煤与瓦斯突出及其防治.ppt

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1、煤与瓦斯突出及其防治现在学习的是第1页，共70页危害：危害：1、产生的高压瓦斯流，能摧毁巷道，造成风流逆转、破、产生的高压瓦斯流，能摧毁巷道，造成风流逆转、破坏矿井通风系统。坏矿井通风系统。2、井巷充满瓦斯，造成人员窒息，引起瓦斯燃烧或爆炸。、井巷充满瓦斯，造成人员窒息，引起瓦斯燃烧或爆炸。3、喷出的煤岩，造成煤流埋人。、喷出的煤岩，造成煤流埋人。4、猛烈的动力效应可能导致冒顶和火灾事故的发生。、猛烈的动力效应可能导致冒顶和火灾事故的发生。到到1992年底全国已有年底全国已有282个突出矿井，截止个突出矿井，截止1995年共发年共发生了生了16000多次突出。多次突出。现在学习的是第2页，共7

2、0页 定义定义：在很短时间内（数分钟），从煤（岩）壁内部向：在很短时间内（数分钟），从煤（岩）壁内部向采掘工作面空间突然喷出煤（岩）和瓦斯的现象。采掘工作面空间突然喷出煤（岩）和瓦斯的现象。特点特点：伴有声响和猛烈的力能效应（：伴有声响和猛烈的力能效应（摧毁井巷设施、破坏矿摧毁井巷设施、破坏矿井通风系统井通风系统），窒息、煤流埋人，可能引起瓦斯燃烧和爆炸。），窒息、煤流埋人，可能引起瓦斯燃烧和爆炸。4.2 矿井瓦斯动力现象及分类矿井瓦斯动力现象及分类矿井瓦斯动力现象及分类矿井瓦斯动力现象及分类一、按力学特征分类一、按力学特征分类1、煤（岩）与瓦斯突然喷出、煤（岩）与瓦斯突然喷出-突出突出主要特

3、点主要特点：突出物的搬运特征突出物的搬运特征：形成固体与气体两相混合流，可以流动到很：形成固体与气体两相混合流，可以流动到很远处。远处。突出物的堆积特征突出物的堆积特征：分选、沉积轮回，堆积角：分选、沉积轮回，堆积角安息角安息角（3540）现在学习的是第3页，共70页突出物的破碎特征突出物的破碎特征：产生大量手捻无颗粒的微尘。：产生大量手捻无颗粒的微尘。瓦斯量瓦斯量：突出瓦斯量（：突出瓦斯量（m3/t煤）煤）瓦斯含量；瓦斯含量；喷孔孔形状喷孔孔形状：口小内大的犁形，：口小内大的犁形，倒并形（与应力分布一致）倒并形（与应力分布一致）作用力作用力：地应力（弹性变形能）：地应力（弹性变形能）瓦斯压力

4、（瓦斯潜能）瓦斯压力（瓦斯潜能）重力。重力。2、煤（岩）突然压出并涌出大量瓦斯、煤（岩）突然压出并涌出大量瓦斯-压出压出主要特点主要特点：突出物的搬运特征突出物的搬运特征：煤呈整体外移，碎体抛出一定距离。煤呈整体外移，碎体抛出一定距离。现在学习的是第4页，共70页突出物的堆积特征突出物的堆积特征：就地堆积（：就地堆积（or很近距离）、无分选性、很近距离）、无分选性、无沉积轮回，无沉积轮回，安息角（安息角（3540）突出物的破碎特征突出物的破碎特征：大小不同的块体与碎末混杂。：大小不同的块体与碎末混杂。瓦斯量瓦斯量：瓦斯量（：瓦斯量（m3/t煤）煤）瓦斯含量；瓦斯含量；喷孔孔形状喷孔孔形状：口大

5、内小、外宽内窄、楔形：口大内小、外宽内窄、楔形作用力作用力：地应力（围岩弹性位能突然释放）、：地应力（围岩弹性位能突然释放）、3、煤（岩）突然倾出并涌出大量瓦斯、煤（岩）突然倾出并涌出大量瓦斯-倾出倾出主要特点主要特点：突出物的搬运特征突出物的搬运特征：煤沿倾斜下落，碎体抛出不远距离；煤沿倾斜下落，碎体抛出不远距离；现在学习的是第5页，共70页突出物的堆积特征突出物的堆积特征：就地堆积（就地堆积（or很近距离）、很近距离）、无分选性、无沉积轮回，无分选性、无沉积轮回，安息角（安息角（3540）突出物的破碎特征突出物的破碎特征：大小不同的块体与碎末混杂。大小不同的块体与碎末混杂。瓦斯量瓦斯量：瓦

6、斯量（瓦斯量（m3/t煤）煤）瓦斯含量；瓦斯含量；喷孔孔形状喷孔孔形状：口小内大、舌形口小内大、舌形作用力作用力：地应力（围岩弹性变形能）、重力。：地应力（围岩弹性变形能）、重力。多发生于急倾斜煤层，低强度时，易与冒落和突出混淆。多发生于急倾斜煤层，低强度时，易与冒落和突出混淆。现在学习的是第6页，共70页 三类动力现象的发生都以地应力为主，所以它们的预兆相三类动力现象的发生都以地应力为主，所以它们的预兆相似，但三者的基本能源不同。似，但三者的基本能源不同。人们习惯上将三类现象人们习惯上将三类现象统称为煤统称为煤与瓦斯突出与瓦斯突出。二、按强度分类二、按强度分类 强度强度-每次动力现象抛出的煤

7、（岩）数量（每次动力现象抛出的煤（岩）数量（t or m3为单位）为单位）和瓦斯量和瓦斯量(m3)。1、小型突出小型突出：强度：强度50t/次（次（突出后，几十突出后，几十min，瓦斯浓度，瓦斯浓度恢复正常恢复正常）；）；2、中型突出中型突出：5099 t/次（次（突出后，几小时，瓦斯浓度恢复正常突出后，几小时，瓦斯浓度恢复正常）；3、次大型突出次大型突出：100499 t/次（次（突出后，一天，瓦斯浓度恢突出后，一天，瓦斯浓度恢复正常复正常）；）；现在学习的是第7页，共70页 4、大型突出大型突出：500999 t/次（次（突出后，几天，瓦斯浓度恢复正突出后，几天，瓦斯浓度恢复正常常）；）；

8、5、特大型突出特大型突出：1000 t/次（次（突出后，很长时间，瓦斯浓度恢突出后，很长时间，瓦斯浓度恢复正常复正常）。）。三、突出危险程度划分三、突出危险程度划分 1、突出矿井和突出煤层突出矿井和突出煤层：矿井在采掘过程中，只要发生过矿井在采掘过程中，只要发生过1 1次次煤（岩）与瓦斯突出（简称突出，下同），该矿井即为煤（岩）与瓦斯突出（简称突出，下同），该矿井即为突出矿井突出矿井，发生突出的煤层即为，发生突出的煤层即为突出煤层突出煤层。2 2、突出危险区突出危险区和和突出威胁区突出威胁区：突出煤层经区域预测可划分：突出煤层经区域预测可划分为为突出危险区突出危险区和和突出威胁区突出威胁区。3

9、 3、突出危险工作面突出危险工作面和和突出威胁工作面突出威胁工作面：突出危险区进行工作面：突出危险区进行工作面煤与瓦斯突出预测。煤与瓦斯突出预测。现在学习的是第8页，共70页四、防突措施的规定四、防突措施的规定 在突出危险区工作前，应采取防突措施，采取措施在突出危险区工作前，应采取防突措施，采取措施之后应进行检验，有效后方可进行作业；在突出威胁区，之后应进行检验，有效后方可进行作业；在突出威胁区，每推进一个工作面预测循环，都必须进行工作面预测，每推进一个工作面预测循环，都必须进行工作面预测，根据预测结果采取措施。根据预测结果采取措施。5.3 5.3 采掘工作面瓦斯动力现象的特点采掘工作面瓦斯动

10、力现象的特点采掘工作面瓦斯动力现象的特点采掘工作面瓦斯动力现象的特点 采掘面的类型对突出诸因素的边界条件及在煤内空间采掘面的类型对突出诸因素的边界条件及在煤内空间与时间上的分布产生重大影响，因此各类工作面的动力与时间上的分布产生重大影响，因此各类工作面的动力现象具有不同的特点。现象具有不同的特点。Exp:石门突出：突出危险性最大，突出强度大，概率高，典型石门突出：突出危险性最大，突出强度大，概率高，典型突出次数最多。突出次数最多。现在学习的是第9页，共70页一、石门突出一、石门突出 类型类型：（1）放炮揭开煤层时的突出；放炮揭开煤层时的突出；（2）过煤门时的突出；）过煤门时的突出；（3）自行冲

11、破岩柱的突出。）自行冲破岩柱的突出。其中，放炮揭开煤层时的突出所占的比例最大。其中，放炮揭开煤层时的突出所占的比例最大。1、揭煤与过煤门时的突出、揭煤与过煤门时的突出 exp1：exp2：原因原因：采掘应力叠加。：采掘应力叠加。石门石门现在学习的是第10页，共70页 2、自行冲破岩柱的突出、自行冲破岩柱的突出 原因原因：一般都存在于有利的地质构造条件。：一般都存在于有利的地质构造条件。例如例如：断层、褶曲、扭转等地质构造处。：断层、褶曲、扭转等地质构造处。3、延期突出、延期突出 突出过程突出过程：准备、发动、发展、终止。：准备、发动、发展、终止。延期时间延期时间：几十分钟：几十分钟 几十小时几

12、十小时 延期突出的实质：延期突出的实质：放炮后，突出的准备阶段沿未结束，在此期间煤层内发生不稳定放炮后，突出的准备阶段沿未结束，在此期间煤层内发生不稳定的蠕变，新暴露面附近煤内产生能量积累。的蠕变，新暴露面附近煤内产生能量积累。新暴露煤壁支承能力较大，能承受爆破时已升高的载荷和瓦斯新暴露煤壁支承能力较大，能承受爆破时已升高的载荷和瓦斯压力作用，并继续积蓄弹性能。压力作用，并继续积蓄弹性能。当震动放炮不规范时，煤壁的稳定性降低，使地应力大大升高，当震动放炮不规范时，煤壁的稳定性降低，使地应力大大升高，直至处于过载应力状态。直至处于过载应力状态。煤体突然破碎，瓦斯压力的推力也因煤体破碎裂隙增加而成

13、倍增加，导煤体突然破碎，瓦斯压力的推力也因煤体破碎裂隙增加而成倍增加，导致突出的发生。致突出的发生。现在学习的是第11页，共70页二、平巷突出（煤巷掘进面）二、平巷突出（煤巷掘进面）与石门突出相比，突出平均强度低。与石门突出相比，突出平均强度低。原因：原因：地应力方面地应力方面：缺少像石门那样硬岩约束条件，即无能量积累的：缺少像石门那样硬岩约束条件，即无能量积累的过程条件。限制了合成过程条件。限制了合成和和 增大。增大。瓦斯方面瓦斯方面：工作面前方煤体的：工作面前方煤体的CH4和平和平 远低于石门工作面远低于石门工作面前方煤体。因为瓦斯排放时间长。前方煤体。因为瓦斯排放时间长。三、上山突出三、

14、上山突出 倾出所占比例增多。倾出所占比例增多。煤的自重在动力现象中起作用。煤的自重在动力现象中起作用。现在学习的是第12页，共70页四、下山突出四、下山突出 主要是突出和压出主要是突出和压出。煤的自重在动力现象中起阻力作用。煤的自重在动力现象中起阻力作用。五、采煤工作面突出五、采煤工作面突出 煤层倾角越小，突出危险性越大。煤层倾角越小，突出危险性越大。采煤工作面突出表现出明呈的区域性，在地质构造上采煤工作面突出表现出明呈的区域性，在地质构造上有有如下几种类型如下几种类型：向斜轴部附近；向斜轴部附近；地质构造交汇处；地质构造交汇处；主向斜轴部的局部隆起区域；主向斜轴部的局部隆起区域；小断层群及顶

15、底板凹陷或凸起群区域；小断层群及顶底板凹陷或凸起群区域；煤厚及倾角突然变化区。煤厚及倾角突然变化区。现在学习的是第13页，共70页5.4 煤与瓦斯突出机理煤与瓦斯突出机理一、突出原因假说一、突出原因假说 怎样发生？原因何在？过程如何？怎样发生？原因何在？过程如何？1、瓦斯作用说、瓦斯作用说 认为煤内存在认为煤内存在高压瓦斯高压瓦斯是突出中起主要作用的因素。是突出中起主要作用的因素。“瓦斯包瓦斯包”：“多聚甲烷多聚甲烷”：CH4在煤中形成不稳定的多聚甲烷（在煤中形成不稳定的多聚甲烷（CH4）n）或结晶水合物（）或结晶水合物（），当煤层揭开后，），当煤层揭开后，促使它们急剧分解，从而放出大量瓦斯并

16、夹带大量煤炭促使它们急剧分解，从而放出大量瓦斯并夹带大量煤炭而喷出。而喷出。现在学习的是第14页，共70页2、地应力作用说、地应力作用说 突出主要是突出主要是高地应力高地应力作用结果。作用结果。3、综合作用说、综合作用说 突出主要是突出主要是地应力、瓦斯、煤的力学性质地应力、瓦斯、煤的力学性质等因素综合作等因素综合作用结果。用结果。1）能量说）能量说 前苏联前苏联B.B.霍多特提出，突出是霍多特提出，突出是煤的变形能煤的变形能（w）和）和瓦瓦斯内能斯内能突然释放引起工作面煤体的高速破碎。突然释放引起工作面煤体的高速破碎。现在学习的是第15页，共70页激发突出的第一条件激发突出的第一条件 对于回

17、采对于回采 对于掘进对于掘进 对于石门揭煤对于石门揭煤式中式中 W-煤的变形能；煤的变形能；-顶板岩石动能；顶板岩石动能；Q-煤内游离瓦斯所含的内能；煤内游离瓦斯所含的内能；F-煤向巷道移动功；煤向巷道移动功；U-煤的破碎功。煤的破碎功。激发突出的第二条件激发突出的第二条件 式中式中 Vp-煤的破碎速度；煤的破碎速度；Vx-煤裂隙中瓦斯压力下降速度。煤裂隙中瓦斯压力下降速度。现在学习的是第16页，共70页激发突出的第三条件激发突出的第三条件式中式中 P-瓦斯压力；瓦斯压力；s-煤破碎区段的横断面积；煤破碎区段的横断面积；f-煤沿某一表面移动时，该面的摩擦系数；煤沿某一表面移动时，该面的摩擦系数

18、；-煤沿某一表面移动时，该面与水平面所成倾角；煤沿某一表面移动时，该面与水平面所成倾角；g-重力加速度；重力加速度；m-煤的质量；煤的质量；a-为了将煤抛出必须给煤的加速度；为了将煤抛出必须给煤的加速度；+，-煤移动方向，向上抛出取煤移动方向，向上抛出取“+”，反之取，反之取“-”。在瓦斯矿井，激发突出的第二与三条件实际上总是可以满足，在瓦斯矿井，激发突出的第二与三条件实际上总是可以满足，因此，第一条件便成为发生突出的主要而必需条件。因此，第一条件便成为发生突出的主要而必需条件。现在学习的是第17页，共70页2）地应力分布不均说）地应力分布不均说 前苏联马可耶夫研究所巴甫洛夫等人提出。前苏联马

19、可耶夫研究所巴甫洛夫等人提出。突出机理（原因）突出机理（原因）：突出煤层的围岩具有增高的和不均匀的应力分布；突出煤层的围岩具有增高的和不均匀的应力分布；产生围岩的不均匀位移；产生围岩的不均匀位移；顶底板接近的顶底板接近的“停滞停滞”和和“塞子塞子”的形成，产生一种脆弱的形成，产生一种脆弱的平衡；的平衡；靠近工作面的破碎带的尺寸降低，同时在近工作面范围内部保持靠近工作面的破碎带的尺寸降低，同时在近工作面范围内部保持着较高的瓦斯压力。着较高的瓦斯压力。采掘工作破坏围岩脆弱平衡时，造成急剧的位移和搓揉，采掘工作破坏围岩脆弱平衡时，造成急剧的位移和搓揉，产生冲击和煤的破碎，发生突出。产生冲击和煤的破碎

20、，发生突出。现在学习的是第18页，共70页发生突出的条件：发生突出的条件：a、突出煤层具有不同的地质构造与煤的结构；、突出煤层具有不同的地质构造与煤的结构；b、突出煤与非突出煤层的特性不同；、突出煤与非突出煤层的特性不同；c、突出区：瓦斯压力大，煤层透气性低，煤质松软，地质构造、突出区：瓦斯压力大，煤层透气性低，煤质松软，地质构造复杂。复杂。d、突出煤层，地应力处于紧张状态；、突出煤层，地应力处于紧张状态；e、突出主要发生在地质构造带内；、突出主要发生在地质构造带内；f、围岩地应力不均是突出危险性的一种标志。、围岩地应力不均是突出危险性的一种标志。因此，围岩的应力状态变化和能量的释放是造成突因

21、此，围岩的应力状态变化和能量的释放是造成突出的首要原因，瓦斯是突出的基本能源之一，瓦斯压力出的首要原因，瓦斯是突出的基本能源之一，瓦斯压力决定了突出的强度。决定了突出的强度。现在学习的是第19页，共70页 二、力能计算二、力能计算 1、地应力、地应力 煤体内存在着煤体内存在着地应力地应力（自重应力、地质构造力和采动（自重应力、地质构造力和采动集中应力）、集中应力）、瓦斯压力瓦斯压力和煤的和煤的自重重力自重重力。自重应力：铅垂方向自重应力：铅垂方向 水平方向水平方向 地质构造应力：地质构造应力：水平方向水平方向 采动集中应力：采动集中应力：铅垂方向铅垂方向 煤的自重力：煤的自重力：铅垂方向铅垂方

22、向现在学习的是第20页，共70页 一般地，一般地，通常地应力在数值上为瓦斯压力的几倍到几十倍，通常地应力在数值上为瓦斯压力的几倍到几十倍，突出过程中破碎煤体的主导力是地应力，特别是存在地突出过程中破碎煤体的主导力是地应力，特别是存在地质构造应力时，尤其如此。质构造应力时，尤其如此。2、煤体弹性潜能、煤体弹性潜能 单向应力状态：单向应力状态：三向应力状态：三向应力状态：式中式中 wt-煤的弹性变形潜能，煤的弹性变形潜能，mj/m3；-煤的平均应力煤的平均应力,Mpa；1、2、3-分别为三个方向的主应力，分别为三个方向的主应力，Mpa；、E-分别为煤的泊松比和弹性模量。分别为煤的泊松比和弹性模量。

23、现在学习的是第21页，共70页 3、瓦斯内能、瓦斯内能 作用作用：破碎煤体；搬运突出物；使突出不断向煤体深部扩展。：破碎煤体；搬运突出物；使突出不断向煤体深部扩展。热力学变化过程热力学变化过程：突出瞬间突出瞬间，膨胀瓦斯属于，膨胀瓦斯属于等温过程等温过程；破碎煤脱离煤体后，属于；破碎煤脱离煤体后，属于多变过程多变过程；最后接近；最后接近绝热过程绝热过程。根据热力学，可推得一吨煤瓦斯膨胀内能计算式为：根据热力学，可推得一吨煤瓦斯膨胀内能计算式为：式中式中 v1-吨煤瓦斯涌出量；吨煤瓦斯涌出量；P0、P1-突出前后，煤层瓦斯压力；突出前后，煤层瓦斯压力；n-过程指数。过程指数。现在学习的是第22页

24、，共70页三、突出过程及特点三、突出过程及特点1、突出发生过程、突出发生过程（1）准备阶段）准备阶段-能量积蓄能量积蓄 由于地质、采矿原因，煤体内的能量积聚逐渐发展到临界破由于地质、采矿原因，煤体内的能量积聚逐渐发展到临界破坏，或过载的脆弱平衡状态。坏，或过载的脆弱平衡状态。特点特点：工作面煤壁内形成高：工作面煤壁内形成高 和和 ，呈现出多种有声或无，呈现出多种有声或无声的预兆。时间有长，有短。声的预兆。时间有长，有短。（2）激发阶段）激发阶段 特点特点：地应力状态突然改变。：地应力状态突然改变。表现为表现为：极限应力状态的部分煤体突然破坏；发生巨响和冲击；：极限应力状态的部分煤体突然破坏；发

25、生巨响和冲击；向巷道方向作用的瓦斯压力的推力由于煤体的破裂，大大增向巷道方向作用的瓦斯压力的推力由于煤体的破裂，大大增加；膨胀瓦斯流形成，大量瓦斯解吸。加；膨胀瓦斯流形成，大量瓦斯解吸。引发原因引发原因：落煤、打钻、修整工作面等。：落煤、打钻、修整工作面等。现在学习的是第23页，共70页（3）发展阶段）发展阶段特点特点：a）突出从激发点起向内部连续）突出从激发点起向内部连续剥离并破碎煤。剥离并破碎煤。（由地应力和瓦斯压力共同作用由地应力和瓦斯压力共同作用）b）破碎的煤在不断膨胀的承压瓦斯）破碎的煤在不断膨胀的承压瓦斯风暴中边运送，边粉碎，此过程主要风暴中边运送，边粉碎，此过程主要是瓦斯内能作功

26、的过程。是瓦斯内能作功的过程。c）煤的剥离与破碎具有脉冲特性，）煤的剥离与破碎具有脉冲特性，存在多轮回过程。存在多轮回过程。现在学习的是第24页，共70页（4）终止阶段）终止阶段 两种情况突出可能终止两种情况突出可能终止：a）在剥离与破碎煤体的扩展中遇到较硬的煤体；或地应力）在剥离与破碎煤体的扩展中遇到较硬的煤体；或地应力和瓦斯压力降低不足以破坏煤体。和瓦斯压力降低不足以破坏煤体。b）突出孔道被堵塞，突出物支撑建立起新的拱平衡；孔洞内）突出孔道被堵塞，突出物支撑建立起新的拱平衡；孔洞内瓦斯压力因堵塞而升高，瓦斯压力因堵塞而升高，和和 下降下降，不足以破坏煤体。，不足以破坏煤体。2、地应力和瓦斯

27、压力在突出过程中的作用、地应力和瓦斯压力在突出过程中的作用地应力的作用地应力的作用：a）激发突出；）激发突出；b）发展阶段与瓦斯压力共同作用，对煤体进行剥离、破碎；）发展阶段与瓦斯压力共同作用，对煤体进行剥离、破碎；现在学习的是第25页，共70页 c）影响煤体内部裂隙系统的闭合程度和生成新的裂隙。）影响煤体内部裂隙系统的闭合程度和生成新的裂隙。瓦斯压力的作用瓦斯压力的作用：a）当瓦斯压力梯度很大时，能独立激发突出；）当瓦斯压力梯度很大时，能独立激发突出；b）发展与实现突出的主要因素）发展与实现突出的主要因素；c）膨胀瓦斯破碎，搬运煤岩，孔壁附近保持较高的地应力梯）膨胀瓦斯破碎，搬运煤岩，孔壁附

28、近保持较高的地应力梯度和瓦斯压力梯度为连续剥离煤体创造必要条件。度和瓦斯压力梯度为连续剥离煤体创造必要条件。现在学习的是第26页，共70页5.5 突出发生的一般规律突出发生的一般规律1、突出发生在一定深度以后。、突出发生在一定深度以后。始突深度始突深度：矿井开始发生突出的最浅深度。：矿井开始发生突出的最浅深度。不同矿区差别很大，不同矿区差别很大，最小，最小，50m，（郴州罗卜安矿），（郴州罗卜安矿）最大，最大，640m，（抚顺老虎台矿），（抚顺老虎台矿）一般地，矿井始突深度均大于瓦斯风化带深度；随着开采深一般地，矿井始突深度均大于瓦斯风化带深度；随着开采深度增加，煤层突出危险性增高。度增加，煤

29、层突出危险性增高。2、突出的次数和强度随着煤层厚度，特别是软分层厚度的、突出的次数和强度随着煤层厚度，特别是软分层厚度的增加而增加。增加而增加。现在学习的是第27页，共70页3、突出需具有一定的瓦斯含量和瓦斯压力、突出需具有一定的瓦斯含量和瓦斯压力 同一煤层，其瓦斯压力越高，突出危险性越大。同一煤层，其瓦斯压力越高，突出危险性越大。安全规程：取安全规程：取 0.74 MPa。可按下式估算：可按下式估算：式中：式中：f-软分层厚度；软分层厚度；V-软分层挥发份含量；软分层挥发份含量；A、B-系数。系数。所以，所以，f 愈小，煤变质程度愈高（愈小，煤变质程度愈高（V愈小），愈小），Pmin越小越小

30、。4、突出煤层的强度低，而且变化大。、突出煤层的强度低，而且变化大。5、突出危险区呈带状分布。、突出危险区呈带状分布。地质构造呈带状；地质构造呈带状；采动形成集中应力带采动形成集中应力带 现在学习的是第28页，共70页6、上山掘进比下山掘容易突出，突出次数随着煤层倾角增大而、上山掘进比下山掘容易突出，突出次数随着煤层倾角增大而增多。增多。7、采掘工作往往可以激发突出。、采掘工作往往可以激发突出。8、突出大多有预兆。、突出大多有预兆。地压呈现地压呈现：煤炮声、支架声响、掉碴、巷道底鼓、煤壁外：煤炮声、支架声响、掉碴、巷道底鼓、煤壁外鼓、等。鼓、等。瓦斯涌出瓦斯涌出：瓦斯涌出异常、瓦斯浓度忽大忽小

31、，使煤尘增：瓦斯涌出异常、瓦斯浓度忽大忽小，使煤尘增大，工作面气温下降，气味异常。大，工作面气温下降，气味异常。煤的力学性能与结构煤的力学性能与结构：层理紊乱、煤强度松软、煤质暗淡无光，：层理紊乱、煤强度松软、煤质暗淡无光，煤厚变化，煤干燥等。煤厚变化，煤干燥等。9、突出危险性随着有硬而厚的围岩存在而增高。、突出危险性随着有硬而厚的围岩存在而增高。10、石门突出危险性最高。、石门突出危险性最高。现在学习的是第29页，共70页5.6 区域性防突措施区域性防突措施防突措施分类：按作用范围划分按作用范围划分：区域性防突措施、局部性防突措施。：区域性防突措施、局部性防突措施。按作用效果划分按作用效果划

32、分：防止突出发生的措施、突出时保证人员生命安全：防止突出发生的措施、突出时保证人员生命安全的措施。的措施。按作用的技术性划分按作用的技术性划分：技术措施、组织管理措施。：技术措施、组织管理措施。区区域域性性防防突突措措施施：实实施施以以后后可可使使较较大大范范围围煤煤层层消消除除突突出出危危险险性性的的措施，称为措施，称为区域性防突措施区域性防突措施；局局部部防防突突措措施施：实实施施以以后后可可使使局局部部区区域域(如如掘掘进进工工作作面面)消消除除突出危险性的措施称为突出危险性的措施称为局部防突措施局部防突措施。本节主要内容：开采保护层、预抽煤层瓦斯、煤层注水本节主要内容：开采保护层、预抽

33、煤层瓦斯、煤层注水。现在学习的是第30页，共70页一、开采保护层一、开采保护层 保保护护层层：在在突突出出矿矿井井中中，预预先先开开采采的的、能能使使其其它它相相邻邻有有突突出出危危险险的的煤煤层层受受到到采采动动影影响响而而减减少少或或丧丧失失突突出出危危险险的的煤煤层层称称为为保护层保护层。被被保保护护层层：后后开开采采的的煤煤层层称称为为被被保保护护层层。保保护护层层位位于于被被保保护护层层上方的叫上方的叫上保护层上保护层，位于下方的叫，位于下方的叫下保护层下保护层。保护层保护层被保护层被保护层被保护层被保护层现在学习的是第31页，共70页 保护层开采是预防突出保护层开采是预防突出最有效

34、、最经济最有效、最经济的区域性预防突的区域性预防突出的技术措施，几乎所有发生出的技术措施，几乎所有发生突出的国家都采用该措施，我突出的国家都采用该措施，我国国19581958年年成功使用此技术，目成功使用此技术，目前开采保护层的矿井占突出矿前开采保护层的矿井占突出矿井总数的井总数的26%26%。1 1、保护作用分析、保护作用分析 为什么保护层开采后，能有为什么保护层开采后，能有效消除煤层突出危险性？效消除煤层突出危险性？覆岩破坏移动分带示意图覆岩破坏移动分带示意图 I冒落带 II断裂带 III弯曲带a竖向裂隙 b离层裂隙现在学习的是第32页，共70页保护作用过程保护作用过程：（a a）保护层开

35、采后，岩体中形成自由空间，破坏了原岩）保护层开采后，岩体中形成自由空间，破坏了原岩应力平衡，地应力重新分布，上覆岩体向采空区方向移应力平衡，地应力重新分布，上覆岩体向采空区方向移动，发生顶板冒落下沉，底板鼓起，同时产生大小不等动，发生顶板冒落下沉，底板鼓起，同时产生大小不等的裂隙。的裂隙。（b b）被保护层：）被保护层：产生产生“卸压增流效应卸压增流效应”。（c)c)被保护层瓦斯排放后，煤层瓦斯压力降低，瓦斯潜能降低。被保护层瓦斯排放后，煤层瓦斯压力降低，瓦斯潜能降低。现在学习的是第33页，共70页开采保护层的作用开采保护层的作用 (1)地压减少，弹性潜能得以缓慢释放。地压减少，弹性潜能得以缓

36、慢释放。(2)煤层膨胀变形，形成裂隙与孔道，透气系数增加。所煤层膨胀变形，形成裂隙与孔道，透气系数增加。所以被保护层内的瓦斯能大量排放到保护层的采空区内，以被保护层内的瓦斯能大量排放到保护层的采空区内，瓦斯瓦斯含量和瓦斯压力都将明显下降含量和瓦斯压力都将明显下降。(3)煤层瓦斯涌出后，煤的强度增加。煤层瓦斯涌出后，煤的强度增加。据测定，开采保据测定，开采保护层后，被保护层的煤硬度系数由护层后，被保护层的煤硬度系数由0.30.5增加到增加到1.01.5。所以，保护层开采后，不但消除或减少了引起突出所以，保护层开采后，不但消除或减少了引起突出的两个重要因素：的两个重要因素：地压和瓦斯地压和瓦斯，而

37、且增加了抵御突出的能力因，而且增加了抵御突出的能力因素煤的素煤的机械强度机械强度。这就使得在卸压区范围内开采被保护层。这就使得在卸压区范围内开采被保护层时，不再会发生煤与瓦斯突出。时，不再会发生煤与瓦斯突出。现在学习的是第34页，共70页2 2、保护范围划分、保护范围划分 保护范围保护范围：指保护层开采后，在空间上使危险层丧失突出：指保护层开采后，在空间上使危险层丧失突出危险的有效范围。危险的有效范围。一般通过现场实测。一般通过现场实测。（1）保护层与被保护层之间的有效层间距）保护层与被保护层之间的有效层间距 下保护层影响范围大于上保护层，且与保护层的厚度、下保护层影响范围大于上保护层，且与保

38、护层的厚度、层间岩性、煤层倾角等因素有关。层间岩性、煤层倾角等因素有关。现在学习的是第35页，共70页（2）沿倾斜的保护范围沿倾斜的保护范围 确定沿倾向的保护范围就是沿倾向划定被保护层的上、下确定沿倾向的保护范围就是沿倾向划定被保护层的上、下边界。边界。为为岩石卸压角岩石卸压角，查表得出。，查表得出。保护层保护层被保护层被保护层被保护层被保护层1324保护线现在学习的是第36页，共70页（3）沿走向的保护范围沿走向的保护范围-超前距超前距 超前距一般不得小于两个煤层之间垂直距离的两倍，至少超前距一般不得小于两个煤层之间垂直距离的两倍，至少不小于不小于30m。目的目的：使被保护层能充分卸压和排放

39、瓦斯。：使被保护层能充分卸压和排放瓦斯。保护层被保护层被保护层h1L2h1L30mL2h2L30mh2现在学习的是第37页，共70页（4）煤柱的影响）煤柱的影响 保护层开采后，在采空区上、下形成卸压区，而煤柱上保护层开采后，在采空区上、下形成卸压区，而煤柱上方则产生集中应力区，在集中应力区内，增加了突出危险方则产生集中应力区，在集中应力区内，增加了突出危险性。性。影响范围根据考察结果确定，否则，按以下角度确定。影响范围根据考察结果确定，否则，按以下角度确定。60456045煤柱煤柱影响区影响区影响区影响区现在学习的是第38页，共70页3、抽放卸压瓦斯扩大保护范围、抽放卸压瓦斯扩大保护范围 随着

40、开采深度的增加，地应力、瓦斯压力、瓦斯含量随着开采深度的增加，地应力、瓦斯压力、瓦斯含量增高，为了提高保护层的保护效果、可靠程度和保证被保增高，为了提高保护层的保护效果、可靠程度和保证被保护层顺利开采，护层顺利开采，抽放卸压瓦斯抽放卸压瓦斯是可以对被保护层卸压作用起是可以对被保护层卸压作用起到到补充补充和和深化深化作用。作用。作用作用：（：（1）降低被保护层残余瓦斯压力；）降低被保护层残余瓦斯压力；（2）扩大保护层间距。）扩大保护层间距。因为，随着层间距增大，突出因为，随着层间距增大，突出煤层卸压程度减弱，瓦斯自然排放条件差煤层卸压程度减弱，瓦斯自然排放条件差。根据前苏联经验，开采保护层，如结

41、合抽放被保护层瓦斯，根据前苏联经验，开采保护层，如结合抽放被保护层瓦斯，可使有效层间距增大可使有效层间距增大1.4 1.6倍倍。现在学习的是第39页，共70页4、选择保护层的原则、选择保护层的原则 （1）首先选择无突出危险的煤层作为保护层；）首先选择无突出危险的煤层作为保护层；（2）当所有煤层均有突出危险时，选择突出危险性小的煤层）当所有煤层均有突出危险时，选择突出危险性小的煤层作为保护层；作为保护层；（3）优先选择上保护层。）优先选择上保护层。选择下保护层时，其最小层间距应满足下式：选择下保护层时，其最小层间距应满足下式：式中式中 Hmin-允许采用的最小层间距；允许采用的最小层间距；M-保

42、护层厚度；保护层厚度；k-系数。系数。现在学习的是第40页，共70页 （4）所有可采煤层均有严重突出危险时，可选择不可采煤层作）所有可采煤层均有严重突出危险时，可选择不可采煤层作为保护层。为保护层。5、开采保护层应注意的几个问题、开采保护层应注意的几个问题 （1）尽量不在保护层采空区留煤柱；）尽量不在保护层采空区留煤柱；（2）保护层采高小于）保护层采高小于0.5m时，必须检查其保护效果，否则时，必须检查其保护效果，否则要采取其它防突补充措施；要采取其它防突补充措施；（3）开采保护层，具有瓦斯抽放系统的矿井，应同时抽放卸）开采保护层，具有瓦斯抽放系统的矿井，应同时抽放卸压瓦斯。压瓦斯。保护作用实

43、质保护作用实质：卸压卸压和和排放瓦斯排放瓦斯，其中，其中卸压作用卸压作用是是首要的、首要的、决定性的决定性的。现在学习的是第41页，共70页二、预抽煤层瓦斯二、预抽煤层瓦斯 应用应用：无保护层可采、单一突出煤层开采。经过试验预抽：无保护层可采、单一突出煤层开采。经过试验预抽瓦斯有效果时。瓦斯有效果时。我国实施此措施的矿井占突出矿井总数的我国实施此措施的矿井占突出矿井总数的21%以上以上。现在学习的是第42页，共70页1、防突机理、防突机理 通过向突出煤层内打大量的密集钻孔，达到：通过向突出煤层内打大量的密集钻孔，达到：钻孔造成煤层局部卸压；钻孔造成煤层局部卸压；通过钻孔排放瓦斯，释放煤层瓦斯潜

44、能；通过钻孔排放瓦斯，释放煤层瓦斯潜能；通过长时间抽放瓦斯，进一步降低煤层瓦斯涌出压通过长时间抽放瓦斯，进一步降低煤层瓦斯涌出压力和瓦斯含量；力和瓦斯含量；引起煤层收缩变形、地应力下降、煤层透气性和煤引起煤层收缩变形、地应力下降、煤层透气性和煤的坚固性系数增加。的坚固性系数增加。现在学习的是第43页，共70页2、适用条件与考察指标、适用条件与考察指标适用条件适用条件：突出煤层，：突出煤层，4.010-2 m2/(MPa2.d)。要求指标要求指标：（1）瓦斯抽放率）瓦斯抽放率 30%；（2）PCH4(残余残余)0.8 PCH4 或或 XCH4(残余残余)0.8 XCH4；（3）钻孔控制区，煤厚的

45、收缩变形）钻孔控制区，煤厚的收缩变形 2 。3、钻孔布孔原则、钻孔布孔原则 采用采用：穿层钻孔穿层钻孔或或沿层钻孔沿层钻孔。HLR穿 层钻 孔现在学习的是第44页，共70页（1）钻孔数量）钻孔数量穿层钻孔穿层钻孔：沿层钻孔沿层钻孔：式中：式中：L-沿走向钻孔控制范围；沿走向钻孔控制范围；H-沿斜向钻孔控制范围；沿斜向钻孔控制范围；R-钻孔有效抽放瓦斯半径；钻孔有效抽放瓦斯半径；K-系数，系数，1.2 1.3。L沿层钻孔现在学习的是第45页，共70页（2）钻孔间距）钻孔间距 一般根据现场考察确定。无考察数据时可根据煤层瓦斯一般根据现场考察确定。无考察数据时可根据煤层瓦斯涌出规律，采用下式计算：涌

46、出规律，采用下式计算：对于沿层上向或水平平行钻孔：对于沿层上向或水平平行钻孔：对于穿层钻孔：对于穿层钻孔：现在学习的是第46页，共70页三、煤层注水三、煤层注水应用应用：主要应用于回采工作面。：主要应用于回采工作面。1、注水防突机理、注水防突机理2、注水工艺、注水工艺 打钻、封孔、注水打钻、封孔、注水现在学习的是第47页，共70页3、注水防突指标、注水防突指标 保证煤层充分湿润，且煤体湿润均匀，保证煤层充分湿润，且煤体湿润均匀，水份水份5%，注水量注水量 0.02 0.04 m3/t煤。煤。4、钻孔布置、钻孔布置 单排平行沿层钻孔。单排平行沿层钻孔。5、钻孔参数、钻孔参数 1）孔径孔径 421

47、00mm。2）孔长孔长，决定于阶段斜长及煤层地质变化。，决定于阶段斜长及煤层地质变化。3）封孔长度封孔长度 钻孔湿润半径钻孔湿润半径的的 1.11.2 倍。倍。4）注水压力）注水压力 过高过高：使煤沿弱面破裂，造成水流失。：使煤沿弱面破裂，造成水流失。过低过低：注不进水，达不到湿润效果。：注不进水，达不到湿润效果。应做到：应做到：“压而不裂，注而不漏压而不裂，注而不漏”R现在学习的是第48页，共70页 水平钻孔：水平钻孔：倾斜钻孔：倾斜钻孔：式中：式中：Pg-煤层瓦斯压力；煤层瓦斯压力；Pw-注水压力；注水压力；H-孔口至地表深度；孔口至地表深度；-钻孔与水平面的夹角；钻孔与水平面的夹角；-覆

48、岩的平均密度；覆岩的平均密度；l-钻孔长度；钻孔长度；-“+”表示下向孔，表示下向孔，“-”表示上向孔。表示上向孔。现在学习的是第49页，共70页6、注意事项、注意事项（1）对于湿润性差的煤，注水中可加一定浓度的）对于湿润性差的煤，注水中可加一定浓度的湿润剂湿润剂。（2）注水泵尽量采用）注水泵尽量采用排量大的高压泵排量大的高压泵；（3）保证封孔质量；）保证封孔质量；（4）孔数应根据注水区与注水有效半径确定；）孔数应根据注水区与注水有效半径确定；（5）对于难注水煤层，尽量采用）对于难注水煤层，尽量采用“间歇注水间歇注水”。现在学习的是第50页，共70页5.7 岩石井巷揭穿突出煤层预防突出措施岩石

49、井巷揭穿突出煤层预防突出措施包括包括：石门、竖井、斜巷石门、竖井、斜巷。特点特点：突出强度大。：突出强度大。Exp:我国，我国，70多次大型突出中，多次大型突出中，80%发生在岩巷揭煤过程中。发生在岩巷揭煤过程中。一、概述一、概述 1）在）在 10m，进入顶（底）板，进入顶（底）板2m范围内，全部作业中，都必范围内，全部作业中，都必须采取防突措施。须采取防突措施。2）揭开突出煤层前，应进行专门设计。）揭开突出煤层前，应进行专门设计。3）岩石井巷揭穿突出煤层前应遵守以下规定：）岩石井巷揭穿突出煤层前应遵守以下规定：a)进行探测孔和测压孔的设计；进行探测孔和测压孔的设计；现在学习的是第51页，共7

50、0页B）打至少两个穿透煤层全厚的探测孔；）打至少两个穿透煤层全厚的探测孔；C）测定煤层瓦斯压力；）测定煤层瓦斯压力；D）进行煤层突出危险预测；）进行煤层突出危险预测；E）有突出危险时，应采取防突措施；）有突出危险时，应采取防突措施；F）进行煤层突出危险性检验；）进行煤层突出危险性检验；G）揭开突出危险煤层。）揭开突出危险煤层。10m5m石门被揭煤层现在学习的是第52页，共70页二、水力冲孔二、水力冲孔 可控地、缓慢地排放突出煤层瓦斯。可控地、缓慢地排放突出煤层瓦斯。1、防突机理、防突机理 以以岩柱岩柱为为安全屏障安全屏障，利用打钻和高压水射流利用打钻和高压水射流 冲击煤体冲击煤体，激发激发煤体