焦煤集团防突技术王建国

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1、焦煤集团副总工程师 教授级高级工程师二0一0年十二月王建国一、矿区瓦斯概况二、当前防突工作的薄弱环节三、掘进工作面防突技术措施研究四、石门揭煤防突技术措施研究五、采煤工作面防突技术措施研究六、当前区域瓦斯治理技术研究七、预测预报与效果检验八、安全防护系统研究九、防突管理工作十、防突工作研究方向焦煤集团现有14对矿井，其中10对突出矿井，2010年实 际生产煤量超1600万吨。 1、矿区概况焦作煤田呈EN-WS向条形展布。本区含 煤地层为石炭二叠系，含主要可采和局 部可采煤层3层，即山西组二1煤（大煤） 为本区主采煤层，煤厚020m，平均煤 厚6.0m，倾角820，属低-中灰、低硫、 高发热量的

2、优质无烟煤；太原组一5煤（ 二煤）在矿区西部平均煤厚2.0m，大部 分可采，而矿区东部煤厚较薄，不能开 采，属中灰、富硫、高发热量的优质无 烟煤。一2煤（三煤）普遍可采，但因水 文地质条件复杂，不能开采。目前二1煤 开采深度为300800m，具有煤与瓦斯突 出危险。矿区主要可采煤层特征表煤层煤厚间距结构沉积 稳定性岩性顶板底板二16.060802540较简单稳定粉砂岩、砂岩泥岩、粉砂岩一5 11.4较简单较稳定石灰岩(L5)粉砂岩、泥岩一21.52复杂稳定石灰岩(L2)铝土质泥岩煤层瓦斯含量W（m3/t）：1542瓦斯压力P（MPa）: 0.5 2.42煤层透气性系数（m2/MPa2.d）：0

3、.11 5.64钻孔瓦斯流量衰减系数（d-1）：0.026 0.03煤坚固性系数 f ：0.1 1.5煤瓦斯吸附常数a（m3/t）:46.35b（MPa-1）:0.163 3、瓦斯参数4、瓦斯防治阶段消极防御阶段（50年代），主要采取留大根掘进、半边掘进 等措施；主动防治阶段（60 70年代），主要采取排放钻孔、抽放 瓦斯、浅孔松动爆破、震动放炮揭煤等措施；综合防治阶段（80年代2008年），采取排放孔、边掘边抽、 网格抽采、交叉钻孔预抽、中高压注水、水力冲孔、水力掏 槽、穿层抽采、预测预报、加强安全防护等措施；表本兼治阶段（2008至今 ），区域措施与局部措施并行。治本阶段（10年以后），以

4、地面预抽为主，先采气，消突后 采煤。5、焦作矿区重大瓦斯事故自1955年6月发生首次突出至今，共发生煤与瓦斯突出近400次，其中发 生4次重大瓦斯事故。 演马庄矿1975年8月4日二水平皮带运输大巷在穿煤门放炮时，发生一起特 大煤与瓦斯突出事故，突出煤量1500t，涌出瓦斯量44万m3，摧垮巷道 469m，毁坏通风设施31处，并发生长距离风流逆转。电气失爆引起瓦斯 爆炸，造成43人死亡，55人受伤。 中马村矿1978年7月10日在17采区轨道上山掘进工作面打钻时，发生煤与 瓦斯突出，突出煤量650t，瓦斯量11万m3。逆风后，引起了2次瓦斯爆炸 ，造成27人死亡，20人受伤。 朱村矿2003年

5、元月23日，25051掘进巷道在放炮时诱导煤与瓦斯突出，突 出煤量650t，瓦斯量5.2万 m3，逆风距离达800m以上，造成19人窒息死 亡，多人受伤。； 九里山2005年8月23日，15051运输巷发生突出，突出煤量2400t，瓦斯23 万m3，为焦煤集团最大突出。 6、河南省2010年煤矿较大以上事故 （1）3月15日，新密市东兴煤业公司主井西大巷发生电缆着火事故，死亡 25人。 （2）3月31日，伊川县国民煤业有限公司发生煤与瓦斯突出事故，在地面 副井口引起爆炸，死亡48人。 （3）4月22日，平顶山市兴东二矿发生瓦斯爆炸事故，死亡12人。 （4）6月21日，平顶山市卫东区兴东二矿井下

6、发生火药燃烧事故，死亡49 人。 （5）6月13日，平煤集团公司十三矿发生煤与瓦斯突出事故，死亡8人。 （6）7月17日，郑煤集团新岭煤矿（汝州）西井井下巷道着火事故，死亡 8人。 （7）8月2日，郑煤集团三元东煤矿井下发生煤与瓦斯突出事故，死亡16 人。 （8）10月16日，平煤集团平舆四矿发生瓦斯突出事故，死亡37人。 （9）12月7日，义马煤业集团巨源煤业公司瓦斯爆炸， 26人遇难。共计229人死亡。（一）突出机理尚未搞清，防突缺乏理论指导三种现象：突出的煤从哪里来？突出的瓦斯从哪里来？突出是如何发生的？1、国外突出矿井关闭，突出机理研究停滞；2、国内研究部门搞研究的少了；3、生产矿井技

7、术力量达不到，研究不了。 （二）开采深度不断增加，防突难度愈来愈大1、防突意识滞后； 2、压出、倾出与偏帮冒顶难以区分；3、瓦斯压力、含量增高，矿井瓦斯等级升级；4、突出危险性鉴定的积极性不高，不愿戴帽； 5、瓦斯参数测定数量少；6、开采深度增加，防突措施跟不上。（三）防突细则中指标仍为参考，敏感指标探索困难1、防突细则部分指标参考苏、波、德；2、各矿区瓦斯地质条件不同，指标适应性不强；3、预测、校检为点布置，不是连续预测、校检；4、影响测试的人为因素较多，低指标突出频繁；5、所用指标未进行验证。 （四）突出虽有规律可循，指标量化比较困难1、距断层距离；2、煤厚变化；3、软分层厚度变化；4、煤

8、层倾角变化；5、褶曲变化；6、瓦斯浓度变化（30%）。（五）构造探测手段落后，遇到构造措施失效1、无超前钻探措施；2、地质雷达等设备适应性差；3、岩巷探煤不及时，误揭煤、断层发生突出；4、遇到构造时措施针对性不强发生突出。（六）注重巷道正前措施，忽视巷帮卸压效果1、单项措施适应性差，综合措施落实不到位；2、有的措施就不控帮；3、排放孔控帮时存在空白带；4、边掘边抽措施无考核抽放效果。（七）采面预抽效果较差，缺乏消突评价方法1、预抽钻孔施工困难，易存在空白带；2、预抽钻孔布置不尽合理；3、采掘接替紧张，预抽时间不够；4、预抽效果缺乏评价方法，或评价法办法不完善。（八）打钻突出防不胜防，防护措施不

9、够完善1、迎头无防护措施；2、打钻片帮后，工作面前方煤体强度降低；3、打钻 后方 平行作业。（九）突出煤层透气性差，增透技术没有突破1、钻机装备落后，钻孔长度较短；2、软分层钻孔施工困难；3、增透技术研究没有突破。（十）深井冲击低压参与，防突技术更加复杂1、深井地应力增加，易发生冲击地压、岩爆；2、冲击地压与瓦斯突出的综合防治研究滞后。1、留大根，半边掘进2、浅孔松爆 防突思路：通过浅孔爆破，松动工作面前方煤体，使煤体 卸压和排放瓦斯，达 到消除和减弱突出。 适用范围：煤质较硬、突出强度较小的煤层。 钻孔布置： 爆破孔径42mm，孔长不小于8m，终孔控制巷道轮廓线外2m以上。 孔数根据爆破有效

10、半径确定。 装药长度为孔长减5.5-6m。充填炮泥装入不小于0.4m的水炮泥，水炮泥外侧充填2m封口炮泥。 其他措施后，必须按规定进行措施效果检验 爆破时执行撤人停电、设警戒、远距离放炮、 反向风 门等安全防护措施。 第一次采用该措施掘进工作面，用超前钻孔处理工作面前方5m的煤体，解决 “门坎” 问题。掘进时留不小于5m的超前距。炮后30min后进入工作面。、排放钻孔作用机理：将突出煤层瓦斯含量与煤层有效应力降低到不能发动突出的安全范围量内(即煤 层始突深度时的煤层瓦斯含量)，深部煤层瓦斯中不断从钻孔周围地流向钻孔并扩散。煤层 收缩变形，改善应力集中状态，增加煤层的稳定性，有效地控制煤与瓦斯突

11、出的发生。钻孔布置：钻孔要根据煤层条件，采取集中或均匀布置方式，并尽量布置在软分层内。钻孔孔径：一般为89120mm，当孔径大于120mm时，可采用BZ150型自动变径钻头施 工150mm钻孔，或制定打孔专项防护措施，施工其它大直径钻孔。钻孔孔数： 式中： S掘掘进毛断面积 m2；S孔排放孔总面积 m2 S孔/ S掘3% ；钻孔深度：按照排放效果与劳动组织匹配等要求确定，焦作矿区一般执行15m/次。控制范围：排放孔同巷道中心线平行，控制范围为巷道轮廓线以内；每循环保持5m掘进超前 距，即排放孔深度减去5m，为允许掘进距离。、深孔预裂爆破、边掘边抽工艺：在掘进巷道的两帮或岩巷，随掘进巷道的推进，

12、每隔一定距离开一钻场，在巷道周围 卸压区内打钻孔36个，孔径75mm，封孔深6m，封孔后连接于抽放系统进行抽采适用条件：巷道瓦斯涌出量大，单巷掘进距离远，突出危险性严重的地区。抽采钻场：错口开掘钻场，钻场支架规格为2.4m2.4m,深度为45m；抽采时用不小于 240mm厚的砖墙将钻场密闭。钻孔参数：孔深根据煤层和钻具能力确定，为钻场间距减5m，一般为4060m。钻场内抽采钻孔数36个，孔径不小于75mm，抽采孔距巷帮不小于2m。钻场内抽采孔的方向平行于巷道掘进方向。保留5m的抽采超前距。巷帮抽采巷帮抽采正前抽采正前抽采抽采钻场抽采钻场工作面工作面、预抽（煤巷预抽和穿层预抽）、中高压注水n n

13、防突机理防突机理利用高压水的作用对煤体压裂或松动，使煤利用高压水的作用对煤体压裂或松动，使煤 层透气性增加，游离瓦斯释放，瓦斯压力降层透气性增加，游离瓦斯释放，瓦斯压力降 低；低； 达到疏松煤体和卸压的防突作用。达到疏松煤体和卸压的防突作用。n n措施参数措施参数注水压力注水压力 1016MPa1016MPa注水时间注水时间 1030min1030min注水量注水量 煤体水份达到煤体水份达到4%4%n特点措施简单；防突效果显著；措施简单；防突效果显著；改善作业环境，显著防尘降改善作业环境，显著防尘降尘作用；尘作用；掘进速度提高，由掘进速度提高，由40m/40m/月提月提高到高到120m/120

14、m/月以上。月以上。注 水 头连 接 杆胶 囊出 水 嘴 水力自动封孔煤层注水器 胶囊长度：1m 胶囊直径：39mm 工作压力：0.518.0Mpa 最小封孔深度：1m 封孔直径：4260mm 总体重量：3.0kg、水力掏槽n n防突机理防突机理水力掏槽措施就是利用高压水射流的外水力掏槽措施就是利用高压水射流的外 力作用在较短时间内破坏煤体的原有平力作用在较短时间内破坏煤体的原有平 衡稳定状态，部分煤体破碎抛出，促使衡稳定状态，部分煤体破碎抛出，促使 所受应力状态发生变化，并释放大量瓦所受应力状态发生变化，并释放大量瓦 斯及卸压过程。斯及卸压过程。n n 措施参数措施参数 广泛适应性；广泛适应

15、性； 显著有效性；显著有效性； 可靠安全性；可靠安全性； n n 应用效果应用效果 煤巷掘进速度：煤巷掘进速度：40m/40m/月提高到月提高到 80m/80m/月，最高月，最高160m/160m/月；月； 实现了防突措施无人操作；实现了防突措施无人操作； 杜绝措施期间的突出伤人事故杜绝措施期间的突出伤人事故 。 、机掘卸压槽、综合措施、传统石门揭煤水力冲孔揭煤在石门揭煤预抽钻孔施工后,使用高压设备用高压 水尽可能的将煤从孔内冲出,达到卸压、增透作用 。该措施曾在中马村矿罗庄风井、九里山11、12 采区揭煤时使用。短导硐石门快速揭煤n n作用机理：作用机理： 利用石门向煤层打交叉钻孔预抽揭煤区域瓦斯，消除突出的危险性。n n石门揭煤防突技术思路石门揭煤防突技术思路 1)控制石门揭煤各种类型突出 ，必须采取高强度瓦斯抽排措施，使石门工作面正 前全段煤门范围充分卸压，增加煤岩体强度； 2)控制石门工作面两侧向正前补给瓦斯，以控制延期突出和过煤门连续突出 ； 3)研究煤岩体力学性能、煤岩体变形场与瓦斯赋存之间的关系，确定足够厚度预 留岩柱。n n应用效果应用效果 揭煤周期大大缩短，最快实现28天安 全揭开突出煤层； 推广应用后安全揭开十五处严重突出 危