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1、矿井阻挡煤与瓦斯突出装置矿井阻挡煤与瓦斯突出装置防突墙的研究防突墙的研究学院：能源学院班级：采矿工程专业 1303 班姓名：田超 11学号：这种第 0 页 共 6 页摘要摘要: :煤与瓦斯突出是煤矿矿井严重而普遍的灾害之一，一旦发生, 就可能摧毁井巷设施，破坏地下矿井系统，造成人员伤亡，如果引起瓦斯爆炸、火灾等次生事故，则损失更为巨大。它具有极大的破坏性，有明显的动力效应，破坏支架，推倒矿车，破坏和抛出安装在巷道内的设施。防突墙设计的目的是对煤与瓦斯发生时产生的煤与瓦斯冲击流进行有预防的适当控制，减轻突出所造成的人员伤亡及巷道、设备损坏，以减小事故造成的损失的形式创造一定的社会和经济效益。防突
2、墙设计的基本思路是以工字钢为基本材料，设计一个网状的、网格均匀的钢构架，即防突墙。在采掘工作面推进一定距离后，可依次将离工作面最远的防突墙移至第一道防突墙之前，作为首道防突墙。 关键词：关键词：煤矿矿井 煤与瓦斯突出 工字钢引言：引言：煤矿井下常见的自然灾害有顶板、水、火、五种，简称“五害”，其中瓦斯和煤尘是煤矿安全的重中之重，而煤与瓦斯突出又是造成瓦斯和煤尘安全的重要原因，随着矿井开采深度不断加深，瓦斯涌出量逐渐加大，中级地压与瓦斯异常涌出现象频繁发生，因其具有突发性, 极易造成煤与瓦斯突出,对生产人员的安全危害极大。 同时也严重威胁着矿井安全生产，由于突出机理目前仍处于假说阶段,影响它的因
3、素随机性又大,要控制它的发生,还有很大的难度。况且煤与瓦斯突出一旦发生, 就可能摧毁井巷设施，破坏通风系统，造成人员伤亡，如果引起瓦斯爆炸、火灾等次生事故，则损失更为巨大。此外，具有极大的破坏性，有明显的动力效应，破坏支架，推倒矿车，破坏和抛出安装在巷道内的设施。根据目前所掌握的规律,随着采掘深度的增加,突出发生的可能性与危害性也日趋严重，因此，减少瓦斯异常涌出现象频繁发生造成的瓦斯和煤尘突出事故造成的损失势在必行。基于以上所述及现阶段煤矿安全的紧迫形势，我们形成了“防突墙”的设计思路。第 1 页 共 6 页正文正文防突墙的结构、强度、拆装方法以 及使用说明 使用说明使用说明说明：以 H 型钢
4、为基本材料，设计一个网状的、网格均匀的钢构架，在钢构架之间的空隙中装上可活动的网格板，之后在防突墙上装上水袋配合使用，这样形成的装置即防突墙，在离采掘工作面一定距离的巷道内，将防突墙一端固定于巷道的煤岩壁和顶板上，另一端以适当强度的绳索将防突墙悬空吊起，使其与地面成一定角度，采掘活动正常进行时，其不响人员及物料通过，但是在采掘工作面发生煤与瓦斯突出时，由于煤与瓦斯冲击流的冲击压力，其绳索断开，防突墙落下，依靠顶底板，煤岩壁对其的支撑力及自身刚度，对煤与瓦斯冲击流形成有力的阻挡，减缓甚至阻止煤与瓦斯冲击流继续沿巷道前进，防止造成更大的破坏，为井下人员的撤离及将来的巷道修复创造条件。为防止意外情况
5、的发生，可根据实际情况，在第一道防突墙之后，间隔适当的距离再设置 12 道防突墙。在采掘工作面推进一定距离后，可依次将离工作面最远的防突墙移至第一道防突墙之前，作为首道防突墙。防突墙的结构：该防突墙主要是由 H 型钢铰接环绕而成，在交接处由螺钉连接，加大强度。在钢构架之间的空隙中装上可活动的网格板，之后在防突墙上装上水袋配合使用。防突墙的设计形状根据巷道的具体形状而定，一般设计成长方形，在防突墙的一端用优质合金钢圆柱连接，用以在巷道顶部的固定，优质合金钢圆柱和 H 型钢之间用螺钉连接。在另一端由两根特制铁链连接，它和优质合金钢圆柱配合用于防突墙的顶层固定。2.2.防突墙的强度和拆装防突墙的强度
6、和拆装强度：在掘进巷道内，距离巷道掘进面不远处每隔 3050 米设置一道防突墙，在每个掘进面设计 35 道防突墙用以延缓甚至阻挡瓦斯突出为矿井工作人员赢得宝贵的时间甚至挽救工作人员的生命。拆装方法：由于防突墙的构造是由很多的 H 型钢铰接而成，中间用螺钉连第 2 页 共 6 页接，所以其拆装都很方便。拆的时候使用螺扳把铰接处的螺钉拆卸下来，把防突墙拆成合适的几部分，便于运输。使用说明：首先把各个零部件运输到掘进巷道内，在距离掘进面 30 米左右的地方安放一道防突墙。在巷道顶部横向安放优质合金钢圆柱，并加固，优质合金钢圆柱和巷道接触面用水泥喷浆浇灌。H 型钢连接好之后，一端用锚索和优质合金钢圆柱
7、连接，另一端用铁链悬挂在朝向掘进面的一方，使防突墙和地面有一定的倾角。铁链所能承受的重力是防突墙重力的 1.52 倍，以便万一发生煤与瓦斯突出后，利用防突墙和地面的倾角，借助煤尘强大的冲力将防突墙的铁链冲断，将防突墙前端放下，使其和地面有一定的支撑，这样利用防突墙强大的阻力作用，能够有效阻止煤与瓦斯突出后对后方巷道的损害。为使防突墙落下后能够有效地和地面支撑，防突墙的高度应高于巷道垂直高度的 0.51 米。这样在后方连续设置 35 道防突墙，掘进一段距离后，应将最后方的防突墙拆卸，移至最前方，以此反复。3.3.技术参数和主要指标技术参数和主要指标强度控制：先计算梁的最大弯矩 M，钢材强度设计指
8、为 f=215MPa，计算所需要的截面抵抗距 W=M/f。根据计算结果选用 H 型钢。当然，上面的计算没有考虑整体稳定，但是基本思路是这样。H 型钢的强度计算附页 1挠度控制：梁按简支算，最大挠度为：f=(P*L3)/(48*E*I)。其中 P 为集中力，L 为跨度，E 为钢材的弹性模量，取 E=2.06E5MPa，I 为型钢的截面惯性距，根据手册查得。最大挠度与跨度的比值要控制在 1/400 以内。防突墙采用 H-型钢作为它的主要零部件，便于拆装和运输，能有效提高防突墙的强度和对煤与瓦斯突出的延缓和阻挡。H 型钢属于高效经济裁面型材(其它还有冷弯薄壁型钢、压型钢板等)，由于截面形状合理，它们
9、能使钢材更高地发挥效能，提高承裁能力。不同于普通工字型的是 h 型钢的翼缘进行了加宽，且内、外表面通常是平行的，这样可便于用高强度螺桂和其他构件连接。其尺寸构成合理系列，型号齐全，便于设计选用。第 3 页 共 6 页H 型钢的翼缘都是等厚度的，有轧制截面，也有由 3 块板焊接组成的组合截面。工字钢都是轧制截面，由于生产工艺差，翼缘内边有 1：10 坡度。型钢的轧制不同于普通工字钢仅用一套水平轧辊，由于其翼缘较宽且无斜度(或斜度很小)，故须增设一组立式轧辊同时进行辊轧，因此，其轧制工艺和设备都比普通轧机复杂。国内可生产的最大轧制 h 型钢高度为 800，超过了只能是焊接组合截面。热轧热轧 H H
10、 型钢理论重量计算公式：型钢理论重量计算公式：H 型钢理论重=*L*7.85*1/1000防突墙的先进性、科学性防突墙的先进性、科学性 防突墙以强度较大同时又具有一定柔性的工字钢为基本材料，对煤与瓦斯冲击流形成有力的阻挡，减缓甚至阻止煤与瓦斯冲流继续沿巷道前进，造成更大的破坏，为井下人员的撤离及将来的巷道修复创造条件 防突墙设计一个网状的、网格均匀的钢构架，不仅对煤与瓦斯冲击流形成有力的阻挡，减缓甚至阻止煤与瓦斯冲流继续沿巷道前进，同时还能够节省大多的材料，大大节约了成本。 在采掘工作面推进一定距离后，可依次将离工作面最远的防突墙移至第一道防突墙之前，作为首道防突墙。实现的循环利用。防突墙采用
11、 H-型钢作为它的主要零部件，便于拆装和运输，能有效提高防突墙的强度和对煤与瓦斯突出的延缓和阻挡。H 型钢属于高效经济裁面型材(其它还有冷弯薄壁型钢、压型钢板等)，由于截面形状合理，它们能使钢材更高地发挥效能，提高承裁能力。不同于普通工字型的是 h 型钢的翼缘进行了加宽，且内、外表面通常是平行的，这样可便于用高强度螺桂和其他构件连接。其尺寸构成合理系列，型号齐全，便于设计选用。H 型钢的翼缘都是等厚度的，有轧制截面，也有由 3 块板焊接组成的组合截面。工字钢都是轧制截面，由于生产工艺差，翼缘内边有 1：10 坡度。型钢的轧制不同于普通工字钢仅用一套水平轧辊，由于其翼缘较宽且无斜度(或斜第 4
12、页 共 6 页度很小)，故须增设一组立式轧辊同时进行辊轧，因此，其轧制工艺和设备都比普通轧机复杂。国内可生产的最大轧制 h 型钢高度为 800，超过了只能是焊接组合截面。创新点、技术关键和主要技术指标：防突墙的整体构架的设计、固定、倾角和强度的设计以及当煤与瓦斯突出时防突墙的自动放下等是它的创新点。技术关键：防突墙选材、结构、及尺寸参数；防突墙与顶板、煤岩壁固定方式及相关参数。主要技术指标：所选材料的刚度、抗弯强度、抗压强度、弹性模量、泊松比。结论：结论：经过反复试验和改进得出结论：防突墙能够减轻煤与瓦斯突出对人员、巷道、设备造成的损害的 43%。在煤矿发生煤与瓦斯突出时，能够为煤矿有效的减少
13、损失。然而，防突墙的整体设计还有待改进，存在重量较大，安装运输时困难较大等缺点。致谢：在防突墙的研究设计过程中，黑龙江科技学院资源与环境学院的采矿教研室和河南理工大学的采矿教研室孙广义、杨玉中、康健等老师给予了很大的支持和帮助。特别是杨玉中老师，在防突墙研究设计过程中，杨老师一直耐心的指导和帮助，在此一并表示感谢。由于自己水平有限，错误之处还希望各位教授专家不吝指正，我当不胜感激。参考文献：参考文献：1. 徐永圻. 煤矿开采学(修订本). 徐州: 中国矿业大学出版社，1999 2. 张宝明，陈炎光，徐永圻. 中国煤矿高产高效技术. 徐州: 中国矿业大学出版社，2001 3. 徐永圻. 中国采煤
14、方法图集. 徐州: 中国矿业大学出版社，1990 11. 陈炎光，徐永圻等. 中国煤矿开采准备系统的改革及发展方向. 煤，1996(3) 第 5 页 共 6 页12. 陈炎光，徐永圻等. 中国煤矿开拓系统的改革及发展方向. 荷兰：A. A. BLAKEMA，1996 13. 陈炎光，徐永圻等. 中国高产高效矿井建设的现状及发展 14. 徐永圻. 国内外采煤技术现状及发展. 煤矿技术，1996(2) 15. 徐永圻. 加强矿井开采技术对策研究，提高经济效益，煤，1998(2) 16. 徐永圻. 煤矿地下开采技术发展与展望. 煤炭学报，1997(增刊) 17. 张先尘. 采矿学科发展趋势探讨. 煤炭学报，1997(增刊) 18. 张先尘. 采矿科学研究和技术决策逻辑思维的探讨. 煤炭学报，1996(4) 20. 钱鸣高，刘听成. 矿山压力及其控制(修订本). 北京: 煤炭工业出版社，1991 21. 王家廉，吴绍倩. 煤矿地下开采方法. 北京: 煤炭工业出版社，1986 23. 王 刚. 煤矿地下开采. 徐州: 中国矿业大学出版社，1990 24. 王作宇，刘鸿泉. 承压水上采煤. 北京: 煤炭工业出版社，1993
