从轴部开始回采，在构造盆地应从盆底开始回采；在有断层和采空区的条件下应从采用断层或采空区开始回采的开采程序。有冲击危险的煤层的开拓或准备巷道、永久硐室、主要上（下）山、主要溜煤巷和回风巷应布置在底板岩层或无冲击危险煤层中，以利于维护和减小冲击危险。回采巷道应尽可能避开支承压力峰值范围，采用宽巷掘进，

19、少用或不用双巷或多巷同时平行掘进。开采有冲击危险的煤层，应采用不留煤柱垮落法管理顶板的长壁开采法。回采线尽量是直线且有规律地推进。不同的采煤方法，矿山压力的大小及分布也不同。房柱式等柱式采煤法由于掘进的巷道多和在采空区遗留的煤柱多、顶板不能及时充分的垮落，造成支承压力较高在工作面前方掘进巷道势必受到叠加压力的影响，增加了危险性。水力采煤法虽然系统简单、高效，但遗留的煤垛在采空区形成支撑，顶板不能及时、规则地垮落，又要经常在支承压力带开掘水道和枪眼，加之推进速度高，开采强度大，易造成大面积悬顶的危害，导致发生冲击矿压。采用长壁式开采方法，则有利于减缓冲击矿压的危害。顶板管理采用全部垮落法，工作面

20、支架采用具有整体性和防护能力的可缩性支架。统计表明，采用非正规采煤法的采区冲击矿压次数多、强度大，水力充填次之，全部垮落法次数少且强度弱。我国发生冲击矿压的煤层其顶板大多又厚又硬，不易垮落。采用注水爆破等方法，使顶板弱化或垮落，能减缓冲击矿压。（2）开采解放层 开采解放层是防治冲击矿压的有效和带有根本性的区域性防范措施。一个煤层（或分层）先采，能使临近煤层得到一定时间的卸载这种卸载开采称之为开采解放层。先采的解放层必须根据煤层赋存条件选择无冲击倾向或弱冲击倾向的煤层。实施时必须保证开采的时间和空间有效性。不得在采空区内留煤柱，以使每一个先采煤层的卸载作用能依次地使后采煤层得到最大限度的“解放”

21、。振动卸压爆破原理振动爆破是一种特殊的爆破，它与爆破落煤不同。振动炮的主要任务是爆破炸药，形成强烈的冲击波，使得岩体振动。振动炮要使振动范围最大，甚至是整个工作面长；在装药量一定的情况下，振动效果最好振动爆破有振动卸压爆破，振动落煤爆破，振动卸压落煤爆破，顶板爆破。钻孔注水煤层注水的实用方法有三种布置方式，即与采面煤壁垂直的短钻孔注水法，与采面煤壁平行的长钻孔注水法和联合注水法。钻孔却压:采用煤体钻孔可以释放煤体中聚集的弹性能，消除应力升高区。定向爆破裂缝法:定向爆破裂缝法的原理与上法相同，不同处只是将高压水换成了炸药。其预裂缝也有周向和轴向之分。定向爆破裂缝法的钻孔长度、布置方式、制造预裂缝

22、的数量、形式等均取决于井巷支护形式，要破坏岩体的力学性质以及破裂的目的，这需要根据具体的生产实际，进行具体的设计和实施。第三节 顶板大面积来压 一、顶板大面积来压现象及特征 顶板大面积来压主要是由于坚硬顶板被采空的面积超过一定的极限值，引起大面积冒落而造成的剧烈动压现象。顶板大面积来压时，一次冒落的面积少则几千平方米，多则可达几万甚至十几万平方米。这样大面积的顶板在极短时间内冒落下来，不仅由于重量的作用会产生严重的冲击破坏力，而且更加严重的是把已采空间的空气瞬时排出，形成巨大的暴风，破坏力极强。二、顶板大面积来压的成因和机理 顶板大面积来压是由坚硬岩层大面积冒落而形成的。如砂岩和砾岩层等，其单

23、向抗压强度可达816.0kPa，甚至达20.0kPa 。这些岩层一般为厚层整体结构，岩体中的层理、节理和裂隙都不发育。这些坚硬岩层有的直接覆于煤层上面，有的在煤层之间有一薄层强度较小的岩层。由于直接覆于煤层之上的顶板岩层坚硬，在采面初采时，顶板初次垮落步距可达5070m,甚至达100m以上。当煤柱支撑面积与采空面积之比低于30%时，这种现象尤为严重，易于形成大面积来压现象。三、顶板大面积来压的防治措施 1顶板大面积来压的预兆及测定 （1）预兆 大面积来压的预兆主要表现为，顶板断裂声响的频率和音响增大；煤帮有明显受压和片帮现象；底板出现底鼓或沿煤柱附近的底板发生裂缝；巷道超前压力较明显；工作面中

24、支柱载荷和顶板下沉速度明显增大；有时采空区顶板发生裂缝或淋水加大，向顶板中打的钻孔原先流清水，后变为流白糊状的液体，这是断裂块岩互相间摩擦形成的岩粉与水的混合物。（2）测定与预报 大面积来压的测定原理与冲击矿压相同，可用微震仪、地音仪和超声波地层应力仪等进行量测岩层断裂时的脉冲信号。根据上述顶板大面积来压的机理，厚坚硬岩层的破坏过程，长的在来压前数十天即出现声响和其他异常现象，短的在来压前几天，甚至几个小时也出现预兆。因此，根据仪器量测的结果和结合历次来压预兆的特征，可对大面积来压进行较准确的预报，避免造成灾害。2顶板大面积来压的防治措施 顶板大面积来压主要的危险是由顶板冒落而形成的冲击荷载和

25、暴风。防止和减弱其危害的基本原理是，改变岩体的物理力学性能，以减小顶板悬露和冒落面积，以及减小顶板下落高度，来降低空气排放速度。具体的办法可有以下几种。（1）顶板高压注水 顶板注水可以起软化顶板，增加和扩展裂隙，以及润滑弱面等作用。其主要机理是，注水后能溶解顶板岩石中的胶结物和部分矿物；减小层间粘结力；高压水可以形成水楔，扩大和增加岩石中的裂隙弱面。（2）强制放顶 用爆破的方法人为地将顶板切断，并使顶板冒落形成矸石垫层。切断顶板可以控制冒落面积，减弱顶板压力和冒落时产生的冲击载荷；形成垫层可以缓和冒落时产生的暴风。（3）预防暴风措施 在有大面积来压危险的矿井或区域，可采取预防措施，以免对生产和

26、安全造成危害。进行预防，一般是采用堵和泄的办法。堵，即用留置隔离煤柱和设置防暴风密闭，把已采区与生产区隔离起来。泄，即通过专门泄风道，使被隔离区域与地面相通，以便将形成的暴风引出地表。这两种措施必须同时采用。隔离区域应根据顶板冒落性能划分，一般采空范围可控制在5万10万m2。隔离煤柱的宽度为15一20m，煤柱中间尽量不掘联络通道，如有通道，必须做好防暴风密闭。同时在被隔离的区域设有泄风道，才能有效地起到隔离作用 第四节 煤与瓦斯突出 在煤矿井下采掘过程中，在极短的时间内（几秒或几分钟）突然从煤（岩）体内喷出大量的煤（岩）与瓦斯的现象称为煤与瓦斯突出，简称突出。煤与瓦斯突出包括突出、压出和倾出三

27、种类型。煤与瓦斯突出的危害：煤与瓦斯突出是煤和瓦斯突然运动的一种极其复杂的动力现象。它右短时间内向采掘工作空间喷出的人、全煤（岩）和瓦斯，能摧毁巷道设施，破坏通风系统，甚至充填巷道造成瓦斯窒息、燃烧和爆炸及煤流埋人等事故。1.煤与瓦斯突出的预兆：（1）有声预兆。地压活动剧烈，顶板来压，不断发生掉碴和支架断裂声；煤层中产生震动，手扶煤壁感到震动和冲击；听到煤炮声或闷雷声，一般先远后近，先小后大，先单响后连响，突出时伴随巨雷响声。（2）无声预兆。工作面遇到地质变化，煤层厚度不一，尤其是煤层中的软分层变化；瓦斯涌出量增大或忽大忽小；工作面温度变冷；煤层层理紊乱；硬度降低，光泽变淡，煤体干燥，煤尘飞扬

28、，有时煤体碎片从煤壁上弹出，打钻时严重顶钻、夹钻、喷孔等。 2.“四位一体”防突措施：（1）煤与瓦斯突出危险性预测。即预测掘进工作面附近煤体的突出危险性，一般在掘进土作面推进过程中进行预测的方法有 3 种：钻孔瓦斯涌出初速度法； R 值指标法；掘进钻屑指标法。煤巷掘进工作面预测钻孔打完后，瓦斯从钻孔中单位时间内涌出的最大流量（L/min）叫做钻孔瓦斯涌出初速度，一般用q 来表示。其临界值 防治煤与瓦斯突出细则中规定为4.5L/min，但与煤的挥发分有关。掘进钻屑指标法是指每打lm 钻孔的钻屑量（kg / m ）一般用人来表示，其临界值定为6 kg / m 。在预测的过程中，若任一指标大于或等于临界值，该工作面应确定为突出危险工作面。（2）煤与瓦斯突出防治措施。在突出危险煤层中掘进时，应采用大直径钻孔、超前钻孔、松动爆破、边掘边抽、前探支架、水力冲孔或其他经试验证实有效的防治突出措施。根据各矿的实际经验。（3）防治煤与瓦斯突出措施的效果检验。即掘进工作面执行防突措施（超前钻孔，边掘边抽，浅孔注水）后，必须进行效果检验，只有当效果检验的参数不超过或等于q