專(zhuān)利名稱(chēng)：一種防止煤與瓦斯突出的結(jié)構(gòu)及防止突出的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采礦業(yè)的安防技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及石門(mén)揭煤過(guò)程中一種防止煤與瓦 斯突出的結(jié)構(gòu)，以及利用該結(jié)構(gòu)防止突出的方法。
背景技術(shù)：
煤與瓦斯突出是主要的礦井災(zāi)害之一。如果發(fā)生這種災(zāi)害事故，就會(huì)造成大量的 煤與瓦斯拋向巷道，推倒設(shè)備和支架，形成煤流埋人，使人窒息等事故。由于瓦斯具有爆炸 性和可燃性，一旦遇上火源，又會(huì)導(dǎo)致瓦斯爆炸和燃燒事故，危及整個(gè)礦井的生產(chǎn)和工人的 生命安全。這一災(zāi)害在我國(guó)尤為突出，大約占全世界災(zāi)害總數(shù)的1/3以上。在各類(lèi)突出事 故中，石門(mén)揭煤時(shí)發(fā)生突出的幾率最高，突出強(qiáng)度也最大。目前用于石門(mén)防突的有效措施有 超前鉆孔、松動(dòng)爆破、水力沖孔、煤層注水等，以上各種防突技術(shù)措施中，有的實(shí)施時(shí)間長(zhǎng)， 有的實(shí)施起來(lái)比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，且能有 效降低煤層瓦斯壓力梯度，用于防止煤與瓦斯突出的結(jié)構(gòu)以及利用該結(jié)構(gòu)防止煤與瓦斯突 出的方法。本發(fā)明的第一方案是提供一種防止煤與瓦斯突出的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)設(shè)置于巷道內(nèi)安 全巖柱后，所述結(jié)構(gòu)依次包括反濾層、抗沖擊層以及密封收集層；其中，所述反濾層最接近安全巖柱；所述密封收集層上設(shè)有瓦斯收集排出通道。所述反濾層由密度大、抗沖擊能力強(qiáng)的材料堆積而成。所述反濾層由砂礫石構(gòu)成。所述抗沖擊層是由抗沖擊能力強(qiáng)的材料構(gòu)成的柵欄。所述抗沖擊層由金屬材料制成。所述密封收集層包括密封門(mén)，門(mén)體兩側(cè)與巷道內(nèi)壁間設(shè)有密封墻，一側(cè)墻體上設(shè) 有放炮電纜通道，另一側(cè)墻體上設(shè)有瓦斯收集排出通道。所述密封門(mén)呈拱弧形朝向抗沖擊層。本發(fā)明的第二方案是提供一種利用以上結(jié)構(gòu)防止煤與瓦斯突出的方法，依次包括 以下步驟1)在巷道內(nèi)的安全巖柱后將密度大、抗沖擊能力強(qiáng)的材料堆積成反濾層，用以抵 抗揭煤時(shí)煤體發(fā)生的突出，同時(shí)利用堆積材料間的孔隙，實(shí)現(xiàn)瓦斯的滲流2)在反濾層外壁處設(shè)置抗沖擊能力強(qiáng)的材料構(gòu)成的抗沖擊層，用以雙重抵抗揭煤 時(shí)煤體和瓦斯發(fā)生的突出。3)在抗沖擊層后設(shè)置密封收集層，利用抗沖擊層與密閉收集層之間的空間蓄積瓦 斯，并通過(guò)瓦斯收集排出通道抽排收集。
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本發(fā)明的原理為反濾層控突原理，即為揭煤前，反濾層孔隙中的氣體壓力等于巷道氣體壓力(約 為1大氣壓)。利用爆破進(jìn)行揭煤，揭煤后的瞬間，煤體內(nèi)瓦斯壓力與反濾層孔隙中氣體壓 力之差較大，若煤體內(nèi)瓦斯壓力梯度大于煤體失穩(wěn)臨界氣壓梯度時(shí)，煤體發(fā)生小型突出。突 出物聚集在砂礫石反濾層的孔隙中，由于砂礫石反濾層減小了滲流斷面、延長(zhǎng)了滲流途徑、 增加了滲流阻力，使反濾層孔隙中的氣體壓力迅速升高，導(dǎo)致煤體內(nèi)瓦斯壓力梯度減小。當(dāng) 瓦斯壓力梯度小于煤體失穩(wěn)臨界瓦斯壓力梯度時(shí)，突出停止，實(shí)現(xiàn)煤體“自穩(wěn)”，減小了突出 強(qiáng)度。此后，瓦斯以滲流的形式“平穩(wěn)”地沿砂礫石反濾層的孔隙間流動(dòng)，由安裝在密閉門(mén) 門(mén)側(cè)的管道排至地面。待密封門(mén)內(nèi)巷道中的瓦斯壓力降至巷道正常壓力后，通過(guò)巷道原有 的通風(fēng)系統(tǒng)降低密封室瓦斯?jié)舛龋芊馐覂?nèi)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到安全值以下時(shí)，開(kāi)啟密封門(mén)，進(jìn) 行裝巖開(kāi)挖。由于反濾層的滲透性遠(yuǎn)高于煤層，因此，反濾層內(nèi)瓦斯壓力降低所需的時(shí)間較 短。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，且能有效降低煤層瓦斯壓力梯度。而且與直接采用金 屬柵欄作為抗沖擊層的防突措施相比，可以進(jìn)一步減小爆破揭煤的突出強(qiáng)度。這是由于金 屬柵欄防突是靠爆破揭煤發(fā)生突出后充填在金屬柵欄前方的煤塊或煤粉來(lái)實(shí)現(xiàn)巷道增壓 的，而本發(fā)明方法中位于金屬柵欄前方的砂礫石反濾層實(shí)質(zhì)上起到了代替煤塊和煤粉的作 用，因此可以減小突出的強(qiáng)度。本發(fā)明除了能實(shí)現(xiàn)防止煤與瓦斯突出的目的之外，由于密閉 收集層的前期施工與前方巷道掘進(jìn)同步進(jìn)行，砂礫石反濾層安裝所需時(shí)間短，從而縮短了 井下揭煤所需的施工時(shí)間，提高了工作效率。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為巷道；2為安全巖柱；3為反濾層；4為抗沖擊層；5為密封收集層；6為密 封門(mén)；7為密封墻；8為放炮電纜通道；9為瓦斯收集排出通道；10為煤層。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提供了一種防止煤與瓦斯突出的結(jié)構(gòu)，以及利用該結(jié)構(gòu)防止突出的方法。如圖1所示，本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)如下本發(fā)明的結(jié)構(gòu)用于防止石門(mén)揭煤過(guò)程煤與瓦斯突出，故需要設(shè)置在巷道1內(nèi)的安 全巖柱2后，主要由反濾層3、抗沖擊層4以及密封收集層5構(gòu)成。其中反濾層3最接近安 全巖柱2，一般由具有一定粒徑、密度大、抗沖擊能力強(qiáng)的材料堆積而成。本發(fā)明中采用的材 料是砂礫石，用網(wǎng)袋套裝后填塞到巷道1內(nèi)的安全巖柱2后，用以抵抗揭煤時(shí)煤體發(fā)生的突 出，同時(shí)利用堆積材料間的孔隙，實(shí)現(xiàn)瓦斯的滲流。安全巖柱2與反濾層3之間也留有一定 的距離，以保證揭煤放炮的效果。而在反濾層3之后，間隔一定緩沖距離設(shè)置的抗沖擊層4，也是由抗沖擊能力強(qiáng)的 材料構(gòu)成，本發(fā)明中采用的是金屬材料，一般制成柵欄形狀用于二次抵抗揭煤時(shí)煤體發(fā)生 的突出，同時(shí)也利用柵欄的間隙來(lái)實(shí)現(xiàn)瓦斯的滲流。
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最外層的是密封收集層5，包括密封門(mén)6，門(mén)體6兩側(cè)與巷道1內(nèi)壁間設(shè)有密封墻 7，一側(cè)墻體上設(shè)有電纜通道8，另一側(cè)墻體上設(shè)有瓦斯收集排出通道9。同時(shí)，密封收集層 5與抗沖擊層4之間留有一定的空間，可以用于有效地蓄積滲流出來(lái)的瓦斯，而空間內(nèi)的瓦 斯則由收集排出通道9抽排至地面。而密封門(mén)6朝向抗沖擊層4的拱弧形設(shè)計(jì)，有利于釋 放空間氣體對(duì)于門(mén)體的壓力，同時(shí)利于瓦斯氣流流向門(mén)體側(cè)面，便于瓦斯氣體的收集。對(duì)于以上結(jié)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用中的設(shè)置順序?yàn)?)在巷道1內(nèi)的安全巖柱2后將密度大、抗沖擊能力強(qiáng)的材料堆積成反濾層3，用 以抵抗揭煤時(shí)煤體發(fā)生的突出，同時(shí)利用堆積材料間的孔隙，實(shí)現(xiàn)瓦斯的滲流2)在反濾層3外壁處抗沖擊能力強(qiáng)的材料構(gòu)成的抗沖擊層4，用以二次抵抗揭煤 時(shí)煤體和瓦斯發(fā)生的突出。3)在抗沖擊層4后設(shè)置密封收集層5，利用抗沖擊層與密閉收集層之間的空間蓄 積瓦斯，并通過(guò)瓦斯收集排出通道抽排收集。本發(fā)明有效地應(yīng)用了反濾層控突原理，因?yàn)樵诮颐呵?，反濾層3孔隙中的氣體壓 力等于巷道1內(nèi)的氣體壓力(約為1大氣壓)。利用爆破進(jìn)行揭煤，在揭煤后的瞬間，煤體 內(nèi)瓦斯壓力與反濾層3孔隙中氣體壓力之差較大，若煤體內(nèi)瓦斯壓力梯度大于煤體失穩(wěn)臨 界氣壓梯度時(shí)，煤體發(fā)生小型突出。突出物聚集在砂礫石反濾層3的孔隙中，由于砂礫石反 濾層3減小了滲流斷面、延長(zhǎng)了滲流途徑、增加了滲流阻力，使反濾層孔隙中的氣體壓力迅 速升高，導(dǎo)致煤體內(nèi)瓦斯壓力梯度減小。當(dāng)瓦斯壓力梯度小于煤體失穩(wěn)臨界瓦斯壓力梯度 時(shí)，突出停止，實(shí)現(xiàn)煤體“自穩(wěn)”，減小了突出強(qiáng)度。此后，瓦斯以滲流的形式“平穩(wěn)，，地沿砂 礫石反濾層3的孔隙間流動(dòng)，由安裝在密封門(mén)6門(mén)側(cè)的瓦斯收集排出通道9排至地面。待 密閉門(mén)6內(nèi)巷道1中的瓦斯壓力及濃度達(dá)到安全值以下時(shí)，開(kāi)啟密閉門(mén)6，即可繼續(xù)施工。 由于反濾層3的滲透性遠(yuǎn)高于煤層10，因此，反濾層3內(nèi)瓦斯壓力降低所需的時(shí)間較短。本發(fā)明與直接采用金屬柵欄的防突措施相比，可以進(jìn)一步減小爆破揭煤的突出強(qiáng) 度。這是由于金屬柵欄防突是靠爆破揭煤發(fā)生突出后充填在金屬柵欄前方的煤粉來(lái)實(shí)現(xiàn)巷 道增壓的，而本發(fā)明方法中位于金屬柵欄前方的砂礫石反濾層3實(shí)質(zhì)上起到了代替煤粉的 作用，因此，可以減小突出的強(qiáng)度。本發(fā)明除了能實(shí)現(xiàn)防止煤與瓦斯突出的目的之外，由于 密閉收集層5的前期施工可以與前方巷道1掘進(jìn)同步進(jìn)行，砂礫石反濾層3安裝所需時(shí)間 短，從而縮短了井下揭煤所需的施工時(shí)間，提高了工作效率。
權(quán)利要求
一種防止煤與瓦斯突出的結(jié)構(gòu)，設(shè)置于巷道內(nèi)安全巖柱后，其特征在于所述結(jié)構(gòu)依次包括反濾層、抗沖擊層以及密封收集層；其中，所述反濾層最接近安全巖柱；所述密封收集層上設(shè)有瓦斯收集排出通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止煤與瓦斯突出的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述反濾層由密度 大、抗沖擊能力強(qiáng)的材料堆積而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的防止煤與瓦斯突出的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述反濾層由砂 礫石構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止煤與瓦斯突出的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述抗沖擊層是由抗 沖擊能力強(qiáng)的材料構(gòu)成的柵欄。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的防止煤與瓦斯突出的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述抗沖擊層由 金屬材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止煤與瓦斯突出的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述密封收集層包括 密封門(mén)，門(mén)體兩側(cè)與巷道內(nèi)壁間設(shè)有密封墻，一側(cè)墻體上設(shè)有放炮電纜通道，另一側(cè)墻體上 設(shè)有瓦斯收集排出通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的防止煤與瓦斯突出的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述密封門(mén)呈拱弧形 朝向抗沖擊層。
8.利用權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)防止煤與瓦斯突出的方法，依次包括以下步驟1)在巷道內(nèi)的安全巖柱后將密度大、抗沖擊能力強(qiáng)的材料堆積成反濾層，用以抵抗揭 煤時(shí)煤體發(fā)生的突出，同時(shí)利用堆積材料間的孔隙，實(shí)現(xiàn)瓦斯的滲流2)在反濾層外壁處設(shè)置抗沖擊能力強(qiáng)的材料構(gòu)成的抗沖擊層，用以雙重抵抗揭煤時(shí)煤 體和瓦斯發(fā)生的突出。3)在抗沖擊層后設(shè)置密封收集層，利用抗沖擊層與密閉收集層之間的空間蓄積瓦斯， 并通過(guò)瓦斯收集排出通道排至地面。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種防止煤與瓦斯突出的結(jié)構(gòu)，以及利用該結(jié)構(gòu)防止突出的方法。結(jié)構(gòu)設(shè)置于巷道內(nèi)安全巖柱后，依次包括反濾層、抗沖擊層以及密封收集層；其中反濾層最接近安全巖柱；密封收集層上設(shè)有瓦斯收集排出通道。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，且能有效降低煤層瓦斯壓力梯度，利用該結(jié)構(gòu)不但能夠?qū)崿F(xiàn)防止煤與瓦斯突出的目的，還由于密閉收集層的前期施工可以與前方巷道掘進(jìn)同步進(jìn)行，砂礫石反濾層安裝所需時(shí)間短，從而縮短了井下揭煤所需的施工時(shí)間，提高了工作效率。
文檔編號(hào)E21F7/00GK101975076SQ20101029373
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者謝焰 申請(qǐng)人:安徽理工大學(xué)