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石门和岩石井巷揭开煤层的防突措施一、一般规定及要求二、石门及竖井揭煤应力分布特点及突出危险性分析三、石门及岩石井巷揭煤工作程序四、石门及井巷揭煤前的探测及预测五、石门及井巷揭煤的防突技术措施第十八章石门和岩石井巷揭开煤层的防突措施《防突规定》对石门和岩石井巷揭煤定义为：石门和立井、斜井工作面从距突出煤层底（顶）板的最小法向距离5m开始到穿过煤层进入顶（底）板2m（最小法向距离）的过程均属于揭煤作业。第十八章石门和岩石井巷揭开煤层的防突措施石门揭煤突出：指石门自煤层底（顶）板在爆破揭开和穿过煤层过程中，由于岩柱的突然破碎，煤体应力状态和瓦斯赋存状态突然改变，富含瓦斯的煤层在地应力和瓦斯压力作用下，快速向巷道空间抛出大量煤岩，并伴有大量瓦斯涌出。石门和岩石巷道揭穿煤层时发生的突出是煤矿中突出强度最大的一种。其特点是石门和岩石巷道工作面前方的煤体因岩柱的隔离和阻挡，处于集中应力和高瓦斯状态。一、一般规定及要求1）组织机构2）防突专门设计3）管理要求4）探测与施工要求5）通风要求6）安全岩柱厚度7）揭穿突出煤层的防突措施一、一般规定及要求组织机构煤矿企业各新建矿井和已生产矿井的石门和岩石井巷在揭穿突出煤层前，必须成立以新建矿井筹备处主任和生产矿井矿长为组长的揭煤领导小组，领导小组成员由新建矿井筹备处、生产矿井总工程师和施工建设单位项目经理等组成；领导小组负责组织防突专门设计的编制、审定、报批，防突工程的实施、验收，防突效果检查、揭煤安全管理和突发事件应的急处理等工作。一、一般规定及要求防突专门设计集团公司各新建矿井和已生产矿井的石门和岩石井巷在揭穿突出煤层前，必须提前1个月编制防突专门设计，报煤矿企业技术负责人审批后，建设单位方可实施揭煤作业。石门和岩石井巷揭煤作业前应编制揭煤的专项防突设计，由矿（或建井筹备处）负责编制，报集团公司批准后，方可组织施工。一、一般规定及要求石门和岩石井巷揭煤专门设计应包含以下内容：（1）石门和岩石井巷基本参数、掘进和支护工艺方法；（2）石门和岩石井巷揭煤区域地层（煤层和顶底板岩层）赋存情况；（3）石门和岩石井巷揭穿煤层瓦斯赋存情况及突出危险性初步评价；（4）控制煤层层位的钻孔布置；（5）煤层区域突出危险性预测及防突措施效果检验方法、指标和判定标准等；（6）揭穿突出煤层的瓦斯抽放钻孔的布置；（7）控制煤层层位钻孔、突出危险性预测钻孔和瓦斯排放钻孔的施工和验收要求；（8）掘进至远距离爆破揭穿煤层前的工作面位置，采用工作面预测或措施效果检验的方法进行最后验证；（9）煤层加固措施的设计、施工和验收要求；（10）安全防护措施并用远距离爆破揭开或穿过煤层；11）组织管理措施。一、一般规定及要求管理要求煤与瓦斯突出矿井（生产矿井）突出煤层，石门和岩石井巷揭煤深度大于该煤层突出危险区域上线标高的应为突出煤层；石门和岩石井巷揭煤深度大于矿井目前开采水平的应参照突出煤层管理。高瓦斯矿井（生产矿井），石门和岩石井巷揭煤深度大于矿井目前开采水平的应参照突出煤层管理，经突出危险性预测证明所揭穿煤层无突出危险性后，可按无突出危险煤层管理。新建高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井，石门和岩石井巷揭穿煤层应参照突出煤层管理，经突出危险性预测证明所揭穿煤层无突出危险性后，可按无突出危险煤层管理。一、一般规定及要求探测与施工要求石门和岩石井巷距突出煤层法线距离不小于10m处（地质构造复杂、岩石破碎的区域为20m处），必须用打钻的方法控制煤层层位，必须测定煤层瓦斯压力或用其他方法预测石门（竖井等）工作面前方煤层的突出危险性；工作面距突出煤层法线距离不小于7m处必须停止掘进，施工瓦斯抽（排）放钻孔，在瓦斯抽放范围边缘经效果检验消除突出危险性后，方能按专项设计要求揭穿煤层。当突出煤层厚度小于0.3m时，可直接采用远距离爆破揭穿煤层。一、一般规定及要求探测与施工要求石门和岩石井巷所揭穿煤层必须采用煤层瓦斯压力或瓦斯含量来进行突出危险区域预测工作预测数值大于突出临界值，按照突出煤层管理经区域预测和区域效果检验判定为无突出危险的区域，需要采用局部“四位一体”方法，工作面突出预测的指标为综合指标（D、K）或钻屑瓦斯解吸指标（∆h2、K1），如预测数值大于突出临界值，该煤层应补充施工局部防突措施。一、一般规定及要求石门和岩石井巷应尽可能布置在无地质构造破坏带，如果条件允许，石门和岩石井巷应布置在被保护区，利用附近已有的岩石巷道或煤层巷道，提前向揭煤区域施工瓦斯抽采钻孔，抽采揭煤区域的瓦斯，缩短揭煤时间。石门和岩石井巷与已掘出的巷道贯通时，该巷道应越过石门贯通位置5m以上，并保持正常通风。探测与施工要求一、一般规定及要求通风要求石门揭煤时，需建立安全可靠的独立通风系统，并加强控制通风风流设施的措施。在建井初期，矿井尚未构成全风压通风时，在石门揭穿突出煤层的全部作业过程中，与此石门有关的其他工作面都必须停止工作。掘进新井筒或延深进风井筒时，风机应安装在地表离开井筒一定的安全距离以外，以免受可能发生突出时从井筒喷出的瓦斯影响。如果延深的井筒为进风井，则在井筒穿越突出煤层期间，井下的所有生产工作均应停止。一、一般规定及要求安全岩柱厚度采用远距离爆破揭开突出煤层时，要求石门、斜井揭煤工作面与煤层间的最小法向距离是：急倾斜煤层2m，其他煤层1.5m。要求立井揭煤工作面与煤层间的最小法向距离是：急倾斜煤层1.5m，其他煤层2m。如果岩石松软、破碎，还应适当增加法向距离。在揭煤工作面用远距离爆破揭开突出煤层后，若未能一次揭穿至煤层顶（底）板，则仍应当按照远距离爆破的要求执行，直至完成揭煤作业全过程。所有突出煤层外的掘进巷道（包括钻场等）距离突出煤层的最小法向距离小于10m时（在地质构造破坏带小于20m时），必须边探边掘，确保最小法向距离不小于5m。一、一般规定及要求揭穿突出煤层的防突措施石门和岩石井巷揭煤防突措施是在安全岩柱的保护下缓慢地释放煤体及围岩的突出潜能，达到预防突出的目的。其主要防突措施有排放钻孔法和抽放瓦斯法。同时也可采用水力冲孔、扩孔钻卸煤以及冲煤扫孔等加强型措施提高瓦斯抽采效果。此外，还可以配合金属骨架、固化煤体、煤层注水、顺层钻孔等安全保障型措施。二、石门及竖井揭煤应力分布特点及突出危险性分析（一）石门揭煤突出危险性分析（二）竖井工作面揭煤突出危险性分析（一）石门揭煤突出危险性分析煤与瓦斯突出和掘进工作面附近集中应力区范围的大小有直接的关系集中应力区的大小决定了煤体中储存的弹性潜能和瓦斯内能的大小，以及造成突出时突出程度、破坏程度的大小。（一）石门揭煤突出危险性分析在掘进过程中，工作面不断接近煤层，集中应力区的作用越来越明显。对于掘进工作面前方的煤体来讲，工作面前方的煤体在集中应力的作用下，进入流变阶段开始进入瞬时和稳定流变的含瓦斯煤体，在急剧增高的集中应力作用下产生加速变形和破坏，将上一流变阶段的煤体进一步破碎，为深部煤体提供侧向压力，同时为瓦斯内能的聚积创造了条件。如果此时聚积的瓦斯内能做功，足以把破碎煤体冲垮并抛出粉碎，随即发生煤与瓦斯瞬时突出（一）石门揭煤突出危险性分析石门揭开煤层之前，煤层内瓦斯未经排放，或排放后仍然保持着较高的瓦斯压力，当爆破揭开煤层的瞬间，具有突出危险的煤层压力状态遭到破坏由于内外瓦斯压力梯度很大，受地应力破坏的煤体在高瓦斯压力的作用下抛向巷道空间，同时又使内部的煤体暴露暴露的煤体又在地应力的作用下破坏，破坏后又被高压瓦斯抛向巷道空间这样连锁的破碎及煤体抛出使突出向煤体深部扩展，形成连续的突出（一）石门揭煤突出危险性分析在揭煤前，一般都采取打钻孔抽排瓦斯等措施，将揭煤处周边煤体内一定范围的瓦斯抽排掉，以形成一定范围的安全防护带，保证揭煤作业的安全。在石门揭煤后，应该及时加强支护、防止空顶和冒落，不给远处具有突出危险的煤体突然暴露的机会，就能有效地防止煤与瓦斯突出的发生。（一）石门揭煤突出危险性分析石门揭煤比煤巷掘进更容易突出，主要原因是：与煤巷掘进所在煤层相比，石门揭煤处的煤体处于顶底板岩层及周围煤体的封闭中，且还处于石门的集中应力区，煤层中的弹性潜能和瓦斯内能得不到释放，在揭煤爆破的作用下极易发生突出。而在煤巷揭煤时的突出地点煤体有一个自由面，可以释放一部分弹性潜能和瓦斯内能。（一）石门揭煤突出危险性分析石门揭穿煤层的突出次数占突出总数的6.1%，但因在矿井采掘过程中，石门揭开煤层的工作量（或次数）远比煤巷掘进少得多，所以石门揭开煤层时的突出发生机率最高，并且突出强度极大，其平均强度为其它各类巷道平均强度的6倍，绝大多数的特大型突出（80%以上）也是发生在石门揭开煤层时，突出的大量瓦斯波及范围广。因此，石门揭开突出煤层具有极大的危险性。其特点是突出强度大，造成的破坏性强，在整个揭穿煤层过程中都存在突出危险性，有的甚至在揭穿同一煤层时发生两次突出。（一）石门揭煤突出危险性分析石门突出的四种类型：爆破揭穿煤层时的突出；自行冲破岩柱的突出；过煤门的突出；延期突出。以爆破揭开煤层时的突出所占比例最大，因为它对发生突出的条件来讲最有利。（二）竖井工作面揭煤突出危险性分析竖井揭穿有煤与瓦斯突出危险煤层是竖井施工中的重大安全技术问题。2006年1月5日，淮南矿业集团望峰岗矿近千米的主井井筒在穿过5.86m厚的C13突出危险煤层时，就发生了一起特大型煤与瓦斯突出事故，突出煤量2831t、瓦斯量0.0927Mm3。随着煤矿开采深度的增加，竖井揭穿煤与瓦斯突出危险煤层的危险性日趋增大。（二）竖井工作面揭煤突出危险性分析竖井揭煤工作面应力分布规律：（二）竖井工作面揭煤突出危险性分析竖井揭煤工作面应力分布规律：（二）竖井工作面揭煤突出危险性分析竖井揭煤工作面应力分布规律：1）竖井工作面接近煤层时，在其前（下）方应力分布分为三个区，即完全卸压区、部分卸压区和未卸压区。工作面前（下）方有“漏斗”形采动卸压区（中心为最大卸压区；四周为部分卸压区）。在工作面前方，煤岩体的卸压程度随着远离井筒中心线而降低；工作面距煤层距离不同，各区的影响范围也不同。工作面距离煤层越近，煤层中一定范围内的卸压程度越大。2）在井筒四周、工作面前后存在应力集中区。工作面距离煤层越近，应力集中区的影响范围和峰值越大。3）同一标高处，井壁四周的集中应力分布是不同的。倾斜煤层沿倾向以井轴为界分为两部分，上侧区域的应力集中度及影响范围较下侧区域大，这是由于上侧区域的煤岩体受自重倾斜分量的压缩所致。（二）竖井工作面揭煤突出危险性分析当工作面揭开突出危险煤层时，工作面前方存在的卸压区使前方煤岩体向上突出的能量降低，发生煤与瓦斯突出的危险性相对较小。当掘进工作面进入突出危险煤层时，如若井壁不能及时支护，强度较低的煤层处于应力集中区域，暴露的煤壁与岩石便承载着煤层瓦斯压力和地应力的作用（特别是在倾斜煤层的上侧，还要附加煤体的自重影响），当煤壁阻碍煤与瓦斯突出的安全区不足以抵挡瓦斯压力和地应力的综合作用时，处于应力集中区内的煤体便发生失稳破坏，造成煤与瓦斯突出的发生。（二）竖井工作面揭煤突出危险性分析合理的保留岩柱的长度对阻碍发生煤与瓦斯突出也是至关重要的，井筒内岩柱可以部分地释放煤层的地应力，使煤层卸压，有利于瓦斯的排放。当岩柱强度不足以抵挡地应力和瓦斯压力作用时，亦会造成煤与瓦斯突出的发生。因此，竖井揭煤中最易发生突出的位置是工作面进入煤层后受应力集中影响的煤壁，尤其是倾斜煤层的上侧，因该区域不仅受应力集中影响，而且还受重力影响。（二）竖井工作面揭煤突出危险性分析井壁至四周应力集中峰值处的无突出危险煤岩体构成的安全区，是阻碍煤与瓦斯突出的关键。因此，释放井筒周围一定范围内的煤与瓦斯突出能量，使其变为无煤与瓦斯突出危险安全区，阻止煤与瓦斯突出发生，成为竖井揭穿突出危险煤层的技术关键。（二）竖井工作面揭煤突出危险性分析芦岭新副井对揭煤处采用排放钻孔方法，共施工160个钻孔，其中先期96个排放钻孔，后期补充54个排放钻孔（二）竖井工作面揭煤