煤矿瓦斯防治技术.ppt

煤矿瓦斯防治技术,河南理工大学2004年9月,煤矿瓦斯防治技术,王兆丰博导、研究员河南省特聘教授河南理工大学瓦斯地质研究所所长国家安全生产专家组成员，中国煤炭学会瓦斯地质专业委员会副主任委员，河南省煤炭学会防突专业委员会主任委员,Tel13939103988,汇报内容,汇报内容,第一部分煤炭工业不是夕阳工业,第三部分瓦斯突出防治技术,第二部分瓦斯性质、危害与用途,第四部分瓦斯抽放与超限治理技术,在远大公司所登的广告中还有一个画面，在21世纪用煤发电上打了“X”，就是说21世纪不再用煤发电了。●●●●●但实际上将来几十年内，煤炭仍然是我国能源的主力，要占50以上。,,,第一部分煤炭工业不是夕阳工业,第一部分煤炭工业不是夕阳工业,,,第一部分煤炭工业不是夕阳工业,第一部分煤炭工业不是夕阳工业,,,第一部分煤炭工业不是夕阳工业,第一部分煤炭工业不是夕阳工业,,,第一部分煤炭工业不是夕阳工业,第一部分煤炭工业不是夕阳工业,中国煤炭需求预测,,,第一部分煤炭工业不是夕阳工业,第一部分煤炭工业不是夕阳工业,江泽民总书记96年视察煤科总院谈能源战略中国是一个富煤缺油的国家，煤炭在能源工业中有不可替代的作用煤炭工业发展要依靠科技进步和科技创新,,,第一部分煤炭工业不是夕阳工业,第一部分煤炭工业不是夕阳工业,,化学式CH4分子量16.042kg/kmol密度0.7168kg/m3沸点-161.7℃（0.1MPa下）液态密度415kg/m3水中的溶解度55.6l/m3发热量8568大卡/m3,分子直径0.4110-9m分子体积22.36m3/kmol对空气的比重0.5545溶点-182.5℃扩散系数0.196cm2/s空气中的爆炸下限5空气中的爆炸上限15,第二部分瓦斯的性质、危害与用途,第二部分瓦斯的性质、危害与用途,（1）污染环境，加剧大气“温室效应”（2）可造成瓦斯窒息事故●瓦斯浓度≥43时，呼吸短促●瓦斯浓度达≥57时，即刻昏迷（3）可酿成瓦斯燃烧事故●瓦斯浓度低于≤5或≥15（4）引起瓦斯爆炸事故●瓦斯浓度在5～15（5）产生煤与瓦斯突出事故,2003年全国煤矿百万吨死亡率4.170人，同比减少0.83人。国有重点煤矿为1.080，同比减少0.17；国有地方煤矿为3.130，同比减少0.7；乡镇煤矿为9.620，同比减少2.5。发生一次死亡30人以上特别重大事故7起，共死亡360人；发生一次死亡10－29人特大事故44起，死亡701人，同比减少3起、49人；,第二部分瓦斯的性质、危害与用途,2001到2002年，我国百万吨死亡率在5.5-6.1之间徘徊，比俄罗斯高11倍，比印度高15倍，比美国高166倍。,第二部分瓦斯的性质、危害与用途,2004年2月11日,六盘水市钟山区汪家寨镇尹家地煤矿发生瓦斯爆炸事故，7人轻伤，25人死亡。2004年2月23日06时10分，黑龙江省鸡西市梨树区鸡西煤业公司百兴煤矿发生特大瓦斯爆炸事故，37人死亡。2004年3月1日23时20分,山西晋中市介休市连福镇金山坡煤矿发生瓦斯爆炸事故，28人死亡。,第二部分瓦斯的性质、危害与用途,2004年3月12日,贵州毕节地区毕节县杨家湾镇华祥煤矿发生瓦斯爆炸，14人死亡。2004年3月29日,湖南娄底市涟源市斗笠山煤业公司香花台井发生瓦斯爆炸事故，12人死亡。2004年4月30日，山西临汾市隰县梁家河煤矿发生瓦斯爆炸事故，36人死亡。,第二部分瓦斯的性质、危害与用途,2004年5月13日，黑龙江省七台河（精煤）集团公司新兴煤矿发生瓦斯爆炸事故，12人遇难。2004年5月18日，山西省吕梁地区交口县双池镇蔡家沟煤矿发生瓦斯爆炸事故，33人遇难。2004年6月9日，贵州省六盘水市永六煤矿发生瓦斯爆炸事故，10人遇难。2004年6月15日，陕西省黄陵矿业公司一号煤矿发生瓦斯爆炸，22人遇难。,第二部分瓦斯的性质、危害与用途,第二部分瓦斯的性质、危害与用途,2004年6月27日，贵州省普定县化处镇普华煤矿发生瓦斯突出，造成9人死亡。2004年7月14日，贵州省遵义市桐梓县茅龙煤矿发生瓦斯爆炸事故，19人遇难。2004年7月26日，湖南省娄底市银广石煤矿发生瓦斯突出事故，16人死亡。2004年9月4日，贵州毕节地区金沙县城关镇安得胜煤矿发生瓦斯爆炸，11人死亡。,作城镇煤气作锅炉和窑炉的燃料瓦斯发电作机动车的燃料作化工原料生产化工产品,第二部分瓦斯的性质、危害与用途,第二部分瓦斯的性质、危害与用途,,第二部分瓦斯的性质、危害与用途,什么是煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出是煤层开采过程中严重的自然灾害之一，是煤矿井下发生的一种复杂的有煤、岩和瓦斯参与的动力现象。煤与瓦斯突出发生时，能在几秒至几十秒的时间内将几吨到上万吨的煤和几百立方米到几百万立方米的瓦斯抛射到采掘空间。,第三部分瓦斯突出防治技术,第三部分瓦斯突出防治技术,突出事例一1975年8月8日天府矿务局三汇坝井280米水平（垂深500米）主平硐揭K1煤层时，突出煤岩量12700吨，喷出瓦斯量140万立方米。这是我国所发生的最大的一次煤与瓦斯突出事例，也是世界上第二大突出事例。,突出事例二1999年12月26日沈阳矿务局红菱矿石门揭煤时发生特大型煤与瓦斯突出，突出煤量2000吨，瓦斯逆流2000多米，死亡28人。,第三部分瓦斯突出防治技术,第三部分瓦斯突出防治技术,煤与瓦斯突出的危害危及井下作业人员的安全破坏矿井正常的生产秩序破坏井下设备和建筑物，如摧毁支架、推倒矿车、破坏通风设施诱发其它灾害事故，如瓦斯煤尘爆炸、瓦斯燃烧严重影响矿井经济效益,第三部分瓦斯突出防治技术,我国是什么时候开始突出的到现在共发生多少次突出了我国最早有记载的煤与瓦斯突出突出事例是1950年5月1日辽源矿务局富国二井在垂深280米煤巷掘进时发生的，截止到2000年底，我国已累计发生突出18000余次，占世界各国总突出次数的40以上，已成为世界上煤与瓦斯突出灾害最为严重的国家。,第三部分瓦斯突出防治技术,我国有800多个突出矿井，其中国有重点煤矿130个，地方煤矿300多个，乡镇煤矿400多个，各个采煤省份几乎都有突出矿井。严重突出矿区有北票、六枝、南桐、天府、芙蓉、松藻、英岗岭、涟邵、白沙、焦作、鸡西、阜新、沈阳等，一般突出矿区有平顶山、淮南、淮北、丰城、萍乡、阳泉、鹤壁等。,突出矿井接近300个（国有矿107个）突出次数近20000次2002年有50个煤矿突出183次，掘进突出93次，回采突出74次；2002年发生重大突出事故26起，特大突出事故12起，特别重大突出事故1起，死亡270人，占煤矿瓦斯灾害死亡人数15.85。,第三部分瓦斯突出防治技术,第三部分瓦斯突出防治技术,煤与瓦斯突出分类按成因和特征，将煤与瓦斯突出分为三类（1）煤与瓦斯突出（简称为突出）（2）煤与瓦斯压出（简称为压出）（3）煤与瓦斯倾出（简称为倾出）,第三部分瓦斯突出防治技术,突出的基本特征①突出的煤抛出距离较远，具有明显的分选性；②抛出的煤堆积角小于煤的自然安息角；③抛出的煤破碎程度较高，含有大量的煤块和手捻无粒感的煤粉④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；⑤有大量的瓦斯涌出，瓦斯涌出量远远大于突出煤的瓦斯含量，有时会使风流逆转；⑥突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形以及其它分岔形等。,第三部分瓦斯突出防治技术,倾出的基本特征①倾出的煤就地按自然安息角堆积，并无分选现象；②倾出的孔洞呈孔大腔小，孔洞轴线压风自沿煤层倾斜或铅垂方向（厚煤层）发展；③无明显动力效应；④倾出常发生在煤质松软的急倾斜厚煤层中；⑤巷道瓦斯涌出量明显增大。,第三部分瓦斯突出防治技术,压出的基本特征①压出有两种形式，即煤的整体位移和煤有一定距离的抛出，但位移和抛出的距离都较小；②压出后，在煤层与顶板之间的裂隙中，常留有细煤粉，整体位移的煤体上有大量的裂隙；③压出的煤呈块状，无分选显现；④巷道瓦斯（二氧化碳）涌出量增大；⑤压出可能无孔洞或呈口大小腔小的楔形孔洞。⑥压出时常伴随巷道底鼓。,第三部分瓦斯突出防治技术,,第三部分瓦斯突出防治技术,煤与瓦斯机理----综合假说突出是地应力、煤中所含瓦斯和煤的物理力学性质三因素综合作用的结果。,第三部分瓦斯突出防治技术,煤与瓦斯突出的一般规律（1）煤层突出危险性随采深增加而增大在浅部开采为高瓦斯甚至为低瓦斯的矿井，开采到深部后，由于煤层赋存条件的变化，煤层瓦斯压力增大，可能转变为突出矿井；一些在浅部开采突出危害较轻的突出矿井，开采到深部后，可能转变为严重突出矿井。矿井或煤层一般有一个始突深度，当大于该深度时，就有发生突出的危险。,第三部分瓦斯突出防治技术,煤与瓦斯突出的一般规律（2）绝大多数突出发生在煤巷掘进工作面在统计的9845次突出中，煤巷掘进工作面突出7482次，占76，石门揭煤工作面突出567次，占5.76，回采工作面突出1556次，占15.8。,第三部分瓦斯突出防治技术,煤与瓦斯突出的一般规律（3）煤层突出危险性随煤厚增加而加大以南桐矿务局三号井为例5号煤厚0.7～0.8m，平均突出强度38吨/次，最大突出强度138吨/次；6号煤厚1～1.5m，平均突出强度43吨/次，最大突出强度450吨/次；4号层，煤厚2.5～3.2m，平均突出强度88吨/次，最大突出强度5000吨/次，该局所有特大型突出都发生在该煤层。,第三部分瓦斯突出防治技术,煤与瓦斯突出的一般规律（4）突出大多数发生在地质构造带在3082次有地质构造情况详细记录的突出中，2525次突出地点有断层、褶曲、火成岩侵入、煤层厚度变化等地质构造，占81.9；557次突出无地质构造，仅占18.1。,第三部分瓦斯突出防治技术,煤与瓦斯突出的一般规律（5）大多数突出前有作业方式诱导8480次突出事例统计表明，有8253次有放炮、支护、落煤、带钻等作业方式诱导了突出，占97.3，其中放炮作业突出5481次，占64.6，风镐落煤突出676次，占8，手镐落煤突出1102次，占13。,第三部分瓦斯突出防治技术,煤与瓦斯突出的一般规律（6）突出前大多有预兆在我国统计的5029次有明确突出预兆记载的突出事例中，有4493次突出发生前有突出预兆，占89.3，无突出预兆仅有536次，占10.7。,第三部分瓦斯突出防治技术,煤与瓦斯突出的一般规律（7）煤体破坏程度越高，突出危险性越大突出煤层多发生在为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类煤中，此类煤的共同特点是坚固性系数f值小、煤层瓦斯放散初速度ΔP大、煤层透气性系数小、层理紊乱、多为遭受到地质构造揉皱的构造煤。,第三部分瓦斯突出防治技术,煤与瓦斯突出的一般规律（8）石门突出危险性最大在统计的9845次突出中，尽管石门突出次数少，但突出强度大，平均突出强度为316.5吨/次，是平巷平均突出强度（50吨/次）的6倍以上。,第三部分瓦斯突出防治技术,煤与瓦斯突出的一般规律（9）煤层突出危险区常呈条带状分布前苏联统计资料表明，在突出煤层中，突出危险区仅占突出煤层区域总面积的10。我国统计资料表明，突出煤层中，突出危险区仅占突出煤层区域总面积的10～15。,第三部分瓦斯突出防治技术,瓦斯突出的常见预兆声响预兆--响煤炮瓦斯预兆--瓦斯异常、喷孔煤结构预兆--煤结构紊乱、煤体发暗、煤厚急剧变化矿压显现预兆--片帮、煤墙外臌、底臌、顶（夹）钻温度预兆--温度降低、煤墙发凉,第三部分瓦斯突出防治技术,综合防突措施流程图,第三部分瓦斯突出防治技术,瓦斯突出危险性预测⑴区域预测⑵工作面预测,第三部分瓦斯突出防治技术,区域预测煤层突出危险性的单项指标包括1.煤的破坏类型2.瓦斯放散初速度指标3.煤的坚固性系数4.煤层瓦斯压力,,区域预测方法---单项指标法,第三部分瓦斯突出防治技术,D（0.0075H/f-3）P-0.74KΔP/fD煤层突出危险性综合指标；K煤的突出危险性综合指标；H开采深度，m；P煤层瓦斯压力，取两个测压孔实测瓦斯压力最大值，MPa；ΔP软分层煤的瓦斯放散初速度指标；f软分层煤的平均坚固性系数。,,区域预测方法---综合指标法,第三部分瓦斯突出防治技术,瓦斯突出区域预测工作程序,确定目标,资料收集,参数测试,瓦斯压力,瓦斯含量,坚固性系数,瓦斯放散初速度,吸附常数,灰分、水分、孔隙率,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,预测结论,第三部分瓦斯突出防治技术,需要收集的资料,矿井设计说明书,采掘工程平面图,井上下对照图,瓦斯含量（压力）历史测定资料,矿井地质报告,瓦斯动力现象历史资料,,,,,,,,近三年来的矿井瓦斯等级鉴定资料,首分层回采工作面瓦斯涌出资料,,,,第三部分瓦斯突出防治技术,某矿煤与瓦斯突出区域预测结果,第三部分瓦斯突出防治技术,工作面预测的常用仪表MD-2型钻屑瓦斯解吸仪、ZLD-1型多级流量计、JN-1型胶囊封孔器是工作面突出危险性预测最常见的三种仪表。,第三部分瓦斯突出防治技术,MD-2型钻屑瓦斯解吸仪,ZLD-1型多级流量计,,第三部分瓦斯突出防治技术,JN-1型胶囊封孔器,第三部分瓦斯突出防治技术,煤巷掘进工作面预测----钻孔瓦斯涌出初速度法,（1）工作面的软分层中，靠近巷道两帮，各打一个平行于巷道掘进方向，直径42mm，深3.5m的预测钻（2）用专用封孔器封孔，留0.5m长测量室（3）在成孔2min内测定完钻孔瓦斯涌出初速度,,第三部分瓦斯突出防治技术,煤巷掘进工作面预测----钻孔瓦斯涌出初速度法,第三部分瓦斯突出防治技术,煤巷掘进工作面预测--钻屑解吸指标法,1在煤巷掘进工作面软分层中打2个直径42mm、深8～10m的预测钻孔，如右图示；2钻孔每打1m，测定一次钻屑量，每隔2m测定一次钻屑解吸指标；根据每个钻孔的最大钻屑量Smax和最大钻屑解吸指标△h2或K1预测工作面的突出危险性。,,第三部分瓦斯突出防治技术,煤巷掘进工作面预测--钻屑解吸指标法,第三部分瓦斯突出防治技术,采煤工作面预测方法原则上可采用所有应用于煤巷掘进工作面突出预测方法。由于采煤工作面长，预测工作量大，一般采用钻孔瓦斯涌出初速度法预测突出危险性。,第三部分瓦斯突出防治技术,防突措施的类型（1）区域防突措施使煤层一定区域（如一个采区）消除突出危险性。（2）局部防突措施使工作面前方小范围煤体丧失突出危险性。,第三部分瓦斯突出防治技术,区域性防突措施----保护层开采,第三部分瓦斯突出防治技术,厚煤层分层开采也相当于保护层开采,解放层,被解放层,第三部分瓦斯突出防治技术,区域性防突措施----预抽煤层瓦斯,预抽煤层瓦斯措施的沿层布孔方式示意图,第三部分瓦斯突出防治技术,区域性防突措施----预抽煤层瓦斯,预抽煤层瓦斯措施的穿层布孔方式示意图,第三部分瓦斯突出防治技术,局部防突措施,石门防突措施（1）扩孔卸煤钻（2）金属骨架（3）高压注水（4）水力冲孔（5）超前钻孔,煤巷防突措施（1）水力冲孔（2）超前钻孔（3）松动爆破（4）超前支护（5）高压注水（6）卸压槽（7）掩护挡板,采面防突措施（1）超前支护（2）卸压槽（3）高压注水（4）浅孔松动爆破,,,第三部分瓦斯突出防治技术,局部防突措施----水力冲孔,水力冲孔工艺系统示意图1钻杆2套管3三通管4钻机5阀门6高压水管7压力表8射流泵9排煤水管,第三部分瓦斯突出防治技术,局部防突措施----水力冲刷,水力冲刷施工工艺示意图1冲刷钻孔2冲刷水枪3支撑柱4高压胶管5高压水泵6水管7水车,第三部分瓦斯突出防治技术,局部防突措施----超前钻孔,第三部分瓦斯突出防治技术,局部防突措施----深孔松动爆破,深孔松动爆破钻孔布置如右图示。○--直径为125mm的控制孔●--直径为50mm的爆破孔,水力挤出钻孔布置,第三部分瓦斯突出防治技术,局部防突措施----水力挤出,水力挤出设备,第三部分瓦斯突出防治技术,第三部分瓦斯突出防治技术,防突措施效果检验目的在于保证防突措施的有效性和措施执行的效果。措施执行后如效果检验有效，可在采取安全防护措施的情况下，进行采掘作业；如效果检验无效，则必须采取补充措施，再进行措施效果检验，直到效果检验有效为止。,第三部分瓦斯突出防治技术,防突措施效果检验方法措施效果检验方法在原则上与突出预测方法相同。不同之处在于措施效果检验用检验钻孔应打在措施孔之间。,（八）防治煤与瓦斯突出措施效果检验,防突措施效果检验钻孔布置,1措施孔2措施效果检验孔,第三部分瓦斯突出防治技术,,安全防护措施井下作业人员必须配带隔离式自救器；掘进工作面应实施远距离放炮，放（躲）炮距离不得小于300m，条件许可时，放炮地点应尽量设在进风侧反向风门之外或避难峒室内；炮后30分钟以后才能进入工作面；矿井应装备压风自救系统，并按煤矿安全规程和防突细则有关规定在采掘巷道内设立避难所和压风自救峒室；掘进工作面巷道的进风侧应设立两道坚固的反向风门。,晋城市瓦斯抽放现状●33个煤矿建有48套瓦斯抽放系统，阳城县12矿计12套，沁水县17矿计32套，大宁公司装备1套、泽州县装备3套；●年瓦斯抽放纯量约3.2亿立方米；●抽放方法本煤层预抽，边采边抽，边掘边抽，采空区抽放,第四部分瓦斯抽放与超限治理技术,晋城市瓦斯抽放存在的主要问题●部分矿井瓦斯抽放浓度低●抽放参数不尽合理（钻孔密度低，抽放时间短）●抽放方法单调●没有抽放计量装置●瓦斯利用率低,第四部分瓦斯抽放与超限治理技术,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,75,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,斜向平行钻孔边采边抽瓦斯,第四部分瓦斯抽放与超限治理技术,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,5m,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,d,75,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,交叉钻孔强化预抽煤层瓦斯,第四部分瓦斯抽放与超限治理技术,双巷改单巷方法－－“钻墙”边掘边抽瓦斯,第四部分瓦斯抽放与超限治理技术,分段走向顶板岩石钻孔高效抽放采空区瓦斯,,,,,,,,,,,,,,230m,A,A,运输顺槽,回风顺槽,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,25m,顶板岩石钻场,,,,5070m,,,,6--10m,第四部分瓦斯抽放与超限治理技术,均压高效抽放全封闭采空区瓦斯,第四部分瓦斯抽放与超限治理技术,均压埋管高效抽放半封闭采空区瓦斯,,,,,,,,,,运输顺槽,回风顺槽,,,,,,,,均压设施,,,,,CH4,第四部分瓦斯抽放与超限治理技术,上隅角瓦斯治理方法－－改变通风方式,第四部分瓦斯抽放与超限治理技术,上隅角瓦斯治理方法－－改变通风方式,第四部分瓦斯抽放与超限治理技术,第四部分瓦斯抽放与超限治理技术,上隅角瓦斯治理方法,第四部分瓦斯抽放与超限治理技术,巷道积存瓦斯自动排放装置----瓦斯稀释筒,祝大家万事如意,