5煤与瓦斯突出的防治区域瓦斯治理含5+1内容

第5章煤与瓦斯突出防治杨威（第五讲）联系方式：13952194967E-mail:[e-mail]办公地点：矿业科学中心A5011本章目录5.1突出防治简介5.2区域瓦斯治理5.2.1保护层开采技术5.2.2区域瓦斯预抽技术5.2.3区域验证5.3局部瓦斯治理5.3.1石门揭煤防突技术5.3.2采、掘进巷道防突技术5.4卸压增透关键技术2第一章总则(第一～七条)第二章一般规定(第八～三十二条)第三章区域综合防突措施(第三十三～五十八条)第四章局部综合防突措施（第五十九～一百零六条）第五章防治岩石与二氧化碳（瓦斯）突出措施(第一百零七～一百一十一条)第六章罚则（第一百一十二～一百二十三条）第七章附则（第一百二十四条）《防突规定》的基本结构5.1简介——相关法规3传统技术途径：局部瓦斯治理技术突出煤层防突工程煤层巷道重大危险源突出预测防突措施效果检验安全防护问题：工作人员需长期在突出煤层中作业任一环节出现问题都可能发生突出事故，造成人员伤亡。5.1简介——传统煤层开采方法细则4区域防突措施先行，局部防突措施补充不掘突出头、不采突出面区域综合防突措施区域突出危险性预测区域防突措施区域措施效果检验区域验证局部综合防突措施工作面危险性预测工作面防突措施工作面措施效果检验安全防护措施5.1简介——相关法规——基本思想5•按作用范围划分：区域性防突措施、局部性防突措施。•按作用效果划分：防止突出发生的措施、突出时保证人员生命安全的措施。•按作用的技术性划分：技术措施、组织管理措施。5.1简介——防突措施分类6•区域性防突措施–实施以后可使较大范围煤层（如一个采区）消除突出危险性的措施。•局部防突措施–实施以后可使局部区域(如掘进工作面或工作面前方小范围煤体)消除突出危险性的措施。5.1简介——防突措施分类7第四十五条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和预抽煤层瓦斯两类。•明确了区域瓦斯治理的方法，并规定了优选顺序。•预抽煤层瓦斯一般时间长，因此可以采用多措并举的方式预抽煤层瓦斯。31、上保护层开采保护层2、下保护层地面预抽、地面井预抽煤层瓦斯优4、井下穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯区域防选突措施顺5、穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯预抽煤序井下预抽6、顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯层瓦斯7、穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯8、顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯5.1简介——防突措施分类从安全区域向突出煤层施工防突工程区域性消除突出危险实现安全开采区域防突措施：区域性瓦斯治理技术底板岩巷安全区域抽采钻孔重大危险源5.1简介——区域性防突措施理念9以人为本、源头治理、依法治突。坚持以人为本的原则，立足于安全第一；坚持源头治理的原则，立足于超前防治；坚持依法治突的原则，立足于严格管理。5.1简介——相关法规——总体思路10Yes单一突出煤层区域性瓦斯治理技术抽采被保护层卸压瓦斯煤层群开采保护层区域性卸压增透强化抽采瓦斯低瓦斯煤层保护层突出否No5.1简介——区域性防突措施理念11技术难点地应力高瓦斯压力大煤层透气性低瓦斯抽采困难突出灾害严重技术关键大面积增加煤层透气性提高抽采效果降低突出能量区域性消除突出危险5.1简介——区域性防突措施技术关键12将突出煤层转变为低瓦斯煤层，实现突出煤层安全高效开采。5.1简介——区域性防突措施总体目标135.2区域瓦斯治理5.2.1保护层开采技术•保护层：在突出矿井中，预先开采的、能使其它相邻有突出危险的煤层受到采动影响而减少或丧失突出危险的煤层称为保护层。•被保护层：后开采的煤层称为被保护层。保护层被保护层被保护层5.2.1区域瓦斯治理——保护层—定义及分类•根据相对位置的不同分为：•上保护层：保护层位于被保护层上方的。•下保护层：保护层位于被保护层下方的。下保护层开采上保护层开采保护层被保护层保护层被保护层5.2.1区域瓦斯治理——保护层—定义及分类根据保护层与突出层之间的垂直距离(h)不同，可分为：•近距离保护层：h≤10m。•中距离保护层：10mh50m。•远距离保护层：h≥50m。5.2.1区域瓦斯治理——保护层—定义及分类厚煤层分层开采也相当于保护层开采保护层被保护层5.2.1区域瓦斯治理——保护层—定义及分类•保护层开采是预防突出最有效、最经济的区域性预防突出的技术措施，几乎所有发生突出的国家都采用该措施，我国1958年成功使用此技术，目前凡是具备条件的煤层群，均要求采用保护层开采。•1、保护作用分析为什么保护层开采后，能有效消除煤层突出危险性？5.2.1区域瓦斯治理——保护层——消突机理断裂带垮落带弯曲带底鼓变形带底鼓裂隙带卸压区应力集中区应力集中区??：每个带的高度如何确定？5.2.1区域瓦斯治理——保护层——消突机理——纵向分带贯通层向裂隙裂缝纵横煤层采场空间划分及时空演化规律5.2.1区域瓦斯治理——保护层——横向分带应力集中区应力降低区应力恢复区卸压煤体的增透增流的时空效应不同时刻采场应力及瓦斯“三带”变化瓦斯抽采最佳时期是应力降低区内的高透高流带，由于该区域内卸压充分，解吸瓦斯流动活跃，瓦斯抽采效果好。之后进入应力恢复区，透气性降低，抽采效果减弱。初始卸压增透增流带卸压充分高透高流带地压恢复减透减流带5.2.1区域瓦斯治理——保护层——消突机理5.2.1区域瓦斯治理——保护层——消突机理——空间带分布5.2.1区域瓦斯治理——保护层——消突机理——空间带分布5.2.1区域瓦斯治理——保护层——消突机理——空间带分布5.2.1区域瓦斯治理——保护层——消突机理5.2.1区域瓦斯治理——保护层——消突机理——空间带分布技术原理描述开采保护层应力降低煤层卸压透气性增加瓦斯排放煤体强度增高激发突出作用减小瓦斯压力梯度降低发生突出的瓦斯作用减小煤体抵抗破坏能力增强消除（或降低）煤和瓦斯突出危险5.2.1区域瓦斯治理——保护层——消突机理第四十五条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和预抽煤层瓦斯两类。•明确了区域瓦斯治理的方法，并规定了优选顺序。•预抽煤层瓦斯一般时间长，因此可以采用多措并举的方式预抽煤层瓦斯。31、上保护层开采保护层2、下保护层地面预抽、地面井预抽煤层瓦斯优4、井下穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯区域防选突措施顺5、穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯预抽煤序井下预抽6、顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯层瓦斯7、穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯8、顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯知识回顾——区域瓦斯治理技术断裂带垮落带弯曲带底鼓变形带底鼓裂隙带卸压区应力集中区应力集中区??：每个带的高度如何确定？知识回顾——区域瓦斯治理——保护层——消突机理——纵向分带贯通层向裂隙裂缝纵横煤层采场空间划分及时空演化规律知识回顾——区域瓦斯治理——保护层——消突机理——横向分带应力集中区应力降低区应力恢复区卸压煤体的增透增流的时空效应不同时刻采场应力及瓦斯“三带”变化瓦斯抽采最佳时期是应力降低区内的高透高流带，由于该区域内卸压充分，解吸瓦斯流动活跃，瓦斯抽采效果好。之后进入应力恢复区，透气性降低，抽采效果减弱。初始卸压增透增流带卸压充分高透高流带地压恢复减透减流带开采保护层的作用•(1)地压减少，弹性潜能得以缓慢释放。•(2)煤层膨胀变形（一般2‰以上），形成裂隙孔道，透气增加（增到数十倍~数百倍），被保护层内的瓦斯能大量排放到保护层的采空区内，瓦斯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。据测定，开采保护层后，被保护层的煤硬度系数由0.3～0.5增加到1.0～1.5。•引起突出的两个重要因素：地压和瓦斯↓•抵御突出的能力因素——煤的机械强度↑•保护作用实质：卸压和排放瓦斯，其中卸压作用是首要的、决定性的。知识回顾——区域瓦斯治理——保护层——消突机理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；•2）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；•3）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；•4）优先选择上保护层;选择下保护层时，不破坏开采条件;•5）尽量不在保护层采空区留煤柱；•6）保护层采高小于0.5m时，必须检查其保护效果，否则要采取其它防突补充措施；•7）开采保护层，应同时抽放卸压瓦斯。5.2.1区域瓦斯治理——保护层——选择原则5.2.1区域瓦斯治理——保护层——选择原则开采下保护层时，不破坏上部被保护层的最小层间距离可参用式(D.3)或式(D.4)确定：当60o时，cosHKM(D.3)当o60时，)2/sin(KMH(D.4)式中：H－允许采用的最小层间距，m；M－保护层的开采厚度，m；－煤层倾角，度；K－顶板管理系数。冒落法管理顶板时，K取10，充填法管理顶板时，K取6。•保护范围：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。一般通过现场实测确定。•（1）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、层间岩性、煤层倾角等因素有关。名称上保护层，m下保护层，m急倾斜煤层缓倾斜与倾斜煤层6050801005.2.1区域瓦斯治理——保护层——保护范围倾角增大，有利于底鼓、不利于冒顶。5.2.1区域瓦斯治理——保护层——保护范围5.2.1区域瓦斯治理——保护层——消突机理（2）沿倾斜的保护范围•沿倾向的保护范围就是沿倾向划定被保护层的上、下边界。•δ为岩石卸压角，查表得出。保护层被保护层被保护层δ1δ3δ2δ4α保护线5.2.1区域瓦斯治理——保护层——保护范围5.2.1区域瓦斯治理——保护层——保护范围煤层倾角（o）卸压角（o）δ1δ2δ3δ408080757510778375752073877575306990777040659080705070908070607290807070729080728073907875907580758O1234（3）超前距•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护层与被保护层层间垂距的3倍，并不得小于100m；•目的：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h1L3h1L＞100mL3h2L＞100mh25.2.1区域瓦斯治理——保护层——保护范围（4）沿走向的保护范围及煤柱•若保护层采煤工作面停采时间超过3个月、且卸压比较充分，则该保护层采煤工作面对被保护层沿走向的保护范围对应于始采线、采止线及所留煤柱边缘位置的边界线可按卸压角δ5=56°～60°划定。5.2.1区域瓦斯治理——保护层——保护范围（5）煤柱的影响•保护层开采后，在采空区上、下形成卸压区，而煤柱上方则产生集中应力区，在集中应力区内，增加了突出危险性。•开采保护层时，采空区内不得留有煤(岩)柱。特殊情况下留煤柱时，影响范围根据考察结果确定，否则，按以下角度确定。5.2.1区域瓦斯治理——保护层——保护范围56~60°煤柱影响区影响区56~60°56~60°56~60°3、抽放卸压瓦斯扩大保护范围•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护层顺利开采，抽放卸压瓦斯是可以对被保护层卸压作用起到补充和深化作用。•作用：•（1）降低被保护层残余瓦斯压力；•（2）扩大保护层间距。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。•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1.4~1.6倍。5.2.1区域瓦斯治理——保护层——保护范围5.2.1区域瓦斯治理——保护层——保护范围5.2.1区域瓦斯治理——保护层——消突