防治煤与瓦斯突出知识.pptx
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1、第一讲:防突理论基础二、煤与瓦斯突出的危害:一但发生突出,将会使风流发生逆转、推翻矿车、破坏支架、突出的煤、岩、瓦斯堵塞巷道或采掘空间,给瓦斯和煤尘爆炸创造条件,极易造成人员伤亡,导致生产中断,它是煤矿安全生产压制的自然灾害之一。第1页/共54页第一讲:防突理论基础三、突出煤层:防治煤与瓦斯突出规定中的填土煤层是指在矿井井田范围内发生过突出的煤层或经鉴定有突出危险的煤层梨园坝井田地质精查报告对井田内各煤层突出危险性评价:uM8煤层:突出严重突出煤层uM6煤层:突出煤层uM12煤层:弱突出煤层第2页/共54页第一讲:防突理论基础四、突出分类小型煤与瓦斯突出,强度小于10t;中型煤与瓦斯突出,强度
2、1099t;次大型煤与瓦斯突出,强度100499t;大型煤与瓦斯突出,强度500999t;特大型煤与瓦斯突出,强度等于或大于1000t。第3页/共54页第一讲:防突理论基础六、煤与瓦斯突出的一般规律六、煤与瓦斯突出的一般规律突出危险性随开采深度增加而增大。突出危险性随突出煤层的厚度增加而增大,突出最严重的往往是矿井的主采层。突出往往呈带状分布,突出一般发生在地质构造变化区域。突出的气体大部分是瓦斯,同一煤层中瓦斯压力高的区域突出危险性越大。大多数突出都有预兆。突出往往有硬而厚的顶底板存在。由于受自重影响,由下向上掘进比由上向下突出危险性大。石门揭煤的突出强度比掘进、回采时大。第4页/共54页七
3、、突出机理阐述煤与瓦斯突出发生的原因、条件极其发生、发展的过程叫突出机理。瓦斯为主导作用的假说;地应力为主导作用的假说;化学本质假说;综合假说。目前,世界各国普遍持综合假说观点。第一讲:防突理论基础第5页/共54页第一讲:防突理论基础综合假说防突理论:该观点认为,煤和瓦斯突出是由地应力、瓦斯和煤的物理力学性质等因素综合作用的结果。即煤与瓦斯突出必须具备的三个要素:地应力、瓦斯和煤的物理力学性质。A.地应力:地应力是指煤岩层的静压力、构造应力、采掘附加应力。第6页/共54页第一讲:防突理论基础u 地应力在突出中的作用主要有:围岩或煤层的弹性变形潜能作功,使煤体产生突然破坏和位移。地应力场对瓦斯压
4、力帐起到控制作用,围岩中高的地应力决定了煤的高瓦斯压力,从而促进了瓦斯压力梯度在破坏煤体中的作用。煤层的透气性也取决于地应力状态,当地应力增加时,煤层透气性按负指数规律降低。第7页/共54页第一讲:防突理论基础B.瓦斯:矿井有毒有害气体的总称,一般指甲烷(沼气:CH4),它以游离状态和吸附状态存在于煤裂隙和孔隙中。u瓦斯在突出中的作用:全面压缩煤的骨架,促使煤体中产生潜能。吸附在微孔表面的瓦斯分子,对微孔起楔子作用,因而降低煤的强度。具有很大的瓦斯压力梯度,从而造成作用于压力降低方向的力。第8页/共54页第一讲:防突理论基础由以上三点得出:无论是游离瓦斯还是吸附瓦斯,都参与突出的发展。突出时,
5、依靠潜能的释放,使煤体破碎并发生移动,瓦斯的解吸使破碎和移动进一步加强。并由瓦斯流不断地把碎煤抛出,使突出空洞壁始终保持着一个较大的地应力梯度和瓦斯压力梯度,致使煤的破碎不断向深部发展。第9页/共54页第一讲:防突理论基础C.煤的物理力学性质(煤结构)指煤的机械强度,其主要指标有:1.破坏类型(类)2.煤的坚固性系数(普氏系数,即f值)u在突出中的作用:煤结构和力学性质,与发生突出的关系很大,一般来说,煤的强度越大,受破坏程度越小,则突出的可能就越小,在突出中它将阻止突出的发生;反之,煤的强度越低,受破坏程度越高,则会协助高的瓦斯压力和地应力造成更大的突出。第10页/共54页第一讲:防突理论基
6、础发生煤和瓦斯突出的必要和充分条件: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。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。第11页/共54页第一讲:防突理论基础 煤和瓦斯突出的全过程:一般可以分成三个阶段,即发动、发展和停止阶段。1.在突出的发动阶段,由于外力作用(爆煤、割煤、钻进等),煤体应力状态突然变化,岩石和煤的弹性潜能迅速释放。当释放的岩石和煤的弹性潜能以及瓦斯压力足够高时,即可把煤破碎,激发突出。第12页/共54页第一讲:防突理论基础2.在突出的发
7、展阶段,依靠释放的弹性潜能和瓦斯的膨胀能,使煤进一步破碎并由瓦斯流把破煤抛出。随着碎煤的抛出,使突出的空洞壁始终保持着较高的应力梯度和瓦斯压力梯度,使煤的破碎过程得以由发动中心向周围发展。3.在突出的发展阶段,依靠释放的弹性潜能和瓦斯的膨胀能,使煤进一步破碎并由瓦斯流把破煤抛出。随着碎煤的抛出,使突出的空洞壁始终保持着较高的应力梯度和瓦斯压力梯度,使煤的破碎过程得以由发动中心向周围发展。第13页/共54页第一讲:防突理论基础3.停止阶段:在出现下列任一种情况时,突出即停止:激发的突出的能量已耗尽;继续放出的能量不足以粉碎煤;突出孔道堵塞,不能继续在突出空洞壁处建立高的应力梯度和瓦斯压力梯度第1
8、4页/共54页第一讲:防突理论基础 突出的分类:突出压出倾出岩石与二氧化碳突出第15页/共54页第一讲:防突理论基础八、突出的预兆 根据煤与瓦斯突出综合假说中突出三要素的关系,我们可以将煤与瓦斯突出的预兆按以下三方面划分:1.瓦斯方面表现:涌出异常,忽大忽小,闷人,煤尘增大,煤或气温变冷,空气气味异常,打钻喷瓦斯、喷煤,有哨声、风声、蜂呜声等。第16页/共54页第一讲:防突理论基础2.地应力方面表现:有来压声响、支架折断、煤炮声、煤岩开裂、煤壁外鼓、片帮、掉渣、底鼓、煤壁颤动、钻烃形、打钻时顶钻或夹钻等现象。3.煤层方面表现 结构变化,层理紊乱,煤强度松软或不均匀,暗淡无光泽,煤厚变大,倾角变
9、陡,挤压褶曲、波状隆起,煤体干燥,顶底板阶梯凸起,出现断层等。第17页/共54页第二讲:区域综合防突措施坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则。突出矿井采掘工作做到不掘突出头、不采突出面。未按要求采取区域综合防突措施的,严禁进行采掘活动。区域防突工作应当做到多措并举、可保必保、应抽尽抽、效果达标。执行“四位一体”防突措施的目的:使防突措施更加有的放失。提高防突措施的有效性。提高突出矿井的经济效益。第18页/共54页第二讲:区域综合防突措施一、区域“四位一体”综合防突措施(一)区域突出危险性预测 区域预测一般根据煤层瓦斯参数结合瓦斯地质分析的方法进行,也可以采用其他经试验证实有效的方法。1
10、.预测方法:瓦斯地质统计法 根据已采区域突出点分布和地质构造(包括断层、褶曲、煤层赋存条件变化、火成岩侵入等)的关系,然后结合未采区的地质构造条件划分出突出危险区和突出威胁区。第19页/共54页第二讲:区域综合防突措施关键要绘制好瓦斯地质图:由矿井瓦斯和地质两部分资料构成,分别由矿井地测和通风部门绘制、修改、补充和完善。地质方面的资料有:采掘进度、被保护范围、煤层赋存条件(厚度、软分层厚、高程、埋深等)、地质构造、突出点的位置等;瓦斯方面的资料有:突出强度(包括突出瓦斯量)、瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯涌出量、透气性系数、煤层突出特征参数等。并在统计分析大量瓦斯地质资料基础上,绘制各参数的等值线、
11、分区分带线。第20页/共54页第二讲:区域综合防突措施煤层破坏类型瓦斯放散初速度坚固性系数瓦斯压力(相对压力)pfP(MPa)临界值、100.50.74 综合指标法综合指标法 主要采用综合指标主要采用综合指标D D和和K K来预测煤层的突出危险性,其临界值应根据本来预测煤层的突出危险性,其临界值应根据本矿区实测数据确定。矿区实测数据确定。综合指标综合指标D D考虑了开采深度、煤层瓦斯压力及煤的坚固性系数三因素,考虑了开采深度、煤层瓦斯压力及煤的坚固性系数三因素,分别表征了突出机理综合假说中的地应力、瓦斯和煤的物理力学性质三个分别表征了突出机理综合假说中的地应力、瓦斯和煤的物理力学性质三个方面;
12、其计算依据是在总结分析国内主要突出矿井突出煤层应力状况以及方面;其计算依据是在总结分析国内主要突出矿井突出煤层应力状况以及瓦斯压力情况提出来的。瓦斯压力情况提出来的。K K指标则考虑了煤的瓦斯放散初速度指标指标则考虑了煤的瓦斯放散初速度指标P P,作,作为为D D值的附加指标。值的附加指标。第21页/共54页分级预测法 根据预测范围的大小,可将煤层突出危险性预测划分为 采区区域预测、小块段区域预测、局部预测3级;上一级预测对下一级起指导作用,下一级预测对上一级进行修改、补充、完善和检验。小块段预测法 是基于煤与瓦斯突出分布呈不均衡性的特征,同时地质条件对突出的分区分带具有明显的控制作用,将区域
13、预测的范围缩小到采、准巷道圈划的小阶段内进行。4项指标:地应力指标、构造(断层、褶曲等)应力指标、煤结构指标、瓦斯指标。第二讲:区域综合防突措施第22页/共54页2.区域预测结果无突出危险区突出危险区 其他未划定的区域为突出危险区,在划定的突出危险区必须采取防治突出措施。第二讲:区域综合防突措施第23页/共54页(二)区域防突措施 区域防突措施是指在突出煤层进行采掘前,对突出煤层较大范围采取的防突措施。区域防突措施包括:开采保护层预抽煤层瓦斯第二讲:区域综合防突措施第24页/共54页1.开采保护层 概念: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。保护层开采后,其周围的煤岩层
14、向采空区移动,采空区上方岩体冒落并形成自然冒落拱,采空区下方岩体向采空区膨胀形成裂隙,使采空区上下方煤岩产生应力、透气性、瓦斯压力等变化及煤岩体移动。其作用变化顺序如下:第二讲:区域综合防突措施第25页/共54页 开采保护层岩层移动被保护层卸压(地应力降低、煤层膨胀变形)透气性增加、瓦斯解吸煤(岩)层瓦斯排放能力增强瓦斯排放、钻孔瓦斯流量增大瓦斯压力降低瓦斯含量减少煤体机械强度提高应力进一步降低。开采保护层时,同时抽采被保护层的瓦斯;开采近距离保护层时,采取措施防止被保护层初期卸压瓦斯突然涌入保护层采掘工作面或误穿突出煤层;正在开采的保护层工作面超前于被保护层的掘进工作面,其超前距离不得小于保
15、护层与被保护层层间垂距的3倍,并不得小于100m;第二讲:区域综合防突措施第26页/共54页开采保护层时,采空区内不得留有煤(岩)柱。特殊情况需留煤(岩)柱时,经煤矿企业技术负责人批准,并作好记录,将煤(岩)柱的位置和尺寸准确地标在采掘工程平面图上。每个被保护层的瓦斯地质图应当标出煤(岩)柱的影响范围,在这个范围内进行采掘工作前,首先采取预抽煤层瓦斯区域防突措施。当保护层留有不规则煤柱时,按照其最外缘的轮廊划出平直轮廓线,并根据保护层与被保护层之间的层间距变化,确定煤柱影响范围。在被保护层进行采掘工作时,还应当根据采掘瓦斯动态及时修改。第二讲:区域综合防突措施第27页/共54页2.预抽煤层瓦斯
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