水力冲孔学位论文

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矿井瓦斯防治矿井瓦斯是煤矿生产过程中的主要不安全因素,瓦斯的涌出形式和涌出量对矿井设计、建设和开采都有重要影响。随着采深、开采范围和产量的增加,这类影响更加显著。瓦斯爆炸是煤矿生产中最严重的灾害之一。如果由于瓦斯爆炸而引起煤尘爆炸,后果更为严重。所以掌握瓦斯爆炸的原因、规律和防范措施,极为重要。 矿井瓦斯涌出量瓦斯涌出量是指生产过程中涌进巷道的瓦斯量。瓦斯涌出量大小的表示方法有两种：绝对瓦斯涌出量：即单位时间内涌出的瓦斯体积。相对瓦斯涌出量：即日产煤一吨在一 昼夜内的瓦斯涌出体积。瓦斯涌出量的大小，决定于自然因素和开采技术因素的综合影响。如煤、岩的瓦斯含量、煤的物理化学特性、开采规模、回采顺序、落煤方式、通风系统、地面大气压、风压和风量的变化，等等。新建矿井、生产矿井的新水平或新采区，需要预先知道瓦斯涌出量，作为设计的依据。这种在新区开发前，按照一定方法预先获得该区域瓦斯涌出量的工作，称为瓦斯涌出量的预测。预测瓦斯涌出量的方法，可以分为统计法和计算法两大类。我国采用的统计法，是根据生产矿井不同深度已采水平相对瓦斯涌出量的大量实际资料，通过统计整理，找出相对瓦斯涌出量随深度（和沿走向）增长的规律，预测延伸水平或相邻矿井的瓦斯涌出量。矿井目前采用的瓦斯抽放方法主要有：煤层底板专用瓦斯抽放巷穿层钻孔预抽、顶板走向钻孔边采边抽、高抽巷、超前钻孔和顺层钻孔预抽、采空区抽放、高瓦斯煤巷封闭抽放等。 矿井瓦斯突出分布规律全矿井上旬的绝对瓦斯涌出量最大，其中：甲烷为，二氧化碳为 m3/min；相对瓦斯涌出量甲烷为，二氧化碳为 m3/t；根据鉴定结果：我矿属高瓦斯矿井。但2005年4月由抚顺煤科院对我矿的6煤和13煤进行了突出危险性鉴定，确定为突出煤层，2005年5月经安微省发改委批准为突出矿井，13煤F10断层以南地质勘探线以1-12线之间、-560m水平以上区域， 6煤F10断层以南地质勘探线以1-7线之间、-640m水平以上区域，经抚顺煤科分院预测为无突出危险性区域。根据矿井实际情况，我矿矿井瓦斯等级为突出矿井。突出威胁区中的构造复杂地带（断层、褶曲轴部等）附近30m范围内按突出危险区管理。 瓦斯突出治理措施1）防突措施分类：按作用范围划分：区域性防突措施、局部性防突措施。按作用效果划分：防止突出发生的措施、突出时保证人员生命安全的措施。按作用的技术性划分：技术措施、组织管理措施。区域性防突措施：实施以后可使较大范围煤层消除突出危险性的措施，称为区域性防突措施；局部防突措施：实施以后可使局部区域(如掘进工作面)消除突出危险性的措施称为局部防突措施。2）保护层开采瓦斯治理措施保护层：在突出矿井中，预先开采的、能使其它相邻有突出危险的煤层受到采动影响而减少或丧失突出危险的煤层称为保护层。被保护层：后开采的煤层称为被保护层。保护层位于被保护层上方的叫上保护层，位于下方的叫下保护层。保护层开采是预防突出最有效、最经济的区域性预防突出的技术措施，几乎所有发生突出的国家都采用该措施，我国1958年成功使用此技术，目前开采保护层的矿井占突出矿井总数的26%。开采保护层的作用：(1) 地压减少，弹性潜能得以缓慢释放。(2) 煤层膨胀变形，形成裂隙与孔道，透气系数增加。所以被保护层内的瓦斯能大量排放到保护层的采空区内，瓦斯含量和瓦斯压力都将明显下降。(3) 煤层瓦斯涌出后，煤的强度增加。据测定，开采保护层后，被保护层的煤硬度系数由～增加到～。所以，保护层开采后，不但消除或减少了引起突出的两个重要因素：地压和瓦斯，而且增加了抵御突出的能力因素－煤的机械强度。这就使得在卸压区范围内开采被保护层时，不再会发生煤与瓦斯突出。开采保护层应注意的几个问题：（1）尽量不在保护层采空区留煤柱；（2）保护层采高小于时，必须检查其保护效果，否则要采取其它防突补充措施；（3）开采保护层，具有瓦斯抽放系统的矿井，应同时抽放卸压瓦斯。开采保护层后会使得被保护的煤层所受的应力得到卸压，被保护煤层的瓦斯解吸速度大大增加，必然使得瓦斯涌出量相应的增加。因此，在开采保护层时必须考虑到保护层开采过程中的瓦斯治理措施。本设计在治理保护层开采过程中瓦斯涌出量大的措施上主要采用以下几个方法：（1） 在保护层顶板施工顶板走向巷道作为专用瓦斯抽放巷（高抽巷），在工作面回采过程中连续抽放。（2） 在被保护层的底板巷道施工穿透煤层的大角度、长距离钻孔进行采前、采中和采后穿层抽放。（3） 在保护层顶板施工顶板走向钻孔抽放瓦斯在工作面回采过程中连续抽放。（4） 施工专用尾抽巷对保护层进行尾抽，在工作面回采过程中连续抽放。（5） 对保护层的产量进行适时的调整，做到“以风定产”、“以瓦斯定产”。3）预抽煤层瓦斯及煤层注水在无保护层可采、单一突出煤层开采，经过试验预抽瓦斯有效果时，可使用预抽煤层瓦斯的方法防止瓦斯突出。通过向突出煤层内打大量的密集钻孔，达到以下目的：（1） 钻孔造成煤层局部卸压；（2） 通过钻孔排放瓦斯，释放煤层瓦斯潜能；（3） 通过长时间抽放瓦斯，进一步降低煤层瓦斯涌出压力和瓦斯含量；（4） 引起煤层收缩变形、地应力下降、煤层透气性和煤的坚固性系数增加。煤层注水主要用于回采工作面它不仅可以使煤的物理力学性质和应力分布改变而且可以降低煤层的瓦斯放散初速度。通过注水钻孔还可以排放煤层瓦斯起到降低煤层瓦斯含量和压力的作用。1） 注水工艺注水工艺主要包括 打钻、封孔、注水。2） 钻孔参数（1）孔径： 应在 42～100mm。（2）孔长：主要取决于阶段斜长及煤层地质变化。（3）封孔长度 ： 钻孔湿润半径的 ～ 倍。（4）注水压力在注水过程中要注意注水的压力若压力过高会使煤沿弱面破裂，造成水流失。若注水压力过低则会注不进水，达不到湿润效果。因此应控制好注水压力做到“压而不裂，注而不漏”3） 注意事项（1）对于湿润性差的煤，注水中可加一定浓度的湿润剂；（2）注水泵尽量采用排量大的高压泵；（3）保证封孔质量；（4）孔数应根据注水区与注水有效半径确定；（5）对于难注水煤层，尽量采用“间歇注水”。 煤层采掘工作面预防突出措施一般规定（1） 突出煤层进行采掘工作，应进行突出危险性预测；（2） 在集中应力影响范围内，不得布置相对掘（推）工作面。（3） 采掘工作接近或进入地质构造复杂、煤层厚度和倾角急剧变化地带时，应进行防突效果检验。平巷掘进防突措施平巷掘进防突措施主要包括：大直径钻孔、超前钻孔、松动爆破、前探支架、水力冲孔等。1） 超前钻孔掘进工作面或回采面前方，形成三个应力带：卸压带：地应力和瓦斯压力均较原始值小，阻止突出；集中应力带：地应力较原始值高，煤层透气性急剧降低，阻止瓦斯排放，此带内保持着较高的瓦斯压力梯度和瓦斯压力值，是发动突出的策源地。超前钻孔是在煤巷掘进工作面前方始终保持一定数量的排放瓦斯钻孔。它的作用是排放瓦斯，增加煤的强度，在钻孔周围形成卸压区，使集中应力区移向煤体深部，人为地造成并保持在工作面前方有一个较长的卸压带，以防止突出发生。在运用超前钻孔防突措施时应注意以下几点：（1）最小超前距 L≮5m；（2）防止打钻过程中，出现顶钻现象和喷孔；（3）确定合理的钻孔排放半径。2） 深孔松动爆破深孔松动爆破：在工作面前方存在有 5m 卸压煤体防护下，在前方 以外引爆几个深厚感情眼形成煤体松动的爆破方法。松动爆破方法的方法有两种深孔爆破和浅孔爆破。其作用原理是向掘进工作面前方应力集中区，打几个钻孔装药爆破，使煤炭松动，集中应力区向煤体深部移动，同时加快瓦斯的排出，从而在工作面前方造成较长的卸压带，以预防突出的发生。这种防突方法适用于煤质较硬，突出强度较小的煤层。技术要求：（1）孔长应大于8m；（2）孔数根据实测松动爆破有效半径确定；（3）每次爆破保持不小于5m安全距；（4）松动爆破作业，必须采取有效的防护措施。 岩巷掘进通风技术措施由于岩巷的瓦斯含量基本可以忽略不计，本矿井所有的岩巷掘进都采用串联通风的方式来保证正常的工作。具体措施：采用水幕降尘技术，通过水幕降尘的作用，净化通过岩巷掘进的风流，使其继续用于其他用风地点。 预防瓦斯爆炸的技术措施（1）通风异常的原因、类别和对策A 停电是停风的根本原因。包括：主要通风机停电、局扇停电。B 通风系统或通风设施破坏或异常。如：风门未关好、风道堵塞、风筒脱节或破坏等。C 反风（2）瓦斯涌出异常的类别与对策A 煤与瓦斯突出B 瓦斯喷出C 冲击地压和顶板大面积陷落D 大气压急剧下降E 采掘作业（3）严格瓦斯检查制度严格执行《煤矿安全规程》中关于瓦斯检查制度及时发现瓦斯超限、瓦斯积存和防止瓦斯事故的措施。（4）严禁和杜绝一切非生产火源；严格管理和限制生产中可能发生的、热源。（5）一旦发生瓦斯爆炸，为防止灾情扩大，应使灾区局限在尽可能小的区域和防止二次灾害。以上所述的治理措施，在我们开采保护层的过程中，往往采取的瓦斯治理措施不是单一的，而是多方面的。在目前的情况下基本上能够解决开采保护层中的瓦斯问题，为了更好的解决这个问题，我们应该对以上的措施做进一步的研究：（1）如在施工底板穿层钻孔中，钻孔的布置方式、角度，钻孔的终孔点的位置以及每组钻孔的水平间距等；（2）在施工顶板走向巷时，巷道的布置层位、巷道布置的水平位置以及巷道与保护层的的法距等。（3）施工顶板走向钻孔时，钻孔布置与保护层巷道的水平距离，钻孔的终孔位置以及钻孔的封孔工艺等。 瓦斯防治综合措施结合新集一矿瓦斯的特点及实际情况，现采取以下措施对瓦斯进行防治：1） 在生产过程中注重搜集瓦斯资料，实测煤层瓦斯含量、压力、透气性系数、抽放半径、百米钻孔瓦斯流量等参数，认真总结煤层瓦斯含量及压力的分布规律，尤其是要注意掌握瓦斯在区域构造带附近的赋存规律，每年必须进行一次瓦斯等级鉴定工作；根据实际瓦斯资料，制定日常通风安全管理制度。2） 首次揭煤必须按突出煤层编制揭煤措施。3） 加强通风管理，合理分配风量，确保各用风地点有足够的新鲜风流。4） 建立个体巡回检查和安全技术监控双重监测体系，以便掌握各地点瓦斯浓度，预防瓦斯超限。一旦瓦斯超限，现场人员必须立即停止作业，切断电源，必要时人员需迅速撤至安全地点。5） 顶、底板抽放巷道层位要根据本矿井的经验数据并结合煤层顶底板岩性综合分析确定。必要时可在瓦斯涌出量较小的区段进行试验，待取得准确参数后实施，以保证瓦斯抽放效果。6） 瓦斯抽放和治理应采取综合措施进行。如尾巷抽排、上隅角埋管抽排等。 工作面降温措施矿井热害防治的措施很多，归纳分析主要有两种类型：一种是非制冷降温措施，又称开采技术措施，主要包括选择合理的开拓方式与通风系统，增大通风量，改革通风形式、采煤工艺等；另一种是采用机械制冷降温。本矿井热源多，散热量较大，为降低矿井的热害程度，首先采取了以下开采技术及通风降温措施进行综合治理。1） 合理开拓部署。本矿井采用立井、集中大巷、分区石门开拓方式；可尽量缩短进风风流线路长度，减少进风风流在通风路径中的热增量，降低采掘工作面风流的温升。2） 选择合理的开采方法。回采工作面采用走向长壁后退式回采，U型通风，可减少漏风和采空区散热量。3） 合理集中生产。尽可能地减少热源点，有利于集中使用风量，充分发挥通风降温的作用。4） 合理增大工作面风量，把井巷风速控制在经济、允许风速范围内，尽量缩小风流与井巷围岩的交换面积，减少围岩传热量。同时，增大工作面风量，不仅能降低风流温度，而且能合理提高工作面风速，改善人体的散热条件。5） 采用煤层注水、煤岩巷湿式掘进，以降低煤岩体温度。6） 采空区进行黄泥灌浆充填、及时封闭等措施，抑制采空区的氧化散热。上述措施虽可避免或减少部分热源向风流中散热，矿井气象条件能得到一定程度的改善，但由于开采水平深、热源多，围岩与机电设备散热量大，采掘工作面的气温仍然较高。因此，本矿井还必须采取专门的降温措施，根据矿井具体条件，设计采用机械制冷降温措施，以改善井下作业环境，保护矿工的身心健康，提高劳动生产效率。