石门揭煤设计毕业设计.docx

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石门揭煤设计毕业设计

石门揭煤设计

摘要：

在煤与瓦斯突出矿井中，石门揭突出煤层危险性大，时间特别长，是矿井安全技术的重点和采掘部署的瓶颈工程。

本文阐述了国内外关于煤与瓦斯突出机理的综合学说，详细分析了石门揭煤突出的原理，包括其突出影响因素、发生条件、突出煤体的力学特性与瓦斯流动规律，之后对通过对平行布孔抽放瓦斯、扇形布孔抽放瓦斯、交叉布孔抽放瓦斯比较，提出平煤八矿戊9-10煤层的揭煤方案——石门短导硐、交叉布孔抽放瓦斯和震动放炮相结合的揭煤措施。

并按《防治煤与瓦斯突出细则》制定了“四位一体”防突措施及相关安全防护及防突措施。

关键词：

煤与瓦斯突出，石门揭煤，突出机理，短导硐揭煤技术

DesignofCross-cutCrossingSeamatNewAuxiliaryShaftRailRaiseinPingmeiCorporation8Mine

Abstract：

Intheminewhichgushthecoalandgas,rockcrosscutvuncoversthecoalprominentcoalbedseriousrisk,thetimeexepectlong，itistheminesecuritytechnologykeypointandtheexcavationdeploymentbottleneckproject.Thisarticleelaborateddomesticandforeignaboutcoalandgasprominenttheory,multianalysisrockcrosscuthasuncoveredthecoalprominentprinciple,includingitsprominentinfluencefactor,hasthecondition,theprominentcoalbodymechanicscharacteristicandthegasmobilerule,tothroughtoparalleclothKongPullsandputsthegasfan-shapedclothKongPullsoutputsthegas，overlappingclothholepullsoutputthegascomparesafterwards,proposedtheevencoaleightoresfifthheavenlystems9-10coalbeduncoverscoalplan-rockcrosscutshorttoleaduncoversthecoalmeasurewhichhole,overlappingclothholePullsoutputs.Thegasandthevibrationfiresagununifies.Andformulated“afourbody”accordingto“PreventingandcontrollingCoalangGasProminentRegulation”toguardagainstsuddenlythemeasureandthecorrelationsecurityprotectionandguardsagainstsuddenlythemeasure.

Keywords：

Coalandgasprominent；rockcrosscutuncoversthecoal;prominenttheory;shortholetoleaduncoversthecoalmeasure.

1绪论

1.1前言

煤炭是国民经济和社会发展的基础，在我国一次能源生产和消费结构中始终占70%左右。

据预测，到2010年煤炭将占60%左右，2050年将占50％以上，在相当长的时期内，煤炭仍将是我国的主要能源。

当前快速增长的经济，对煤炭工业发展提出了更高的要求。

我国煤矿主要是井工开采，生产环境条件复杂，与其它行业相比，煤矿安全尤为重要。

安全是煤炭生产的头等大事，安全对煤炭生产起着保证、支撑和推动作用，是煤炭工业可持续发展的前提。

目前，随着煤矿开采深度的延伸和开采强度的加大，地压和瓦斯涌出量越来越大，突出危险性也不断加大。

在很短时间内，从煤（岩）壁内部向采掘工作间突然喷出煤（岩）和瓦斯的现象，即煤（岩）与瓦斯突出，它是一种伴有声响和猛烈能效应的动力现象，能摧毁井巷设施、破坏矿井通风系统，使井巷充满瓦斯和煤（岩）抛出物，造成人员窒息、煤流埋人，甚至可能引起瓦斯爆炸与火灾事故，导致产中断。

因此，煤与瓦斯突出是煤矿最严重的自然灾害之一，严重威胁着煤矿的安全生产，制约着我国煤炭工业的发展。

从1834年3月22日法国鲁阿尔煤田依萨克矿井发生了世界上有记载的第一次突出至今，己发生过突出的国家有法国、前苏联、中国、波兰、日本、美国等20多个国家和地区。

据不完全统计，截止1981年发生突出的次数已超过3万次，其中强度最大的一次突出发生在1969年7月13日前苏联顿巴斯矿区加加林矿井，突出煤14200t，喷出瓦斯达250万m3。

我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一，其特点是突出矿井分布面广，且分布于不同类型的煤层，突出矿井的始突深度不一，中小型突出占较大多数，大强度突出次数也不少；在区域上的表现为南北都有分布，但南强北弱。

建国后，第一次煤与瓦斯突出于1950年4月20日发生在辽源矿务局富国矿的西二坑，此后，随着我国煤炭工业的迅猛发展，老矿井开采的愈来愈深，新矿井又不断增多，突出矿井也日益增多，不仅突出次数大幅度增加，而且其突出强度也在提高，其中最大的一次突出发生在1975年8月8日天府矿务局三汇坝一矿主平铜震动性放炮揭穿6号煤层时，突出煤岩12780t，突出瓦斯140万m3，居世界第二。

1988年10月16日南桐鱼田堡煤矿二水平东翼三采区+20m石门，打震动炮眼时发生自行冲破岩柱的突出。

突出煤炭8765吨，岩石61m3，瓦斯201万m3，煤粉堵塞巷道1388m，瓦斯逆流1846m。

近些年来，我国煤矿的安全生产形势日益严峻，煤矿安全事故也层出不穷，80%以上都是瓦斯事故，其中以石门揭煤突出最为严重，造成了大量的人员伤亡和财产损失。

截止2004年，国有重点煤矿中，有高瓦斯矿井152处、煤与瓦斯突出矿井154处，高瓦斯、突出矿井数量约占49.8%，煤炭产量约占42%，45户安全重点监控企业中，有高瓦斯、突出矿井250处，其矿井数量和产量分别占60.2%.、60.6%3。

对于煤与瓦斯突出，特别是石门揭煤突出，各国都投入了大量的人力、物力、财力，许多国家还建立了专门的研究机构，专门研究其机理和防治工作；我国于五十年代成立了抚顺煤炭研究所，主要承担煤和瓦斯突出的研究工作，以后相继有中国矿大、安徽理工、河南理工等高等院校也都进行这方面的研究工作[1]。

由于石门揭煤突出强度大，波及范围广，造成的破坏严重，能给矿井带来毁灭性的灾难；同时，由于石门揭煤其施工工艺的特殊性，揭穿突出煤层全过程都有突出危险，并可能发生连续突出、延期突出和自行揭开突出，比一般类型突出对人身安全的危害更大，所以个别突出矿井不惜多掘数百米煤层巷道来绕过石门直接揭煤这个拦路虎，浪费了大量的工程费用，多数矿井在严重突出煤层石门揭煤过程中，为防治突出，防突措施步步设防，执行措施占用时间长，造成生产接替十分紧张，矿井发展步履维艰，经济形势尤其困难。

1.2国内外研究现状

1.2.1煤与瓦斯突出机理的研究现状

煤矿开采过程中，直到十六世纪末，在煤矿的井工开采中，才遇到有害气体，到十八世纪初期英国有的深井开始发生甲烷爆炸。

随着工业的发展，煤炭开采日益加剧，矿井瓦斯事故也日益加剧，引起了世界各采煤国家的密切关注，研究工作也取得了一定的成果，但由于突出机理的复杂多样性，迄今为止形成了多种假说，国外主要存在三种假说，分别是瓦斯作用说、地应力说和综合作用说。

（1）瓦斯作用说：

该学说认为，煤内存储的高压瓦斯是突出中起主要作用的因素，在这类假说中“瓦斯包”说占重要地位，它认为在煤层中存在着瓦斯压力与瓦斯含量比临近区域高得多的煤窝，即瓦斯包，其中煤松软、孔隙与裂隙发育它具有较大的存储瓦斯的能力，被透气性差的煤所包围，存储着高压瓦斯：

当巷道揭穿“瓦斯包”时，在瓦斯压力作用下将松软的煤窝破碎并抛出而形成煤与瓦斯突出。

另一类瓦斯作用说认为，甲烷在煤中以不稳定的化合物形式存在，例如有多聚甲烷或结晶水化物存在，或者煤可以自然地分解并放出大量瓦斯，当巷道揭开饱含不稳定化合物煤区时，因温度上升或瓦斯压力下降，促使它们急剧地分解，放出大量瓦斯并夹带着煤喷出。

（2）地应力说：

该学说认为，突出主要是高地应力作用的结果。

然而对高地应力的构成又有不同说法，一种认为除自重应力外还存在着地质构造应力，当巷道接近存储构造应变能高的硬而厚的岩层时，后者将像弹簧一样地伸张，将煤破坏和粉碎，从而引起瓦斯剧烈涌出而形成突出；另一种认为采掘工作面前方存在着应力集中，当弹性厚顶板悬顶过长或突然冒落时，可能产生附加的应力，在集中应力作用下，煤发生破坏和破碎时，伴随着大量瓦斯涌出而构成突出。

（3）综合作用说：

该学说认为突出是地应力、瓦斯、煤的力学性质等因素综合作用的结果。

因为它较全面地考虑了动力与阻力两个方面的因素，因而得到各界学者的普遍承认，在综合作用说的多种说法中又以苏联B.B.霍多特的能量假说影响最大，他认为，突出是煤的变形潜能W和瓦斯内能突然释放所引起的近工面煤体的高速破碎，并推断出激发突出的三个条件，可表述为如下三个公式：

：

①激发突出的第一条件：

对于回采W+Э>F+U（1—1）

对于掘进W>F+U（1—2）

对于石门揭煤W+Q>F+U（1—3）

式中：

W——煤的变形潜能；

Э——顶岩石的动能；

Q——煤内游历瓦斯所含的内能；

F——煤向巷道的移动功；

U——煤的破碎功。

②激发突出的第二条件：

Vp>Vx（1—4）

式中：

Vp—煤的破碎速度；

Vx—煤裂隙中瓦斯压力下降速度，取决于煤的裂隙性。

③激发突出的第三条件：

要求在煤破碎完成之前，瓦斯压力应保持在比己破碎煤的抛出阻力更大的水平上，即：

P>（m/s）*[g（f*cosa

sina）+a]（1-5）

式中：

s—煤破碎区段的横段面积；

f—煤沿某一表面移动时该面的摩擦系数；

a—煤沿某一表面移动时该面与水平面所成的倾角；

g—重力加速度；

m—煤的质量；

a—为了把煤抛出必须给煤的加速度；

—煤移动方向向上抛出时取“+”，反之取“一”。

测算表明，在瓦斯矿井中，激发突出的第二与第三条件实际上总是可以满足的，故能否满足第一条件便成为发生突出的主要而必需的条件。

霍多特认为，只有当煤中应力状态突然改变时，煤层可能产生高速破碎，下述原因可以引起煤中应力状态的突然改变：

煤层中坚硬区段或坚硬包裹体的承载能力以脆性破坏形式消失了；围岩作用于煤层的动载荷；放炮落煤时，巷道迅速进入煤层；放炮揭开煤层。

地应力与瓦斯压力在上述过程中起到本质作用，而煤和围岩构造的非匀质性是突出的最普遍原因。

1.2.2煤与瓦斯突出预测的研究现状

各国对于突出预测的研究，主要是以突出的综合作用假说来进行的，围绕地应力、煤层瓦斯压力与含量及煤地力学性质等因素开展实验和现场的试验工作。

其中，前苏联在煤与瓦斯突出防治方面做了大量研究工作，而且研究成果居世界领先水平，建立了较完善的突出危险性预测体系，包括区域性预测、局部性预测以及工作面预测，顿