瓦斯爆炸与岩爆的防治

（一）瓦斯爆炸

瓦斯突出后，若遇有燃火点极易发生爆炸。瓦斯爆炸是煤矿的一种主要地质灾害。

1.瓦斯爆炸的危害方式

一般认为，在正常压力下，瓦斯的引火温度是650～750℃。无论明火、电火花、摩擦热生火花及火药爆破，均可点燃瓦斯与空气的混合物而引起爆炸。瓦斯爆炸或瓦斯与煤尘联合爆炸不仅出现高温，而且爆炸压力所产生的冲击破坏力也相当大。煤矿瓦斯爆炸产生的瞬间温度可达1850～2650℃，压力可达初始压力的9倍。发生瓦斯连续爆炸时，可出现很高的冲击压力。

瓦斯爆炸火焰前沿的传播速度，最大为2500m/s。当火焰前沿通过时，井下人员从皮肤到五官均可烧焦。井下设备由于爆炸的高压作用可深陷到岩石内，爆炸的冲击波还可破坏巷道、引起冒顶垮帮等其他灾害。

爆炸冲击波的传播速度最大可达2000m/s，冲击破坏力极强。在爆炸波正向冲击过程中，由于内部形成真空，压力降低，外部压力相对增大，结果空气返回后又形成反向冲击。这种反向冲击虽然速度较前者为慢，但因氧气的补充可能造成二次或多次瓦斯爆炸，其破坏力往往更大。

2.瓦斯爆炸灾害的预防措施

瓦斯积聚达到引爆浓度是发生瓦斯爆炸事故的物质基础，而引燃瓦斯的火种主要来自于管理不善，技术上的原因占少数。因而可以说，这种频率较大而严重程度极高的瓦斯爆炸灾害几乎全部是人为致灾。因此，预防瓦斯爆炸主要应从防止瓦斯积聚和杜绝引爆火种两个方面入手。

（1）防止瓦斯积聚

防止瓦斯积聚的措施主要包括如下几方面：

1）确保矿井通风。矿井通风是防止瓦斯积聚的有效预防措施，“无风不作业”是矿工们代代相传的“座右铭”。所有矿井都应实行机械通风，入风道布置单独回风道，实行分区并联通风。此外，要注意防止漏风，主要进出风巷道要密闭。通风设施要严格按标准施工。

2）及时处理积存的瓦斯。井下易于发生瓦斯积聚的地点有回采工作面上隅角、冒顶顶拱处以及采空区密闭不严的地方等。对这些地方都要及时采取相应的措施，或排、或堵，及时有效地处理瓦斯的积聚。

3）抽放瓦斯。将开采煤层或采空区中的瓦斯用钻孔或专用抽放巷道、管道、真空泵等直接抽吸到地面加以利用，变害为利。这是防止瓦斯爆炸的根本性措施之一，但这项措施往往受到煤层构造、瓦斯蕴藏量、生产强度、通风能力等因素的限制。

4）建立严格的瓦斯检查制度。每个矿井都必须建立瓦斯检查制度，配备专用仪器，定时检查巷道内的瓦斯含量，对含量超过检限的地方，要及时采取措施加以处理。

（2）杜绝瓦斯爆炸火种

杜绝瓦斯爆炸火种的措施主要包括如下几方面：

1）严禁明火。严格禁止携带烟草及点火工具下井，井下严禁使用灯泡或电炉取暖。井下和井口不准从事电焊、气焊和喷灯等焊接工作，如果必须使用，则需采取必要的安全措施。为防止摩擦生热产生火花，镐尖、手锤刃上要包上铜。

2）加强防爆电器的管理，防止电火花引燃。瓦斯矿井应选用矿用安全型、防爆型或火花型电器设备。使用过程中要经常检查维护，使其保持良好的防爆性能。

3）加强火药管理，遵守安全爆破制度。放炮前后要检查瓦斯含量，瓦斯超限时不准放炮。

4）严格管理自然发火区，注意防火，加强火区内有毒气体及瓦斯浓度的检查。

（二）岩爆

岩爆又称冲击地压，是指承受强大地压的脆性煤、矿体或岩体，在其极限平衡状态受到破坏时向自由空间突然释放能量的动力现象，是一种采矿或隧道开挖活动诱发的地震。在煤矿、金属矿和各种人工隧道中均有发生。

岩爆发生时，岩石碎块或煤块等突然从围岩中弹出，抛出的岩块大小不等，大者直径可达几米甚至几十米，小者仅几厘米或更小。大型岩爆通常伴有强烈的气浪巨响，甚至使周围的岩体发生振动。岩爆可使硐室内的采矿设备和支护设施遭受毁坏，有时还造成人员伤亡。

岩爆的防治问题虽然目前尚难彻底解决，但在实践中已摸索出一些较为有效的方法，根据开挖工程的实际情况，可采取不同的防治方法。

1.设计阶段的防治对策

1）硐轴线的选择：人们通常认为硐轴线方向应与最大主应力方向平行，以改善硐室结构的受力条件。然而，使硐室相对稳定的受力条件是围岩不产生拉应力、压应力均匀分布和切向压应力最小。在选择轴线方向时应多方面比较选择，以减少高地应力引发的不利因素。

2）硐室断面形状选择：硐室断面形状一般有圆形、椭圆形、矩形和倒U形等。当断面的宽高比等于侧压系数（λ）时，可综合考虑各种因素确定硐室断面形状。

2.施工阶段的防治对策

防治对策主要包括下面几方面：

1）超前应力解除法：在高地应力区，硐室开挖后易产生超高应力集中。为了有效地消除应力集中现象，可采取预切槽法、表面爆破诱发法和超前钻孔应力解除法等提前释放地应力。在岩爆危险地带钻浅孔进行爆破，造成围岩表部松动带，可有效防止破坏性岩爆的发生。开采煤层时，首先开采无冲击地压或冲击地压小的煤层，作为解放压力层。回采时，要用全面陷落法管理顶板，不留煤柱；对不易冒落的顶板要采用深孔爆破法或强力高压注水法强制放顶。

2）喷水或钻孔注水促进围岩软化：在硐室易发生岩爆地段，爆破后立即向工作面新出露围岩喷水，既可降尘又可缓释围岩应力。因为注水使裂纹尖端能量降低，裂纹扩张传播的可能性减小，裂纹周围的热能转为地震能的效率随之降低。从而减小剧烈爆破的危险性。

3）选择合适的开挖方式：岩爆是高压力集中的结果，因此，开挖时可采取分步开挖的方式，人为地给围岩岩体提供一定的变形空间，使其内部的高应力得以缓慢降低，从而达到预防岩爆的目的。

4）减少岩体暴露的时间和面积：在短进尺、多循环的施工作业过程中，应及时支护，以尽量减少岩体暴露的时间和面积，防止岩爆发生。

5）岩爆发生的处理措施：一旦发生岩爆，应彻底停机、待避，对岩爆的发生情况进行详细观察并如实记录，仔细检查工作面、边墙或拱顶，及时处理、加固岩爆地段。

6）合理选择围岩的支护加固措施：使开挖的硐室周边或前方掌子面的围岩岩体从单向应力状态变为三向应力状态；同时，围岩加固措施还具有防止岩体弹射和塌落的作用。主要的支护加固措施有：①喷混凝土或钢纤维喷混凝土加固；②钢筋网喷混凝土加固；③周边锚杆加固；④格栅钢架加固；⑤必要时可采取超前支护。