2.1.3?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(chǎng)向下部采空區(qū)打鉆,同時(shí)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(shí)要及時(shí)檢查抽放負(fù)壓、流量、抽出瓦斯的成分與濃度。抽放負(fù)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(xiǎn),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。
瓦斯燃燒或爆炸的分析
2.2.1?瓦斯燃燒與爆炸的感應(yīng)期
據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,瓦斯與高溫?zé)嵩唇佑|時(shí),不是立即發(fā)生燃燒或爆炸,而是有個(gè)引火遲延期,或叫感應(yīng)期。感應(yīng)期的長(zhǎng)短與瓦斯?jié)舛取⒒鹪礈囟群突鹪葱再|(zhì)有關(guān)。實(shí)踐證明,瓦斯燃燒的感應(yīng)期總是小于爆炸的感應(yīng)期。說(shuō)明引起瓦斯燃燒的可能性大。對(duì)于瓦斯爆炸的感應(yīng)期,對(duì)安全生產(chǎn)的意義很大。比如,使用安全炸藥爆破時(shí),雖然爆炸的初溫高達(dá)2000℃左右,但高溫存在的時(shí)間極短,大大小于瓦斯爆炸的感應(yīng)期,所以不會(huì)引起瓦斯爆炸。如果炸藥質(zhì)量不合格、炮泥充填不夠或放炮操作不當(dāng),就會(huì)增加高溫氣流的溫度,延長(zhǎng)它的存在時(shí)間,一旦超過(guò)感應(yīng)期,就可能發(fā)生瓦斯燃燒或爆炸。
2.2.2?瓦斯爆炸的類型
1、瓦斯燃燒與爆炸
嚴(yán)格來(lái)說(shuō),瓦斯燃燒與爆炸都是在高溫作用下一定濃度的瓦斯與空氣中的氧氣發(fā)生激烈復(fù)雜的氧化反應(yīng)的結(jié)果,二者很難區(qū)分的。一般認(rèn)為,火焰移動(dòng)速度較慢,聲效應(yīng)較小,空氣沒(méi)什么震動(dòng),無(wú)破壞作用的情況,稱之為瓦斯燃燒;反之,火焰移動(dòng)的速度快,爆炸聲較大,對(duì)巷道和各種設(shè)施破壞較為嚴(yán)重,稱之為瓦斯爆炸。
2、局部瓦斯爆炸
由于局部地區(qū)或空間因通風(fēng)不良或其他原因而積聚有較高濃度的瓦斯,在高溫作用下而發(fā)生的瓦斯燃爆現(xiàn)象。其火焰及沖擊波所造成的危害范圍只局限在一個(gè)才、掘工作面等局部地點(diǎn),而不波及其他采掘工作面或作業(yè)地點(diǎn),且危害程度較小,稱為局部瓦斯爆炸。由于參與爆炸的瓦斯量較少,爆炸后產(chǎn)生的沖擊波、爆炸火焰和有害氣體等對(duì)礦井和人員的影響和危害較小。
3、大型爆炸
無(wú)論發(fā)生瓦斯燃爆的源點(diǎn)在任何地點(diǎn),若其所造成的危害嚴(yán)重,爆炸火焰和沖擊波摧毀的設(shè)備、設(shè)施及有害氣體導(dǎo)致人員傷亡等數(shù)量較多,且波及其他采掘工作面階段水平、礦井一翼的較大的范圍,甚至整個(gè)礦井,有的還誘發(fā)礦井火災(zāi)等,均稱為大型瓦斯爆炸。大型瓦斯爆炸還可以分為重大和特大瓦斯爆炸。
4、瓦斯連續(xù)爆炸
不言而喻,瓦斯連續(xù)爆炸是指在同一礦井的較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生一次以上的瓦爆炸(事故)。瓦斯連續(xù)爆炸可能發(fā)生在同一地點(diǎn),也可能發(fā)生在附近的其他不同地點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō),瓦斯連續(xù)爆炸大多為大型爆炸,所造成的損失和危害也較為嚴(yán)重。
瓦斯連續(xù)爆炸具有如下特點(diǎn):
(1)瓦斯連續(xù)爆炸大多發(fā)生在高瓦斯礦井和有自然發(fā)火的煤層和礦井。
(2)瓦斯連續(xù)爆炸極易引起煤塵爆炸的連鎖反應(yīng),給搶救特別是對(duì)救護(hù)人員的威脅最大,事故處理非常復(fù)雜、難度很大。
(3)瓦斯連續(xù)爆炸的次數(shù)和間隔時(shí)間與災(zāi)區(qū)的瓦斯涌出和通風(fēng)狀況有密切關(guān)系。災(zāi)區(qū)瓦斯涌出速度較快、數(shù)量較大,則連續(xù)爆炸的次數(shù)增加,且間隔時(shí)間較短;災(zāi)區(qū)瓦斯來(lái)源雖然不夠充足,但通風(fēng)狀況不良,也可能發(fā)生連續(xù)爆炸,但間隔時(shí)間回延長(zhǎng)。
(4)瓦斯連續(xù)爆炸的時(shí)間間隔,短則幾秒鐘、幾分鐘,長(zhǎng)則幾小時(shí)、十幾小時(shí)。
5、瓦斯與煤塵的混合爆炸
瓦斯與煤塵混合爆炸可分為兩種情況:一是在爆炸發(fā)生的瞬間,混合氣體中同時(shí)存在著瓦斯與煤塵,二者相互影響且降低了各自的爆炸下限,在高溫作用下而發(fā)生的瓦斯與煤塵聯(lián)合爆炸。二是由于瓦斯爆炸產(chǎn)生的沖擊波揚(yáng)起爆源附近的沉積煤塵而導(dǎo)致的聯(lián)合爆炸。這種爆炸往往是常見(jiàn)的連續(xù)發(fā)生的爆炸事故。其直接原因是首次爆炸產(chǎn)生的沖擊波的速度(2340m/s)遠(yuǎn)大于火焰的傳播速度(610—1800m/s),隨著時(shí)間的延長(zhǎng),二者差距越來(lái)越大,當(dāng)前面的沖擊波把巷道積塵再次揚(yáng)起且達(dá)到一定濃度,而高溫火焰又跟蹤而至,就會(huì)把揚(yáng)起的煤塵點(diǎn)燃,發(fā)生第二次、第三次爆炸。
瓦斯突出分析
在極短的時(shí)間內(nèi),煤與瓦斯由煤體向巷道或采掘空間大量噴出的動(dòng)力現(xiàn)象,叫做煤與瓦斯的突出。發(fā)生煤與瓦斯突出時(shí),在煤體中形成特殊形狀的孔洞,并拌有動(dòng)力效應(yīng)和響聲,能對(duì)井下巷道、設(shè)備、設(shè)施、生產(chǎn)系統(tǒng)造成破壞,甚至引起火災(zāi)或瓦斯爆炸。煤與瓦斯突出是一種危害很大的自然災(zāi)害。
煤與瓦斯突出對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的威脅,目前在國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有得到根本解決,但在實(shí)踐中已經(jīng)摸索出一套防治煤與瓦斯突出的方法和措施,只要認(rèn)真實(shí)施,就能大大減少突出頻率,基本可以做到即使發(fā)生突出,也可把正人員不受傷害。
2.3.1?國(guó)內(nèi)外煤與瓦斯突出情況
1、國(guó)內(nèi)概況
據(jù)記載,我國(guó)第一次煤與瓦斯突出為發(fā)生于1939年11月20日的遼源富國(guó)西二坑在垂深280m煤巷掘進(jìn)時(shí)的突出。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),1950-1991年我國(guó)有250多個(gè)礦井發(fā)生了1.6萬(wàn)次煤與瓦斯突出,占世界突出總次數(shù)的40%左右。1980年最高達(dá)1151次,1980年以后每年為500—800次。在50多個(gè)礦井中,發(fā)生突出強(qiáng)度在千噸以上的特大型突出有百余次。最大的一次突出是1975年8月8日發(fā)生在四川天府礦務(wù)局三匯一井+280m水平,主平硐震動(dòng)爆破揭6號(hào)煤層時(shí),突出煤(巖)量12780t,把一個(gè)1t多重的石塊拋出120m,并拐了兩個(gè)90°的彎,2h內(nèi)突出瓦斯量達(dá)140萬(wàn)m3。
2.3.2?國(guó)外概況
1834年3月22日,法國(guó)魯阿雷煤田在急傾斜厚煤層平巷掘進(jìn)工作面發(fā)生了世界上第一次煤與瓦斯突出。世界上最大的一次煤與瓦斯突出事故發(fā)生在前蘇聯(lián)頓巴斯煤田的加加林煤礦,突出煤量14000t,噴出瓦斯量25萬(wàn)m3以上。世界上大多數(shù)國(guó)家礦井突出的是瓦斯,法國(guó)、波蘭的一些礦井主要突出二氧化碳,法國(guó)、捷克、斯洛伐克、澳大利亞和羅馬尼亞也有的礦井同時(shí)突出瓦斯和二氧化碳。
除了煤層突出外,還有巖石突出。巖石突出多為堅(jiān)硬的砂巖,也有鹽巖(德國(guó)很普遍、前蘇聯(lián)也有)、砂質(zhì)頁(yè)巖(前捷克斯洛伐克)、玢巖(前蘇聯(lián)某隧道)等。
2.3.4?瓦斯突出的特征
突出危險(xiǎn)在廣泛區(qū)域上具有點(diǎn)、線分別特征,并非“突出危險(xiǎn)煤層”范圍內(nèi)的煤體都具備形成突出危險(xiǎn)源的條件。突出危險(xiǎn)源是存在于采礦活動(dòng)中的具備發(fā)動(dòng)煤與瓦斯突出的高勢(shì)能瓦斯與破碎煤體混合的瓦斯富積區(qū)。其特征是:區(qū)內(nèi)瓦斯大量解吸為氣態(tài)的游離狀瓦斯而積聚;區(qū)內(nèi)煤體受力狀態(tài)發(fā)生變化,原始結(jié)構(gòu)被破壞;受破壞的煤體失去傳導(dǎo)壓力的能力而使氣態(tài)瓦斯處于承壓(被壓縮)狀態(tài),產(chǎn)生高勢(shì)能瓦斯與碎煤體混合的瓦斯富積區(qū)。突出危險(xiǎn)源存在是煤與瓦斯突出能夠發(fā)動(dòng)的先決條件,突出危險(xiǎn)源積聚的勢(shì)能大小決定突出發(fā)動(dòng)時(shí)的突出強(qiáng)度。
2.3.5?影響突出危險(xiǎn)的形成的要素
影響突出危險(xiǎn)源的形成要素, 大致可分為:一是煤體的瓦斯含量的大??;二是煤層煤體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的高低;三是煤體的受力狀態(tài)和作用在煤體上壓力的大小及壓力作用的
時(shí)間;四是游離瓦斯積聚的條件(承壓瓦斯區(qū)周圍的圍巖封閉程度)是否具備。突出危險(xiǎn)源的分布主要受到煤體強(qiáng)度和圍巖壓力分布的控制。一般來(lái)講,在原生煤體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低或煤體結(jié)構(gòu)受到地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的破壞而強(qiáng)度降低的區(qū)域內(nèi)容易形成突出危險(xiǎn)源;在地應(yīng)力(原始地應(yīng)力和地質(zhì)構(gòu)造殘存應(yīng)力)大的區(qū)域容易形成突出危險(xiǎn)源;在工程活動(dòng)引起的支撐壓力集中區(qū)及其附近容易形成突出危險(xiǎn)源。
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