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礦井瓦斯防治技術(shù)及安全措施

  
評論: 更新日期:2015年05月30日
我國煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀分析
???? 在我國的能源工業(yè)中,煤炭占我國一次能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中的70%左右,預(yù)計到2050年還將占50%以上。因此,煤炭在相當(dāng)長的時期內(nèi)仍將是我國的主要能源。當(dāng)前我國煤礦安全生產(chǎn)狀況不容樂觀,安全生產(chǎn)體系并不完善,特別是煤礦生產(chǎn)更是礦難頻發(fā),形勢嚴(yán)峻,煤礦安全問題成為構(gòu)建社會主義和諧社會的極大障礙,是政府在新的行政過程中亟待解決的問題。下面我將從我國煤礦生產(chǎn)現(xiàn)狀出發(fā),對煤礦生產(chǎn)存在的主要問題進行了簡單的分析和論述;基于此,對我國煤礦安全生產(chǎn)體系建立健全的過程中所應(yīng)采取的對策措施作了初步的思考和探尋。
我國目前煤礦安全生產(chǎn)形勢
我國95%的煤礦開采是地下作業(yè)。煤礦事故占工礦企業(yè)一次死亡10人以上特大事故的72.8%至89.6%(2002-2005年);煤礦企業(yè)一次死亡10人以上事故中,瓦斯事故占死亡人數(shù)的71%。煤礦所面臨的重大災(zāi)害事故是相當(dāng)嚴(yán)峻的,造成的損失是極其慘重的。
由于煤礦事故多,死亡人數(shù)多,造成了我國煤礦的百萬噸死亡率一直居高不下。特別是煤礦重大及特大瓦斯(煤塵)災(zāi)害事故的頻發(fā),不但造成國家財產(chǎn)和公民生命的巨大損失,而且嚴(yán)重影響了我國的國際聲譽。
實際上,這些瓦斯事故的發(fā)生不是偶然的,它是以往煤礦生產(chǎn)過程中存在問題的集中暴露,涉及許多方面。既有自然因素、科技投入和研究的不足,也有人為因素以及國家的體制、管理、經(jīng)濟政策,社會的傳統(tǒng)觀念,煤礦企業(yè)的文化素質(zhì)等等。
我國煤礦生產(chǎn)存在的主要問題
總體上來看,我國煤礦生產(chǎn)正走著一條高投入、高耗能、低產(chǎn)出、低回報的粗放型的經(jīng)濟增長道路,安全問題特別突出,經(jīng)常發(fā)生礦難事故,國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局近日稱:近年我國平均每7.4天發(fā)生一起特大煤礦事故,遠遠高出世界平均水平。細致來看,主要存在以下幾個問題:
1、我國煤礦分布地質(zhì)情況惡劣,災(zāi)害類型多,是造成事故的客觀因素。
我國煤礦絕大多數(shù)是井工礦井,地質(zhì)條件復(fù)雜,災(zāi)害類型多,分布面廣,在世界各主要產(chǎn)煤國家中開采條件最差、災(zāi)害最嚴(yán)重。
①地質(zhì)條件。在國有重點煤礦中,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜或極其復(fù)雜的煤礦占36%,地質(zhì)構(gòu)造簡單的煤礦占23%。據(jù)調(diào)查,大中型煤礦平均開采深度456米,采深大于600米的礦井產(chǎn)量占28.5%。小煤礦平均采深196米,采深超過300米的礦井產(chǎn)量占14.5%。
②瓦斯災(zāi)害。國有重點煤礦中,高瓦斯礦井占21.0%;煤與瓦斯突出礦井占21.3%;低瓦斯礦井占57.7%。地方國有煤礦和鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦中,高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井占15%。隨著開采深度的增加,瓦斯涌出量的增大,高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井的比例還會增加。
??③水害。我國煤礦水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜。國有重點煤礦中,水文地質(zhì)條件屬于復(fù)雜或極復(fù)雜的礦井占27%,屬于簡單的礦井占34%。地方國有煤礦和鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦中,水文地質(zhì)條件屬于復(fù)雜或極復(fù)雜的礦井占8.5%。我國煤礦水害普遍存在,大中型煤礦有500多個工作面受水害威脅。在近2萬處小煤礦中,有突水危險的礦井900多處,占總數(shù)的4.6%。
? ④自然發(fā)火危害。我國具有自然發(fā)火危險的煤礦所占比例大、覆蓋面廣。大中型煤礦中,自然發(fā)火危險程度嚴(yán)重或較嚴(yán)重(Ⅰ、II、III、Ⅳ級)的煤礦占72.9%。國有重點煤礦中,具有自然發(fā)火危險的礦井占47.3%。小煤礦中,具有自然發(fā)火危險的礦井占85.3%。由于煤層自燃,我國每年損失煤炭資源2億噸左右。
??⑤煤塵災(zāi)害。我國煤礦具有煤塵爆炸危險的礦井普遍存在。全國煤礦中,具有煤塵爆炸危險的礦井占煤礦總數(shù)的60%以上,煤塵爆炸指數(shù)在45%以上的煤礦占16.3%。國有重點煤礦中具有煤塵爆炸危險性的煤礦占87.4%,其中具有強爆炸性的占60%以上。
??⑥沖擊地壓。中國是世界上除德國、波蘭以外煤礦沖擊地壓危害最嚴(yán)重的國家之一。大中型煤礦中具有沖擊地壓危險的煤礦47處,占5.16%。隨著開采深度的增加,現(xiàn)有沖擊地壓礦井的沖擊頻率和強度在不斷增加,還有少數(shù)無明顯沖擊地壓的礦井也將逐漸顯現(xiàn)出來。
?2、煤礦生產(chǎn)的從業(yè)人員素質(zhì)偏低
煤礦行業(yè)從業(yè)人員大多數(shù)是農(nóng)民工,素質(zhì)偏低,沒有經(jīng)過專業(yè)的生產(chǎn)技能培訓(xùn)和安全生產(chǎn)培訓(xùn),大多也沒有接受教高層次的教育,因而素質(zhì)普遍偏低,安全生產(chǎn)意識薄弱,自救能力和自救意識不強,往往在生產(chǎn)過程中沒有嚴(yán)格執(zhí)行安全生產(chǎn)的相關(guān)規(guī)定,在發(fā)生突發(fā)事件后不知所措,不能有效的自救。
3、技術(shù)水平偏低
我國煤礦安全科研力量分散,產(chǎn)學(xué)研結(jié)合不緊密,人才流失嚴(yán)重,科研投入嚴(yán)重不足,研發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施落后,成果轉(zhuǎn)化率低,安全基礎(chǔ)理論、煤與瓦斯突出、瓦斯煤塵爆炸、礦井突水機理及主要災(zāi)害預(yù)防與控制技術(shù)等研究滯后,企業(yè)自主創(chuàng)新能力弱,尚未形成完善的煤礦安全科技支撐體系。
4、煤礦安全投入不足。
煤礦企業(yè)長期投入不足,安全欠賬嚴(yán)重。根據(jù)2005年專家對54戶重點煤礦企業(yè)會診分析,僅國有重點煤礦安全欠賬就高達689億元,一些礦井防災(zāi)系統(tǒng)不健全,設(shè)備陳舊老化,安全裝備落后。地方國有煤礦和鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦安全欠賬問題更為突出,安全保障水平低,抵御事故災(zāi)害的能力差。
5、政府監(jiān)督嚴(yán)重缺位
煤礦行業(yè)雖然已經(jīng)實現(xiàn)了市場化,符合經(jīng)濟發(fā)展大潮,但是完全的市場調(diào)節(jié)具有很大的盲目性、自發(fā)性、滯后性等市場自身無法克服的弱點和缺陷,這就需要政府的宏觀調(diào)控,而煤礦安全事故頻發(fā)很大程度上都歸咎于地方政府職能的嚴(yán)重缺位,也即是說,政府對煤礦行業(yè)的宏觀調(diào)控的力度不夠大,方法不夠科學(xué),績效不夠明顯。造成這種現(xiàn)象的主要原因是:不少地方政府仍以GDP的增長與否作為行政成效的評價標(biāo)準(zhǔn),很多地方官員把GDP作為追求的目標(biāo),把煤礦企業(yè)創(chuàng)造的GDP作為提升晉級的基石,甘愿充當(dāng)煤礦企業(yè)的保護傘。對煤礦企業(yè)的生產(chǎn)狀況,安全狀況視而不見,聽之任之。即使在事故發(fā)生以后,對遇難者家屬的慰問和補償似乎總是“遲來的愛”。所以說某些地方政府職能的缺位也是我國煤礦安全生產(chǎn)體系脆弱和安全事故頻發(fā)的一個重要原因。
煤礦安全生產(chǎn)體系建立健全的過程中所應(yīng)采取的對策措施
當(dāng)前,盡管煤礦安全生產(chǎn)形勢嚴(yán)峻,但也存在許多有利條件:有建國幾十年來培養(yǎng)起來的技術(shù)隊伍,有經(jīng)過多次修訂的煤礦安全規(guī)程和防治煤與瓦斯突出細則等規(guī)程規(guī)定,有專業(yè)化的煤礦安全研究機構(gòu)和有關(guān)的大專院校;許多大的煤礦企業(yè)還有自己的瓦斯防治機構(gòu),應(yīng)該說做到控制瓦斯事故的頻發(fā)是完全可能實現(xiàn)的。我國具有多年來實現(xiàn)安全生產(chǎn)的淮南和平頂山煤業(yè)集團公司,這些企業(yè)的技術(shù)及管理經(jīng)驗,對我們搞好煤礦安全生產(chǎn)是十分可貴的。為了扭轉(zhuǎn)當(dāng)前煤礦安全生產(chǎn)的狀況,建立健全煤礦安全生產(chǎn)體系建議主要采取如下對策和措施:
1、對生產(chǎn)經(jīng)營和煤礦行業(yè)從業(yè)人員進行嚴(yán)格的安全知識培訓(xùn)和考核[2]
應(yīng)當(dāng)加大力度,宣講近年來的災(zāi)害事故的實例、經(jīng)驗和教訓(xùn),以提高一線從業(yè)人員的素質(zhì)和水平,提高他們對災(zāi)害事故的預(yù)見性和發(fā)生事故時的應(yīng)對處理能力。因為,一線從業(yè)人員的安全生產(chǎn)意識和自身素質(zhì)能力如何,直接關(guān)系著安全生產(chǎn)能否順利進行;所以進行培訓(xùn)和考核是必要的。
由于大多數(shù)的煤礦從業(yè)人員沒有專門的生產(chǎn)知識,沒有接受高層次的教育,因而普遍缺乏安全生產(chǎn)技能,那么對這部分人進行安全生產(chǎn)技能的培訓(xùn)同樣是必需的,使所有的從業(yè)人員只有基本上具備了安全生產(chǎn)知識和事故險情發(fā)生后逃生自救的能力,具備常規(guī)事故的處理能力和臨危不亂、遇變不驚的心理承受能力,才能擁有從業(yè)資格,準(zhǔn)予上崗,這對于解決煤礦安全生產(chǎn)問題和提高煤礦抵御事故能力是行之有效
2、加強科研工作力度,提高安全生產(chǎn)的技術(shù)水平,建立健全本質(zhì)安全化的生產(chǎn)體系。
我國安全管理水平不斷加強,煤炭開采技術(shù)水平不斷提高,但是,煤礦重大瓦斯事故仍然時有發(fā)生。產(chǎn)生這些事故的直接原因是我國煤層瓦斯富集條件的復(fù)雜性,原有安全技術(shù)及理論基礎(chǔ)已難以適應(yīng)當(dāng)前煤礦安全高效生產(chǎn)的迫切需求。因此,應(yīng)當(dāng)進一步加強科研工作力度,特別是應(yīng)當(dāng)針對當(dāng)前開采條件進行研究,以便為建立本質(zhì)安全化的生產(chǎn)系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。對高瓦斯和瓦斯突出礦井應(yīng)當(dāng)制訂特殊政策,采取特殊措施,以利于健康發(fā)展[3]。
3、加強安全監(jiān)督檢查。
事實上,只要管理者措施得力,監(jiān)督得法,大多數(shù)的礦難是可以避免的或者說大多數(shù)礦難的損失是可以控制和被最小化的,因此有關(guān)部門的監(jiān)督是至關(guān)重要的?!懊旱V資源的不可再生性、煤炭工業(yè)的重要性和煤礦生產(chǎn)勞動的極度危險性,都要求有關(guān)部門在可持續(xù)煤炭發(fā)展中發(fā)揮重要作用,承擔(dān)起義不容辭的公共責(zé)任。”
有關(guān)部門要積極推進“科技含量高,經(jīng)濟效益好,資源消耗低,環(huán)境污染少,人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化道路”的進程,加快建立社會主義和諧社會,鼓勵吸收社會資本入股以充實大煤礦集團實力,增強我國煤礦行業(yè)的核心競爭力,并鼓勵大煤礦集團大煤礦企業(yè)參與國際競爭,有關(guān)對大企業(yè)大集團走向世界提供必要的政治、外交支持,通過外交談判、政治對話等方式爭取更廣闊的生產(chǎn)基地和新的礦源,政府要適當(dāng)提高煤礦行業(yè)的門檻,不具備安全生產(chǎn)條件的個人和企業(yè)不讓進入,對安全措施不完善的企業(yè)要責(zé)令整改,對不具備安全生產(chǎn)能力的企業(yè)要堅決取締,對個別企業(yè)胡干亂干的行為要堅決糾正,對違反安全生產(chǎn)法規(guī)條令的行為要堅決制止、嚴(yán)厲打擊。并且不定時地組織進行抽樣調(diào)查,對企業(yè)的安全設(shè)施進行認真檢查和評估,并監(jiān)督和鼓勵企業(yè)更新生產(chǎn)設(shè)備、提高煤礦的安全生產(chǎn)能力。
1.3 國外煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀分析
由于世界各國的煤礦分布情況的不同,煤礦安全生產(chǎn)的技術(shù)水平、機械化水平、安全生產(chǎn)的法規(guī)各不相同,所以也造成了各國的的煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀各不相同。下面著重介紹美國和澳大利亞的煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀。
1.3.1 美國的煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀分析
年度
非煤礦山
煤礦
合計
1990
56
66
122
1991
53
61
114
1992
43
55
98
1993
51
47
98
1994
40
45
85
1995
53
47
100
1996
47
39
86
1997
61
30
91
1998
51
29
80
1999
55
35
90
2000
47
38
85
2001
30
42
72
2002
40
27
67
圖1-1 1990年~2002年美國煤礦及非煤礦山生產(chǎn)事故死亡人數(shù)
上表為1990年~2002年美國煤礦及非煤礦山生產(chǎn)事故死亡人數(shù)作為世界主要產(chǎn)煤大國之一,美國也曾經(jīng)歷過安全狀況惡化、傷亡事故嚴(yán)重的年代。20世紀(jì)前30年,美國煤礦每年平均事故死亡2000多人;進入20世紀(jì)90年代后,傷亡人數(shù)才迅速減少;1990年死亡66人;2000年死亡40人。最近20多年來煤礦安全狀況得到明顯改善;近年來,每年由各種原因?qū)е碌乃劳鋈藬?shù)只有40人左右。從國際上公認的安全生產(chǎn)指標(biāo)百萬噸死亡率來看,美國的這一指標(biāo)已下降到0.035左右。
近百年來的美國煤礦業(yè),經(jīng)歷了從事故多發(fā)到加強立法和監(jiān)管、提高煤炭業(yè)的市場配置化程度,最終安全狀況明顯改善而生產(chǎn)效率仍然穩(wěn)步提升的過程。
那么美國通過了哪些措施來改善了煤礦的安全生產(chǎn)呢?
⑴立法為先
美國煤礦業(yè)也是經(jīng)歷了一個從事故多發(fā)到加強立法和管理、最終進入安全生產(chǎn)時期的過程。美國煤礦生產(chǎn)事故多發(fā)期是在生產(chǎn)技術(shù)和管理都比較落后的19世紀(jì)后期和20世紀(jì)初期。當(dāng)時,美國每年有數(shù)千人死于煤礦事故。最嚴(yán)重的是1907年,死亡總?cè)藬?shù)達3242人。嚴(yán)重的煤礦事故頻頻發(fā)生促使美國國會和政府采取堅決措施加強安全管理。圍繞煤礦生產(chǎn)美國先后制定了10多部法律,安全標(biāo)準(zhǔn)越來越高。其中最重要的是1977年制定的聯(lián)邦礦業(yè)安全和健康法,對所有礦業(yè)生產(chǎn)進行了全面和嚴(yán)格的規(guī)定。原來的礦業(yè)局改為礦山安全和衛(wèi)生署,轉(zhuǎn)由勞工部管轄。這一法律的出臺標(biāo)志著美國煤礦業(yè)生產(chǎn)從此走上事故低發(fā)率的新階段:到20世紀(jì)70年代,死亡人數(shù)下降到千人以下;1990年-2000年,美國共生產(chǎn)商品煤104億噸,僅死亡492人,平均百萬噸死亡率為0.0473;在安全狀況最好的1998年,共產(chǎn)商品煤10.18億噸,僅死亡29人,百萬噸死亡率為0.028;1993年-2000年的八年間,整個煤炭行業(yè)沒有發(fā)生過一起死亡三人以上的事故。
在美國,國家資源委員會負責(zé)控制煤炭資源的使用,內(nèi)政部土地管理局負責(zé)煤炭資源的租借。美國資源管理實施辦法規(guī)定,對聯(lián)邦公有土地煤炭資源實施租借方式,對煤炭資源已勘探清楚并進行了資源評價的礦區(qū),采用招標(biāo)方式確定開采者;對煤炭資源尚未探明及未進行資源評價的礦區(qū),實行勘探和開采優(yōu)先的辦法。
此外,美國對煤炭資源價格的確定是在資源評估的基礎(chǔ)上進行的,主要內(nèi)容包括煤炭資源儲量、煤質(zhì)、最大的經(jīng)濟回收率、煤炭開采難易程度和開采成本,以及地產(chǎn)價值、銀行利率等。
(2)安監(jiān)機構(gòu)的獨立性且執(zhí)法非常嚴(yán)格
美國政府一直強調(diào)煤礦安全監(jiān)察管理機構(gòu)的獨立性。有關(guān)法律規(guī)定,煤礦安全監(jiān)察員與煤礦無任何隸屬關(guān)系,他們必須具備煤礦和現(xiàn)場工程師的資格,每年到安全培訓(xùn)學(xué)院輪訓(xùn)一周。各地的聯(lián)邦安全檢查員,每兩年也必須輪換對調(diào)。任何煤礦發(fā)生三人以上的死亡事故,當(dāng)?shù)氐穆?lián)邦及州政府安全監(jiān)察員不得參與該事故的調(diào)查與處理,而須由聯(lián)邦從外地調(diào)派安全監(jiān)察員進行事故調(diào)查。
同時,美國煤礦安全部門執(zhí)法非常嚴(yán)格,礦主也遵守法律,嚴(yán)格按照安全操作規(guī)程辦事,從而確保了煤礦生產(chǎn)安全。美國煤礦安全部門對唯利是圖、違反規(guī)定生產(chǎn)的礦主懲罰嚴(yán)厲。針對不會導(dǎo)致重大人員傷亡的一般性違反規(guī)定行為,政府督察員每次每項罰款可達5.5萬美元。曾經(jīng)違反規(guī)定并承諾改正、但不守信用的礦主則將被加重處罰。
從對美國的煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀的分析,我國也應(yīng)該加強立法,加大執(zhí)法力度等來減少煤礦生產(chǎn)的死亡人數(shù)。
澳大利亞的煤礦安全現(xiàn)狀分析
澳大利亞的礦山生產(chǎn)死亡人數(shù)很低,保持在20人左右,且工傷次數(shù)呈逐年減少的趨勢,這跟該國對礦山救護車的研究有很大的關(guān)系。研究該車的目的是改善井下礦工的自救能力。該救護車應(yīng)能在特別嚴(yán)酷的情況下進行工作,包括在含氧少和高濃度瓦斯環(huán)境下進行工作,此車內(nèi)應(yīng)有瓦斯監(jiān)控和檢測設(shè)備及緊急通訊設(shè)施。下表為澳大利亞1991年—2001年礦山死亡人數(shù)及傷害次數(shù):
財政年度
死亡人數(shù)
工傷次數(shù)
1991—1992
25
7200
1992—1993
22
5800
1993—1994
22
5200
1994—1995
31
5000
1995—1996
12
4200
1996—1997
27
4100
1997—1998
19
3300
1998—1999
12
2800
1999—2000
19
2200
2000—2001
14
2050
圖1-2 澳大利亞1991年—2001年礦山死亡人數(shù)及傷害次數(shù)
由上面對澳大利亞煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀的介紹,我們了解到提高煤礦生產(chǎn)的技術(shù)水平也是有效控制煤礦生產(chǎn)死亡人數(shù)及傷害次數(shù)的一個非常有效的措施。
煤礦瓦斯抽放方法以及引起事故危險因素的分析
抽放瓦斯方法分類
抽放瓦斯的分類方式和方法多種多樣,目前尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。通常按以下三種方法進行分類。
1、按抽放瓦斯的來源分類
按抽放瓦斯的來源分為:
1)開采層(本煤層)抽放瓦斯;
2)鄰近層抽放瓦斯;
3)采空區(qū)抽放瓦斯。
2、按抽放與采掘的時間分類
按抽放與采掘的時間關(guān)系可分為:
1)采前抽放(也稱為預(yù)抽);
2)采中抽放(也稱邊抽,包括邊采邊抽和邊掘邊抽);
3)采后抽放(也趁舊區(qū)抽放)。
3、按施工工藝和手段分類
按施工工藝和手段可分為:
1)巷道抽放法;
2)鉆孔抽放法;
3)巷道、鉆孔混合抽放法。
瓦斯抽放方法雖然有以上不同分類方法和不同種類,但在現(xiàn)場實際應(yīng)用時,往往是互相結(jié)合、綜合使用,無法截然分開的。如,本煤層抽放中包括巷道預(yù)抽法、鉆孔預(yù)抽法及邊抽(掘)法等;同時,鉆孔抽放法又應(yīng)用于本煤層抽放、鄰近層抽放及預(yù)抽、邊抽等。
2.1.1?開采煤層的瓦斯抽放分析
開采煤層的瓦斯抽放,是在煤層開采之前或采掘的同時,用鉆孔或巷道進行該煤層的抽放工作。煤層回采前的抽放屬于未卸壓抽放,在受到采掘工作面影響范圍內(nèi)的抽放,屬于卸壓抽放。決定未卸壓煤層抽放效果的關(guān)鍵因素,是煤層的天然透氣系數(shù)。按照煤層的透氣系數(shù)評價未卸壓煤層預(yù)抽瓦斯的難易程度的指標(biāo)如下表:
表2-1?煤層抽放瓦斯難易程度分級表

?

等級
煤層透氣系數(shù)
/㎡·MPa-2·d-1
煤層百米鉆孔瓦斯涌出衰減系數(shù)d-1
容易抽放
可以抽放
較難抽放
>10
10—0.1
<0.1
<0.015
0.03—0.05
>0.05
①??? 未卸壓抽放
本法適用于透氣系數(shù)較大的開采煤層預(yù)抽瓦斯。按鉆孔與煤層的關(guān)系分為穿層鉆孔和沿層鉆孔;按鉆角度分為上向鉆孔、下向鉆孔和水平鉆孔。我過多采用穿層上向鉆孔。
穿層鉆孔是在開采煤層的頂板或底板巖巷(或煤巷),每隔一段距離開一長約10米的鉆場。從鉆場向煤層打3—5個穿透煤層的鉆孔,封孔或?qū)⒄麄€鉆場封閉起來,裝上抽瓦斯管與抽放系統(tǒng)連接。
此方法的優(yōu)點是施工方便,可以預(yù)抽的時間較長。如果是厚煤層下行分層回采,第一層回采后,還可在卸壓的條件下,抽放未分層的瓦斯。
沿層鉆孔適用于賦存穩(wěn)定的中厚煤層。由運輸平巷沿煤層傾斜打鉆,或由上、下山沿煤層走向打水平孔(仰角1°--2°)。這類抽放方法常受采掘接替的限制,抽放時間不長,影響了抽放的效果。國外采用的可彎曲鉆,能由巖巷或地面打沿層鉆孔,大大延長了抽放時間。我國1987年開始了有關(guān)研究工作,著重于井下水平長鉆孔的打鉆工藝。
②??? 卸壓鉆孔抽放
在受回采或掘進的采動影響下,引起煤層和圍巖應(yīng)力重新分布,形成卸壓區(qū)和應(yīng)力集中區(qū)。在卸壓區(qū)內(nèi)煤層膨脹變形,透氣系數(shù)大大增加。如果在這個區(qū)域內(nèi)打鉆抽放瓦斯,可以提高抽出力量,并阻截瓦斯流向工作空間。這類抽放方法現(xiàn)場叫隨掘隨抽和隨采隨抽。
隨掘隨抽在掘進巷道的兩幫,隨掘進巷道推進,每隔10—15m開一鉆孔窩,在巷道周圍卸壓區(qū)內(nèi)打鉆孔1—2個,孔徑40-5—60mm,封孔深1.5—2.0m,封孔連接于抽放系統(tǒng)進行抽放。孔口負壓不宜過高,一般為5.3—6.7kPa(40—50mmHg)。巷道周圍的卸壓區(qū)一般為5—15m,個別煤層可達15—30m。
隨采隨抽是在采煤工作面前方由機巷或風(fēng)巷每隔一段距離(20—60m),沿煤層傾斜方向,平行于工作面打鉆、封孔、抽放瓦斯??咨顟?yīng)小于工作面斜長的20—40m。工作面推進到鉆孔附近,當(dāng)最大集中應(yīng)力超過鉆孔后,鉆孔附近煤體就開始膨脹變形,瓦斯的抽出量也因而增加,工作面推進到距鉆孔1—3m時,鉆孔處于煤面的擠出帶內(nèi),大量空氣進入鉆孔,瓦斯?jié)舛冉档偷?0%以下時,應(yīng)停止抽放。在下行分層工作面,鉆孔應(yīng)靠近底板,上行分層工作面靠近頂板。如果煤層厚超過6—8m,在未采分層內(nèi)打的鉆孔,當(dāng)?shù)谝环謱踊夭珊?,仍可繼續(xù)抽放。
這類抽放方法只適用于賦存平穩(wěn)的煤層,有效抽放時間不長,沒孔的抽出量不大。
③??? 人工增加煤層透氣系數(shù)的措施
??? 透氣系數(shù)低的單一煤層,或者雖為煤層群,但是開采順序必須先采瓦斯含量大的煤層,那么上述抽放瓦斯的方法,就很難到達預(yù)期的目的。必須采用專門措施增加了煤層的透氣系數(shù)以后,才能抽出瓦斯。國內(nèi)外都已試驗過的措施有:煤層注水、水力壓裂、水力割縫、深孔爆破、交叉鉆孔和煤層的酸液處理等。
水力壓裂是將大量含砂的高壓液體(水或其他溶液)注入煤層,迫使煤層破裂,產(chǎn)生裂隙后砂子作為支撐劑停留在縫隙內(nèi),阻止它們的重新閉合,從而提高煤層的透氣系數(shù)。注入的液體排出后,就可進行瓦斯的抽放工作。龍鳳礦北井、陽泉、紅衛(wèi)等礦都曾做過這種方法的工業(yè)試驗。
水力割縫是用高壓水射流切割孔兩側(cè)每體(即割縫),形成大致沿煤層擴張的空洞與裂縫。增加煤體的暴露面,造成割縫上、下煤體的卸壓,提高它們的透氣系數(shù)。
深孔爆破是在鉆孔內(nèi)用炸藥爆炸造成的震動力使煤體松動破裂。
酸液處理是向含有碳酸鹽類或硅酸鹽類的煤層中,注入可溶解這些礦物質(zhì)的酸性溶液。
交叉鉆孔是除沿煤層打處置于走向的平行孔外,還打與平行鉆孔呈15°--20°夾角的斜向鉆孔,形成互相連通的鉆孔網(wǎng)。其實質(zhì)相當(dāng)于擴大鉆孔直徑,同時斜向鉆孔延長了鉆孔在卸壓帶的抽放時間,也避免了因鉆孔坍塌而對抽放效果的影響。在焦作礦務(wù)局九里山煤礦的試驗結(jié)果表明,這種布孔方式較常規(guī)的布孔方式相比,相同條件下提高抽放量0.46—1.02倍。
鄰近層的瓦斯抽放分析
開采煤層群時,回采煤層的頂、底板圍巖發(fā)生冒落、移動、龜裂和卸壓,透氣系數(shù)增加?;夭擅簩痈浇拿簩踊驃A層中的瓦斯,就能向回采煤層的采空區(qū)轉(zhuǎn)移。這類能向開采煤層采空區(qū)涌出瓦斯的煤層或夾層,就叫做鄰近層。位于開采煤層頂板內(nèi)的臨近層叫上臨近層,底板內(nèi)的叫下鄰近層。
鄰近層的瓦斯抽放,即是在有瓦斯賦存的鄰近層內(nèi)預(yù)先開鑿抽放瓦斯的巷道,或預(yù)先從開采煤層或圍巖大巷內(nèi)向臨近層打鉆,將鄰近層內(nèi)涌出的瓦斯匯集抽出。前一方法稱巷道法,后一方法稱鉆孔法。目前國內(nèi)外都廣泛采用鉆孔法,即由開采煤層進回風(fēng)巷道或圍巖大巷內(nèi),向鄰近層打穿層鉆孔抽瓦斯。當(dāng)采煤工作面接近或超過鉆孔時,巖體卸壓膨脹變形,透氣系數(shù)增大,鉆孔瓦斯的流量有所增加,就可開始抽放。鉆孔的抽出糧隨工作面的推進而逐漸增大,達到最大值后能以穩(wěn)定的抽出量維持一段時間(幾十天到幾個月)。由于采空區(qū)逐漸壓實,透氣系數(shù)逐漸恢復(fù),抽出量也將隨之減少,直到抽出兩減少到失去抽放的意義,便可以停止抽放。
巷道法抽放時,也可以采用傾斜高抽巷和走向高抽巷抽放上臨近層中的瓦斯。80年代試驗成功的傾斜高抽巷,是在工作面尾巷開口,沿回風(fēng)及尾巷間的煤柱平走5m左右起坡,坡度30°--50°,打至上臨近層后順煤層走20—40m,施工完畢后,在其坡底打密閉穿管抽放。傾斜高抽巷間距150—200m。這種抽放方式在陽泉礦務(wù)局一礦、五礦和盤江礦務(wù)局山腳樹煤礦的實際應(yīng)用都取得了很好的效果。
采空區(qū)的抽放
采空區(qū)瓦斯抽放可以分為全封閉式抽放和半封閉式抽放兩類。全封閉式抽放又可以分為密閉式抽放、鉆孔式抽放和鉆孔與密閉相結(jié)合的綜合抽放等方式。半封閉式抽放是在采空區(qū)上部開掘一條專用瓦斯抽放巷道,在該巷道中布置鉆場向下部采空區(qū)打鉆,同時封閉采空區(qū)入口,以抽放下部各區(qū)段采空區(qū)中從鄰近層涌入的瓦斯。采空區(qū)抽放時要及時檢查抽放負壓、流量、抽出瓦斯的成分與濃度。抽放負壓與流量應(yīng)與采空區(qū)的瓦斯量相適應(yīng),才能保證抽出的瓦斯中的甲烷的濃度。如果煤層有自燃危險,更應(yīng)經(jīng)常檢查抽出瓦斯的成分,一旦發(fā)現(xiàn)煤炭自燃的異常征兆,應(yīng)立即停止抽放,采取防止自燃的措施。

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