煤与瓦斯突出防治技术讲座.pptx

煤与瓦斯突出防治技术（第二部分）二二OO八年十月八年十月四、现场勘查情况4.2122回风斜巷 下口段堆积有大量煤炭，堆积高度距巷道顶板约0.3m。经勘测，煤炭堆积长度66m；在距离2122联络巷34m位置处有一断层。四、现场勘查情况5.2121运输巷 该巷道外段210m范围内堆积有突出的煤炭，分选性明显。在巷道边发现两台局扇，其中一台连接着充有碎煤的一段风筒；另一局扇内进入了大量煤粉，经调查是从2122联络巷清理时搬运过来的，四、现场勘查情况局扇局扇1局扇局扇2五、事故地点和时间认定五、事故地点和时间认定1.事故地点认定事故地点认定 事故地点为事故地点为事故地点为事故地点为临时水仓掘进工作面临时水仓掘进工作面临时水仓掘进工作面临时水仓掘进工作面，依据如下：，依据如下：，依据如下：，依据如下：（1 1）临时水仓工作面出现的孔洞；）临时水仓工作面出现的孔洞；（2 2）周围巷道的堆积煤炭及其分布；）周围巷道的堆积煤炭及其分布；（3 3）当班掘进作业；）当班掘进作业；（4 4）瓦斯监测数据的超限时间。）瓦斯监测数据的超限时间。突出危害示例2 1879年4月17日，比利时“阿拉波二号井”发生一次强度420t，瓦斯50万m3的突出。瓦斯逆流从提升井冲至地面，距井口23m的绞车房附近的火炉引燃了瓦斯，火焰高达50m，井口建筑烧成一片废墟。2h后，火焰快要熄灭时，井下又连续发生7次瓦斯爆炸。井下209人，死亡121人，地面3人烧死，11人烧伤。突出危害示例3 湖南省娄底市双峰县秋湖矿业公司（原秋湖煤矿），2002年9月3日2时10分左右，324采区3249补充切眼掘进工作面发生了一起特大煤与瓦斯突出事故。突出煤量约为600t，涌出瓦斯量约为7.5万m3。突出的煤炭造成3249切眼的3名工人和32410上山的3名工人被煤炭掩埋而窒息死亡；喷出的瓦斯造成3249工作面、3248工作面及324运输石门内33名工人被瓦斯窒息死亡，另有4人因瓦斯窒息而受伤。同时突出还造成了采区内电缆、风筒和矿车等设备不同程度地破坏。突出危害示例4 2004年10月20日，河南省郑州煤炭工业集团有限责任公司(简称郑煤集团公司)大平煤矿发生一起特大型煤与瓦斯突出（突出煤岩量为1894 t，瓦斯量约25万m3。）引发的特别重大瓦斯爆炸事故，造成148人死亡，32人受伤（其中重伤5人），直接经济损失3935.7万元。大平煤矿事故直接原因 国务院成立“10.20”事故调查专家组，从四个方面开展工作：瓦斯源-瓦斯突出爆炸源-瓦斯爆炸事故经济损失通风能力核定大平煤矿矿井概况 走向5km，南北倾斜2km，原设计60万t/a，2003年达130万t/a，立井单水平上下山开采，采二1煤层，煤厚1.1-30m，多为5-7m。2003年 鉴 定 结 论：绝 对 瓦 斯 涌 出 量 为26.16m3/min,相对瓦斯涌出量为11.47m3/t，发生过多次动力现象，煤尘具有爆炸性，爆炸指数为16.2%大平煤矿事故初步结论 该该矿矿2121轨轨道道下下山山岩岩石石掘掘进进工工作作面面（标标高高-282m-282m，距距地地表表垂垂深深612m612m）发发生生特特大大型型煤煤与与瓦瓦斯斯突突出出，瓦瓦斯斯发发生生逆逆流流，逆逆流流到到西西大大巷巷新新鲜鲜风风流流中中，由由架架线线机机车车引引爆爆后后传传播播到到采采区区，造造成成148148人人死死亡亡的的特特大大瓦瓦斯斯爆爆炸炸事事故（故（3030人以上）人以上）大平煤矿事故初步结论1 1、事故直接原因、事故直接原因1）21岩石下山工作面进入矿井深部，处于地质构造复杂地带；2）开采到深部对瓦斯等级升高没有重视；3）突出是一种复杂矿井瓦斯动力现象。2 2、瓦斯爆炸原因、瓦斯爆炸原因1）局部通风设施管理混乱（反向风门没有起作用），造成瓦斯逆流引起爆炸；2）突出到爆炸有30min的时间间隔，未能采取有效措施；3）该矿在安全管理上存在漏洞。m危害示例5大平矿瓦斯爆炸危害示例5大平矿瓦斯爆炸危害示例5大平矿瓦斯爆炸危害示例5大平矿瓦斯爆炸危害示例5大平矿瓦斯爆炸危害示例5大平矿瓦斯爆炸危害示例5大平矿瓦斯爆炸危害示例5大平矿瓦斯爆炸危害示例5大平矿瓦斯爆炸危害示例5大平矿瓦斯爆炸危害示例5大平矿瓦斯爆炸危害示例5大平矿瓦斯爆炸22时09分12秒22时12分26秒瓦斯浓度从0.12%升到40%以上.大平煤矿大平煤矿“10.2010.20”事故瓦斯突出及扩散过程演示事故瓦斯突出及扩散过程演示22时31分31秒22时35分15秒,瓦斯浓度从0.17%升到4.0%.21轨道下山岩石掘进工作面,突出煤岩量约1894t,瓦斯量25万m322时32分16秒22时39分45秒,瓦斯浓度从0.5%升到6.3%.瓦斯爆炸传播过程演示瓦斯爆炸传播过程演示瓦斯爆炸传播过程演示瓦斯爆炸传播过程演示 07.03.27 贵州水城汪家寨煤矿，死亡10人；07.04.01 四川芙蓉白皎煤矿，死亡5人；07.04.06 湖南金竹山平垌，死亡4人；07.04.06 甘肃窑街金河矿，煤与二氧化碳突出，死亡9人；07.04.19 河北峰峰局大树村煤矿，死亡17人；07.04.20 河北邯郸陶二煤矿，死亡11人；07.05.20 山西晋城寺河煤矿，死亡4人；07.05.30 湖南涟源市安平镇新万三矿，死亡6人;07.10.13 江西丰城矿务局建新煤矿,死亡16人;07.11.08 贵州省毕节地区纳雍县阳长镇群力煤矿,死亡35人;07.11.12.河南平顶山市平煤集团公司十矿，12人死亡;3.2 3.2 最近最近2 2年发生的突出伤亡情况年发生的突出伤亡情况(不完全数据不完全数据)3.3 我国最大一次突出发生情况我国最大一次突出发生情况 我国最大的一次突出(世界第2)-1975年8月8日，天府矿务局三汇一矿+280m水平，平峒揭开K1煤层时，突出煤岩12780t，瓦斯140万m3。炮响34s后发生突出，峒口一阵狂风，将小碎石卷起，吹到50m以外，大量瓦斯携带煤粉涌出，呈黑浓烟状，持续40min才逐渐下降。距突出点700多m远的三道风门被毁，风门外装有钎子和矸石的矿车冲出30多m远，1t多重的一块巨石被冲走120多m，另一块重达3t的巨石冲出60余m，拐两个90的急弯进入变电所。我国最大的一次突出突出煤矸堆积情况距突出点110m，煤矸基本封顶堆积高度缓慢下降，整个堆积长度1170m，直到峒口南茅口大巷，堆积60m(20m封顶)；北茅口大巷，堆积250m(约100m封顶)3.6 突出多发地点 封闭向斜轴附近封闭向斜轴附近轴部地带上部压应力下部张应力，受深部地层的阻力，岩层进一步挤压小型层面滑动并出现压性逆断层南桐矿区80%的突出发生在八面山向斜、王家坝向斜、鸦雀岩向斜、甘家坪向斜3.6 突出多发地点帚状构造收敛端帚状构造收敛端帚状构造收敛端帚状构造收敛端 收敛端常常是地应力集中的地点收敛端常常是地应力集中的地点 天天府府三三汇汇一一矿矿处处在在华华莹莹山山帚帚状状构构造的收敛端，突出频繁发生。造的收敛端，突出频繁发生。3.6 突出多发地点煤层扭转区南桐矿务局原东林矿的79次突出中，有93%集中在南翼黑漆岩扭转带，在突出事例中可清楚看到构造应力的水平挤压作用鱼田堡煤矿东翼的9次突出均分布在压扭性的扭转轴轴部附近3.6 突出多发地点压性、压扭性小断层带受水平方向强烈挤压而形成，保持了高的应力集中，同时对瓦斯存储也有利六枝煤矿东二采区，14次突出(占7号层总数的61%)均与压性压扭性小断层有关3.6 突出多发地点压性、压扭性小断层带南桐一井5号层一个回采面沿走向32m，连续突出7次与压扭性小断层有关3.6 突出多发地点煤层产状变化区南桐一井5号煤层80%的突出(73次)发生在该区域洪山殿蛇形山井4采区，煤层走向倾角变化，是严重突出区，该区突出70次(占总数44%)，该区1442机巷平均1次/11米3.6 突出多发地点煤包及煤厚变化带煤层厚度急剧变化带是构造应力集中的地带红卫煤矿的190次突出(占总数85%)发生在煤包地带，全部特大型突出集中在煤包最厚区段3.6 突出多发地点煤包及煤厚变化带红卫煤矿的126采区在走向不到70m的薄煤带掘进时，发生7次突出3.6 突出多发地点分岔煤处红卫煤矿揭开分岔煤时经常发生突出(最大2000t)3.6 突出多发地点岩浆岩浸入带岩浆岩浸入引起煤层局部变质力学性质变化应力分布不均白票矿区，25%以上的突出(265次)发生在岩浆岩浸入带4.煤与瓦斯突出预兆有声预兆：煤炮声、机枪声、闷雷声、劈裂声、支柱折断声等无声预兆煤层结构变化，层理紊乱，煤变软、光泽变暗，煤层由薄变厚，倾角由小变大工作面煤体和支架压力增大，煤壁外鼓、掉渣等瓦斯增大或忽大忽小，煤壁温度降低（1）煤与瓦斯突出机理归纳）煤与瓦斯突出机理归纳瓦斯主导说 “瓦斯富集区(瓦斯包)”说、“煤粉带”说、“煤空隙结构不均匀”说、“裂隙堵塞”说、“闭合空隙瓦斯释放”说、“瓦斯膨胀”说、“瓦斯解吸”说、“地质破坏带”说、“突出波”说、“火山瓦斯”说、“卸压瓦斯”说等地压主导说 “岩石变形潜能”说、“应力集中”说、“剪应力”说、“振动波”说、“冲击移动”说、“顶板位移不均匀”说；“应力叠加”说、“塑性变形”说、“拉应力”说、“放炮突出”说等（2）煤与瓦斯突出机理归纳）煤与瓦斯突出机理归纳化学本质说 “瓦斯水化物”说、“爆炸的煤”说、“重煤”说、“地球化学”说、“瓦斯煤固溶体”说、“硝基化合物”说等综合假说 国内外多数研究人员认为，煤与瓦斯突出是由地应力、瓦斯和煤的物理力学性质三者综合作用的结果，在实践中、多数人认为综合假说能比较客观地解释一些突出动力现象，在防突工作中，其效果基本令人满意。（3）突出的发生和发展过程准备阶段：准备阶段：能量集聚，形成高的地应力和瓦斯压力梯度，工作面煤体处于临界破坏的脆弱平衡状态。发动阶段：发动阶段：工作面的应力状态突然改变，临界平衡状态被打破，煤岩卸载，伴随着裂隙的生成和扩张，瓦斯大量解吸并参与突出。扩展阶段：扩展阶段：在应力和瓦斯压力梯度的作用下，从突发点向煤体内部连续破坏和剥离煤体，破碎的煤在被瓦斯风暴搬运中被粉碎。停止阶段：停止阶段：由于剥离和破碎煤体在扩展过程中遇到较硬的煤体或孔洞被堵塞引起的应力和瓦斯梯度降低，使得地应力和瓦斯压力降低到不足以继续破坏煤体的程度，突出便中止。国内外主要应用的防突措施（采面煤巷石门区域局部防突措施区域防突措施防治突出措施水力冲刷水力挤出预裂爆破超前支护松动爆破超前钻孔瓦斯抽放水力冲孔金属骨架或固化排放钻孔煤层注水预抽瓦斯保护层开采 开采保护层防突机理应力降低、煤层卸压应力降低、煤层卸压突出的激发作用减小突出的激发作用减小透气性增加透气性增加瓦斯压力梯度减小瓦斯压力梯度减小瓦斯排放瓦斯排放突出发展的瓦斯作用减小突出发展的瓦斯作用减小煤体强度增高煤体强度增高抵抗破坏的能力增强抵抗破坏的能力增强消消除除或或降降低低突突出出危危险险性性开采保护层开采保护层 考察参数的变化 保护层开采后，在卸压范围内，被保护层：瓦斯压力下降、保护层开采后，在卸压范围内，被保护层：瓦斯压力下降、瓦斯流量增大、煤层变形增大、顶底板岩石应力降低、煤体温度降低。瓦斯流量增大、煤层变形增大、顶底板岩石应力降低、煤体温度降低。下图为鱼田堡煤矿开采上保护层下图为鱼田堡煤矿开采上保护层3#3#煤层后被保护层煤层后被保护层4#4#煤层参数变煤层参数变化情况。由图中可看出，被保护层参数的变化可大致划分为化情况。由图中可看出，被保护层参数的变化可大致划分为4 4个带，即：个带，即：正常应力带、集中应力带、保护卸压带和应力恢复带。正常应力带、集中应力带、保护卸压带和应力恢复带。保护层的保护范围保护层的有效保护层间距保护层的有效保护层间距 保护层的保护作用随层间距的增大而减小，达到某一临界距离时，保护作用已不明显，该临界距离称之为有效层间距。我国根据大量试验资料统计分析认为，在采深小于550 m，回采面长度小于120 m条件下，保护层的有效保护层间垂距为：急倾斜煤层上保护层60 m，下保护层80 m；缓倾斜和倾斜煤层，上保护层50m，下保护层100 m。选择保护层时应根据保护层厚度、岩性组合、顶板管理方法，回采工作面长度和开采深度等因素确定有效垂距。保护层的保护范围保护层的保护范围 由走向卸压角、倾向卸压角和超前距确定。走向卸压角：走向卸压角：保护层的保护范围保护层的保护范围 倾向卸压角：倾向卸压角：保护层的保护范围保护层的保护范围 超前距：超前距：保护层超前于被保护层的距离应不小于2倍层间距，并不小于30m。开采保护层的注意事项 不留或少留煤柱；被保护层工作面尽量布置在保护范围内；保护参数要实际考察确定；保护层开采过程中，应进行瓦斯抽放等措施，综合治理保护层的瓦斯涌出，加大被保护层的保护效果。类类类类 别别别别抽放瓦斯抽放瓦斯抽放瓦斯抽放瓦斯水力冲、扩孔水力冲、扩孔水力冲、扩孔水力冲、扩孔排放钻孔排放钻孔排放钻孔排放钻孔金属骨架金属骨架金属骨架金属骨架适用条件适用条件适用条件适用条件有足够的抽放有足够的抽放时间时间(33月）月）松软煤层、有自喷现象松软煤层、有自喷现象有足够的排放有足够的排放时间时间石门与煤层面的交石门与煤层面的交角大于角大于4545度的薄及度的薄及中厚煤层中厚煤层实施措施实施措施实施措施实施措施的岩柱厚的岩柱厚的岩柱厚的岩柱厚度度度度(m)(m)(m)(m)不小于不小于3m3m不小于不小于5m5m不小于不小于3m3m2-3m2-3m钻孔在煤钻孔在煤钻孔在煤钻孔在煤层的控制层的控制层的控制层的控制范围范围范围范围石门周边外石门周边外3-3-5m5m石门周边外石门周边外3m3m石门周边外石门周边外3-3-5m5m巷顶上部及两侧巷顶上部及两侧0.5-1.0m0.5-1.0m钻孔间距钻孔间距钻孔间距钻孔间距或布孔参或布孔参或布孔参或布孔参数数数数2-3m/2-3m/直径直径75-75-89mm89mm布置上、中、下三排共布置上、中、下三排共9 9个或间隔扩孔个或间隔扩孔1-2m1-2m单排单排0.2m0.2m双排双排0.3m0.3m，骨架进入顶，骨架进入顶或底或底0.5m0.5m要求达到要求达到要求达到要求达到的指标与的指标与的指标与的指标与效果效果效果效果瓦斯压力瓦斯压力P P0.74Mpa0.74Mpa或效或效果检验有效果检验有效冲出总煤量大于冲出总煤量大于2020倍煤倍煤厚度（厚度（m)m)或效果检验有或效果检验有效效瓦斯压力瓦斯压力P P0.74Mpa0.74Mpa或效或效果检验有效果检验有效施工达到设计要求施工达到设计要求超前钻孔超前钻孔 （1）适用于煤层透气性较好、煤质较硬的突出煤层；（2）钻孔直径应一般为75120mm，地质条件变化剧烈地带也可采用直径42mm 的钻孔。钻孔距不得小于5m；若钻孔直径超过120mm 时，必须采用专门的钻进设备和制定专门的施工安全措施；1015m巷道3m3m （3 3）钻孔应尽量布置在煤层的软分层中；）钻孔应尽量布置在煤层的软分层中；（4 4）钻孔的控制范围，应控制到巷道断面轮廓线外）钻孔的控制范围，应控制到巷道断面轮廓线外2 2 4m4m（包括巷道断面内（包括巷道断面内的煤层）；的煤层）；（5 5）钻孔孔数应根据钻孔的有效排放半径确定，钻孔的有效排放半径必须）钻孔孔数应根据钻孔的有效排放半径确定，钻孔的有效排放半径必须经实测确定；经实测确定；（6 6）超前钻孔施工前应加强工作面支护，打好迎面支架，背好工作面。）超前钻孔施工前应加强工作面支护，打好迎面支架，背好工作面。预抽瓦斯（边掘边抽）预抽瓦斯（边掘边抽）6080m 深孔松动爆破 (1)深孔松动爆破措施，可适用于煤质较硬、突出强度较小的煤层。(2）深孔松动爆破的孔径为42mm，孔深不得小于8m。深孔松动爆破应控制到巷道轮廓线外1.52.0m的范围。孔数应根据松动爆破有效半径确定。采用深孔松动爆破防突措施，在掘进时必须留有不小于5m的超前距；(3)深孔松动爆破的有效影响半径，应进行实测；(4）深孔松动爆破孔的装药长度为孔长减去5.56.0m每个药卷（特制药卷）长度为1m，每个药卷装入一个雷管。装药必须装到孔底。装药后，应装入不小于0.4m的水炮泥，水炮泥外侧还应充填长度不小于2m的封口炮泥；(5)在装药和充填炮泥时，应防止折断电雷管的脚线；(6)深孔松动爆破后，必须进行措施效果检验。如果措施无效，必须采取补救措施；(7)深孔松动爆破时，必须执行撤人、停电、设警戒、远距离放炮、反向风门等安全措施。水力冲孔 对于有自喷（喷孔）能力的突出煤层，利用钻孔切割和水射流的打击，破坏煤岩内部应力平衡和瓦斯的不稳定平衡，在人为控制下激发喷孔，随着煤和瓦斯的大量排出，突出潜能被释放，从而起到消除一定范围内突出危险性的作用。突出矿井管理三、突出矿井管理 组织管理：1.防突机构及人员 2.防突措施计划（综合防突技术措施、工程、资金等）3.制度及责任制 4.防突装备 5.人员培训日常防突技术管理 1.尊重客观规律，合理采掘部署和适当控制采掘进度；2.加强管理程序(设计、审批、签字、通知、检查)、操作和装备维护；3.加强地质测量工作；4.加强通风管理,完善通风系统和安全防护措施；5.电气设备、爆破材料等要符合更高的防爆要求；6.加强支护,防止冒顶垮塌；7.加强爆破工作管理；8.处理好突出孔洞；9.认真收集和分析突出原始资料，总结突出规律。防突技术研究动向四、防突技术研究动向 防突中存在的主要问题 防突研究重点和动向 防突中存在的主要问题 无保护层可采；透气性差，瓦斯抽放效果不佳；集约化开采中的防突问题；钻孔施工深度不足；延期突出增多；打钻突出问题；“低指标突出”问题；地质构造探测问题；特殊条件下防突措施问题等 研究重点和动向 防突技术的发展趋势 防突技术发展的趋势是以区域性防突措施为主、局部性防突措施为辅的防突格局。以区域预测、区域性防突措施、区域性防突措施效果评价、突出危险性连续监测预警、高效的安全防护措施作为新的综合防突体系。加强瓦斯抽采力度将是及其重要的一个环节。研究重点和动向 地质构造探测技术研究 地面三维地震探测井下地质构造技术研究 井下长距离、高精度地质构造探测技术 地质雷达、无线电透视等技术的完善与提高 研究重点和动向 煤与瓦斯突出预警技术 针对突出的复杂性，利用煤矿安全监测系统、计算机技术和网络技术的优势，收集井下尽可能多的静态和动态安全信息，在综合分析的基础上，对井下各工作面的突出危险状态和发展趋势进行监测、评价、预测和警戒，实现突出危险性的实时监测、在线分析和智能预警。利用信息技术，从管理和技术方面提高煤与瓦斯突出防治技术的途径，是今后的发展趋势。研究重点和动向 煤与瓦斯突出预警技术 MSRP SDB(空间数据库)MSRP Editor(矿图编辑系统)MSRP KJA(监控分析器)MSRP View(图形浏览器)MSRP EWS(灾害预警系统)MSRP Console(控制台)应用程序数据来源MSRP KBS(知识库系统)MSRP SMS(安全管理系统)MSRP PCES（灾害防治专家系统）研究重点和动向 煤与瓦斯突出预警技术 图形编辑系统；瓦斯赋存预测与智能化区域预测系统；研究重点和动向 煤与瓦斯突出预警技术 监控信息分析系统；防突管理系统；工作面突出危险性预警系统；研究重点和动向 区域预测技术研究 采用物探、瓦斯地质方法、动力区划等方法，采用专用分析软件 对煤层区域突出危险性进行划分。工作面突出危险性连续预测技术 以电磁辐射、声发射、瓦斯涌出动态指标为代表的工作面连续预测技术是近年来的研究热点。研究重点和动向 煤层增透技术研究 研究并提高预裂爆破技术、水力扩孔技术、交叉钻孔技术等，以提高煤层透气性，增强瓦斯预抽效果。突出煤层钻孔施工技术 针对突出煤层钻孔施工深度浅的难点，研制专用施工钻机、采用合理的排渣工艺和施工参数，使钻孔施工深度达到150m，成孔率达到80以上，重庆分院的研究目前已取得可喜的进展。研究重点和动向研究重点和动向 煤层瓦斯含量快速测定技术煤层瓦斯含量快速测定技术 研究井下直接测定煤层瓦斯含量的方法、装备。由井下取芯装备、瓦斯解吸仪、煤芯粉碎装置、色谱分析仪、含量分析软件等组成。解决井下瓦斯含量的快速测定问题，为掌握大量瓦斯含量数据充实瓦斯赋存参数、瓦斯抽采评价、突出危险性预测等提供技术支撑。研究重点和动向研究重点和动向 突出防治基础研究突出防治基础研究 在国家自然科学基金、973等项目的支持下，研究突出机理、瓦斯赋存、瓦斯流动、超前探测技术基础、地面瓦斯抽采技术基础、突出防治技术基础等，为揭示突出现象本身和防治技术的规律、为防突技术的发展提供理论支撑。防突技术标准研究防突技术标准研究 技术和管理标准的缺少、贯彻力度的不足等也是影响突出灾害多发的因素之一。近年来，国家加大了行业技术标准的研究和制修订工作。谢谢大家！