防治煤与瓦斯突出知识培训讲解课件.ppt
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1、防治煤与瓦斯突出知识培训 第一部分 煤与瓦斯突出基础知识l煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿安全生产的自然灾害之一。中国是一个煤与瓦斯突出比较严重的国家,到目前已经发生各类突出15000多次,每年由于突出死亡50多人。因此,学习掌握煤与瓦斯突出基本知识,搞好防治突出工作,保证安全生产,是广大煤矿职工的一项艰巨和长期的任务。l据统计,2005年度我国煤矿事故发生3341起,死亡5986人。其中10人以上特大事故58起,死亡1739人。l瓦斯事故405起,死亡2157人,占总数的36;10人以上特大瓦斯事故39起,占69。l39起特大瓦斯事故中,低瓦斯矿井18起,占46.2,高瓦斯矿井21起,占53.8。
2、1 煤与瓦斯突出的概念l煤与瓦斯突出是在煤矿井下开采过程中,在地煤与瓦斯突出是在煤矿井下开采过程中,在地应力和瓦斯的共同作用下,破碎的煤岩由煤体应力和瓦斯的共同作用下,破碎的煤岩由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出,并伴随涌出大或岩体内突然向采掘空间抛出,并伴随涌出大量瓦斯的一种很复杂的异常动力现象量瓦斯的一种很复杂的异常动力现象2 国外煤与瓦斯突出概况 l1834年3月22日,法国鲁阿雷煤田依萨克煤矿,发生了世界上第一次煤与瓦斯突出。据不完全统计,世界上约有20多个国家和地区发生煤与瓦斯突出30000多次。其中中国、俄罗斯、法国、波兰和日本五个国家突出比较严重。3 国内煤与瓦斯突出概况l国有重点
3、煤矿有记载的最早的一次突出发生于1950年4月20 日,是吉林辽源矿务局富国矿西二坑。l我国最大的一次突出发生在1975年8月8日,是四川天府矿务局三汇坝一矿在主平硐揭穿煤层时发生的,突出煤(岩)12780吨,涌出瓦斯近140万立方米。4 郑煤集团各矿煤与瓦斯突出情况l郑煤集团直属矿井目前有4对突出矿井,在生产的有大平、告成和超化煤矿三对矿井,技改矿井一对崔庙矿。l按突出矿井设计的登封分公司有五对:缸沟矿、东坪矿、腾升矿、兴达矿、三元东矿,另外,二七分公司所属的部分矿井也不同程度的出现了动力现象。l大平煤矿为250m,告成煤矿为365m,超化煤矿为435m。5 煤与瓦斯突出机理l突出机理就是解
4、释发生突出的原因和过程的理论。l煤与瓦斯突出是一种复杂的动力现象,世界上许多产煤国家对煤与瓦斯突出的机理开展了广泛研究,提出了多种假说。其中有瓦斯为主导作用的假说、地压为主导作用的假说、流变假说和综合假说。l综合假说:50年代中期,苏联A.A.斯科琴斯基院士根据开采突出危险煤层的经验以及当时科研工作的成果,提出煤与瓦斯突出是由地应力、煤层瓦斯和煤层物理力学性质综合作用的结果。目前综合假说得到普遍认同,是瓦斯突出防治技术的理论基础。l但是,综合假说也有一些解释不了的现象,比如延时突出等,因此,近年来河南理工大学刘明举教授等又提出了流变假说。6 煤与瓦斯突出的因素l地应力的作用地应力的作用l瓦斯的
5、作用瓦斯的作用 l煤的物理力学性质的影响煤的物理力学性质的影响l外部因素的影响外部因素的影响(1)地应力的作用地应力的作用l突出煤层中存在着地应力,它包括上覆岩层自重应力、上覆岩层自重应力、地地 质构造应力和采掘集中应力质构造应力和采掘集中应力.l地应力的作用,一是使煤体产生位移和突然破碎,煤由静态变为动态;二是地应力影响煤体内部结构,控制着瓦斯的流动。l在没有开采前,煤岩体是处于三向应力平衡状态,当开掘巷道或进行回采工作时,就破坏了原来的应力平衡状态,使煤岩体的应力重新分布,煤体向作业空间膨胀变形。(1)地应力的作用地应力的作用l应力状态的变化一般有下列原因:l()、巷道进入地质破坏区;l(
6、)、石门揭开煤层时;l()、巷道从硬煤进入软煤带;l()、煤的冒落等。l 另外还有工作面迅速推进时;煤层突然加载,如巷道顶板下沉;煤层突然卸压,如悬臂梁断裂等(2)瓦斯的作用l瓦斯是成煤过程中的产物,以游离状态和吸附状态存于煤裂隙和孔隙中,促使煤体产生潜能,降低煤的强度。其中吸附瓦斯量占瓦斯含量的8090%以上,是造成瓦斯突出的重要能源。l在掘进巷道揭露煤层引起瓦斯流动后,随着煤壁暴露时间的不断增长,流动场范围 不断扩大,工作面附近瓦斯压力梯度不断下降变缓。最危险的是在时,即爆破见煤的瞬时,瓦斯压力梯度最大,此时最容易发生突出。(3)煤的物理力学性质的影响l煤结构和力学性质,与发生突出的关系很
7、大。一般来说,煤愈硬、裂隙愈小,所需的破坏功愈大,要求的地应力和瓦斯压力愈高。反之亦然。因此,在地应力和瓦斯压力为一定值时,软煤分层易被破坏,突出往往沿软煤分层发展。l细则把、类煤规定为突出煤。(4)外部因素的影响 l如爆破震动、巷道支护形式改变、推进速度突然加快等也会诱导突出。其实外部因素还是改变了内部因素,才诱导了突出的发生。(5)突出的三个条件l1 煤层和围岩具有较高的地应力和瓦斯压力,并且在近工作面地带煤层的应力状态发生突然变化,使潜能有可能突然释放。l2 有足够的瓦斯流把碎煤抛出,并且突出孔道要畅通,以便在空洞壁形成较大的地应力梯度和瓦斯压力梯度,从而使煤破碎向深部扩展。l3 煤体强
8、度不足以抗拒突然释放的地应力和瓦斯压力。7 煤与瓦斯突出分类及其特征l按照动力现象的力学的基本特征,可分为三类,即:突出、压出、倾出,统称为煤与瓦斯突出。l按照突出强度的大小可分为四类,即:小型、中型、大型和特大型。l 小型突出:强度小于100吨;l 中型突出:强度100吨(含100吨)500吨(不含500吨)之间;l 大型突出:强度在500吨(含500吨)1000吨(不含1000吨)之间;l 特大型突出:强度在1000吨(含1000吨)以上。8 煤与瓦斯突出一般规律l(1)开采深度增加,突出危险性增大;l(2)突出多发生在地质构造区;l(3)煤体破坏程度越严重,煤的强度越小,煤层越厚,突出危
9、险越大。l(4)采掘应力集中区容易发生突出。l(5)围岩的透气性越差,致密岩层越厚,突出危险越大。l(6)突出常发生在外力冲击作用下,如放炮、割煤等;l(7)突出的气体主要是沼气,亦有二氧化碳;l(8)发生突出前大都有预兆。l(9)绝大多数突出发生在煤巷掘进工作面。石门突出危险性最大。l(10)煤层突出危险区常呈带状分布。煤与瓦斯突出具有明显的时间效应。9 煤与瓦斯突出预兆l有声预兆:煤炮声;顶板断裂声;支架变形声、瓦斯涌出“嘶嘶”声等。l无声预兆:煤层赋存变化,煤突然变厚或变薄;构造破坏严重,煤层层理紊乱、硬度降低、光泽暗淡;瓦斯涌出量增大或忽大忽小;气温降低;片帮掉渣,有时煤体碎片从煤壁上
10、弹出;打钻时严重顶钻、夹钻或喷孔等。案例分析案例分析l南桐矿务局某矿一个工作面,由于埋藏比较深,南桐矿务局某矿一个工作面,由于埋藏比较深,地温较高,平时工作面较热,有天中午地温较高,平时工作面较热,有天中午12点点多工作面突然温度下降,感到很凉爽,结果多工作面突然温度下降,感到很凉爽,结果1:13分发生突出事故。分发生突出事故。10 瓦斯地质基础知识l瓦斯是复杂的气体地质体,受着地质条件的控制。瓦斯含量、涌出量大小和发生煤与瓦斯突出受地质构造演化条件的控制,并且存在着明显的分区、分带特征。l大量的生产实践证明,构造煤发育的地带都是瓦斯聚集的地带,瓦斯涌出量成倍的增加。第二部分 突出危险性预测及
11、效果检验l国内外开采突出煤层的实践证明,突出只发生在某些局部地带,突出煤层中突出危险带的面积仅占510%。通过在突出煤层进行突出危险性预测,把突出煤层划分为突出危险区、突出威胁区和无突出危险区;把采掘工作面划分为突出危险工作面和无突出危险工作面,从而采取不同级别的综合防突措施,做到在安全的前提下,大量地节约防突工程量、工作量,减少防突工作的盲目性。1 煤层突出危险性预测l预测煤层突出危险性,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
12、测资料确定,如无实测资料时,可参照细则。预测后把煤层划分为突出煤层和非突出煤层。2 区域预测l1 单指标预测:指标有煤层埋藏深度、煤的变质程度、瓦斯压力或瓦斯含量、瓦斯放散初速度P、煤层的结构破坏类型、煤的坚固性系数f、地质构造复杂系数K等。l2 综合指标预测:煤层区域性突出危险性,可按下列两个综合指标判断:D=(0.0075H/f-3)(P-0.74)或 K=P/f综合指标D、K的突出临界指标值应根据实测数据确定,如无实测资料,可参照细则,确定区域突出危险性。2 区域预测l3 瓦斯地质法:l(1)简单统计法:瓦斯地质统计法就是利用地质构造对煤与瓦斯突出条件及突出点的分布具有显著的作用与影响的
13、特点进行区域预测,是根据已开采区域确切掌握的煤层赋存和地质构造条件与突出分布的规律,划分出突出危险区域与突出威胁区域。l(2)综合分析法:选用了多个指标作为建立综合判据的基本参数:坚固性系数、瓦斯放散初速度、瓦斯压力、煤厚、煤厚变化、小构造密度、突出点个数、埋深、平面变形系数、弹性应变能密度以及综合指标D、K值。通过这些指标研究已知区各单元的相对突出危险程度。3 石门揭煤工作面危险性预测l石门的突出强度最大,以揭开煤层时的突出次数最多。放炮揭开煤层的瞬间,煤体地应力状态突出改变,煤层的暴露面在瓦斯压力和地应力作用下,表层突出破碎,急剧向巷道抛出大最煤(岩)和瓦斯。l石门突出的特点是强度大,造成
14、的破坏严重,在揭穿突出煤层的全过程中,都存在突出危险,揭穿同一煤层时甚至连续发生突出。由于石突出的强度大,瓦斯喷出逆风流可达数千米,致使整个矿井形成危险环境。(1)采用钻屑解吸指标预测突出危险性l采用钻屑瓦斯解吸指标(h2或K1值)进行石门工作面突出危险性预测时,石门工作面距煤层的最小距离应为310m。在巷道前方沿揭煤方向向煤层施工两个以上预测钻孔,钻孔直径5075mm,孔深要求打穿煤层。lh2或K1值的临界值、预测方法以及突出危险性判断方法与煤巷掘进工作面的相同。(2)采用综合指标对石门工作面进行突出危险性预测l 石门工作面预测的综合指标有D值和K值。(2)采用综合指标对石门工作面进行突出危
15、险性预测l综合指标D值有以下公式计算:lD=(0.0075H/f-3)(P-0.74)l式中:l D煤层的突出危险性综合指标;l H开采深度,m;l P煤层瓦斯压力,取两个测压钻孔实测瓦斯压力的最大值,Mpa;l f软分层煤的平均坚固度性系数。l综合指标K值。lKp/f4 掘进工作面危险性预测 l根据规程第188条和细则第23条之规定,在突出危险区域内进行采掘作业时,必须采取综合防治突出措施,工作面进行采掘前,应进行工作面突出危险性预测,将工作面划分为突出危险工作面和无突出危险工作面。l目前我国煤矿常用的突出危险性预测指标主要有:钻孔瓦斯涌出初速度法q、钻屑瓦斯解吸指标法H2、钻屑指标法S、综
16、合指标R值等,另外也有使用K1值、Cq值或其它指标。1、钻孔瓦斯涌出初速度(q)lq值指标综合反映了瓦斯压力、应力状态、透气性和瓦斯放散能力,q越大突出危险性越大。利用q值进行工作面突出危险性预测的方法也不尽相同。lq值指标预测仪器主要是q值测定仪,另外配套仪器仪表还需要测试杆、封孔胶囊、测量段、软管、压力表、气筒、坡度规、秒表等。(1)预测钻孔的布置及预测方法预测钻孔的布置及预测方法l根据细则第36条规定,l钻孔尽量布置在软分层中;l钻孔靠近巷道两帮,分别距巷道两帮0.5m;l水平角平行于巷道掘进方向,倾角平行于煤层顶板;l钻孔直径42mm,孔深3.5m。(2)突出危险性的判断突出危险性的判
17、断l按照细则36条规定,q值的临界值应根据实测资料分析确定,如果没有实测资料时,可以参考细则中给出的临界值(见下表)。l临界值qm(L/min):煤的挥发分Vdnf(%)515:5.0、1520:4.5、2030:4.0、30以上4.5l当预测q值大于或等于其临界值qm时,预测有突出危险,当预测q值小于其临界值qm时,预测无突出危险。2 钻屑指标(s值)l钻屑指标(s值)即施工每m钻孔的钻屑量,其综合反映了地应力、瓦斯和煤质三因素,但影响最大的是地应力,在以地应力为主导突出的矿井较多应用。一般S比正常排粉量大3倍或倍率n大于等于4时认为有危险。l钻屑指标测试仪表比较简单,只需一个弹簧秤(或量筒
18、)和接钻屑的容器。(1)预测钻孔的布置)预测钻孔的布置l钻孔尽量布置在软分层中;l倾斜或急倾斜煤层在巷道迎头布置两个钻孔,一个钻孔靠近巷道上帮,开孔距巷道帮0.5m,终孔位于巷道轮廓线外24m,倾角平行于钻孔方向的煤层顶板,另一个钻孔沿巷道中线布置,平行于煤层顶板;l缓倾斜煤层和水平煤层布置3个钻孔,一个钻孔沿巷道中线布置,平行于煤层顶板,另两个钻孔靠近巷道两帮,开孔距巷道两帮0.5m,终孔分别位于巷道轮廓线外24m,倾角平行于钻孔方向的煤层顶板;l钻孔直径42mm,孔深811m。(1)预测钻孔的布置)预测钻孔的布置(1)预测钻孔的布置)预测钻孔的布置(2)测试方法)测试方法l钻孔从钻进到第二
19、m开始,以后每钻进1m测定一次钻屑量,具体可用弹簧秤称量(kg/m),也可用量筒测量(L/m),根据每个钻孔的钻屑量最大值预测工作面的突出危险性。(3)突出危险性的判断)突出危险性的判断l钻屑量的突出危险性临界值可根据实测资料分析确定,如果没有实测资料时,可以参考细则中给出的临界值即:Sm=6 kg/m 或Sm=5.4 L/m。l当实测钻屑量Smax大于或等于临界值Sm时,该工作面为突出危险工作面,只有当实测钻屑量Smax小于临界值Sm时,该工作面为无突出危险工作面。l采用钻屑量指标预测工作面突出危险性时,每预测循环要留2m的超前距。l需要说明的是,单独用钻屑量作为工作面突出危险性预测指标的并
20、不多,大多是与q值合用,或者用综合指标R值是使用。3 钻屑解吸指标h2或K1值l钻屑瓦斯解吸指标h2或K1值表示瓦斯含量的大小和解吸速度的快慢,即表示瓦斯能的大小及释放速度。l大量实验证实:突出危险煤与非突出危险煤的瓦斯解吸特征不同,突出煤具有较大可解吸瓦斯量,具有较快的解吸速度。K1值和h2综合反映出瓦斯压力、可解吸瓦斯量、瓦斯放散能力、破坏程度等,K1值和h2越大,突出危险性越大。(1)h2预测方法预测方法l目前使用较多的h2测定仪器为MD-2型测定解吸仪,预测钻孔施工到第二m开始,每钻进2 m,用组合筛子(1mm的筛子在下面,3mm的筛子在上面)在孔口接钻屑,同时启动秒表,一面取样,一面
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