2.1.3?采空區的抽放
采空區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合的綜合抽放等方式。半封閉式抽放是在采空區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打鉆,同時封閉采空區入口,以抽放下部各區段采空區中從鄰近層涌入的瓦斯。采空區抽放時要及時檢查抽放負壓、流量、抽出瓦斯的成分與濃度。抽放負壓與流量應與采空區的瓦斯量相適應,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,更應經常檢查抽出瓦斯的成分,一旦發現煤炭自燃的異常征兆,應立即停止抽放,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期
據實驗結果表明,瓦斯與高溫熱源接觸時,不是立即發生燃燒或爆炸,而是有個引火遲延期,或叫感應期。感應期的長短與瓦斯濃度、火源溫度和火源性質有關。實踐證明,瓦斯燃燒的感應期總是小于爆炸的感應期。說明引起瓦斯燃燒的可能性大。對于瓦斯爆炸的感應期,對安全生產的意義很大。比如,使用安全炸藥爆破時,雖然爆炸的初溫高達2000℃左右,但高溫存在的時間極短,大大小于瓦斯爆炸的感應期,所以不會引起瓦斯爆炸。如果炸藥質量不合格、炮泥充填不夠或放炮操作不當,就會增加高溫氣流的溫度,延長它的存在時間,一旦超過感應期,就可能發生瓦斯燃燒或爆炸。
2.2.2?瓦斯爆炸的類型
1、瓦斯燃燒與爆炸
嚴格來說,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生激烈復雜的氧化反應的結果,二者很難區分的。一般認為,火焰移動速度較慢,聲效應較小,空氣沒什么震動,無破壞作用的情況,稱之為瓦斯燃燒;反之,火焰移動的速度快,爆炸聲較大,對巷道和各種設施破壞較為嚴重,稱之為瓦斯爆炸。
2、局部瓦斯爆炸
由于局部地區或空間因通風不良或其他原因而積聚有較高濃度的瓦斯,在高溫作用下而發生的瓦斯燃爆現象。其火焰及沖擊波所造成的危害范圍只局限在一個才、掘工作面等局部地點,而不波及其他采掘工作面或作業地點,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,爆炸后產生的沖擊波、爆炸火焰和有害氣體等對礦井和人員的影響和危害較小。
3、大型爆炸
無論發生瓦斯燃爆的源點在任何地點,若其所造成的危害嚴重,爆炸火焰和沖擊波摧毀的設備、設施及有害氣體導致人員傷亡等數量較多,且波及其他采掘工作面階段水平、礦井一翼的較大的范圍,甚至整個礦井,有的還誘發礦井火災等,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、瓦斯連續爆炸
不言而喻,瓦斯連續爆炸是指在同一礦井的較短時間內發生一次以上的瓦爆炸(事故)。瓦斯連續爆炸可能發生在同一地點,也可能發生在附近的其他不同地點。一般來說,瓦斯連續爆炸大多為大型爆炸,所造成的損失和危害也較為嚴重。
瓦斯連續爆炸具有如下特點:
(1)瓦斯連續爆炸大多發生在高瓦斯礦井和有自然發火的煤層和礦井。
(2)瓦斯連續爆炸極易引起煤塵爆炸的連鎖反應,給搶救特別是對救護人員的威脅最大,事故處理非常復雜、難度很大。
(3)瓦斯連續爆炸的次數和間隔時間與災區的瓦斯涌出和通風狀況有密切關系。災區瓦斯涌出速度較快、數量較大,則連續爆炸的次數增加,且間隔時間較短;災區瓦斯來源雖然不夠充足,但通風狀況不良,也可能發生連續爆炸,但間隔時間回延長。
(4)瓦斯連續爆炸的時間間隔,短則幾秒鐘、幾分鐘,長則幾小時、十幾小時。
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:一是在爆炸發生的瞬間,混合氣體中同時存在著瓦斯與煤塵,二者相互影響且降低了各自的爆炸下限,在高溫作用下而發生的瓦斯與煤塵聯合爆炸。二是由于瓦斯爆炸產生的沖擊波揚起爆源附近的沉積煤塵而導致的聯合爆炸。這種爆炸往往是常見的連續發生的爆炸事故。其直接原因是首次爆炸產生的沖擊波的速度(2340m/s)遠大于火焰的傳播速度(610—1800m/s),隨著時間的延長,二者差距越來越大,當前面的沖擊波把巷道積塵再次揚起且達到一定濃度,而高溫火焰又跟蹤而至,就會把揚起的煤塵點燃,發生第二次、第三次爆炸。
瓦斯突出分析
在極短的時間內,煤與瓦斯由煤體向巷道或采掘空間大量噴出的動力現象,叫做煤與瓦斯的突出。發生煤與瓦斯突出時,在煤體中形成特殊形狀的孔洞,并拌有動力效應和響聲,能對井下巷道、設備、設施、生產系統造成破壞,甚至引起火災或瓦斯爆炸。煤與瓦斯突出是一種危害很大的自然災害。
煤與瓦斯突出對煤礦安全生產的威脅,目前在國內外還沒有得到根本解決,但在實踐中已經摸索出一套防治煤與瓦斯突出的方法和措施,只要認真實施,就能大大減少突出頻率,基本可以做到即使發生突出,也可把正人員不受傷害。
2.3.1?國內外煤與瓦斯突出情況
1、國內概況
據記載,我國第一次煤與瓦斯突出為發生于1939年11月20日的遼源富國西二坑在垂深280m煤巷掘進時的突出。據不完全統計,1950-1991年我國有250多個礦井發生了1.6萬次煤與瓦斯突出,占世界突出總次數的40%左右。1980年最高達1151次,1980年以后每年為500—800次。在50多個礦井中,發生突出強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日發生在四川天府礦務局三匯一井+280m水平,主平硐震動爆破揭6號煤層時,突出煤(巖)量12780t,把一個1t多重的石塊拋出120m,并拐了兩個90°的彎,2h內突出瓦斯量達140萬m3。
2.3.2?國外概況
1834年3月22日,法國魯阿雷煤田在急傾斜厚煤層平巷掘進工作面發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生在前蘇聯頓巴斯煤田的加加林煤礦,突出煤量14000t,噴出瓦斯量25萬m3以上。世界上大多數國家礦井突出的是瓦斯,法國、波蘭的一些礦井主要突出二氧化碳,法國、捷克、斯洛伐克、澳大利亞和羅馬尼亞也有的礦井同時突出瓦斯和二氧化碳。
除了煤層突出外,還有巖石突出。巖石突出多為堅硬的砂巖,也有鹽巖(德國很普遍、前蘇聯也有)、砂質頁巖(前捷克斯洛伐克)、玢巖(前蘇聯某隧道)等。
2.3.4?瓦斯突出的特征
突出危險在廣泛區域上具有點、線分別特征,并非“突出危險煤層”范圍內的煤體都具備形成突出危險源的條件。突出危險源是存在于采礦活動中的具備發動煤與瓦斯突出的高勢能瓦斯與破碎煤體混合的瓦斯富積區。其特征是:區內瓦斯大量解吸為氣態的游離狀瓦斯而積聚;區內煤體受力狀態發生變化,原始結構被破壞;受破壞的煤體失去傳導壓力的能力而使氣態瓦斯處于承壓(被壓縮)狀態,產生高勢能瓦斯與碎煤體混合的瓦斯富積區。突出危險源存在是煤與瓦斯突出能夠發動的先決條件,突出危險源積聚的勢能大小決定突出發動時的突出強度。
2.3.5?影響突出危險的形成的要素
影響突出危險源的形成要素, 大致可分為:一是煤體的瓦斯含量的大??;二是煤層煤體的結構強度的高低;三是煤體的受力狀態和作用在煤體上壓力的大小及壓力作用的
時間;四是游離瓦斯積聚的條件(承壓瓦斯區周圍的圍巖封閉程度)是否具備。突出危險源的分布主要受到煤體強度和圍巖壓力分布的控制。一般來講,在原生煤體結構強度低或煤體結構受到地質運動的破壞而強度降低的區域內容易形成突出危險源;在地應力(原始地應力和地質構造殘存應力)大的區域容易形成突出危險源;在工程活動引起的支撐壓力集中區及其附近容易形成突出危險源。
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