防治煤与瓦斯突出讲座.ppt

防治煤与瓦斯突出讲座,一、煤与瓦斯突出概念及机理1、煤与瓦斯突出煤（岩）与瓦斯突出在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体岩体内突然向采掘空间抛出的异常的动力现象。这里所指的突出是煤与瓦斯突出、煤的突然倾出、煤的突然压出、岩石与瓦斯突出的总称。2、煤与瓦斯突出的机理。突出的机理是关于解释突出的原因和过程的理论。突出是十分复杂的自然现象，它的机理还没有统一的见解，假说很多。目前世界上存在着煤与瓦斯突出机理的有4大类27种假说。即,一瓦斯为主导作用的假说,1、“瓦斯包”说；2、突出波说；3、裂缝堵塞说；4、闭合孔隙说；5、瓦斯膨胀说；6、卸压瓦斯说认为突出煤层的透气性较低，瓦斯难以流出。由于采掘而使之卸压，迅速压的瓦斯造成瓦斯压力升高，将分散的煤迅速抛出或向巷道挤出；7、瓦斯说；8、瓦斯粉煤说认为突出时的粉煤原来就存在煤层中。当有瓦斯时，这些粉煤就象流体一样，瓦斯压力不大时就能引起突出。9、地质破坏带说认为由于有地质破坏带的存在，潜藏着一定数量的高压瓦斯。10、瓦斯解吸说认为卸压时煤的微孔隙扩张，孔隙吸附潜能降低，吸附、吸着瓦斯解吸，使瓦斯压力增高，可破坏不坚硬的煤，而引起突出。,（二）地压为主导作用的假说,1、岩石变形潜能说认为突出是由于积聚在煤层周围的变形的弹性岩石的潜能所引起的，而这种潜能则是以往发生过的地质构造变动所造成的。2、集中应力说3、塑性变形说4、振动波动说5、应力叠加说认为瓦斯突出是由于地质构造应力、火山与岩浆活动的热力变形应力、自重应力、采掘压力和放顶作用而造成的；6、放炮突出说7、顶板位移不均匀说,（三）化学本质说,1、瓦斯水化物说2、“爆炸的煤”说3、“重煤”说4、地球化学说5、硝基化合物说以上各种单项假说往往与突出的实际情况不符，或不能对井下煤瓦斯突出现象作出解释。,（四）综合假说,1、能量说它是苏联B。B霍多特提出的，认为突出是煤的变形潜能和瓦斯内能所引起的。2、应力分布不均匀说；3、破坏区说日本的矶部俊郎认为，突出是瓦斯压力和地应力共同作用的结果。在高压力作用下，由强度最小点首先发生破坏在其周围造成应力集中，使破坏向邻点扩展而形成破坏区，由于煤体破坏释放的弹性能供给热量使吸着瓦斯得到解吸，并使煤的内摩擦力下降，变成易流动状态而发生煤与瓦斯突出。4、动力效应说5、游离瓦斯压力说法国的耿代尔等人认为，突出是综合作用的结果，但游离瓦斯压力是发动突出的力量，解吸的吸着瓦斯只是参与了煤搬运过程。,上述各种综合他说，虽然“瓦斯”说、“地压”说和“化学”说等单项假说有所进步。但是，除应力分布不均匀说外，其它假说最大的弱点是没有考虑构造应力在突出中的作用。因此，不能圆满地解释突出的区域性分布、煤层自行揭开，过煤门的大强度突出等问题，而应力分布不均匀说，则对瓦斯的作用考虑不够，对过煤门时的大强度突出，突出的时瓦斯量超过煤层瓦斯含量数十倍的现象，同样不能解释。突出是十分复杂的自然现象，它的机理还没有统一的见解，假说很多。多数人认为，突出是地压、瓦斯、煤的力学性质和重力综合作用的结果。我国比较赞同的是瓦斯压力和地应力的综合作用学说的观点。所以，煤矿安全规程把煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出解释为在地应力和瓦斯（二氧化碳）的共同作用下，破碎的煤（岩）和瓦斯（二氧化碳）由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的动力现象。,二、煤与瓦斯突出的分类及其特征（一）分类按照煤与瓦斯动力现象的成因进行分类分为煤的突然倾出、煤的突然压出、煤和瓦斯突出。（二）各类煤与瓦斯动力现象的特征1、煤的突然倾出的特征主要动力源是由重力引起，瓦斯压力促进重力作用的显现，所以煤的倾出能引起或转化为煤和瓦斯突出。●倾出空洞具有较规则的几何形状（椭圆形、梨形等），在上山的空洞常沿煤层倾斜延伸、多为梨形；在平巷，空洞多分布在上方及上隅角，椭圆形较多，一般空洞的上部带自然拱的稳定形状。●倾出的煤主要是碎煤，有时也能见到少量粉煤，无分选现象；,1、煤的突然倾出的特征其主要动力源是由重力引起，瓦斯压力促进重力作用的显现，所以煤的倾出能引起或转化为煤和瓦斯突出。,●倾出空洞具有较规则的几何形状（椭圆形、梨形等），在上山的空洞常沿煤层倾斜延伸、多为梨形；在平巷，空洞多分布在上方及上隅角，椭圆形较多，一般空洞的上部带自然拱的稳定形状。倾出的煤主要是碎煤，有时也能见到少量粉煤，无分选现象；煤的抛出距离及堆积情况，取决于煤量的多少。一般不超过50米；堆积坡面角，一般近于自然安息角，沿倾斜空洞发生强大的倾出时，堆积坡面角可能小于自然安息角；倾出的煤量由数十吨到数百吨，但多数情况不超过100吨,●煤倾出的瓦斯涌出量取决于煤层瓦斯含量，每吨倾出煤的瓦斯涌出量小于或近于煤层瓦斯含量。瓦斯不会逆风流运行，在正常通风条件下，一般经1小时左右能降至正常；●动力效应一般不大，可以推倒空矿车、折断木支架等；●在倾出前经常出现的预兆是煤的硬度降低，煤体开裂，从工作面掉煤渣，支架压力增加，有时煤体上也出现劈裂声和闷雷声；●倾出常发生在煤质松软的急倾斜煤层中。,2、煤的突然压出的特征煤的突然压出是由构造应力或开采集中应力引起的，瓦斯起次要作用。,●压出有两种形式，整体位移或煤有一定距离的抛出，但位移或抛出的距离很小；●压出后，在煤层与顶板之间的裂隙中常留有粉煤，整体位移的煤有大量的裂隙；●压出的煤是块状，无分选现象；●巷道瓦斯涌出量增大；●压出可能无孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞。,3、煤与瓦斯突出（简称突出）的特征煤与瓦斯突出（简称突出），实现的基本能源是煤内积蓄的高压瓦斯能。,突出的煤向外抛出的距离较远，抛距取决于突出的强度，抛出的煤堆积角；突出的一个重要特征是喷出的煤具角有分选现象；抛出的煤破碎程度高，含有大量的煤块和手捻无粒感的粉煤；有明显的动力效应，破坏支架、推倒矿车、破坏和抛出安装在巷道内的设施；突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形以及其它岔形等。,三、煤与瓦斯突出的预兆及规律,1、煤与瓦斯突出的预兆有声和无声预兆有声预兆（1）响煤炮；（2）它有声预兆支架断裂、打钻喷煤、喷瓦斯等。无声预兆（1）煤层结构构造方面的表现；（2）地压显现方面的表现；（3）其它方面的表现。如瓦斯涌出异常，忽大忽小，煤尘增大，空气气味异常、闷人，有时变冷变热，煤体变冷等。,2、煤与瓦斯突出的一般规律,1）地压是发生突出的主要动力①突出的危险性随着煤层的埋藏深度的增加而增加；②采掘工作形成的集中应力区是突出点密集区；③突出危险区集中在地质构造带呈带状分布华蓥山中段多处于断层、小褶曲和背斜轴部（见防治煤与瓦斯突出论文集P71-张光林）④产生强烈震动的采掘作业可能诱发突出；⑤受煤自重的影响，上山掘进头发生突出的次数多，强度小；下山掘进头发生的次数少，强度稍大；,2）瓦斯是抛出煤体完成突出过程的主要动力①突出危险煤层的瓦斯压力一般在0.7--1.0MPa，同一煤层中瓦斯压力越高的区域，突出的危险性越大；②突出危险煤层的瓦斯含量和开采时的瓦斯涌出量都有在10m3/t以上。突出发生时，吨煤瓦斯喷出量是煤层瓦斯含量的几倍至几百倍。③突出气体的种类主要是甲烷，个别矿井突出二氧化碳，突出丽斯中含有少量重烃类气体。,33）煤的物理力学性质决定发生发展的难易①突出的次数和强度随着煤层厚度，特别是软分层厚度的增加而增多，突出最严重的煤层一般是最厚的煤层；②突出的危险性随着煤层的倾角的增大而增加；③突出煤层的特点是强度低,3、煤与瓦斯突出的危害一是对人的危害高浓度的瓦斯窒息事故和煤体埋人事故。如高一矿1998年8月的一次煤瓦斯突出，一人被煤埋死，一人被瓦斯窒息死亡。高二矿1985年9月28日的一次煤与瓦斯突出，3人被埋死（这一次突出的煤层倾角55度，突出的煤的堆积角为40度左右，无分选性，倾出的煤量84吨，涌出的瓦斯量仅有1247立方米）二是毁坏巷道和设备主要是动力效应搬运设备和强大的地应力的作用下，使大量的煤体受到破坏而毁坏巷道。三是大量的瓦斯会导致风流逆转。1989年8月9日高二矿313区二段第一开切眼，瓦斯逆流80米。2004年10月20日，河南省郑州煤业集团公司大平煤矿发生一起特大型煤与瓦斯突出而引发的特别重大瓦斯爆炸事故，造成１４８人死亡，３２人受伤。原因就是煤与瓦斯突出后的瓦斯逆流，高浓度瓦斯进入大巷新鲜气流，达到爆炸界限，遇到架线式电机车产生的火花，发生瓦斯爆炸。,四、预防煤与瓦斯突出的主要技术措施防突措施分类区域性防突措施实施以后可使较大范围煤层消除突出危险性的措施，称为区域性防突措施；局部防突措施实施以后可使局部区域如掘进工作面消除突出危险性的措施称为局部防突措施。一、区域性防突措施区域性防突措施主要有开采保护层和预抽煤层瓦斯两种。,1、区域性防突措施1）保护层为消除或削弱相邻煤层的突出或冲击地压危险而先开采的煤层或矿层。本矿区无此条件。2）预抽煤层瓦斯单一的突出危险煤层和无保护层可采的突出煤层群，可采用预抽煤层瓦斯防治突出的措施，但必须遵守下列规定⑴钻孔应控制整个预抽区域并均匀布孔；⑵预抽煤层瓦斯防治突出措施的有效性指标，应根据矿井实测资料确定，报矿务局总工程师批准后执行。3预抽煤层瓦斯钻孔可采用沿煤层或穿层布置方式。在未受保护的煤层中掘进钻场或掘进打钻所需要的煤巷时，都有必须采取防治突出措施。,4）预抽预抽煤层瓦斯防治突出措施的有效性指标，应根据矿井实测资料确定。如果无实测数据，可参考下列指标突出煤层工作面采掘作业前必须将控制范围内煤层的瓦斯含量降到煤层始突深度的瓦斯含量以下或将瓦斯压力降到煤层始突深度的煤层瓦斯压力以下。若没能考察出煤层始突深度的煤层瓦斯含量或压力，则必须将煤层瓦斯含量降到8m3/t以下，或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa（表压）以下。煤层的专斯预抽率应大于25。突出煤层区域性预测区域预测应预测煤层和煤层区域的突出危险性，并应在地质勘探、新井建设、新水平、新采区开拓和准备时进行。预测煤层突出危险性指标可采用煤的破坏类型、瓦斯放散初速度（⊿p）、煤的坚固性系数（f）和煤层瓦斯压力（p），其判断煤层突出危险性的临界值，应根据矿井的实测资料确定，如无实测资料时，可参照表1和表2所列数据划分。,主要措施1、松动爆破。,二局部防突措施,作用机理主要是瓦斯压力降低、透气性增加、预排大量瓦斯、卸压和降低煤体温度等（见防治煤与瓦斯突出论文集P143-张光林）,2、孔排放瓦斯3.5-4.5孔/m2。作用机理预排瓦斯卸压,3、水力冲孔---在煤岩柱保护下，高压水。作用机理其实质就是将突出的能量化敕敕整为零地逐步释放，以便在揭煤和掘进时不发生突出。,,4、超前钻孔。作用机理预排瓦斯降低瓦斯压力,5、金属骨架。,作用机理增强抵挡力,6、超前支架。作用机理增强抵挡力,作用机理以卸地压为主,7、卸压槽,,1）石门揭煤工作面防治突出措施石门揭开突出煤层前，应首先采用综合指标K值的方法初步预测工作面前方煤层的突出危险性；其后必须在此基础上进一步采用测定煤层瓦斯压力的方法或石门钻屑指标法或钻孔法预测工作面前方煤层的突出危险性。,2）煤层掘进工作面防治突出措施煤巷掘进工作面前方煤层的突出危险性可采用下列方法之一进行预测1、钻孔瓦斯涌出初速度法；2、R值指标法；3、钻屑指标法；4、钻孔法；5、其他经试验证实有效且经过鉴定的方法。,钻孔布置于软煤分层中，从孔深的2m段开始，每钻进1.0m测定一次钻屑量S，每钻进1.5m测定一次瓦斯涌出初速度（q），测量室长度为1.0m，测试的准备时间限定在2min内，可参考表7规定指标判别煤层的突出危险性。表7钻孔法预测预报工作指标,若预测为突出危险，必须采取钻孔抽放、排放卸压或深孔松动爆破等防治突出的技术措施。若预测为无突出危险，又未发现其他突出预兆，则留不少于5m的预测超前距。,3）回采工作面防治突出措施回采工作面开采前，应根据掘进过程中瓦斯涌出及揭露的地质构造、煤层赋存、煤体结构、矿山压力显现等情况，对工作面突出危险性进行综合分析，划分出不同突出危险等级地带，以便对工作面实行突出危险性分级分带管理。回采工作面采用钻孔法预测煤层的突出危险性，其方法可采取钻孔法、钻屑指标法或其它经试验证实有效的方法。1、采煤工作面预测孔间距突出威胁带及实施了本层抽放孔控制的范围，沿工作面每隔10-15m布置一个预测孔；本层抽放孔未控制的范围间隔5-10m布置一个测孔；断层构造两侧5－10m范围内间隔3－4m布置一个测孔。孔长不得小于3.5m，一般为8-10m，孔径42mm。2、预测方法、测试参数、判别指标与掘进工作面相同。预测为无突出危险时，每个预测循环应留不小于2m的超前距（安全屏障）。3、预测孔必须布置在软煤分层或相对较软的煤分层内。,4、采煤工作面预测孔前后循环必须错开布置。有突出危险的回采工作面可采用超前预抽、顺层抽放、顺层排放、松动爆破、注水湿润煤体等防治突出措施。超前预抽措施超前预抽应形成顺层预抽、底板穿层或邻近层预抽的抽放格局，可参见本细则区域预抽措施执行。顺层排放措施该措施的孔径65-90mm，孔长不小于30-50m，孔距2-3m，可沿工作面上下顺槽布置钻孔。2、浅孔排放措施该措施适用于煤层透气性较好、有自喷能力、煤层松软的回采工作面，它是沿工作面布置排放瓦斯钻孔。排放孔布置的有关参数应根据矿井实测数据确定，如果无实测数据，钻孔间距可采用42mm钻孔的间距为1.5-2m，75mm钻孔的间距为2.5m，钻孔长度8-12m。排放孔必须布置于构造煤层或相对较软的煤分层内。,松动爆破措施松动爆破防治突出措施适用于煤质较硬、稳定性较好的回采工作面。该措施是沿工作面布置松爆孔，孔径42mm，孔深不小于3-5m，孔距2-3m，炮泥长度不小于1m。煤体注水措施该措施适用于煤质较硬、自喷能力较弱、地应力显现明显、以地应力为主导突出的回采工作面。它是沿工作面每隔2-3m打一个深度不小于3m的注水孔；向煤体注水的注水压力不得低于8MPa，一般为13-15MPa。注水时，发现水由煤壁或相邻注水钻孔中流出时，即可停止注水。有条件时，也可利用其他钻孔对煤体注水。,（五）安全防护措施,一般规定1、井巷揭穿突出煤层或井巷揭穿按防治突出区域管理的煤层和在突出煤层中进行采掘作业时都必须采取安全防护措施。安全防护措施包括震动放炮、远距离放炮、避难所、压风自救系统和隔离式自救器等。防突头面都必须执行防突报告单制度和放炮许可制度。2、井巷揭穿按防突区域管理的煤层之前，若预测具有突出危险，则必须实施“密钻孔，高负压，强力抽”措施，瓦斯预抽率达到25以上，且经检验指标不超限，又无其他突出预兆后，方可采取震动性放炮、远距离放炮或非震动炮快速揭煤措施揭煤。采用震动性放炮或远距离放炮措施的揭煤工作面距突出煤层之间必须保持一定厚度的岩柱，岩柱尺寸应根据防突措施的要求、岩石的性质、煤层倾角等确定，距煤层的最小距离急倾斜煤层2m，倾斜、缓倾斜煤层1.5m，如果岩石松软、破碎，还应适当增加垂距。,若预测为无突出危险时，可不采取防治突出的措施，但必须采用震动性放炮揭穿煤层。当石门揭穿厚度小于0.3m的突出煤层时，可直接采用震动放炮揭穿煤层。安全设施及安全装备1、矿井必须装备安全监控系统，监控系统必须具有闭锁、自动解锁功能以及甲烷断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能。传感器的种类可参照煤矿安全规程第一百七十五条执行，但数量应满足本矿井的要求，并有一定的备用量。各类传感器的设置应按照煤矿安全规程2004年版和矿井通风安全监测装置使用管理规定95年版的有关规定执行。2、矿井必须按规定配置足够数量的便携式瓦斯报警仪，班组长以上的管理人员和零星作业人员下井必须佩带便携式瓦斯报警仪。各采掘工作面必须配备专职瓦斯检查员跟班检查瓦斯。,3、矿井必须按规定配备隔离式自救器，配备的数量以井下大班最多人数人手一台为准，并有不少于20的备用量。凡下井人员必须佩带隔离式自救器。4、有突出危险的采掘工作面必须设置压风自救系统。掘进工作面碛头向外不超过40m设一组，放炮地点设一组，每组6-8个；在两点之间的掘进井巷中，每隔50-100m设置一组压风呼吸器，每组2-3个。回采工作面向外50m范围机巷、风巷内各安设一组压风呼吸器，并随回采工作面的推进向前移动，严重突出危险的回采工作面在机、风巷内应每隔100-150m安设一组压风呼吸器。5、煤与瓦斯突出矿井必须设置压风自救系统。供压风自救系统所用的供风主管路必须设置牢固，要根据实际情况在主管路上设置油水分离器，地点应在“作业规程”或措施中明确规定；支管可沿巷道底板敷设，其接头必须牢固可靠。,6、突出危险掘进工作面应在（正反向风门）300m以外的进风风流的巷道中设置避难（放炮）硐室，硐室临巷道面的墙壁厚度不小于800mm，并设置供人员进出的向硐室外开启的隔离门和观测门，门必须坚固牢实；硐室内应设置一组与人员相等的压风自救袋和直通矿井调度室的通讯电话以及局扇运转指示灯。7、防治煤与瓦斯突出掘进工作面必须在进回风之间设置三道正反向风门，设在掘进碛头侧的风门应尽量施工在支护完好、围岩坚固、无积水、无拐弯的平巷内，风门的施工质量及风门间距要符合防治煤与瓦斯突出细则第95条关于风门施工之要求。有条件时,正反向风门距碛头应不低于200m。8、矿井反向风门应采用厚度不小于50mm单层木板制做，且必须保证材质。风门的横销不少于三根，其规格宽厚不小于100100mm，长度要与风门宽度一致，每根横销处用角铁牢固联接。角铁长度不小于风门宽度50mm，,并保证其两端都能搭接在门框上，上下端角铁均要用绞链与门框牢固联接。9、反向风门必须上铁板，铁板要掩盖门板，距门边不大于10mm。铁板厚度不小于2mm，每块铁板用不小于四颗螺栓与门板联接，再用铁钉钉牢。10、每道反向门都必须有牢固的底坎。不过车的风门，其底坎要求在反向风门关闭后能将其抵牢；过车门的底坎高度以不影响通车为限。每次放炮之前，施工队的班长负责关闭反向风门并用料石或木料等物将反向门支撑好，使反向风门受突出压力时底边有较强的承压能力，反向风门靠碛头面应加挡风帘。11、风筒穿过墙垛的孔洞必须设置逆止门（在碛头侧），逆止门要能全面掩盖风筒孔洞，并超过风筒孔洞不小于20mm，逆止门用厚度不小于20mm的木板加工，厚度不小于2mm的铁板用铁钉牢固联接，然后用绞链与墙体联接牢固。,