煤礦瓦斯突出事故致因分類研究

盧婉怡　曹磊

【摘 要】世界各主要產(chǎn)煤國都不同程度地發(fā)生過煤礦瓦斯突出事故，給礦井安全高效生產(chǎn)帶來嚴重威脅，隨著礦井采掘深度的不斷增加，煤礦瓦斯突出礦井的數(shù)量也隨之不斷的增多，瓦斯治理難度加大，煤礦瓦斯突出的危險性也越來越顯著，因此有必要對礦井煤礦瓦斯突出進行更深入的研究。本文從煤礦瓦斯突出預(yù)測的分類、煤礦瓦斯突出的影響因素及防治技術(shù)多方面進行了分析。

【關(guān)鍵詞】煤礦瓦斯；突出；因素；防治

【Abstract】All major coal-producing countries in the world have experienced coal mine gas outburst accidents in varying degrees， which poses a serious threat to the safe and efficient production of mines. With the continuous increase in the depth of mine excavation， the number of coal mine gas outburst mines will continue to increase， and gas management will continue to increase. With increasing difficulty， the danger of gas outburst in coal mines is becoming more and more significant. Therefore， it is necessary to conduct more in-depth research on gas outbursts in coal mines. This paper analyzes the classification of gas outburst predictions in coal mines， the influencing factors of coal mine gas outbursts， and control technologies.

【Key words】Coal mine gas；Outstanding；Factors；Prevention

煤礦瓦斯突出的發(fā)生具有一定的不可預(yù)知性和突發(fā)性，甚至沒有輕微的征兆現(xiàn)象，杜絕這種現(xiàn)象還是比較困難的。只要理解了它的主要影響因素并及時采取合理適當?shù)拇胧M行預(yù)測和防治即可。同時，正確處理好生產(chǎn)與安全的關(guān)系，就能夠盡可能地減少甚至避免該種危害的出現(xiàn)，滿足礦井的安全高效生產(chǎn)。

1. 煤礦瓦斯突出預(yù)測的分類

現(xiàn)今隨著新手段的應(yīng)用和研究的深入，對煤和瓦斯突出情況產(chǎn)生了更多新的認識。其基礎(chǔ)是人們對突出的發(fā)生和影響原因的理解，后續(xù)經(jīng)過多代人的集體奮斗，得出了許多預(yù)測方法。結(jié)合范圍劃分，大致整理為區(qū)域和局部預(yù)測兩類。前者又被稱為長期預(yù)測方法，主要在于其任務(wù)是確定整個礦井或煤層等的危險情況，而后者常常被稱為短期或工作面預(yù)測，其任務(wù)主要是結(jié)合前者情況，及時地預(yù)測工作面等的危險情況。進一步依據(jù)預(yù)測前提和連續(xù)狀態(tài)，將其分為連續(xù)和不連續(xù)預(yù)測兩大類。連續(xù)預(yù)測又被稱為動態(tài)預(yù)測，主要通過動態(tài)連續(xù)的去監(jiān)測煤體內(nèi)的某種狀態(tài)指標，進而確定井下煤層的安全與否，而不連續(xù)預(yù)測又被稱為靜止狀態(tài)預(yù)測，主要是指從井下具體開采位置包括含有瓦斯的煤體內(nèi)找去某一具體時間段其所處的情況含有的指標，進而確定井下煤層瓦斯的安全狀態(tài)。

2. 煤礦瓦斯突出的影響因素

煤礦下煤礦瓦斯突出最主要是因為瓦斯、地應(yīng)力和煤的力學(xué)性質(zhì)等發(fā)生了共同的影響和作用。經(jīng)國內(nèi)外專家學(xué)者大量分析和統(tǒng)計礦區(qū)的突出資料表明，影響瓦斯突出的主要因素有構(gòu)造軟煤、煤層埋深、瓦斯的含量、地質(zhì)構(gòu)造和作業(yè)工藝。

2.1 構(gòu)造軟煤。

構(gòu)造軟煤是煤層發(fā)生瓦斯突出的必備條件之一。構(gòu)造軟煤對瓦斯突出最為主要的影響包括降低煤體本身具有的強度及減小其抵抗瓦斯突出的能力等。論文僅列舉淮南礦業(yè)集團和平煤集團為例，淮南礦業(yè)集團130次突出中就有105次發(fā)生得地點位于“煤層變軟”、“軟煤發(fā)育”等軟煤條件下，而平頂山十礦戊組煤發(fā)生的8次突出中，均位于軟分層附近，由此可見突出發(fā)生的地方主要在于軟煤方面。

2.2 煤層埋深。

煤礦瓦斯突出是瓦斯具有的內(nèi)能和煤體所含有的彈性能急速釋放的時刻。據(jù)研究分析得知，煤層埋深愈大，其煤體被賦予的地應(yīng)力和本身具有的瓦斯壓力就越高，煤體儲存的內(nèi)能就比較大，同時出現(xiàn)突出的危險性也就越大。實踐表明，突出的頻率和力度伴隨著開采深度的加深逐漸增大。

2.3 瓦斯含量。

由瓦斯研究的綜合作用假說可以知道，瓦斯是主導(dǎo)煤層發(fā)生突出的重要因素。瓦斯突出最主要的能量源和基礎(chǔ)條件是高壓瓦斯，它既是煤體發(fā)生破碎的重要原因，又是造成煤體發(fā)生運動的動力來源。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造。

中國部分煤礦出現(xiàn)突出礦井的資料得知，發(fā)生的突出次數(shù)中與地質(zhì)構(gòu)造情況有關(guān)的煤礦占據(jù)了90%以上。尤其是斷層情況發(fā)生的突出現(xiàn)象，是所有瓦斯突出比例的50%以上，同時褶皺及煤層產(chǎn)狀起伏各自占到25%和30%，鑒于此，足以證明掌控煤礦瓦斯突出的重要因素即是地質(zhì)狀況。它的具體促進作用表現(xiàn)在以下兩個方面：（1）殘余的地質(zhì)構(gòu)造力會經(jīng)常復(fù)存在構(gòu)造地域，進一步提升了煤體的彈性能，使危險程度大幅度增加；（2）另外構(gòu)造區(qū)域的煤體受到的破壞比較嚴重，經(jīng)常伴隨著構(gòu)造軟煤，同時大幅度地降低了煤體強度，導(dǎo)致防御突出的能力急劇降低。

2.5 作業(yè)工藝。

采煤作業(yè)工藝是誘發(fā)突出的外在因素，尤其是放炮、打鉆擴孔、普采等采煤工藝，在淮南、淮北、安徽、黑龍江等地區(qū)均發(fā)生過該種現(xiàn)象的誘導(dǎo)現(xiàn)象。在眾多的作業(yè)操作中，井下放炮造成的突出次數(shù)最多，占所有發(fā)生現(xiàn)象的50%以上，而風鎬作業(yè)誘發(fā)率也非常高，僅次于放炮情況，占據(jù)了總發(fā)生次數(shù)的20%左右。

3. 防治瓦斯突出技術(shù)

3.1 保護層的開采。

當煤層群具備了采用保護層開采條件的時候，煤礦應(yīng)該首先考慮并盡可能地采用保護層開采的方法，來達到防治瓦斯突出的目的。假若礦井的煤層群分布間距較近時，煤層不是突出危險的煤層時，應(yīng)該采用上保護層開采的措施。具體做法是將無突出危險性的煤層作為上保護層，同時選擇無突出危險性的煤層擔當另一突出煤層的下保護層。一般來講上保護層的煤層間距設(shè)置為20m～60m，下保護層煤層間距一般設(shè)置為30m～40m。在保護層措施的基礎(chǔ)上，為進一步治理瓦斯，繼續(xù)采用穿層鉆孔抽放瓦斯。上述措施采取后，被保護煤層的瓦斯壓力大幅度降低，同時煤體的強度得到提高，進而煤層透氣性持續(xù)增大30～100倍左右，保證了煤體瓦斯突出危險性的消失。同時，完成以上保護措施后，被保護層工作面的瓦斯涌出情況大體上表現(xiàn)為以下規(guī)律：被保護的地方，瓦斯的涌出情況大范圍的降低，保護的效果顯而易見。

3.2 邊抽邊掘方法。

具體做法是，在巷道兩幫各自開挖一個鉆場，另外施工沿巷道的掘進的走向挖鉆孔，利用走向長度較長的優(yōu)勢實現(xiàn)抽采。采用這種方法有利于探明掘進前部的地質(zhì)構(gòu)造，避免地質(zhì)問題的影響，并且該措施探測范圍較大，還可以提前打通前方的其他具體特點，使該項工作更具有針對性，更好的防止瓦斯突出的發(fā)生。

3.3 加強突出危險性。

鑒定工作。為了從根本上杜絕煤礦瓦斯突出事故，應(yīng)從礦井設(shè)計前期就對煤層進行煤礦瓦斯突出鑒定工作，根據(jù)鑒定結(jié)果，合理設(shè)計礦井各大系統(tǒng)，從決策高度重視煤礦瓦斯治理工作。開采過程中監(jiān)測預(yù)警技術(shù)。在易發(fā)生突出的地點進行實時的監(jiān)測預(yù)警，并且對預(yù)警信號進行危險性等級劃分，使現(xiàn)場作業(yè)人員及地面控制人員及時進行信息的獲取和傳輸[4～5]。在危險到來前，以便及時撤離危險區(qū)域或者避免突出的發(fā)生或者采取相應(yīng)的措施，避免突出的發(fā)生。

4. 結(jié)束語

4.1 為了加強煤礦瓦斯治理工作，筆者提出以下三點展望。（1）煤礦瓦斯突出圍觀上是煤層空隙、瓦斯、裂隙等煤體自身物性質(zhì)在地應(yīng)力、高溫、高壓及采動影響作用下作用的結(jié)果，宏觀上表現(xiàn)為煤礦瓦斯的噴出。（2）現(xiàn)場工程人員與科研人員必須有效的合作和交流，從理論分析和現(xiàn)場實踐相結(jié)合的角度制定針對不同煤層條件、不同開采技術(shù)條件的防突機制。（3）加強煤礦自動化技術(shù)的研發(fā)工作，針對突出煤層的采掘工作面，發(fā)展無人采煤、無人掘進技術(shù)，并針對整個井田進行三維監(jiān)測預(yù)警技術(shù)研究。

4.2 由于煤層賦存條件、瓦斯含量、煤層物化性質(zhì)復(fù)雜多樣，突出影響因素的不確定性，采掘方法的差異性，導(dǎo)致目前為止仍未有較為統(tǒng)一、通用的防突體系。煤礦科研人員及廣大的礦井工程技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有條件，因地制宜的對礦井防突措施進行研究，并較強溝通，不斷探索出新的更有效的放突手段、有效的預(yù)警信息系統(tǒng)，為煤礦的安全高效生產(chǎn)做出貢獻。

參考文獻

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[文章編號]1619-2737（2018）03-15-763