煤与瓦斯突出机理研究现状.doc

煤与瓦斯突出机理研究现状 孙文革 1, 李纯宝 2 1. 华晋焦煤有限责任公司沙曲矿 , 山西 柳林 033300; 2. 龙口矿业集团经济运行处 , 山东 龙口 265700 摘 要 该文简要回顾了煤与瓦斯突出历史 , 分析了煤与瓦斯突出的动力现象及特征、 我国煤矿生产过程中煤与瓦斯突出的特点 ; 阐明了国内 外学者对煤与瓦斯突出研究而提出的各种假说。 关键词 煤与瓦斯突出 特征 假说 中图分类号 T D712. 52 文献标识码 A Study St a tus of Coa l and Ga s O utburstM echan is m a t Ho m e and Abroad Sun W en ’ ge 1, L i Chun bao 2 1. Shaqu CoalM ine of Huajin Coking Coal C O. , LT D, Shanxi L iulin 033300; 2. Economy runs officee of Longkou M ineral I ndustry Gr oup Company, 265700 Abstract This paper briefly revie wed the hist ory of coal and gas outburst, and analyzied the of and gas outburst, and the features of coal and gas outburst in p r oducti on p r ocess of China’ s coal m lastly exp gas outburst p r oposed by domestic and foreign scholars . Key words coal and gas outburst character hypothesis 1 害 , 1834年 3月 22日在法国鲁阿雷煤田依萨克煤矿发生世界上首次 煤与瓦斯突出事故以来的 150余年间 , 已发生过煤与 瓦斯突出的国家有法国、 前苏联 、 波兰 、 日本、 匈牙利 、 比利时、 加拿大 、 澳大利亚、 美国 、 英国、 中国等二十多 个国家和地区。 据截止 2003年底的不完全统计 , 各国 发生煤与瓦斯突出的次数之总和已达到四万余次 , 其 中突出强度最大的一次是 1969年 7月 13日在前苏联 顿巴斯矿区加加林矿发生的煤与瓦斯突出 , 突出的煤 量达 14200t, 突出瓦斯为 25万 m 3。 据史料记载 , 我国的第一次煤与瓦斯突出于 1950年 4月 20日发生在辽源矿务局富国矿的西二坑。此 后 , 随着我国煤炭工业的迅猛发展 , 老矿井的开采深度 愈来愈大 , 新矿井的不断增多 , 突出矿井也日益增多 。 根据 1995年的调查统计 , 建国以来 , 我国先后在 45个 矿务局、 138个国有重点煤矿的 178个井口 , 共发生煤 与瓦 斯 突 出 10815次 , 死 亡 1266人 , 共 突 出 煤 量 815800t, 平均突出强度为 27. 5t/次。全国突出矿井总 数约为 250个 , 累计突出次数为 14300万次 , 占世界突 出总次数的 35。 突出强度超过 1000t 的突出次数达 100余次 , 其中最大的一次突出于 1975年 8月 8日发 3收稿日期 2009-04-14 作者简介 孙文革 1966- , 男 , 河北阜平人 , 工程师 , 毕业于太原 理工大学采矿工程专业 , 现在沙曲矿从事技术管理工作 。 川 天 府 矿 务 局 的 三 汇 一 矿 , 其 突 出 煤 量 达 12780t, 突出瓦斯达 140万 m 3, 居世界第二位 。我国煤 与瓦斯突出无论从数量还是从规模上均居世界前列 , 是世界上煤与瓦斯突出最为严重的国家之一。 2 我国煤与瓦斯突出特点 我国煤与瓦斯突出的特点有 突出矿井分布面广 , 而且在部分地区还较为严重 ; 突出分布于不同类型的 煤层 突出矿井的始突深度不一 ; 中小型突出占较大多 数 , 大强度突出次数也不少。 在区域上的表现为 南北 都有分布 , 但南强北弱。全国突出最为严重的是湖南 省 , 四川和辽宁省次之 , 山西省也是一个煤与瓦斯突出 比较严重的省份 , 其突出主要集中在阳泉矿区 , 此外 , 河南、 江西、 黑龙江、 广东、 贵州等省份的煤与瓦斯突出 也是比较严重的。 近几年来 , 我国煤矿的安全生产形势日益严峻 , 煤 矿安全事故层出不穷 , 80以上都是瓦斯事故 , 造成了 大量的人员伤亡和财产损失。因此 , 煤与瓦斯突出是 对矿井生产的严重威胁。所以 , 致力于煤与瓦斯突出 机理 、 预测预报和预处理的理论以及方法的研究 特别 是对预测预报的研究 就显得格外重要。 3 煤与瓦斯突出的动力现象及特征 根据目前的研究结果 , 引起煤与瓦斯突出的力有 地应力和瓦斯压力 , 作用介质为软煤和瓦斯。其基本 特征有 ⑴抛出的固体物具有明显的气体搬运特征。在 361 2009年第 6期 突出现场可以看到突出的煤和岩块从突出口搬至较远 的地方 , 甚至拐了几个弯 ; 煤、 岩块的堆积角度小于自 然安息角 ; 堆积物中大的颗粒落在近处和下部 , 小的颗 粒飘到远处并覆盖在突出物的上方 , 这种现象也称为 分选性堆积。 ⑵突出物中呈现出明显的高压气体爆炸的特征 。 软煤被抛出后 , 由于其中的高压气体迅速膨胀 , 破碎煤 体 , 因而突出物含有大量的极细的煤尘 。有时候突出 过程还对已抛出的软煤进行了重新固结和捣实 , 需要 镐刨才能运走。 ⑶突出的空洞具有一些特殊的形状。有的呈梨 形 、 倒瓶形 , 口小腔大 , 空洞的轴线往往沿煤层倾斜方 向延伸或与倾斜方向成一不大的角度 , 突出空洞的长 度为几米到几十米 。有时候则看不到突出空洞 , 抛出 煤体的地方充满了松散的破煤 。 ⑷突出过程中伴随着大量的瓦斯涌出。在突出 的过程中 , 抛出的煤量越大 , 的瓦斯量十分大时 , 十米 , 甚至几百米 、 上 km, 成严重的破坏。 4 世界主要产煤国家长期以来对突出机理的研究都 很重视 , 并进行了大量的工作 , 但由于突出机理的复杂 性 , 还没有一个统一的结论 , 目前形成了多种假说 。 ⑴力作用假说。 这种假说认为突出主要是高地应 力作用的结果。高地应力包括两个方面 , 一方面指自 重应力和构造应力 , 另一方面指工作面前方存在的应 力集中。 ⑵瓦斯作用假说 。 这类假说认为煤内存储的高压 瓦斯是突出中起主要作用的因素 , 这类假说中“ 瓦斯 包 ” 说占重要地位 , 它认为“ 瓦斯包 ” 是突出的力源 。 ⑶化学作用假说 。 这类假说认为突出是煤和瓦斯 在很大的深度内发生变质时发生的化学反应引起的。 ⑷综合作用假说。 该假说认为突出是地应力 、 瓦 斯压力、 煤的力学性质等综合作用的结果。突出机理 的认识趋势是由单因素向多因素发展。综合作用假说 以前苏联马可耶夫研究所巴甫洛夫的地应力不均匀假 说为主 , 高的瓦斯压 力和低透气性、 变形、 。 , 。 , 能反映一些真 前苏联 BB. 霍多特研究认为 , 突出是煤的变形潜 能和瓦斯内能引起的 , 在煤层应力状态发生突然变化 时 , 潜能释放引起煤体快速破坏。煤层埋深、 瓦斯压 力、 瓦斯含量、 煤的强度等是突出激发和发展的主要因 素 , 采矿因素也有一定的影响。含瓦斯煤层发生突出 的能量条件是 W 1λΑ 上接第 162页 “ 安全生产责任制度 ” 的管理经验 , 将 安全生产责任细化到每个岗位 , 分解到每一个人 。 2. 2 加强安全教育和培训工作的管理力度 白矿蒙方员工都未从事过露天煤矿工作 , 员工的 劳动技能较低 , 安全意识较差 。为保证从业人员具备 必要的安全生产知识 , 熟悉有关的安全生产规章制度 和安全操作规程 , 掌握本岗位的安全操作技能 , 深入开 展了安全教育、 培训工作 。 针对蒙方员工的特点 , 采取 理论学习和作业现场指导相结合的培训形式 , 使他们 的安全意识和劳动技能得到提高 。 2. 3 坚持安全生产检查 狠抓事故预防 除接受蒙方上级安全部门的检查外 , 白矿安全领 导小组还建立了自检的安全检查制度 , 对本矿自身的 安全生产状况进行自查 , 设置了日常安全巡回检查员 , 发现问题及时解决。 白矿把安全工作的重点放在预防方面 。 例如为消除 扬尘这一安全隐患 , 利用洒水车降尘 , 减少运输坑线的浮 尘量 , 把路面压光 , 这一预防措施极好地提高了能见度 , 改 善了采场的安全环境。 在安全工作预防管理上 , 关口前 移 , 对事故的隐患点 , 采取有效的事前控制措施 , 加强物质 技术措施的落实 , 完善了安全生产条件。 2. 4 加强外派劳务人员的安全保障 建立相应的管 理机制机制 白矿根据蒙古国和所在地区的安全状况 , 有针对 性地对我国外派劳务人员进行安全防范教育和应急知 识培训 , 增强他们的安全防范意识和自我保护能力 。 同时公司建立了突发事件应急预案 , 有效地做好了外 派劳务人员的境外安全保障工作。 3 总结 白矿经中蒙双方员工的共同努力 , 抓住了境外露 天煤矿安全工作的特点 , 针对性地加强安全管理 , 安全 工作取得了最佳的成绩。树立了良好的境外企业形 象 , 经济取得了长足的发展。同时此煤矿的开采也为 我国合作开发境外露天煤矿的安全工作提供了一些可 借鉴的管理经验。 46 1 2009年第 6期 3下 102工作面探放老空水分析研究 林雪礼 , 赵兴良 , 夏志村 山东里能鲁西矿业有限公司 , 山东 济宁 272053 摘 要 通过对影响 3下 102工作面的老空区充水条件分析研究 , 制定探放水方案 , 成功疏放了老空区的积水 , 消除了影响工作面开采的老空 水安全隐患 , 积累探放老空水的实践经验 , 提高了水害防治能力。 关键词 老空水 探放水 钻孔 中图分类号 T D745 文献标识码 B 1 概况 1. 1 水文地质条件 鲁西井田的含煤地层为石炭 二叠纪海陆交互相 煤系 , 总体走向为一走向近南北 , 倾向东的宽缓型单斜 构造 , 地层倾角多在 80140。主采山西组 3上 、 3下 煤层 , 直接充水含水层是 3 层 段 。 该层主要由中粒、 砂岩及煤层组成 , 11. 5659. 上 、 3下 , 3煤顶底板砂岩 1020m 3/h 。 1. 2 工作面四邻情况 3下 102工作面位于一采区南翼底部 , 西临 3下 104工作面采空区 , 上部依次是 3 上 104、 3上 106、 3下 106、 工 作面采空区 ; 东侧为矿井工广保护煤柱 , 南部接近 3下 煤层不可采边界线 , 北靠轨道石门 , 上面为 3 上 102工 作面的采空区。 2 预计采空区积水情况 该处 3上 和 3 下 煤层间距较大 , 在 3 下 102工作面切 3收稿日期 2009-10-30 作者简介 林雪礼 , 男 , 35岁 , 汉 , 山东栖霞人 , 1997年 7月毕业于 山东矿业学院采矿工程系 , 工程师 , 现任山东省鲁西煤矿生计科副科 长 , 发表论文多篇。 眼东端达到 22m, 全工作面平均距煤层 3 上 15m 。 3上 102与西侧的 3上 104、 3上 106工作面在回采后采空冒 落带连为一体 , 由于一采区的煤层倾向为西北高、 东南 低 , 又由于 3 上 , 故在 3上 1023上 102工 3 下 , 预计积水量 33 下 102工作面的安全回 3 上 老空积水提前进行探放 。 3下 102工作面西临 3下 104工作面采空区 , 按照设 计 , 工作面的运输顺槽与 3 下 104工作面采空区之间采 用小煤柱 4m 护巷 , 3 下 104工作面在回采后采空区南 部形成积水区 , 对 3 下 102工作面的运输顺槽施工有水 患威胁 , 预计水量有 5000m 3左右。 3 放水方案 目前开采 3 下 102工作面的充水水源有 3下 煤层顶 底板砂岩裂隙水和采空区的正常补充水。该区 3上 和 3下 的层间距较大 , 3下 102工作面轨道顺槽为 22m, 胶 带顺槽为 16m, 其中大部分是砂岩 , 泥岩较薄 , 砂岩裂 隙水是 3 下 102工作面回采的主要补充水源 , 老空区补 充水量根据以往开采时经验 , 结合现在钻孔的水量判 断 , 应在 1020m 3/h 。预计开采 3 下 102工作面时正 常涌水量 30m 3/h, 最大涌水量 60m 3/h 。 通过对充水条件分析制定出相关探放水钻孔设 计。 示意图如图 1。 式中 W 1 煤的弹性能 ; λ 瓦斯的膨胀能 ; A 煤破碎到标志突出特征的粉煤的能量。 能量观点以实验为基础 , 并用弹性力学的观点全 面系统的阐述了煤和瓦斯突出的原因、 准备和发展过 程 , 首次给出了突出发生条件的数学解析式。 5 结语 目前 , 对煤与瓦斯突出机理的研究还存在分歧 , 对 突出中的现象还不能予以全面的解释 , 特别是难以定 量描述。 其中前三种假说为单因素假说 , 随着研究的 深入 , 突出机理的认识趋势是由单因素向多因素发展 , 目前支持综合作用假说的学者增多。综合假说认为煤 与瓦斯突出是由瓦斯、 地应力和煤的物理力学性质等 因素共同作用的结果。 561 2009年第 6期