专利名称：一种防止煤与瓦斯突出的结构及防止突出的方法
技术领域：
本发明涉及采矿业的安防技术领域，特别是涉及石门揭煤过程中一种防止煤与瓦 斯突出的结构，以及利用该结构防止突出的方法。
背景技术：
煤与瓦斯突出是主要的矿井灾害之一。如果发生这种灾害事故，就会造成大量的 煤与瓦斯抛向巷道，推倒设备和支架，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，又会导致瓦斯爆炸和燃烧事故，危及整个矿井的生产和工人的 生命安全。这一灾害在我国尤为突出，大约占全世界灾害总数的1/3以上。在各类突出事 故中，石门揭煤时发生突出的几率最高，突出强度也最大。目前用于石门防突的有效措施有 超前钻孔、松动爆破、水力冲孔、煤层注水等，以上各种防突技术措施中，有的实施时间长， 有的实施起来比较困难。
发明内容
针对以上现有技术中存在的不足，本发明提供了一种结构简单、操作简便，且能有 效降低煤层瓦斯压力梯度，用于防止煤与瓦斯突出的结构以及利用该结构防止煤与瓦斯突 出的方法。本发明的第一方案是提供一种防止煤与瓦斯突出的结构，该结构设置于巷道内安 全岩柱后，所述结构依次包括反滤层、抗冲击层以及密封收集层；其中，所述反滤层最接近安全岩柱；所述密封收集层上设有瓦斯收集排出通道。所述反滤层由密度大、抗冲击能力强的材料堆积而成。所述反滤层由砂砾石构成。所述抗冲击层是由抗冲击能力强的材料构成的栅栏。所述抗冲击层由金属材料制成。所述密封收集层包括密封门，门体两侧与巷道内壁间设有密封墙，一侧墙体上设 有放炮电缆通道，另一侧墙体上设有瓦斯收集排出通道。所述密封门呈拱弧形朝向抗冲击层。本发明的第二方案是提供一种利用以上结构防止煤与瓦斯突出的方法，依次包括 以下步骤1)在巷道内的安全岩柱后将密度大、抗冲击能力强的材料堆积成反滤层，用以抵 抗揭煤时煤体发生的突出，同时利用堆积材料间的孔隙，实现瓦斯的渗流2)在反滤层外壁处设置抗冲击能力强的材料构成的抗冲击层，用以双重抵抗揭煤 时煤体和瓦斯发生的突出。3)在抗冲击层后设置密封收集层，利用抗冲击层与密闭收集层之间的空间蓄积瓦 斯，并通过瓦斯收集排出通道抽排收集。
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本发明的原理为反滤层控突原理，即为揭煤前，反滤层孔隙中的气体压力等于巷道气体压力(约 为1大气压)。利用爆破进行揭煤，揭煤后的瞬间，煤体内瓦斯压力与反滤层孔隙中气体压 力之差较大，若煤体内瓦斯压力梯度大于煤体失稳临界气压梯度时，煤体发生小型突出。突 出物聚集在砂砾石反滤层的孔隙中，由于砂砾石反滤层减小了渗流断面、延长了渗流途径、 增加了渗流阻力，使反滤层孔隙中的气体压力迅速升高，导致煤体内瓦斯压力梯度减小。当 瓦斯压力梯度小于煤体失稳临界瓦斯压力梯度时，突出停止，实现煤体“自稳”，减小了突出 强度。此后，瓦斯以渗流的形式“平稳”地沿砂砾石反滤层的孔隙间流动，由安装在密闭门 门侧的管道排至地面。待密封门内巷道中的瓦斯压力降至巷道正常压力后，通过巷道原有 的通风系统降低密封室瓦斯浓度，待密封室内瓦斯浓度达到安全值以下时，开启密封门，进 行装岩开挖。由于反滤层的渗透性远高于煤层，因此，反滤层内瓦斯压力降低所需的时间较 短。本发明的有益效果为本发明结构简单、操作简便，且能有效降低煤层瓦斯压力梯度。而且与直接采用金 属栅栏作为抗冲击层的防突措施相比，可以进一步减小爆破揭煤的突出强度。这是由于金 属栅栏防突是靠爆破揭煤发生突出后充填在金属栅栏前方的煤块或煤粉来实现巷道增压 的，而本发明方法中位于金属栅栏前方的砂砾石反滤层实质上起到了代替煤块和煤粉的作 用，因此可以减小突出的强度。本发明除了能实现防止煤与瓦斯突出的目的之外，由于密闭 收集层的前期施工与前方巷道掘进同步进行，砂砾石反滤层安装所需时间短，从而缩短了 井下揭煤所需的施工时间，提高了工作效率。
图1为本发明的结构示意图。图中1为巷道；2为安全岩柱；3为反滤层；4为抗冲击层；5为密封收集层；6为密 封门；7为密封墙；8为放炮电缆通道；9为瓦斯收集排出通道；10为煤层。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步详细说明。本发明提供了一种防止煤与瓦斯突出的结构，以及利用该结构防止突出的方法。如图1所示，本发明的具体结构如下本发明的结构用于防止石门揭煤过程煤与瓦斯突出，故需要设置在巷道1内的安 全岩柱2后，主要由反滤层3、抗冲击层4以及密封收集层5构成。其中反滤层3最接近安 全岩柱2，一般由具有一定粒径、密度大、抗冲击能力强的材料堆积而成。本发明中采用的材 料是砂砾石，用网袋套装后填塞到巷道1内的安全岩柱2后，用以抵抗揭煤时煤体发生的突 出，同时利用堆积材料间的孔隙，实现瓦斯的渗流。安全岩柱2与反滤层3之间也留有一定 的距离，以保证揭煤放炮的效果。而在反滤层3之后，间隔一定缓冲距离设置的抗冲击层4，也是由抗冲击能力强的 材料构成，本发明中采用的是金属材料，一般制成栅栏形状用于二次抵抗揭煤时煤体发生 的突出，同时也利用栅栏的间隙来实现瓦斯的渗流。
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最外层的是密封收集层5，包括密封门6，门体6两侧与巷道1内壁间设有密封墙 7，一侧墙体上设有电缆通道8，另一侧墙体上设有瓦斯收集排出通道9。同时，密封收集层 5与抗冲击层4之间留有一定的空间，可以用于有效地蓄积渗流出来的瓦斯，而空间内的瓦 斯则由收集排出通道9抽排至地面。而密封门6朝向抗冲击层4的拱弧形设计，有利于释 放空间气体对于门体的压力，同时利于瓦斯气流流向门体侧面，便于瓦斯气体的收集。对于以上结构，在实际应用中的设置顺序为1)在巷道1内的安全岩柱2后将密度大、抗冲击能力强的材料堆积成反滤层3，用 以抵抗揭煤时煤体发生的突出，同时利用堆积材料间的孔隙，实现瓦斯的渗流2)在反滤层3外壁处抗冲击能力强的材料构成的抗冲击层4，用以二次抵抗揭煤 时煤体和瓦斯发生的突出。3)在抗冲击层4后设置密封收集层5，利用抗冲击层与密闭收集层之间的空间蓄 积瓦斯，并通过瓦斯收集排出通道抽排收集。本发明有效地应用了反滤层控突原理，因为在揭煤前，反滤层3孔隙中的气体压 力等于巷道1内的气体压力(约为1大气压)。利用爆破进行揭煤，在揭煤后的瞬间，煤体 内瓦斯压力与反滤层3孔隙中气体压力之差较大，若煤体内瓦斯压力梯度大于煤体失稳临 界气压梯度时，煤体发生小型突出。突出物聚集在砂砾石反滤层3的孔隙中，由于砂砾石反 滤层3减小了渗流断面、延长了渗流途径、增加了渗流阻力，使反滤层孔隙中的气体压力迅 速升高，导致煤体内瓦斯压力梯度减小。当瓦斯压力梯度小于煤体失稳临界瓦斯压力梯度 时，突出停止，实现煤体“自稳”，减小了突出强度。此后，瓦斯以渗流的形式“平稳，，地沿砂 砾石反滤层3的孔隙间流动，由安装在密封门6门侧的瓦斯收集排出通道9排至地面。待 密闭门6内巷道1中的瓦斯压力及浓度达到安全值以下时，开启密闭门6，即可继续施工。 由于反滤层3的渗透性远高于煤层10，因此，反滤层3内瓦斯压力降低所需的时间较短。本发明与直接采用金属栅栏的防突措施相比，可以进一步减小爆破揭煤的突出强 度。这是由于金属栅栏防突是靠爆破揭煤发生突出后充填在金属栅栏前方的煤粉来实现巷 道增压的，而本发明方法中位于金属栅栏前方的砂砾石反滤层3实质上起到了代替煤粉的 作用，因此，可以减小突出的强度。本发明除了能实现防止煤与瓦斯突出的目的之外，由于 密闭收集层5的前期施工可以与前方巷道1掘进同步进行，砂砾石反滤层3安装所需时间 短，从而缩短了井下揭煤所需的施工时间，提高了工作效率。
权利要求
一种防止煤与瓦斯突出的结构，设置于巷道内安全岩柱后，其特征在于所述结构依次包括反滤层、抗冲击层以及密封收集层；其中，所述反滤层最接近安全岩柱；所述密封收集层上设有瓦斯收集排出通道。
2.根据权利要求1所述的防止煤与瓦斯突出的结构，其特征在于所述反滤层由密度 大、抗冲击能力强的材料堆积而成。
3.根据权利要求1或2所述的防止煤与瓦斯突出的结构，其特征在于所述反滤层由砂 砾石构成。
4.根据权利要求1所述的防止煤与瓦斯突出的结构，其特征在于所述抗冲击层是由抗 冲击能力强的材料构成的栅栏。
5.根据权利要求1或4所述的防止煤与瓦斯突出的结构，其特征在于所述抗冲击层由 金属材料制成。
6.根据权利要求1所述的防止煤与瓦斯突出的结构，其特征在于所述密封收集层包括 密封门，门体两侧与巷道内壁间设有密封墙，一侧墙体上设有放炮电缆通道，另一侧墙体上 设有瓦斯收集排出通道。
7.根据权利要求6所述的防止煤与瓦斯突出的结构，其特征在于所述密封门呈拱弧形 朝向抗冲击层。
8.利用权利要求1所述的结构防止煤与瓦斯突出的方法，依次包括以下步骤1)在巷道内的安全岩柱后将密度大、抗冲击能力强的材料堆积成反滤层，用以抵抗揭 煤时煤体发生的突出，同时利用堆积材料间的孔隙，实现瓦斯的渗流2)在反滤层外壁处设置抗冲击能力强的材料构成的抗冲击层，用以双重抵抗揭煤时煤 体和瓦斯发生的突出。3)在抗冲击层后设置密封收集层，利用抗冲击层与密闭收集层之间的空间蓄积瓦斯， 并通过瓦斯收集排出通道排至地面。
全文摘要
本发明提供了一种防止煤与瓦斯突出的结构，以及利用该结构防止突出的方法。结构设置于巷道内安全岩柱后，依次包括反滤层、抗冲击层以及密封收集层；其中反滤层最接近安全岩柱；密封收集层上设有瓦斯收集排出通道。本发明结构简单、操作简便，且能有效降低煤层瓦斯压力梯度，利用该结构不但能够实现防止煤与瓦斯突出的目的，还由于密闭收集层的前期施工可以与前方巷道掘进同步进行，砂砾石反滤层安装所需时间短，从而缩短了井下揭煤所需的施工时间，提高了工作效率。
文档编号E21F7/00GK101975076SQ20101029373
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者谢焰 申请人:安徽理工大学