课件四――煤与瓦斯突出危险性预测

矿井瓦斯防治翟成副教授联系方式：13585391210E-mail:[e-mail]知识点：掌握矿井动力现象的分类、煤与瓦斯突出的机理及规律、突出预测及鉴定的方法，了解各种煤与瓦斯突出防治方法的原理、参数、工艺与适用条件。第四章矿井瓦斯突出危险性预测矿井瓦斯防治3章节目录4321突出预测指标临界值的确定方法煤与瓦斯突出危险性预测矿井瓦斯突出的分类及其一般规律煤与瓦斯突出机理矿井瓦斯防治44.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律煤与瓦斯突出(GasandCoalOutburst)煤与瓦斯突出具体表现为在几秒至几十秒极短的时间内，大量的煤和瓦斯由煤体向采场、巷道等采掘空间喷出。喷出的煤从几吨到上万吨，瓦斯量从数米3到百万m3。突出时常伴有较大的动力效应，如摧毁支架、推倒矿车、破坏通风设施，使风流反向等。突出后，常在煤体中形成楔形、梨形、舌形突出孔洞，堆积的煤常有明显的分选现象，表面含有大量的粒度极细的煤粉。物理概念具体表现煤与瓦斯突出是煤开采过程中严重的自然灾害之一，是井工开采煤矿井下发生的一种复杂的有煤、岩和瓦斯，个别有二氧化碳参与的瓦斯动力现象。矿井瓦斯防治5矿井瓦斯防治6矿井瓦斯防治7南桐东林矿石门突出突出煤量130t矿井瓦斯防治8南桐东林矿石门突出突出煤量130t矿井瓦斯防治9南桐东林矿石门突出突出煤量130t矿井瓦斯防治10南桐东林矿石门突出突出煤量130t矿井瓦斯防治11南桐东林矿石门突出突出煤量130t矿井瓦斯防治12南桐东林矿石门突出突出煤量130t矿井瓦斯防治13南桐东林矿石门突出突出煤量130t矿井瓦斯防治14南桐东林矿石门突出突出煤量130t矿井瓦斯防治15南桐东林矿石门突出突出煤量130t矿井瓦斯防治16南桐东林矿石门突出突出煤量130t矿井瓦斯防治1722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“10.20”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1894t(其中煤1300),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%.矿井瓦斯防治184.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律1矿井瓦斯突出的分类矿井瓦斯防治19煤与瓦斯突出的分类按成因和特征，将煤与瓦斯突出分为三类：（1）煤与瓦斯突出（简称为突出）（2）煤与瓦斯压出（简称为压出）（3）煤与瓦斯倾出（简称为倾出）4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律矿井瓦斯防治204.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律①突出的煤向外抛出距离较远，具有分选现象；②抛出的煤堆积角小于煤的自然安息角（35°～40°）；③抛出的煤破碎程度较高，含有大量的煤块和手捻无粒感的煤粉；④有明显的动力效应，破坏支架、推倒矿车、破坏和抛出安装在巷道内的设施；⑤有大量的瓦斯(CO2)涌出，瓦斯(CO2)涌出量远远超过突出煤的瓦斯(CO2)含量，有时会使风流逆转；⑥突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形以及其它分岔形等。发动突出的主要作用力是地应力和瓦斯压力的共同作用下发生的，通常以地应力为主，瓦斯压力为辅，重力不起决定作用；实现突出的基本能源是煤内积蓄的高压弹性潜能和瓦斯潜能。突出是三种中危害最大的。煤与瓦斯突出的基本特征矿井瓦斯防治21矿井瓦斯防治22矿井瓦斯防治23“倾出”的基本特征①倾出的煤就地按自然安息角堆积，并无分选现象；②倾出的孔洞呈孔大腔小，孔洞轴线压风自沿煤层倾斜或铅垂方向（厚煤层）发展；③无明显动力效应；④倾出常发生在煤质松软的急倾斜厚煤层中；⑤巷道瓦斯涌出量明显增大。4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律矿井瓦斯防治24矿井瓦斯防治25“压出”的基本特征①压出有两种形式，即煤的整体位移和煤有一定距离的抛出，但位移和抛出的距离都较小；②压出后，在煤层与顶板之间的裂隙中，常留有细煤粉，整体位移的煤体上有大量的裂隙；③压出的煤呈块状，无分选显现；④巷道瓦斯（二氧化碳）涌出量增大；⑤压出可能无孔洞或呈口大小腔小的楔形孔洞。⑥压出时常伴随巷道底鼓。4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律矿井瓦斯防治26突出事故按动力现象强度分类小型突出：＜50吨；中型突出：50—99吨；大型突出：100—999吨；特大型突出：≧1000吨4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律矿井瓦斯防治274.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律2矿井瓦斯突出发生的一般规律1）突出发生在一定的深度上一般一个矿井或一个煤层有一个开始发生突出的深度，当小于该深度时不会发生突出，当开采大于该深度时，就有发生突出的危险，在煤与瓦斯突出领域，该深度称为始突深度。矿井瓦斯防治284.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律2矿井瓦斯突出发生的一般规律随着开采深度的增加，煤层突出危险性增大，具体表现为突出次数增多、突出强度增大。在浅部开采为高瓦斯矿井，甚至为低瓦斯矿井，开采到深部后，由于煤层赋存条件的变化，煤层瓦斯压力增大，而转变为突出矿井；一些在浅部开采突出危害较轻的突出矿井，开采到深部后，转变为严重突出矿井。开始发生突出的最浅深度称为始突深度，一般它比瓦斯风化带的深度深一倍以上｡矿井瓦斯防治292）突出的次数和强度随着煤层厚度特别是软分层的厚度的增加而增多突出最严重的煤层一般是最厚的主采煤层｡因此突出对矿井的安全生产与经济效益有重大影响｡注：“软分层”是煤层中煤质结构松软、结构和构造受到严重破坏的煤分层。它们表现为碎屑状、碎粒状、片状和鳞片状等。4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律矿井瓦斯防治303）突出的气体种类主要是甲烷个别矿井（吉林营城、甘肃窑街）突出二氧化碳，突出煤层的瓦斯含量、开采时的相对瓦斯涌出量都在10m3/t以上，即突出都发生在高瓦斯矿井内｡4）突出煤层的特点煤的力学强度低（f0.8）而且变化大；透气性差（透气性系数10m2/（MPa2·d））；瓦斯放散初速度高（△P15）；湿度小；层理紊乱、遭受过地质构造力严重破坏的“构造煤”｡4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律矿井瓦斯防治315）煤层突出危险区常呈区域条带状分布突出危险区呈带状分布。究其原因，目前的观点是突出危险区受到地质构造控制，而地质构造具有带状分布的特征，如断层、向斜轴部、火成岩侵入地区、煤层扭转地区、煤层产状急剧变化、压性及压扭性断层地带、煤层构造分岔、顶底板阶梯状凸起地区，特别是软分层变厚地区和各种地质构造交汇处都是突出点密集地区，发生大型甚至特大型突出地区。4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律矿井瓦斯防治32采掘形成的应力集中带，如采掘工作面邻近煤柱、采止线、两条巷道贯通之前的应力集中带，相向采掘的两工作面互相接近的采煤工作面集中应力带内煤层突出危险性增大。这些地区往往也有带状分布的特点，在这些地带不仅突出频繁，而且极易发生大强度煤与瓦斯突出。因此，在突出煤层开采过程中，地质部门应随时掌握工作面附近地质构造变化情况，能够针对性地指导防突工作的进行。4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律矿井瓦斯防治336）突出的次数有随着煤层倾角增大而增多的趋势受煤自重影响，由上前方向巷道方向的突出占大多数，从下方向巷道的突出为数极少｡4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律矿井瓦斯防治347）采掘工作往往可激发突出特别是落煤与震动作业，不仅可引起应力状态的变化，而且可使动载荷作用在新暴露煤体上造成煤的突然破碎｡例如，据我国7765次突出的统计资料，放炮引起的突出为4243次，占55%；打钻引起的突出为197次，占2.5%；风动工具引起的突出602次，占7.8%；手镐作业的突出为979次，占12.6%；水力落煤的突出111次，占1.4%；机组采煤的突出62次，占0.8%（以上落煤作业总计达6194次，占80%）；作业情况记录不详的的突出1338次，占17.2%；其他作业的突出177次，占2.3%；突出前没有作业的仅56次，占0.7%｡4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律矿井瓦斯防治35突出作业方式分布表作业方式突出次数（次）突出煤量（t）突出瓦斯量（m3）平均煤量（吨）平均瓦斯量（m3）比例(%)放炮726647.6382806.792.35316.846.5割煤54417618074977.33347.234.8打钻76259.4664596894.294942.34.5其它2211125898350.52681.014.2不同作业方式突出次数5472272放炮割煤打钻其它不同作业方式平均突出煤量92.377.3894.250.5放炮割煤打钻其它4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律矿井瓦斯防治368)突出前大多有突出预兆突出预兆响煤炮瓦斯异常瓦斯忽大忽小片帮掉碴煤结构变化喷顶夹钻两种以上预兆无预兆其它统计次数平均突出强度(t/次)55.457.669.545.054.2128.178.494.856.2突出次数（次）141547110174081918246253630350294.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律多数煤与瓦斯突出事例发生前，都会出现各种不同的有声或无声预兆。在统计的我国5029次有明确突出预兆记载的突出事例中，有4493次突出发生前有突出预兆，占89.3%，无突出预兆仅有536次，占10.7%。因此，熟悉掌握煤与瓦斯突出，对防止突出造成人身伤亡事故，具有十分重要的现实意义。矿井瓦斯防治37预兆大体可分为三个方面：地压显现方面的预兆有，煤炮声、支架声响、掉碴、岩煤开裂、底鼓、岩与煤自行剥落，煤壁外鼓、来压、煤壁颤动、钻孔变形、垮孔顶钻、夹钻扦、钻粉量增大、钻机过负荷等；瓦斯涌出方面的预兆有，瓦斯涌出异常、瓦斯浓度忽大忽小、煤尘增大、气温与气味异常、打钻喷瓦斯、喷煤、哨声蜂鸣声等；煤力学性能与结构方面的预兆有，层理紊乱、煤强度松软或软硬不均、煤暗淡无光泽、煤厚变化大、倾角变陡、波状隆起、褶曲、顶、底板阶状凸起、断层、煤干操等等。4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律矿井瓦斯防治3838突出影响因素与突出次数统计规律表开采深度（m）作业方式地质构造突出预兆巷道类型煤层厚度（m）500-600爆破断层响煤炮平巷4-5400-500采煤机割煤无构造喷顶夹钻回采面3-4≧700打钻煤厚变化片帮掉碴下山2-3300-400掘进机割煤煤层倾角变化无预兆上山5-6600-700无作业软分层变厚瓦斯忽大忽小石门≧64.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律矿井瓦斯防治3939突出预兆纵向风险率排序四矿五矿六矿八矿十矿十二矿全局响煤炮喷顶夹钻响煤炮响煤炮片帮掉碴响煤炮响煤炮喷顶夹钻响煤炮喷顶夹钻喷顶夹钻喷顶夹钻喷顶夹钻喷顶夹钻片帮掉碴片帮掉碴片帮掉碴片帮掉碴响煤炮瓦斯异常片帮掉碴瓦斯异常瓦斯异常瓦斯异常瓦斯异常瓦斯忽大忽小片帮掉碴瓦斯异常煤结构变化瓦斯忽大忽小煤结构变化煤结构变化瓦斯忽大忽小煤结构变化瓦斯异常瓦斯忽大忽小煤结构变化瓦斯忽大忽小瓦斯忽大忽小煤结构变化煤结构变化瓦斯忽大忽小4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律矿井瓦斯防治409)突出危险性随着有硬而厚的围岩存在而增大主要是硅质灰岩和砂岩等坚硬岩层的存在，有时造成巷道或工作面支架大面积不接顶，给弹性潜能的积聚创造条件，同时增大工作面前方应力梯度。4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律矿井瓦斯防治4110）从巷道类型与突出危险性的关系上看以石门为最危险从石门工作面距煤层2m起至穿过煤层全厚而进入顶板或底板2m止，整个揭穿过程都有危险，也曾发生过仅2m厚煤层在石门揭穿过程中突出两次的实例。在各种突出中，采面突出强度最小。4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律矿井瓦斯防治42不同施工工艺期间突出分布表施工工艺突出次数（次）突出煤量（t）突出瓦斯量（m3）平均煤量（t）平均瓦斯量（m3）比例(%)回采4130489513574.342320.3726.5掘进1018447.6482005.783.64772.365.2石门揭煤33588216119.332738.671.9其它106341.4701778634.170177.86.4总计15518