防治煤与瓦斯突出原理及应用

技术经验与应用
收稿日期:2008-03-103
基金项目:国家自然科学基金赞助项目(10102016)
作者简介:高志才(1980-),男,江苏徐州人,西安科技大学能源学院在读研究生,主要从事安全技术及工程方面的研究。

防治煤与瓦斯突出原理及应用
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高志才,邓　军,翟小伟
(西安科技大学能源学院,陕西西安　710054)
摘　要:煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中常发生的严重自然灾害之一。

通过分析近距离保护层开
采、水力掏槽法及边抽边掘技术防治煤与瓦斯突出原理及实践应用,从而有利于煤与瓦斯突出矿井选择合理有效的防突技术。

关键词:煤与瓦斯突出;防治;保护层开采;水力掏槽;边抽边掘中图分类号:T D71312 文献标识码:A 文章编号:1671-749X (2008)04-0045-02
0　引言
煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中常发生的严重自然灾害之一。

1950年辽源矿务局富国西二矿首次发生突出以来,国内防突科技人员先后试验应用了松动爆破、超前排放钻孔、深孔控制卸压爆破、水力化等多项防突措施,有效降低了突出强度和突出
次数,取得了明显防突效果[1]
,然而这些措施分别
有其局限性[1-4]
,如松动爆破措施主要适用于煤质较硬、突出强度较小的弱突出煤层;超前排放钻孔措施施工时间长,措施有效作用距离短,补充措施频繁;深孔控制卸压爆破措施由于装药工艺没有根本解决,操作比较复杂,不利于推广应用;水力冲孔法,是针对突出煤层钻孔时自喷现象,采用压力水钻冲孔,激发喷孔释放突出能量、消除一定范围内的突出危险,措施主要适用于石门揭煤或自喷能力强的软煤分层。

因此,选择合理有效的防突技术是突出矿井实现高产高效的关键。

1　保护层开采防治煤与瓦斯突出
1.1　保护层开采技术原理
保护层的超前开采,使上、下地层产生强烈拉张
破坏,原来的挤压应力变成了拉张应力;上覆煤岩层垮落、破裂、下沉弯曲或者下伏煤(岩)层的破裂、上
鼓,使得煤(岩)层的大量裂隙张开,地应力大范围
的有效释放,无论是构造对瓦斯的封闭,还是地应力对瓦斯的封闭作用都会被释放,被保护层的透气性系数成数百倍甚至数千倍的增大,瓦斯压力会急剧下降,大量的吸附瓦斯被解吸,因此,被保护层突出
危险性得到降低甚至消除[1,5,6]。

防治煤与瓦斯突出原理见图1。

图1　保护层开采防治煤与瓦斯突出原理图[1]
1.2　近距离保护层开采技术应用
平煤五矿己15煤层是非突出煤层,瓦斯含量小,而己16、17煤层是突出煤层,瓦斯含量大。

己15-23110工作面是己16、17-23110工作面的保护层。

两
者层间距0.4～4.4m 。

保护层己15-23110工作面平均煤厚1.7m ,瓦斯含量4.05m 3
/t .r,瓦斯压力0.36MPa;被保护层己16、17-23110工作面平均煤厚3.2m;瓦斯含量11.33m 3
/t .r,瓦斯压力0.81MPa >0.7MPa 。

保护层己15-23110工作面回采后,被
保护层己16、17-23110工作面掘进、回采时从未发生煤与瓦斯突出现象和出现突出预兆,防突预测预报值未出现一次超标。

而没有开采保护层的己17-23200工作面在掘进期间,发生多次瓦斯超限事故,
在采取超前排放钻孔防突措施的情况下,防突预测
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4第4期 高志才　邓　军　翟小伟　防治煤与瓦斯突出原理及应用3
预报值多次超标,由于措施重复率高、掘进速度缓慢。

因此,保护层开采,不仅杜绝了掘进期间瓦斯超限事故,还使被保护层掘进、回采速度成倍提高,缓解了工作面采掘接替紧张局面;保护层的开采不仅节约了大量的宝贵资源,而且带来了安全效益,更重要的是带来巨额的经济效益。

2　水力掏槽法防治煤与瓦斯突出
2.1　水力掏槽法原理
水力掏槽技术实质就是在(采)掘进工作面无人的情况下,利用高压射流在较短时间内破坏煤体、释放大量瓦斯、改善煤体应力状态[3,4]。

煤体的破坏首先是高能量的高压射流破碎煤体,形成直径较小的槽孔;然后在煤体瓦斯压力梯度和射流残余能量反射的作用下破碎孔周围的煤体,形成大直径的槽孔;而槽孔上部煤体由于稳定状态被破坏,在水力和重力的作用下充分垮落,形成近似矩形槽硐。

煤体在掏槽期间是渐进的被破碎,煤体的应力和瓦斯潜能也是渐进的释放,掏槽过程中排出了大量瓦斯和一定数量的煤炭,因此在煤体中形成一定的卸压、排放瓦斯区域,在这个区域内,破坏了突出发生的基本条件,防突效果显著。

与其他措施相比,该措施工艺简单,施工安全,掘进工作面前方煤体中激发突出的应力得到消除,煤体中的瓦斯得到充分释放。

2.2　水力掏槽法应用
焦作煤业集团演马庄矿某工作面煤层瓦斯含量为30.69m3/t.r,瓦斯压力为0.96MPa>0.7MPa,透气性系数为4.15m2/MPa2.d,煤层硬度f=0.1～0.8,煤层平均厚度为6m,煤层具有严重的突出危险性。

在煤巷掘进过程中,通过选择合理的水力掏槽措施技术参数(泵压、流量、措施超前距、水力掏槽尺寸),水力掏槽消突措施后,突出指标效检超标率为个位数,远低于常规的30%措施超标率,效检不突出准确率为100%,充分显示了水力掏槽消突措施的有效性和可靠性;同时水力掏槽措施使掘进速度提高到原来的2倍以上,掏槽后形成较大面积的槽洞对减少爆破工程量、材料费用、提高爆破效果和增加一次爆破深度均有显著作用。

3　边抽边掘技术防治煤与瓦斯突出
3.1　边抽边掘技术原理
通过实施排放瓦斯钻孔,抽放瓦斯,以达到消除突出危险、保证工作面安全有效。

首先,采取抽放措施后,煤体的瓦斯压力得到充分释放,地应力也显著降低,即通过降低发生瓦斯突出的地应力和瓦斯压力来消除煤与瓦斯突出危险;其次,通过抽放,使煤体的物理力学性质得到改变,应力集中带前移,增加了迎头前方煤体的卸压带宽度和透气性,降低了发生突出的动力,即瓦斯压力和地应力;再者,通过长钻孔抽放可减少由煤体涌入巷道空间的瓦斯,降低风排瓦斯量。

3.2　边抽边掘技术应用
淮南潘谢矿区井田内13-1煤层为突出危险煤层。

1151(3)工作面煤层瓦斯含量为10.23m3/t.r,瓦斯压力为0.74MPa>0.7MPa,平均煤厚为5.9 m,煤层具有较大的突出危险性。

在工作面掘进期间,通过在巷道两帮施工钻场,在钻场内和迎头沿工作面走向方向施工长钻孔抽放瓦斯的边抽边掘技术,月平均防突预测指标超限次数大大降低,没有发生一次瓦斯超限事故,同时掘进尺度提高2～3倍,带来很大的经济效益。

该措施需要很高的封孔质量,循环次数较多,在钻孔施工期间,容易造成局部瓦斯积聚。

但是,边抽边掘技术是防止煤与瓦斯突出有效的技术措施之一[1,3]。

4　结论
通过分析近距离保护层开采、水力掏槽法及边抽边掘技术防治煤与瓦斯突出的原理以及在不同煤层瓦斯含量、瓦斯压力、煤层厚度突出矿井的应用,为相似煤层条件的煤与瓦斯突出矿井选择合理有效的防突技术做出贡献。

参考文献:
[1]　于不凡,王佑安.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术
手册[M].北京:煤炭工业出版社,2000.
[2]　林柏泉.深孔控制卸压爆破及其防突作用机理的实
验研究[J].阜新矿业学院学报,1995,(3):1-8.
[3]　魏国营,张书军,辛新平.突出煤层掘进防突技术研
究[J].中国安全科学学报,2005,15(6):100-104.
[4]　单智勇.中高压注水综合防突措施的研究与应用
[J].煤炭工程,2005,(9):17-19.
[5]　于不凡.开采解放层的认识与实践[M].北京:煤
炭工业出版社,1986.
[6]　刘林.煤层群多重保护层开采防突技术的研究
[J].矿业安全与环保,2001,8(5):1-4.
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64陕　西　煤　炭 2008年
生。

因此,要处理好一个资源和两个市场的关系。

3.2　要以企业和社会需求进行改革调控
要以企业和社会的需求来改革和调控的专业方向、课程设置、教材选择、课堂教学和实训实习的内容。

企业和社会对毕业生的要求是一个变量,必须围绕企业的要求来考虑和调控的教育教学过程。

2006年新疆地质局急需钻探专业的学生,当时我们还没有钻探专业。

该局就建议,给地质班的学生加开两门课程,一个是钻探工艺,一个是钻探设备。

就可以从事钻探工作了。

学院就给一个地质班增设了这两门课,2008年毕业生虽然没有钻探专业,但用人单位一看有这两门课就选择了我们的学生去从事钻探专业。

2005年神东公司给我们推荐一个子弟班,通过单招考试入学。

神东公司要求给这个班上专业课时,该企业现用的机电设备,如采煤机、掘进机和运输机为依据,这样学生一回来就能操作和维修。

根据他们的要求,我们利用暑假把机电老师带到神东去先学习他们的设备,然后给学生讲。

这个班去年毕业,全部安排在神东公司,表现很好,深受企业欢迎。

通过这几年的就业实践有以下的感想:第一,开门办学。

教师要利用各种机会包括实习,去企业,去医院学习和调研,掌握现场的需求,然后改革和调整教学过程。

这样既能提高教师的素质,又能提高教学质量,也能提高学生的就业率。

第二,既教书又育人。

许多实例说明,道德素质的高低会影响就业率,不仅要给学生培养知识和技能,还要注重学生道德水平的教育提高。

第三,一专多能。

学校应积极开设辅修专业、第二专业或双专业,这才能提高就业率。

3.3　在出口关要加强就业工作的领导和投入
就业是民生之本,党中央和国务院对就业工作
极其重视,教育部每年召开一次就业工作会议,对就
业工作作出全面的部署,并把就业率作为考量一个学校的重要指标,在招生、评估、资源倾斜等方面挂勾,同时明确规定,当年学费收入的1%用于就业工作。

院党政领导历来对就业工作十分重视,在机构、人员和经费上做到了三到位。

在大家努力下,三年来学院就业工作取得一定成绩。

2005年1457名毕业生,一次性就业率61.22%,年底就业率是89%,2006年1965名毕业生,一次性就业率72.82%,年底就业率是86.3%,2007年2188名毕业生一次性就业率72.66%,年底就业率是91.6%。

2005、2006年连续两年被省人事厅评为就业工作先进单位。

就业工作任重而道远。

由于社会用人才需求的变动性(客观上矿山类专业就业旺盛,非矿山类的电子、经管和医学专业就业滞缓),需要在这些专业上加大工作力度。

还有医学类学生的实习一般安排在大中城市条件相对优越的医院,调高了毕业生的就业意愿,从而不愿到新疆等边远山区基层医院去,出现有业不就的现象。

就业工作是一项良心工程,是积德行善造福学生和家长的工作,是学院发展的一项重要支撑点和推动点。

要发扬成绩,克服存在的问题,继续把工作做好。

总之要在入口、教育教学过程和出口三个环节上全面贯彻“职业教育就是就业教育”思想,才能保证高职学院的健康可持续发展。

参考文献:
[1]　周济在示范性高职院建设视频会议上的讲话
[N ].中国教育报,2006-11-13.
[2]　崔岩,王晖.以就业为导向,建设特色高职学院
[C ].陕西高等教育论坛(第二辑).西北大学出
版社,2006,12.
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M echan ism of controlli n g coal 2gas outburst and its practi ce
G AO Zhi 2cai,DE NG Jun,ZHA I Xiao 2wei
(School of Energy,Xi ′an University of Science and Technol ogy ,Xi ′an 710054,China )
Abstract:The coal -gas outburst is one of the badly natural disasters in the p r ocess of coal m ining .The paper researchs the p rinci p le of p r otective sea m m ining,hydraulic sl otting method and executing -digging technol ogy t o avoid risk of coal -gas outburst,and its p ractices in coal m ine .It is useful for coal m ine app lying reas onable and effective method t o contr ol coal -gas outburst .Key words:coal -gas outburst;gas contr ol;p r otective coal sea m m ining;hydraulic sl otting;executing -digging
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3第4期 詹三瑞　解读职业教育就是就业教育。