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誤揭煤層突出的危險性及預(yù)防措施

文檔作者：王紅亮劉勇凱文檔來源：徐州礦務(wù)集團旗山煤礦		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年08月30日
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煤礦現(xiàn)代化 2010年第6期 總第99期
誤揭煤層突出的危險性及預(yù)防措施
王紅亮，劉勇凱
(徐州礦務(wù)集團旗山煤礦。江蘇徐州23l122)
摘要在巷道掘進過程中，由于沒有嚴格執(zhí)行落實巷道建設(shè)“邊掘邊探”的政策，從而地質(zhì)資料沒能
及時更新，造成地質(zhì)資料的不完備、不齊全，此時掘進有造成誤揭煤層進而引發(fā)礦井突出事故的危險。文中
針對誤揭煤層引起的突出危險性及其產(chǎn)生原因進行分析，得出了突出事故之所以成為危害性最大、發(fā)生頻
率最高的礦井動力現(xiàn)象，除了無法改變的自然基礎(chǔ)因素外還與施工人員在實際生產(chǎn)操作過程存在眾多的錯
誤有很大關(guān)系；并結(jié)合實際生產(chǎn)實踐提出一些應(yīng)對誤揭煤層的預(yù)測及防護措施，對煤礦巷道建設(shè)具有現(xiàn)實
的指導意義。
關(guān)鍵字誤揭煤層；突出危險性；預(yù)防措施
中圖分類號：TD713 -3 文獻標志碼：B 文章編號：1009—0797(2010)06—0058—02
所謂誤揭煤層，就是在巷道建設(shè)過程中，由于沒有探明巷
道前方煤層準確位置，煤層沒有經(jīng)過瓦斯抽放或排放未經(jīng)效
果合格經(jīng)驗，爆破掘進任務(wù)超前完成造成實際預(yù)留巖體小于
破碎帶長度，薄煤層沒有采取措施等前提下而進行的掘進揭
煤過程。這給礦井巷道煤與瓦斯突出事故的誘發(fā)提供了充分
必要的觸發(fā)條件。
一旦誘發(fā)礦井巷道煤與瓦斯突出事故，不僅造成巨大的
人力傷亡、財產(chǎn)損失，而且還影響礦井生產(chǎn)的正常有序進行。
近年來，突}H事故之所以成為危害性最大、發(fā)生頻率最高的礦
井動力現(xiàn)象，就是因為施工人員在實際生產(chǎn)操作過程中的誤
揭煤層造成的。
1 誤揭煤層突出的危險-I生及原因分析
1．1 誤揭煤層突出的危險性
誤揭煤層突出指含瓦斯礦井在誤揭煤層的前提下發(fā)生的
短時間內(nèi)大量煤與瓦斯連續(xù)地白誤揭掘進工作斷面拋向巷道
空間的異常動力現(xiàn)象。在突出過程中伴隨大量瓦斯及粉碎煤
巖噴出，波及面廣、破壞巨烈，造成通風設(shè)備、設(shè)施(例：局部通
風機、風帶、風門、密閉)、電氣設(shè)備等遭受毀損，給恢復通風、
排水、運輸?shù)裙ぷ髟斐珊艽蟮碾y度，引起瓦斯積聚，積水淹井，
煤塵煤塊堆積堵塞通道。突出氣壓過大造成瓦斯、粉塵逆流。
特別是威脅人身安全，釀成重大災(zāi)害。能使采掘工作面或井巷
中充滿瓦斯，造成窒息和爆炸的條件。破壞通風系統(tǒng)，造成風
流紊亂或短時間的逆轉(zhuǎn)，破壞支架，埋沒設(shè)備，摧毀設(shè)施、傷亡
人員。其次還因為瓦斯具有爆炸性和可燃性，一旦遇到火源，
又會導致瓦斯爆炸和燃燒事故，造成更加嚴重的后果。
在誤揭煤層突出過程中，煤和瓦斯形成巨大的混合流。根
據(jù)流體力學理論，混合流的動能可按公式計算：
w= 一p (1)
g
式中 v一混合流速度，m／s；
g一自由落體加速度，m／s ；
廣場地表出現(xiàn)了上升，最大上升20mm，位于副井井架基礎(chǔ)東
北；只有主井井塔西南略有沉降，平均下沉6mm。由于井簡井
壁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，相對于表土層來說是比較硬的，工業(yè)廣
場附近第四系表土層的沉降，不會使井筒井壁跟著沉降，這就
給井筒井壁帶來了豎向附加應(yīng)力，當這個豎向附加應(yīng)力超過
井簡井壁混凝土的應(yīng)變值后(據(jù)青島理工大學專家介紹：井筒
井壁混凝土的應(yīng)變值一般不能超過±800 s)，井筒井壁就
會破裂。
(3)從工業(yè)廣場地表沉降監(jiān)測來看：不同的時間段測得高
程基準點的高程值，比較后得知：地表以年均l 1．4～15．7ram的
下沉速度沉降，這與井塔(架)基礎(chǔ)沉降觀測數(shù)值是吻合的，充
分說明了表土層確實在沉降，給井筒井壁帶較大的豎向附加
應(yīng)力。
(4)從第四系下組水位曲線變化情況看：Q下一2號水文
長觀孔內(nèi)水位由于觀測時間較短不能作為本次分析的依據(jù)，
而Q下一1號水文長觀孔內(nèi)水位白2005年達到最高后，至今
成逐年下降的趨勢，這也印證了我礦工業(yè)廣場地表的沉降，同
時也說明了工業(yè)廣場地表沉降是由于第四系水位變化造成
的，因此，主井井筒內(nèi)出水點不堵水，將會使出水點增加，而且
會使出水量增大，造成井筒周圍第四系地表水的繼續(xù)缺失，加
速地表的沉降，給井筒井壁帶來更大的豎向附加應(yīng)力。
· 58 ·
通過以上對第四系水位、工業(yè)廣場地表和井架基礎(chǔ)的下
沉監(jiān)測以及井壁監(jiān)測系統(tǒng)所監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析來看，主、副、風
井井筒目前是安全的。但是，從井架(塔)基礎(chǔ)的上升和工業(yè)廣
場地表的沉降以及主、風井井筒井壁近期出現(xiàn)的個別出水點，
都表明井筒井壁承受著較大的應(yīng)力。初步分析，這種大的應(yīng)力
是第四系表土地層產(chǎn)生較大的固結(jié)沉降造成的，表土層在下
沉過程中會對井筒井壁內(nèi)部產(chǎn)生較大的豎直附加力，這個應(yīng)
力對井壁將造成一定的應(yīng)變，形成一定的危害，表明主、副、風
井井筒處于不安全之中。對主井井筒出現(xiàn)的出水點要采取堵
水措施，防止水量大量減少，對井壁造成更大應(yīng)力，這將加速
井壁破裂的進程。
因此，在以后的安全監(jiān)測、巡視工作中，應(yīng)加強對第四系
水位、工業(yè)廣場地表、井架基礎(chǔ)沉降、井壁應(yīng)變監(jiān)測和定期井
筒井壁巡視工作，及時分析監(jiān)測數(shù)據(jù)。只有這樣，才能及時發(fā)
現(xiàn)及時治理，保證井筒安全穩(wěn)定運行，防止出現(xiàn)井筒破裂現(xiàn)
象，影響礦井的安全生產(chǎn)。
作者簡介
馬支訓(1963．10一)，男，山東省臨沭縣人，高級技師，1992
年畢業(yè)于北京煤炭管理干部學院，一直從事礦山測量、變形預(yù)
計和監(jiān)測以及“三下”采煤的研究工作。
(收稿日期：2010—8—20)
煤礦現(xiàn)代化 2Q 魚塑 總第99期
。一混合流密度，(煤質(zhì)量口瓦斯質(zhì)量)／混合流體積，
kg，m 。
混合流的動能只占膨脹能的很少一部分，這部分能量主
要消耗到克服突出過程中的阻力，煤在拋出過程中的部分粉
碎以及混合流在高速運動中由于劇烈的內(nèi)摩擦所產(chǎn)生的熱量
等方面。
還因為在誤揭煤層過程中，施工人員并沒有做好預(yù)設(shè)突
出準備工作，這增加了突出發(fā)生的突然性，加劇了傷亡損失程
度。
2 誤揭煤層的突出原因分析
任何事故的發(fā)生都不是偶然，誤揭煤層的突出也是一樣。
在誤揭煤層過程中，將原本處于維持高應(yīng)力平衡的地質(zhì)構(gòu)造
破碎帶瞬間爆破掉了，使得原平衡狀態(tài)下的高瓦斯煤體失去
依靠突然斷裂，積聚在煤體中的潛在應(yīng)變能及瓦斯壓縮能突
然釋放膨脹(平衡態(tài)如圖1所示)，從而導致突出動力災(zāi)害的
發(fā)生。該動力現(xiàn)象是由煤層中地應(yīng)力、瓦斯和煤體綜合作用的
結(jié)果，其中瓦斯和煤體結(jié)構(gòu)性能是煤與瓦斯突出的必備條件，
地應(yīng)力為煤與瓦斯突出的發(fā)生提供先決動力條件，而誤揭煤
層活動則是含瓦斯煤層達到煤與瓦斯突出極限應(yīng)力狀態(tài)條件
到來的觸動機制。
如圖I所示，圖中顯示了不同煤巖體內(nèi)球向及徑向應(yīng)力
曲線對比。不同煤巖體其破裂帶半徑不同，砂巖的破裂帶半徑
最小，硬煤次之，軟煤破裂帶半徑最大。也就是說在實際礦井
巷道建設(shè)過程中預(yù)留保護卸壓帶必須大于該煤巖體的有效破
裂帶。
J ，MP
＼
' ∞ ＼＼廣、～．
l4．7
／ ■ 一一
t0 12
嚳遭
一／ ／ ? 一一～ 破裂帶邊緣線
圖1 掘進頭前方煤巖體內(nèi)應(yīng)力分布
圖中R 一破裂帶的半徑；
一彈性帶內(nèi)作用在煤體骨架上的有效球向應(yīng)力；
盯 一彈性帶內(nèi)作用在煤體骨架上的有效徑向應(yīng)力。
當由于誤揭而突然揭開煤層時會造成較高應(yīng)力處煤體突
然暴露，而失去卸壓帶的保護，進而引發(fā)各種可能動力現(xiàn)象的
發(fā)生。也就是誤揭煤層突出均存在于構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)域、構(gòu)造
異常處、應(yīng)力高度集中處，而這些構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)域、構(gòu)造異
常處是突出動力現(xiàn)象發(fā)生的必不可少的自然因素，也是最重
要的基礎(chǔ)因素。人類的誤揭掘進活動造成這些原本處于平衡
態(tài)的自然因素的瞬間失穩(wěn)。因此，本文在采取應(yīng)對措施時，將
整個誤揭煤層活動分解為自然影響因素和人為影響因素。
3 誤揭煤層突出的預(yù)測及防護措施
自然影響因素是天然的，是人力所無法改變的，我們能夠
改變的只有人為影響因素。這就要求我們首先對礦井所處的
區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造進行分析，計算應(yīng)力分布狀態(tài)，預(yù)測工程活動可
能產(chǎn)生的地質(zhì)動力效應(yīng)，用以指導掘進方案的確定和實施進
而減少誤揭事故的發(fā)生。
下面就從我們所能夠改變的人為影響因素入手，逐條列
述，進而杜絕誤揭煤層事故的發(fā)生，減少煤礦事故。
(1)配備專業(yè)地質(zhì)工程師，繪制地質(zhì)預(yù)想剖面圖。為防止
施工中誤揭煤層，必須準確掌握煤層群賦存情況，高應(yīng)力集中
區(qū)域，煤層裂隙，斷層情況，精確掌握構(gòu)造煤層與掘進巷道法
距及平距，杜絕煤層地廚睛況不清不楚的現(xiàn)象。
(2)建立專業(yè)化防突隊伍，編制防突預(yù)測圖。對于含瓦斯
礦井，在巷道掘進時必須采取“邊探邊掘”的措施，及時更新掘
進工作面前方范圍內(nèi)的煤層賦存、地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯壓力等情
況，做好瓦斯壓力預(yù)測工作，編制防突預(yù)測圖。對于高應(yīng)力區(qū)
域一定要掘進前進行充分卸壓，避免應(yīng)力集中，通過后立馬進
行支護鞏固。
(3)加大安全防護投入，定期對礦工進行安全培訓。在巷
道掘進過程中，必須沿巷道邊掘邊布置風筒，并沿巷隔段布設(shè)
壓風自救系統(tǒng)，下井人員必須配備個人自救器。定期對礦工進
行安全教育培訓，加強其對煤層的認知、以及一些動力現(xiàn)象先
期征兆的辨識能力。強化礦工安全意識，且在頭腦中一定要形
成非突出煤層在埋深增加時有可能轉(zhuǎn)化為突出煤層，薄煤層
也并非一定是非突出危險。
(4)要加強日常監(jiān)管，嚴防違章作業(yè)和超能力、超強度、超
定員組織生產(chǎn)?！八奈灰惑w”防突措施不到位的不得進行采掘
活動。要推進煤礦企業(yè)加強區(qū)域防突措施；超前防治，源頭治
理，煤礦企業(yè)必須健全防突機構(gòu)，充實防突人員，完善防突制
度，把防治突出各項措施落到實處。
(5)特別要加大對煤礦“一通三防”，水害等隱患排查治理
力度。要健全重大隱患治理制度，完善預(yù)報、預(yù)警、預(yù)防和應(yīng)急
救援體系，構(gòu)建安全生產(chǎn)的長效機制。各級煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察
機構(gòu)要加強督促檢查，對安全沒有保障的煤礦，決不允許生產(chǎn)
和建設(shè)。
4 結(jié)語
為了減少不必要的損失和傷亡，我們必須深刻吸取事故
教訓，舉一反三，進一步加強煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)督檢查工作，強
化施工人員安全意識及對突出危險的辨識能力，杜絕誤揭煤
層突出事故的發(fā)生。這就要求我們從我做起，從安全做起，嚴
格執(zhí)行國家的各項規(guī)章制度，把好安全生產(chǎn)每一環(huán)節(jié)。
參考文獻
fl1 俞啟香．礦井瓦斯防治【M】_中國礦業(yè)大學出版社，1992(2)：
92．
『21 蔣承林，俞啟香．煤與瓦斯突出的球殼失穩(wěn)機理及防治技
術(shù)fM1．徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1998：79一，83．
『31 朱連山．煤與瓦斯突出機理淺析IJ1．礦業(yè)安全與環(huán)保，
2002，4，2(29)：23—25．
作者簡介
王紅亮(1981一)，男，河北保定人，助理工程師。2005年畢
業(yè)于河北工程大學采礦工程專業(yè)，現(xiàn)任旗山煤礦礦長助理。
(收稿日期：2010—11-9)
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