我国矿井“五大自然灾害”防治技术及展望

                            主讲:李志金

   高级采矿工程师    国家注册安全工程师    国家矿井通风专业委员会委员   《煤矿安全》编委会委员    甘肃省质量技术协会特聘“QC小组活动诊断师” .    联系电话：    邮箱：[email protected]

尊敬的各位领导、各位专家、教授、各位同学：大家好！    首先，感谢兰州资源环境管理学院为我提供今天这样好的一个平台，使我能有机会和大家一起分享我国煤炭行业在防治“矿井五大自然灾害”方面所取得的一些技术成果和成熟的技术。其次、还要感谢各位领导、专家、教授能腾出自己宝贵的周末时间和我一起交流。再次，我声明，我不是来做报告而是来和大家一起讨论、共同学习、一起提高。其主要目的就是抛砖引玉，向各位领导、专家、教授学习。让我们共同努力，开发“矿井自然灾害”防治的新技术，提高我院在全国的品牌驰名度和总体影响力。把我院建成国家一流的职业院校。 一、瓦斯灾害防治技术及展望         二、粉尘防治技术及展望  三、水害防治技术及展望 四、矿井火灾防治技术及展望 五、冲击地压防治技术及展望 六、矿井“六大救援系统”解读 七、作业规程编制概述                前            言                                                               煤炭是我国国民经济发展的基础能源，煤矿安全是煤炭工业走新型工业化道路、可持续发展的前提和保证。二十世纪以前，由于煤炭行业的不景气和国家宏观调控政策的失误，导致我国煤矿安全生产技术的发展基本处于徘徊不前的地步，特别是煤矿瓦斯灾害频发，给党和人民的生命财产带来了巨大的威胁。二十世纪初，我国煤矿安全生产技术由于受到了党中央、国务院的高度重视， 煤矿安全生产技术的春天才如约而至。我们都知道，在煤矿五大自然灾害中，特别以瓦斯事故为重，事故频发、伤亡人数多、经济损失严重。因此，瓦斯灾害治理是煤矿安全工作的重点。对煤矿瓦斯灾害进行监测监控、预警防治等瓦斯综合治理技术措施，是减少煤矿伤亡事故，提高安全生产水平的重要手段。 大家或许还记得，2004年11月28日发生在陕西省陈家山煤矿那震耳欲聋的一声巨响，166条鲜活的生命悲惨的离去，事故的发生令多少中国人为之揪心。事后国务院陕西陈家山煤矿“11·28”特大瓦斯爆炸事故工作组副组长、国家煤矿安全监察局副局长赵铁锤在讲话中指出，“11·28”事故是我国自1960年11月28日平顶山龙山庙煤矿死亡187人的瓦斯煤尘爆炸事故之后，44年来我国煤炭行业最大的一起安全事故，损失惨重，教训沉痛。 11月28日，陕西省铜川矿务局陈家山煤矿发生矿难，166名矿工遇难。 2005年元旦国务院总理温家宝同志再到陕西陈家山煤矿看完慰问遇难职工家属并到井下和矿工一起吃班中餐，当时陪同总理慰问的还有两位出自煤炭行业的院士周世宁和张铁刚。在飞往陕西的飞机上，温总理将两位院士请到他的座舱内进行了长达40分钟的长谈，当温总理语重心长的问到：近年来我国煤矿瓦斯事故频发，伤亡人数多、损失巨大，国际影响不好。今天你们两个给我说句实话，瓦斯事故能够预防和控制吗？ 当时两位院士齐声回答：由于瓦斯爆炸必须要三个条件同时具备，缺一不可，所以瓦斯事故是可防可控的。周世宁和张铁岗两位瓦斯治理问题专家到总理座舱谈话，一直谈到飞机准备下降了，总理很高兴，意犹未尽。就是这次慰问回去之后，温总理就亲自支持召开了在我们煤炭行业影响巨大的“国务院第81次常务会议”

127名矿工安全出井，166人死亡。05年元旦温总理考察看望职工

在这次谈话后，国家发改委主任马凯让两位院士将我国燃气能源的研究调查报告直接送交发改委。瓦斯的抽放、利用已经开始由专家论证逐渐向高层的认知转变。 2005年今年2月23日，温家宝总理主持召开第81次国务院常务会议，确定了煤矿瓦斯集中治理的七项措施。国务院召开常务会议专题研究瓦斯治理工作，是建国以来的第一次；组织国家煤矿安全专家组，对煤矿逐个进行"会诊"，在建国以来也是第一次。 充分表明了党中央、国务院对搞好煤矿瓦斯治理，改善煤矿安全工作的决心。4月20日，总局、国家局、发改委和科技部联合有关部门在北京召开启动大会。会后，从全国30多家煤炭科研院校抽调的91名专家，分赴45户重点国有煤矿企业开展“会诊”。同时，应部分地方和企业的要求,对非重点监控企业大雁煤业集团公司等6个单位27个煤矿（井）进行了会诊。会诊结果：甘肃煤矿安全欠账14.5亿元。 在国家有关部门、各级地方政府、各有关煤矿企业和科研院校的共同努力下，安全技术"会诊"工作已圆满结束，并取得重大成果。3月17日，由国家发展和改革委员会牵头，国家安全生产监督管理总局、科技部、财政部、劳动和社会保障部、国土资源部、中国人民银行、环保总局、中国工程院、国家开发银行、中国煤炭工业协会等为成员单位的煤矿瓦斯防治部际协调领导小组在京成立并召开会议。 煤矿瓦斯防治部际协调领导小组组长、国家发展和改革委员会副主任张国宝主持了会议。协调领导小组是根据国务院第81次常务会议的决定成立的，其主要任务和目标是：协调、确定并组织实施煤矿瓦斯防治工作中资源、装备、人才等方面的一系列重大举措，有效防范煤矿重特大瓦斯事故，实现煤矿瓦斯事故由“少发生”到“少死亡”直至“不伤亡”的根本性转变，推进国家能源安全和构建和谐社会目标的实现。 国务院第81次常务会议确定的瓦斯治理七条措施 ：   一是对瓦斯灾害严重的四十五户重点煤矿派驻安全督导组，进行跟踪监察；     二是组织专家组，对瓦斯灾害严重和存在重大隐患的煤矿进行安全评估，逐矿落实瓦斯治理方案；     三是研究并落实国家三十亿元人民币煤矿安全技术改造资金投入方案，    尽快启动一批瓦斯威胁严重的瓦斯治理和利用项目；     四是筹备召开全国煤矿安全改造和瓦斯治理电视电话会、煤矿瓦斯治理与利用现场会；     五是总结、制定并推广《煤矿瓦斯治理经验》；     六是以瓦斯治理为重点，尽快实施“煤矿生产安全科技行动”专项；     七是组织力量编制《全国煤矿瓦斯治理总体方案》。 协调领导小组将对瓦斯灾害严重的45户重点煤矿派驻安全督导组，进行跟踪监察；同时，将组织专家组，对瓦斯灾害严重和存在重大隐患的煤矿进行安全评估，逐矿落实瓦斯治理方案。近期，协调领导小组还将研究并落实国家30亿元煤矿安全技术改造资金投入方案；启动一批瓦斯治理和利用项目；组织召开全国煤矿瓦斯治理和利用电视电话会议和现场会；实施专项“煤矿生产安全科技行动”； 编制《全国煤矿瓦斯治理总体方案》 。各专家组根据总局、国家局《关于对重点监控国有煤矿企业进行安全技术"会诊"的通知》要求，结合"会诊"企业的实际，制定了详细的工作方案，有步骤，有计划地开展"会诊"工作。通过听取汇报、现场考察、专题研讨、综合讨论等一系列严密的"会诊"程序， 准确地诊断企业安全"病灶"，并提出整改措施，为企业解决了不少技术难题。第八专家组在宁夏进行"会诊"期间，积极为汝箕沟煤矿综采工作面的灭火提供技术支持，配合企业处理火灾事故，避免了连续爆炸和事故的扩大。第十专家组对企业工程技术人员、管理人员进行了煤矿安全知识考试，针对存在的问题，为企业提供技术指导与服务 在安全会诊过程中，各位专家为弄清问题症结，查找技术缺陷，深入现场、井下，利用深厚的理论功底和实践经验，提出了一批技术改造的项目建议，梳理出了一些急需攻关的技术难题。各位专家一丝不苟精神更是令人钦佩。70多岁的俞启香教授，带领第二专家组深入灾害严重的矿区"会诊"，写出了300多万字的"会诊"报告；第三组的王德明教授，举办了5次瓦斯专题讲座； 第六组的胡千庭研究员，总结了松藻矿业公司的典型经验，为我国开采极薄煤层保护层提供了技术借鉴。特别是铁岗同志给省、企业多次作报告，介绍安全生产知识和经验，所到企业都舍不得让走。在这次会诊活动中，共产党员、年仅46岁的西安科技大学教授徐精彩05年6月14号在连夜赶往甘肃窑街电煤公司“会诊”时，不幸以身殉职。 温家宝总理2005年元旦在陕西陈家山煤矿慰问遇难职工家属时还亲自到陈家山煤矿遇难的矿通风副总工程师家慰问并看望了他的儿子，或许在2005年元月份的《煤炭报》上不止一次的看到了下面的一副照片，同时还引发了《人民日报》特约评论员文章-----不能让温总理的眼泪白流

就是在这样的历史背景之下，煤矿安全问题才得到了党中央、国务院及高层领导的普遍关注，在我国煤炭发展的历史上是绝无仅有的。因此在党中央、国务院的亲切关怀和大力关注支持下，在煤炭行业“十年黄金期”，特别是在十一五期间我国煤矿安全生产技术突飞猛进，取得了长足的发展。尤其是瓦斯治理工作取得了可喜的骄人业绩。 一、矿井瓦斯灾害防治技术及发展现状 瓦斯是我国煤矿的主要灾害因素之一，瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出等灾害严重威胁着我国煤矿的安全生产。由于灾害因素多、治理难度大，矿井瓦斯一直是我国煤矿安全工作的重点和难点。目前，我国所有煤矿均为瓦斯矿井，据统计，在100个国有重点煤炭生产企业的 609处矿井中，高瓦斯矿井占26．8％，煤与瓦斯突出矿井占17．6％，低瓦斯矿井 占55．6％。 国有地方和乡镇煤矿中，高瓦斯矿井和煤与瓦斯 突出矿井占15％左右。部分局矿的情况更为严重，如淮南矿业集团所属11对矿井均为突出矿井，平顶山煤业集团所属 的13对矿井也全部为高瓦斯或突出矿井。 瓦斯灾害已成为制约煤矿安全生产和煤炭工业发展的重要因素，为此，国家煤矿安全监察局实施了“科技兴安”战略，并提出了“先抽后采、监测监控、以风定产”的瓦斯治理“十二字方针”。 与此同时，我国的各类科技计划也逐步加强了瓦斯灾害治理技术研究开发的支持力度。“十五”以来，特别是十一五期间，科研院所、高等院校及企业以产学研结合方式开展了攻关研究，在瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出预测、保护层开采、顺煤层瓦斯抽放及矿井通风系统监测、评价与决策控制等方面取得了重大进展，并获得了一批重要的科技成果。现简要介绍如下： 1、瓦斯煤尘爆炸的危险性预测与评价技术 瓦斯煤尘爆炸一直是困扰煤矿安全生产的重大灾害之一。近年来，我国在煤尘着火机理及瓦斯煤尘爆炸机理研究方面，建立了粉尘云着火及燃烧过程简化模型，建立了矿井瓦斯煤尘爆炸危险性评价模型，用事故树方法分析了掘进、采煤工作面瓦斯煤尘爆炸发生的影响因素、可能发生事故的模式和避免爆炸事故发生所要采取的途径。确立了矿井采煤工作面、掘进工作面瓦斯煤尘爆炸危险性预测评价指标体系，并将指标分为爆炸易发性指标和爆炸后果严重性指标 。 前者包括自然因素、技术因素、管理因素和经济因素四方面指标，后者包括煤尘爆炸指数、沉积煤状况、隔抑爆方式、隔抑爆用水量、井下作业人员、以往事故损失及矿山救护能力等。开发出了瓦斯煤尘爆炸危险性预测评价技术和专家系统软件，并建立了瓦斯煤尘爆炸的危险性评价和防治专家系统 。 2、 煤与瓦斯突出区域预测技术     a :我国采用瓦斯地质方法，建立了瓦斯地质理论与物探技术相结合的多技术(数字地震勘探、无线电波透视和构造软煤测井曲线识别)集成的多尺度(矿井突出区和工作面突出带)瓦斯突出区域预测瓦斯地质新方法；提出了以瓦斯地质单元基础的由构造软煤厚度(H)和煤层瓦斯压力(P)相配套的突出区域预测瓦斯地质指标，初步确定构造软煤厚度的突出临界值为0．90m.      b:开发了具有信息输入、动态管理和空间分析功能的瓦斯突出区域预测WebGIS信息平台，实现了瓦斯突出区域瓦斯地质方法的自动化和可视化； C:采用地质动力区划的方法，确定了活动构造和岩体应力状态对突出的影响，并划分出应力升高区、应力降低区和应力梯度。为此开发了突出多因素模式识别概率预测计算机软件，确定了活动断裂、最大主应力、应力梯度等8个主要影响因素，并可方便地划分突出的危险区、威胁区和安全区，开发出了突出区域预测决策分析系统软件，实现了图、文、声和像的可视化。 d:采用电磁波透视技术，成功研制出了探测煤层瓦斯灾害易发区的技术和装备，建立了电磁波反射和吸收特 性。 3、煤与瓦斯突出动态预测技术 煤与瓦斯突出的非接触式预测是通过对瓦斯或煤体本身的信号的实时监测而进行的连续动态预测技术。这种方法具有测试简单、不与生产发生冲突、实时连续监测等优点。因此，非接触式连续预测是目前突出预测的主要研究方向。 通过分析瓦斯涌出动态变化规律与突出危险性的关系、实时监测瓦斯动态涌出特征波形、提取与突出危险性相关的特征指标，建立了煤巷掘进炮后30分钟的吨煤瓦斯动态涌出量指标、瓦斯涌出变异系数指标、炮后瓦斯涌出最大速率指标等连续预测指标，研究确定了这几种指标与炮掘工作面突出危险性的关系及指标临界值，以此综合判断工作面所处地点的安全状况以及前方的潜在危险性，实现了炮掘工作面瓦斯动态涌出预测，为我国煤矿提供了一种新的瓦斯涌出量预测方法和煤与瓦斯突出预测工艺技术； 4、瓦斯抽放技术进一步提高。我国煤矿瓦斯抽放技术进一步提高,在高、突矿井中推广应用了“大管径、大流量、大负压”新型抽放设备。推广应用了大功率液压钻机和新型钻具,提高了钻孔长度和成孔率,采用新型封孔材料,改善封孔工艺,提高了抽放效果。 5、矿井安全监控系统进一步完善。我国国有大型煤矿都按规定全部装备了安全监控系统,大多地方小型煤矿也都安装了安全监控系统,并实现了集团公司和产煤市、县内区域联网,提升了矿井安全监控水平。目前使用较多的如由煤科总院常州自动化研究所开发的KJ95安全监控系统等。 6、深孔钻进工艺及技术的成功应用 结合煤矿安全生产需求和工艺技术效果，对安全生产起较大作用的重大关键技术和装备给予连续支持，加大开发力度，不断提升技术和装备水平。如针对我国煤矿瓦斯抽放的难点和技术问题，结合引进国外关键技术，组织实施了煤矿井下长钻孔钻进关键技术工艺开发，研制出了我国自主核心技术的首台井下长钻孔抽放瓦斯钻机，并实现井下顺煤层钻进700多米的效果；针对我国煤矿开采和抽放工艺的衔接关系，继续支持开展了井下千米瓦斯抽放钻孔施工装备及工艺关键技术开发，努力为抽放瓦斯技术上台阶提供更坚实的技术支撑。 7、千米定向钻机及钻进工艺的突破。为矿井瓦斯抽采创造了有利的条件 。 8、瓦斯煤尘爆炸危险性评价方法 研究出了基于瓦斯地质、地质动力区划、电磁波探测方法的煤与瓦斯突出区域预测技术和基于AE声发射、电磁辐射和瓦斯涌出等原理的煤与瓦斯突出非接触连续预测技术 9、顺煤层强化抽放新技术   主要是顺煤层长钻孔瓦斯抽采技术的成功应用，解决了高（突）矿井瓦斯抽采率低下的问题，为瓦斯抽采和利用找到了新的途径。                                                                                                        远距离控制钻机 远控钻机主要用于突出煤层施工瓦斯抽放钻孔，主要作用是保证钻孔施工人员的安全，减少井下作业人数。 该系列远控钻机主要包括ZKYL-1200、ZKYL-2000、ZKYL-3200三种型号。  

         千米定向钻机     ZYWL-6000D型千米定向钻机主要用于中硬煤层瓦斯抽放长钻孔，也可用于地质异常条件探测钻孔。 主要优点有：   ◆ 钻孔深度达1000m以上   ◆ 精确定向钻进功能   ◆ 可以侧开分支孔   ◆ 钻进速度快   ◆ 预抽面积大   ◆ 抽采效率高            履带系列钻机       

         钻          具  ◆钻杆 水力扩孔钻头 水力扩孔工艺示意图 10、低透气性煤层顺层钻孔抽采技术 针对低透气性突出煤层顺层钻孔施工困难等问题，从钻进工艺，方式。设备上下功夫，研制成功了新型螺旋钻机，是钻孔深度达到了200米以上，成功解决了综放工作面沿倾斜方向顺层抽采钻孔覆盖不到的情况。为综放工作面本煤层瓦斯抽采创造了条件。 11、地面煤层气开发等关键技术和装备的成功使用，为矿井瓦斯抽采和利用提供了保证。 12、综放工作面上隅角瓦斯自动引排技术 为了解决综放工作面上隅角瓦斯超限的问题，研发成功了“综放工作面上隅角瓦斯抽采系统”

13、主要通风机变频调速技术的使用，为矿井合理供风创造了条件 14、局通变频调速技术的应用，是掘进工作面风量控制自如，为掘进工作面瓦斯治理工作提供便利 15、分源抽采技术的应用，解决了瓦斯抽采过程中负压损失的问题 16、井下水平定向长钻孔施工工艺的成功应用，解决了走向高位钻孔抽采工艺中的关键性难题，用走向高位长钻孔取代瓦斯排放巷，有效地解决了综放工作面上隅角瓦斯超限的问题。   二、矿井粉尘防治技术             及发展现状 A。被动防尘技术 是等粉尘产生之后再去清出或治理的技术，目前比较成熟的技术有： 1、采掘机械内外喷雾技术：实现了喷雾与采掘机械开启的联动和闭锁，开机即喷停机即停。 2、冲击波控制的自动喷雾技术：在采掘工作面放炮产生的冲击波作用下自动定时喷雾。有效在粉尘高峰期喷雾灭尘。 3、电控自动喷雾技术：在转载机头处、皮带机头处等卸载点，将控制喷雾的电磁阀的供电和运输设备的电源联动闭锁。实现了设备开喷雾开，设备停则喷雾停。 4、光控自动喷雾技术：在行车行人的大巷利用光控自动喷雾有效解决了过车行人时停止喷雾，正常情况下一直喷雾的需求。 5、综放工作面放煤口自动喷雾技术 当综放工作面放煤口开启准备放煤时，支架后部放煤口的喷雾自动打开进行喷雾，有效消除了由于放煤而产生的大量粉尘。 6、粉尘浓度在线监测系统的成功应用 7、由粉尘浓度传感器控制的在线监测自动喷雾系统 B.主动防尘技术 就是在采掘活动之前或活动当中给煤层注水，增加煤层的原始含水量，减少在采掘活动中的产尘量

三、冲击地压防治技术            及发展现状 冲击地压防治技术 随着矿井向深部开采，各种动力灾害现象也涉繁出现 1、冲击地压的定义： 煤矿开采过程中，在高应力状态下积聚有大量弹性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒落或抛出，使能量突然释放，呈现声响、震动以及气浪等明显的动力效应。这些现象统称为煤矿动力灾害，也称之为冲击地压或强矿压显现，有人还称之为矿震，是煤矿重大灾害之一。仅次于瓦斯煤尘爆炸事故。 目前，我国的冲击矿压及矿震灾害十分严重，开采深度超过500米时，突发强矿压显现的几率更大，但是有些矿井在采深200米时也发生过冲击地压现象，近年来，随开采深度增加，此类灾害有加重的趋势。在高突矿井冲击矿压现象所引发的灾害后果更为严重，因为，矿震容易诱发和引起煤与瓦斯突出，从而造成重大瓦斯事故，已成为制约煤矿安全生产新的灾害，是煤矿行业发展的重大障碍。 2、冲击地压的特点 （1）事故发生前没有明显前兆，速度快； （2）事故发生时伴有巨响，有气浪； （3）事故发生后有大量煤体抛出，严重堵塞巷道，破坏严重。 3、冲击地压易发地点 冲击地压都发生在残留煤柱附近。遗留的煤柱，属于孤岛煤柱，煤柱集中压力大 ，多巷道交叉布置的位置、采动影响范围大，采掘活动频繁的地点等处。 4、冲击地压的防治措施 （1） 防范措施 （2）解危措施 （3）防护措施 A、冲击地压的防范措施 避免形成高度应力集中，避免产生能量积聚的条件，预先改变煤岩冲击倾向。 降低应力，创造能量释放件，破坏煤岩结构，避免造成灾害事故。 B、冲击地压的解危措施 开采解放层和合理的开拓开采巷道布置布置是最常用的冲击地压解危措施。对于冲击地压严重的煤与瓦斯突出矿井必须始终坚持先解危再生产的原则 C、冲击地压的防治措施   ⑴煤层预注水（选择深孔注水）      利用深孔煤层注水，注水软化显著改善了煤层   开采过程中的能量释放的均匀性和稳定性;这是煤层注水防治冲击地压的机理。   ⑵超前松动爆破 工作面开采期间,可对工作面煤体进行超前松动爆破和卸压爆破。松动爆破是一种超前治理措施,卸压爆破是一种被动卸压治理措施,当监测到有冲击危险后,应立即实施卸压爆破。卸压孔深7~10m,孔间距不>5 m,每次引爆4~5个卸压孔,以提高卸压效果。 另外,还可在切眼掘进期间应用过大钻孔卸压措施;在煤柱集中应力区应用巷道卸压等措施。   ⑶顶板预注水   ⑷顶板超前爆破   ⑸ 煤层卸载注水   ⑹煤层卸载爆破   ⑺煤层松动爆破   ⑻煤层卸载钻孔 ⑼顶板爆破处理   ⑽底板爆破处理   ⑾ 加强支护   ⑿宽巷掘进 从冲击地压防范的实际来看，上述措施大都是以诱导释放能量为目的， 打破集中应力的常规分布状态。预注水则是为了改变煤岩体的物理力学性能，从而防止冲击地压的发生。 5、冲击地压防范技术 （1）合理布置与分区开采技术       ①冲击地层煤层开采的基本原则 开采煤层群时，开拓布置应有利于保持层开采。            首先开采无冲击危险或冲击危险小的煤层作为保护层，且优先开采上保护层。            如抚顺、辽源等煤矿，厚煤层上行水砂充填法开采，作为保护层的第一分层开采都尽量布置在冲击危险性小的煤层中进行。

合理的开采顺序，最大限度地避免形成煤柱等应力集中， 煤柱承受的压力很高，特别是岛形或半岛形煤柱，要承受几个方面的叠加应力，最易产生冲击地压。    上层遗留的煤柱还会向下传递集中应力，达到相当大的深度，导致下部煤层开采发生冲击地压。     山东陶庄在回收煤柱时发生冲击地压占全矿的29.8%，唐山矿、城子矿约占一半。     龙凤矿两侧为采空区的工作面在采煤中，发生冲击地压次数多。 采区的采面应朝一个方向推进，避免相向开采造成应力叠加。    相向采煤时上山煤柱逐渐减小，支承压力逐渐增大，易发生冲击地压。    陶庄矿在上山附近发生了17次冲击地压，而且相向采煤又要被迫在高应力冲击掘进枪眼（水采），造成冲击地压频繁发生（占总次60%）。    采取了单翼采区跨上山采煤的方法，并把单区段开采程序该为多区段联合开采程序，使采掘在不同区段中交替进行，实现了沿采空掘枪眼，避免了在高应力区掘进和维护枪眼。 地质构造特征部位的开采程序    采取能避免或减缓应力集中和叠加的开采程序：    在向斜和背斜构造区，应从轴部开始采煤；    在构造盘地应力从盘底开始采煤；    在有断层和采空区的条件下采用从断层或采空区开始采煤的开采程序。 主要巷道布置在底板岩层             在有冲击危险的开拓巷道、准备巷道、永久硐室，主要上、下山、主要溜煤巷和回风巷应布置在底板岩层或无冲击危险煤层中，以利于维护和减小冲击危险。             采煤巷道应尽可能避开支承压力峰值范围，采用宽巷掘进，少用或不用双巷或多巷同时平行掘进。 长壁、垮落法管理顶板开采冲击危险煤层     房柱式等柱式采煤法由于掘进的巷道多，在采空区遗留的煤柱多，顶板不能及时充分地垮落，造成支承压力较高，增加了冲击的危险性。      采用长壁式开采方法，由于采空区中不留煤柱，则有利于减缓冲击地压的危害。      工作面支架采用具有整体性和防护能力的可缩性支架。 ②冲击地压煤层开采的技术原则             在冲击地压煤层开采过程中，除严格遵守基本原则外，还应遵守以下技术原则： 在冲击危险区的煤层中掘进和采煤时，必须始终在煤层的保护带范围内进行，确保保护层的宽度不小于3.5倍采高。 煤层应力过度集中时，必须进行解危处理，否则不得进行采煤和掘进工作。 应避免在支承压力峰值区掘进巷道。 在煤层中双巷掘进时，两条平行巷道之间的煤柱不得小于10m，联络巷须与巷道成直角；两条巷道掘进工作面的前后位置错距不小于50m。 相向掘进的巷道相距30m时，必须停止一个头掘进。停掘的巷道要加固，继续掘进的巷道除加强支护外，冲击地压危险严重时，还必须采取卸压措施。 煤层巷道应采用宽巷掘进。巷道支护应采用可缩性拱形或环形金属支架，严禁采用混凝土支架和刚性金属支架，在破碎顶板条件下，支架间顶帮必须插严背实。 新采区投产要保持合理的开采顺序，避免形成“孤岛区”或“孤岛工作面”。同一煤层相邻阶段的工作面向同一方向推进时，错距不得小于150m。 采煤时，在采空区中不得留有煤柱。必须留设煤柱时，煤柱的尺寸和位置以及影响范围必须标明在采掘工程图上。 采煤工作面一般应保持直线式。台阶式工作面的台阶错距不应大于3m。 分层开采厚煤层时，分层平巷应内错布置，上、下分层平巷轴线距离至少不小于3倍巷道宽度。上、下分层切眼间距至少应内错5m。每个分层工作面应先于上分层工作面停采线至少5m停采。 厚煤层采用一次采全厚大采高开采和综放开采时，尽可能将巷道沿底布置。冲击危险区域因支承压力影响范围的扩大而应扩大到采煤工作面前方80～120m。 厚煤层采用分层综放开采时，第一分层巷道应注意加强支护，尤其底板煤层较软时，应对底板适当加固。 采用垮落法管理顶板时，应选用强力液压支架。采用单体支护时，必须加强切顶线支护强度，并回收采空区所有支柱。 在一般情况下，掘进与采煤工作面的躲炮直线距离不小于150m，躲炮时间大于30min；在作业规程中应明确规定躲炮地点。 掘进与采煤作业规程应包括工作地区的冲击危险级别、地质构造说明与简明图表、上层采动边界位置图、掘进与采煤方式、循环进度、支护形式、加强支护的措施、防治冲击地压的措施以及发生冲击地压时的应急措施，包括撤人路线。 根据检测结果，在冲击地压危险煤层内划定严重危险区，标在采掘平面图上，并在严重危险区周围建立警告牌，限制无关人员停留。 如果采取的措施不能阻止冲击地压危险的发生，或出现中等以上的危险时，必须停止作业，直到采取有效措施使之卸压为止。 2.保护层开采技术             在开采煤层群的条件下，首先开采没有冲击倾向性，或冲击危险性小的煤层。采动后，使有冲击危险的煤层在采掘过程中不再发生冲击地压，这样先采的煤层称为保护层。保护层位于危险层上方，称为上保护层，位于下方称为下保护层，而处于有效卸载范围内的后采煤层成为被保护层。             煤层开采后，围岩将产生变形、断裂、离层，并向采空区移动。             按对岩体影响程度和特征，可分为5个区带：冒落带、安全移动带、解放带、减压带、增压带。            理想情况下，这5带的分布如图4-39。 受采动影响，岩体应力小于原岩应力的地区称为减压带。解放带是减压带的一部分。开采保护层后，形成了解放带，从而起到减缓冲击地压作用。             开采保护层对煤岩体力学性质的影响之一是煤“变硬”了。这是由于卸载后矿压对煤层破坏作用减小了，故采煤较困难。 受采动影响，岩体应力小于原岩应力的地区称为减压带。解放带是减压带的一部分。开采保护层后，形成了解放带，从而起到减缓冲击地压作用。             开采保护层对煤岩体力学性质的影响之一是煤“变硬”了。这是由于卸载后矿压对煤层破坏作用减小了，故采煤较困难。 3.放顶煤开采技术            综放开采厚煤层时，由于顶煤及顶板垮落与破坏范围的增大，发生冲击地压的频率下降，强度降低。其主要原因：     （1）放顶煤开采改变了“顶板—煤层—底板”系统的力学承载体系，而转变成了“顶板—顶煤（存在范围较大的破裂区）—开采煤层—底板”的力学体系。       综放开采后，范围较大的破裂区的存在，使开采煤层上方形成了一个塑性变形区域，在坚硬的基本顶岩梁断裂时发生冲击地压和应力高峰转移过程中，该区域内的煤体是在逐渐被压碎的条件下破坏的。虽然，有破裂区作为缓冲，冲击地压发生的可能性及强度都会小的很多。 （2）由于放顶煤工作面直接顶厚度增加，较分层开采时上覆岩层的纵向运动范围增加，当上部冲击岩层发生冲击时，已发生破坏的顶煤层及发生运动的上覆岩层的存在，将对冲击波产生衰减作用，从而降低冲击地压的强度。 （3）放顶煤开采冲击危险性厚煤层，采放比对冲击地压的形成有重要影响左右，割煤高度既不能过大又不能过小。对于本节研究的煤层条件割煤高度取2.5m左右比较合适，这与现场实践结论是基本一致的。 （4）以规避采动高应力为核心的冲击地压防治，若做到冲击危险性的准确预测、评价之后，采取矿井合理开拓布置、先采保护层、煤层注水等宏观措施，并进行合理采煤方法的选择，对于适于综放开采的有冲击危险性厚煤层，优先采用综放开采，在煤层开采过程中加强采动围岩应力分布特征研究与观测，适时采用钻孔卸压、诱发爆破、强制放顶等局部解危措施是可以避免破坏性冲击地压发生的。 4.高压水射流切槽割缝技术              对于找不到可以解放的煤层，或对于非解放范围的煤层，可以采用高压水射流切槽割缝技术实现本层煤解放。              用旋转射流钻孔，钢管连续推进，在工作面两平巷中，沿煤层中下部间隔施工与煤层平行的钻孔，孔深100～150m，然后沿钻孔后退用高压水射流割缝，缝高30～55mm。深度1.5～2.0m，钻孔间距4m左右。              其机理：大面积的钻孔割缝使煤层破坏、损伤、卸压、应力松弛，在煤层中形成高度大于15cm的缝隙，相当于在本煤层中开采了薄的保护层。 .冲击地压典型案例分析 1961年发生在大同挖金湾煤矿工作面的顶板灾害：              采高4.0 ～4.3m，构造简单，煤层稳定，直接顶为细砂岩，厚度3m，老顶为厚层状中粒砂岩，厚度3m，老顶为厚层状中粗砂岩，厚度84 ～104m，开采方法：房柱式。              1957年至1961年5月采完，开采面积达16.3万m2，回收房间煤柱工作至1961年12月22日11时，顶板响动遍及整个盘区，将工人撤出盘区，半小时后大面积顶板突然冒落。造成：地陷12.8万m2，深达1m，地表对应出现7条0.2 ～0.5m，长102 ～ 360m大裂缝，顶板冒落产生巨大暴风，造成另外盘区多人伤亡，损毁密闭9座，风桥2座，支架90多架，巷道由4m降为2m，巷宽增大为6～7m。碎煤将皮带全部埋住，全井通风运输系统破坏。 四、矿井内因火灾防治技术            及发展现状 煤炭自燃过程有四个必要条件：

1．煤要有自燃倾向性；

2．煤以碎裂状志存在；

3．有连续供氧条件，维持煤氧化不断发展；

4．煤氧化或热量易积聚，难以及时散发，致使火点及自燃。 防止煤炭自燃的基本方法： （一）防止煤炭自燃的开采技术 （二）预防性灌浆 （三）胶体材料防火 （四）阻化剂防火 （五）惰气防火 （六）均压防灭火技术   火区管理与启封 火区被封闭后，要采取黄泥灌浆等方法使火源早日熄灭。要遵照《煤矿安全规程》规定加强火区管理和观测。 具备下列条件时，方可认为火源已经熄灭： （1）火区的空气温度下降到30度以下或与火灾发生前该区的日常空气温度相同； （2）火区内空气中的氧浓度降到5%以下。 （3）火区内空气中不含有乙烯、乙炔，CO浓度在封闭期间逐渐下降，并稳定在0.001%以下。 （4）火区的出水温度低于25度或与火灾发生前该 区的日常出水温度相同； （5）上述4项指标持续稳定的时间不少于1个月。 启封火区方法 （1）通风启封火区法 火区范围小，确定火源已熄灭，可采用此法。 （2）锁风启封火区法 火区范围较大，火源是否熄灭难以确认的高瓦斯火区采用此法。   煤矿火灾标志性气体检测的创新与发展                                          1、在十一五之前，我国判断矿井火灾的标志性气体只是单一的CO和CO2 到后来我们也逐渐的引进了国际通用的多种气体复合参数判定法，最新的研究结果为：使用CO、C2H4及C2H2 3个指标，综合地将煤自然发火分为3个阶段：①矿井风流中出现10-6级CO时的缓慢氧化阶段；②出现10-6级CO和C2H4时的加速氧化阶段；③出现10-6级CO、C2H4和C2H2的激烈氧化阶段，此时即将出现明火。另外还有： 2、（1）在自燃发火进程中，随着煤的温升，Rn与CO 的浓度都会在某一温度下显著增加，但Rn浓度显著增加的温度值比CO平均低60℃，而且不会受到环境其它因素的影响，因此，将测氡技术用于煤矿井下自燃发火的早期预测预报中是完全可行的。 （2）在温升过程中氡浓度的变化与温度之间有 着良好的一致性，因此易于判定自燃发火的进程。 （3）氡浓度的变化基本上不受生产过程的影响，因此可靠性更高。 在火灾预报中普遍认为：在工作面风流中CO的绝对量小于0.0049m3/min时无自燃现象，当工作面风流中CO的绝对量大于0.0059m3/min时预报自燃发火。煤炭自燃发火初期，在低温氧化阶段检测不到乙烯（C2H4),当煤温上升到110℃---130 ℃时出现（C2H4),当煤温在130 ℃—150 ℃时出现丙烯（C3H6），当煤温在150 ℃—170 ℃时出现丁烯C4H8以此可以推断出自燃煤炭所处的温度范围。实验结果告诉我们：煤炭自热的临界温度是60 ℃ --80 ℃，煤的着火温度是320 ℃ ---380 ℃（我院也可以做到更细一些。如果建实验室的话，谈个人看法） 矿井防灭火技术比较单一，近年来也没有大的发展和成熟的新技术，只是在火灾位置的判定和防灭火材料上有新的突破和发展。由于经济利益的驱动，各种防灭火的新材料都应用而生，如粉煤灰灌浆、凝胶防灭火、各种阻化剂防灭火、惰性气体防灭火、三相泡沫防灭火等等，其中最著名的当数由中国矿大的王德明教授发明的“三相泡沫防灭火”技术。“三相”—即固相、液相和气相， 固相—由热电厂产生的粉煤灰或黄泥，粒度在300微米以下，主要起充填作用。液相---主要是水（清水或废水均可）主要起降温和湿润煤体的作用。 气相---主要由惰性气体承担（最常用氮气），主要起增大体积的作用（在有些场所也可以用空气）。 另外，个别煤矿还研究了利用压缩空气代替氮气的三相泡沫防治采空区和综采支架后方自燃火灾治理和扑灭隐蔽火源的技术,尤其是对大范围采空区火灾、采空区隐蔽火源及高位火源、综放及俯采工作面煤炭自燃防治的难题,具有良好的效果,是防治煤炭自燃的有效技术手段。

项目参数三相泡沫的发泡倍数30倍泡沫稳定时间8 h～36 h水灰比 （质量比）1:1～4:1耗浆量10～30 m3/h产泡量300～900 m3/h发泡剂使用比例0.2%综合成本1元/m3（以氮气为气源）； 0.5元/m3（以压气为气源）

3、采空区热成像仪  4、十二、五研究的方向 a、火灾位置探测理论的不断完善 b、火灾位置探测仪器仪表的准确性研究 5、矿井防灭火领域的学术带头人             防灭火专家中国工程院院士： 戚颖敏（1999.9.28） 西安科技大学教授：徐精彩（05.6.14） 中国工程院院士：周世宁 中国矿大教授：王德明     五、矿井防治水技术              及发展现状 矿井水害的类型有以下几种： 凡影响生产、威胁采掘工作面或矿井安全的,增加吨煤成本使矿井局部或全部被淹没的水灾,都称为煤矿水害据统计，建国以来，在我国煤矿一次死亡3人以上的重大事故，水害居第三；平均每次事故死亡7.06人，仅次于瓦斯和火灾事故。对我市而言，水害是特别可能造成重特大事故的主要因素。

矿井涌水来源 1、地表水：指矿区附近地面的江河、湖泊、池沼、水库、废弃的露天坑、塌陷坑积水以及雨水和冰雪融化汇集的水。地表水可能通过开采塌陷裂缝涌入井下，在短时间内把井巷或整个矿井淹没。 2、地下水：指含水层水、断层裂隙水和老空积水。这些水可能从各种通道和岩层裂缝渗透进入矿井，是水灾的主要水源。  透水预兆一 1、煤层发潮发暗。 2、巷道壁或顶板“挂汗”（透水前的挂汗水珠呈尖形，煤炭自燃时的挂汗水珠常常是平行的） 3、煤壁“挂红”。 4、煤层变凉、空气变冷（但是受地热影响大的矿井，地下水温偏高，当采掘工作面接近时温度反而增高。 5、顶板淋水加大。         透水预兆二 6、水叫。 7、有害气体增加。 8、发生雾气。 9、顶板来压、底板鼓起。（发生底板鼓起有两种原因，一是受承压含水层或积水区静水压力和矿山压力共同作用的结果，这是突水预兆；二是受矿山压力单方面的作用而产生底鼓，这种情况一般不突水。） 此外，还有可能出现片帮冒顶、裂隙出现渗水、水色发浑、有臭鸡蛋味等预兆。

矿井水灾的预防措施 防治水的措施：探、放、排、堵、截(疏）。 井下防治水的主要措施：做好矿井地质和水文地质观测工作，查明水源，调查老空，掌握涌水通道、留设防水煤（岩）柱、建筑防水闸门和防水墙、探防水、疏放降压开采、注浆堵水和矿井防排水系统等。 探放水原则：有疑必探、先探后掘。 井下探放水的要求一 采掘工作面遇到下列情况之一时必须探放水： 1、接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻的煤矿时。 2、接近含水层、导水断层、溶洞或导水陷落柱时。 3、打开隔离煤柱放水时。 4、接近有出水可能的钻孔时。

井下探放水的要求二 5、接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带时 6、接近有水的灌浆区时。 7、接近其他有可能出水的地区时。 透水事故的处理措施一 井下发现有突水预兆后，必须发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。最先发现透水的现场人员，在报告调度室的同时要迅速组织抢救，防止事故扩大。来不及抢救时，人员应按避灾路线撤到安全地点或出井。切勿进入独头下山巷道。一旦迷失方向，必须朝着有风流通过的上山方向撤退。 透水事故的处理措施二 被水堵在采掘工作面时应做到以下几点： 1、在巷道内或硐室口做上标志。 2、保持静卧，减少体力消耗。 3、硐室内留一盏灯照明，延长照明时间。 4、简短地敲击，发出呼救信号。 5、要听从指挥，团结一致，等待救援。 矿井水的危害 1、井下巷道和采掘工作面出现淋水时，空气潮湿，人易患风湿病。 2、矿井水腐蚀井下各种金属设备、支架、轨道等。 3、如果发生突水和透水，就可能淹没采掘工作面或矿井，造成人员伤亡。 （二）常见的疏干方式 1、地表疏干

地表疏降钻孔(井)平面布置方式 2、巷道疏干1 　1)石门疏水　　　　　　　

2、巷道疏水2 3、井下钻孔疏水 直通式井下疏水孔　　　　　

上行式井下疏水孔 水平(近水平)式井下疏水孔

采动放水 　　通过探查，证实煤层直接充水含水层与强含水层或其它水体未发生水力联系，且采区有足够排水能力时，可在采区最低部位首先回采，实行采动放水疏干，保证后期回采安全。 4、吸水钻孔疏水 5、井上下联合疏水

1)地表井下联合疏干 　　在同一矿井(区内)，同时采用地表疏水和井下疏水两种方式。地表井下联合疏水一般是在矿井水文地质条件复杂，单一疏干方式效果不好或不够经济合理时采用。 2)供疏结合的联合疏水 　　在地面供水紧张，而井下水害又严重的大水矿区，为了解决矿区供水与矿井排水之间的矛盾，可利用矿区疏水系统直接用作矿区供水水源地，实现供疏结合。 四、 注浆截流 露天矿坑剥离含水层建造截流帷幕墙 煤层直接顶板含水层帷幕截流注浆 注浆封堵顶板水 五、 改变采煤方法

充填式开采法    1) 当顶板含水层距煤层顶板普遍接近时    2) 当煤层露头部位及浅部被地表水体或新生界强含水所覆盖时    3)在逆掩断层含水推覆体下或积水老窑下采煤时 膏体充填绿色开采技术    “三下一上（三下——地表水下、建筑物下和铁路下，一上——承压水上）”地区一种具有发展前景的开采技术， 间歇开采法及分区隔离开采法    1）厚煤层还可采用分层间歇开采法    2）急倾斜煤层，则可采用长走向小阶段 间歇开采分区隔离开采法:    先远后近、先深后浅、先简单后复杂、先探后采的试探性开采方法 条带式开采法 发生水灾事故后的应急原则及注意事项 发生水灾事故后的应急原则及注意事项： 　　⑴、发生透水事故后，现场人员必须立即向矿调度室值班室将事故情况进行汇报。调度室值班根据灾情是否需启动事故紧急预案。 　　(2)、当出水量很大，现场人员必须按照避灾路线进行撤离。若避灾线路已经被堵，撤离时应尽可能向上一个水平撤退。 　　(3)、矿调度室在接到事故报告时，应根据事故可能波及的地点，及时通知附近人员撤离危险区域。 　　(4)、井下人员如未能及时撤离至安全地点，遇险人员应尽量往上一个水平撤退。当被堵在上山独巷时，遇难人员必须保持镇定，避免体力消耗过多，不能喝井下的污水，需寻找裂隙水饮用。 　　(5)、发生透水事故后，井下排水设备必须正常运行，水泵司机必须坚守岗位，保证排水泵正常运行。 　　(6)、现场遇险的人员要尽量避开突水头，难以避开时，要紧抓身边的牢固物体，并深吸一口气，待水头过去后开展自救、互救。 　　(7)、不能急躁，保持好体力，找个风流畅通，顶板完好的安全地方藏身，合理利用矿灯电量。 　　(8)、利用可能发出的任何声音或光线向外界传送求救信号。 　　(9)、救护人员到位后，遇险人员要服从指挥，不要喧闹。 矿井水预测预报技术 1、地质环境预测法 利用不同地质构造对矿井突水的影响来预测。 2、地球物理预测法 分矿井直流电法和矿井瞬变电磁阀 矿井直流电法：以煤、岩层的导电性差异为基础，通过人工向地下供入稳定电流，观测大地环流场的分布规律，从而确定煤、岩体内贫、富水的分布规律和地质构造特征。 3、GIS预测法：利用地球地理信息系统预测矿井突水。 4、同位素预测法：利用天然水中的同位素浓度来反演地下水的形式和运移规律来预测矿井突水 三图双预测法，是指一种解决煤层顶板充水水源、通道和强度三大问题的顶板水害评价方法。三图是指煤层顶板充水含水层富水性分区图、顶板垮裂安全性分区图和顶板涌（突）水条件综合分区图。双预测是指顶板充水含水层预处理前、后回采工作面分段和整体工程涌水量预测。 脆弱性指数法，是指将可确定底板突水多种主控因素权重系数的信息融合与具有强大空间信息分析处理功能的GIS耦合于一体的煤层底板水害评价方法。 五图双系数法，是指一种煤层底板水害评价方法。五图是指底板保护层破坏深度等值线图、底板保护层厚度等值线图、煤层底板以上水头等值线图、有效保护层厚度等值线图、带压开采评价图。双系数是指带压系数和突水系数。 按照突水点每小时突水量的大小，将突水点划分为小突水点、中等突水点、大突水点、特大突水点等4个等级： （一）小突水点：Q≤60 m3/h； （二）中等突水点：60 m3/h＜Q≤600 m3/h； （三）大突水点：600 m3/h＜Q≤1800 m3/h； （四）特大突水点：Q＞1800 m3/h。 矿井防治水技术的发展趋势及                   学术带头人      1、发展趋势主要是矿井水预测预报理论不断完善    2、探测仪器仪表的成熟和抗干扰能力的提高       

彭苏萍，男，中国工程院院士（48岁当选），中国矿业大学教授，长期从事矿井地质和矿井工程物探的教学与科研工作。

武强 ,男,汉族,1959出生,教授,博导.享受国务院政府特殊津贴。1995年荣获首届中国科学技术发展基金孙越崎科技教育基金博士后大奖国家安全生产专家组成员;1998年荣获中央国家机关优秀青年称号;2000年荣获煤炭工业专业技术拔尖人才称号;2000年荣获首届十佳“中国优秀博士后奖”称号等。国家煤矿安全监察局水害防治专家组组长,中国地质学会理事,中国地质学会水文地质专业委员会副主任,国际水文地质学家协会(IAH)中国国家委员会副主席, 中国矿联矿山环境保护与治理工作委员会常务理事,煤矿安全标准化技术委员会水害防治及设备分会副主任。在、、、和等学术期刊担任编辑委员会委员。  研究方向:矿井防治水;水资源与水环境;矿山环境与地质灾害。 中国地质总局水文地质局首席科学家。  

尹尚先教授现为中国矿大安全工程学院院长，中央直接掌握联系的高级专家，享受国务院政府特殊津贴，国家煤矿安全监察局水害防治专家组成员，2004年入选教育部新世纪优秀人才，2006年入选煤炭工业优秀创新人才。从事矿井防治水科研及教学工作，主持完成多项国家、省部及科技咨询项目，共获得国家科技进步奖2项、省部科技奖11项，2006年获国家安全生产科技进步二等奖和优秀推广项目奖2项。近五年以第一作者发表论文30余篇，被三大检索收录18篇，被他人引用数十次；主编专著2部、教材1部，参编著作3部；2005年、2006年分别获国家自然科学科学基金资助，2006年作为骨干成员参加973项目，2007年主持“十一五”国家科技支撑计划项目课题1项、专题1项，2007年主持教育部国际科技合作重点项目1项。