瓦斯突出典型案例

煤矿瓦斯事故典型案例分析----四位一体综合防突技术张志良高级工程师2010.92007年世界能源消耗情况2007年全球范围的能源消耗量167.3亿吨标准煤，增长2.5%。煤炭的消耗量为48.49亿吨标准煤，天然气为39.43亿吨标准煤,矿物油为59.23亿吨标准煤，核能为9.6亿吨标准煤，水能为10.55亿吨标准煤。世界能源署（IEA）的专家预测，今后全球能源的消耗量每年1.8%的速度递增。2007年世界硬煤产量为56.00亿吨，其中电煤48.5亿吨，焦煤7.5亿吨。太平洋地区产煤国的煤炭产量增幅较大。2007年中国的产煤量达到25.23亿吨，比2006年（23.26亿吨）增加了1.97亿吨。自2000年至2007年，中国的煤炭产量增加了约13亿吨。据估计，到2010/2011年，中国的煤炭产量将提高到30亿吨。印度也是世界上产煤大国之一，该国有一个雄心勃勃的煤矿开采计划，正在建立新煤矿，以满足本国电力工业对煤炭的需求量。2008年中国的产煤量27.16亿吨,同比增加1.93亿吨,同比增长7.65%。一、矿井动力现象分类顶板大面积来压岩爆（冲击地压）煤与瓦斯突出：在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体内或岩体内突出向采掘空间抛出的异常的动力现象。2007年止鉴定的突出矿井全国647对，突出近30000次。全世界20多个国家发生过突出，最严重的是中国、前苏联、日本。突出煤炭最多的是前苏联煤矿；瓦斯量最多的是南桐一矿350万m3。我国突出煤炭最多的是三汇一井。中国煤与瓦斯突出矿井分布煤与瓦斯突出灾害分布突出矿井总数量647对中国高瓦斯矿井分布煤与瓦斯突出灾害分布高瓦斯矿井总数量2859对中国高瓦斯、突出矿井分布煤与瓦斯突出灾害分布高瓦斯、突出矿井总数量3506对中国大陆地质构造复杂，是小板块组成萨彦-额尔古纳断褶系塔里木地块区天山-兴安岭断褶系中朝地块区青藏印支块褶区印度地块西伯利亚地块二、煤与瓦斯突出危害与假说1、煤与瓦斯突出分类：按动力现象的成因和牲分类：典型突出、倾出、压出。分类目的是采取有针对性的防治措施。按参与突出物种类：煤与瓦斯突出、岩石与瓦斯突出、煤与二氧化碳突出，岩石与二氧化碳突出。盐与二氧化碳突出（东德）。煤、岩、瓦斯、二氧化碳突出（窑街三矿）。按突出煤量分类：特大型（煤量1000吨）、大型（煤量500吨~1000吨）、次大型（煤量100吨~499吨）、中型（煤量50吨~99吨）、小型（煤量50吨）。分类目的是采取有针对性的安全防护措施。按突出发生的地点：石门揭煤、平巷突出、上下山突出、采面突出。二、煤与瓦斯突出危害与假说2、煤与瓦斯突出的危害：（1）动力摧毁作用；（2）缺氧窒息作用；17%，工作时会出现喘气或呼吸困难；15%时，会失去劳动能力；12%（瓦斯为43%，空气为57%）时会丧失理智，7~8分钟会有窒息死亡危险；9%（瓦斯为57%，空气为43%）时丧失理智，2~3分钟会有窒息死亡。6%（瓦斯为71%，空气为29%）时会丧失理智，立即窒息死亡。国际劳动局（InternationlLabouroffice）制定的《煤矿安全与健康实用规程》（1985年5月，日内瓦）规定：“任何地点空气中的氧气成分低于19%，都不适合人员作业和通过”。我国规定“当作业场所空气中氧气浓度低于18%时，必须佩戴空气呼吸器、氧气呼吸器或长管面具”。二、煤与瓦斯突出危害与假说2、煤与瓦斯突出的危害：（3）发生瓦斯爆炸。其危害以可分为三个方面：A、火焰锋面：传播速度从每秒几十厘米~100m/s，最大可达音速；温度2150℃~2650℃。B、冲击波：传播速度大于音速，可达1000m/s。正向传播的峰值压力一般为0.5~0.8MPa，最高可达2MPa。人体抵抗能力为2.0KPa。C、巷道中大气成份的变化：生成大量的CO、CO2、水蒸气。CO浓度一般在0.4%以上。CO浓度0.4%，人维持8~10分钟；CO浓度1.0%，人维持1~2分钟；二、煤与瓦斯突出危害与假说2、煤与瓦斯突出的危害：（4）突出煤自燃、进而引发瓦斯爆。江西省丰城矿务局建新煤矿2004年“11.14”特别重大瓦斯爆炸事故直接原因新建煤矿是丰城矿务局4对生产矿井之一。瓦斯等级鉴定为煤与瓦斯突出矿井。新建煤矿井下1010工作面进风（运输）顺槽在掘进过程中，曾于2003年6月14日和7月27日发生煤与瓦斯突出，形成了1号和2号突出孔洞。在对1010工作面运输顺槽2号突出孔洞进行密闭前，没有清理完突出浮煤，密闭墙没有按设计要求施工，密闭不严，没有采取有效的防止自然发火的措施，导致密闭内突出浮煤氧化自燃，煤炭自燃引燃孔洞内积聚的瓦斯，造成瓦斯爆炸，51人死亡，5人轻伤。二、煤与瓦斯突出危害与假说序号时间地点类别死亡人数11950.2.27河南省宜洛煤矿老李沟井瓦斯爆炸18721954.12.6内蒙古包头大发煤矿瓦斯煤尘爆炸10431960.5.9山西大同矿务局老白洞煤矿瓦斯煤尘爆炸68441960.5.14四川重庆松藻二井煤与瓦斯突出12551960.11.28河南平顶山矿务局龙山庙煤矿瓦斯煤尘爆炸18761960.12.15四川重庆中粱山煤矿南井瓦斯煤尘爆炸12471961.3.16辽宁抚顺矿务局胜利煤矿电器火灾11081968.10.24山东新汶矿务局华丰煤矿煤尘爆炸10891969.4.4山东新汶矿务局潘西煤矿二号井煤尘爆炸115101975.5.11陕西铜川矿务局焦坪煤矿前卫斜井瓦斯煤尘爆炸101111977.2.24江西丰城矿务局坪湖煤矿瓦斯爆炸114121981.12.24河南平顶山矿务局五矿瓦斯煤尘爆炸133二、煤与瓦斯突出危害与假说时间地点类别死亡131991.4.21山西省洪洞县三交和煤矿瓦斯煤尘爆炸147141996.11.27山西大同市新荣区郭家窑乡东村煤矿瓦斯煤尘爆炸114152000.9.27贵州省水城矿务局木冲沟煤矿瓦斯煤尘爆炸162162002.6.22黑龙江省鸡西城子河煤矿瓦斯爆炸124172004.10.20河南郑煤集团大平煤矿突出瓦斯爆炸148182004.11.28陕西铜川陈家山煤矿瓦斯爆炸166192005.2.14辽宁省阜新矿业集团孙家湾海川立井瓦斯爆炸214202005.8.7广东省兴宁市大兴煤矿透水事故123212005.11.27黑龙江七台河矿务局东风煤矿煤尘爆炸171222005.12.7河北省唐山市开平区刘官屯煤矿瓦斯爆炸108232007.8.17山东省新泰市华源公司透水事故172242007.12.5山西省洪洞瑞之源煤矿瓦斯爆炸105二、煤与瓦斯突出危害与假说2、煤与瓦斯突出的危害：突出21431工作面10.13煤与瓦斯突出事故图-340-240-220-220-240-260-260-280-300-320-320-360-280214采区皮带下山214边界巷214采区专用回风巷联络巷回风联络巷三水平回风暗斜井21431上顺槽21431进料巷40m220m190m21431下顺槽47m64m预计突出点★横川五横川6F11H=60m∠60°DF3H=0～3m∠65°横川横川切眼2143F1H=1.8m∠70°DF1H=0～3m∠75°2143F2H=1.5m∠55°H=7m∠25°（顶断底不断）H=4m∠53°采空区-280-300-320-380-340-360横川N-300三水平辅助回风巷图例遇难人员遇险人员基地矿救遇难人员1号11号2号3号10号9号8号7号5号6号4号基地采煤机二、煤与瓦斯突出危害与假说3、发生煤与瓦斯突出的因素：（1）瓦斯：无色，无味，比空气轻（容重为空气的0.554倍），微溶于水（3~5L/m3）,燃烧时火焰呈现兰色。对突出起作用的瓦斯压力和吨煤瓦斯含量。（2）地应力：自重应力、构造残余应力，采掘支承压力。（3）构造煤及其分布规律。二、煤与瓦斯突出危害与假说煤与瓦斯突出的机理：球壳失稳机理认为在突出过程中，地应力首先破坏煤体，使煤体产生裂纹，形成球盖状煤壳。然后煤体向裂隙内释放并积聚高压瓦斯，瓦斯使煤体裂纹扩张并使形成的煤壳失稳破坏并抛向巷道空间，使应力峰值移向煤体内部，继续破坏后续的煤体，形成一个连续发展的突出过程。二、煤与瓦斯突出危害与假说煤与瓦斯突出的机理→力学作用机理1、突出的过程经历如图所示的准备、发动、发展和终止四个阶段。突出发动的标志是采掘空间周围一定厚度的煤岩体发生突变失稳而失去承载能力、并被迅速抛出或挤出；突出终止的标志是突出过程的煤岩宏观运动持续停止；突出的发展是在突出发动后孔洞周围煤岩体由浅入深逐渐发生破坏的过程；突出的准备是突出发动前有利于发动突出的力学条件变化过程。突出阶段划分示意图二、煤与瓦斯突出危害与假说煤与瓦斯突出的机理→力学作用机理2、初始失稳条件和能量条件构成突出发动的条件破坏的连续进行条件和能量条件构成突出发展的条件。初始失稳条件能量条件破坏的连续进行条件突出发动突出发展强度破坏条件煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出条件二、煤与瓦斯突出危害与假说煤与瓦斯突出的机理能量条件能量条件的概念表述的是必须要有足够的能量，使煤岩体发生破碎并被抛出。对于某一范围内的煤岩体，能量条件可以表示如下W1+W2+W3=A1+A2+A3式中W1——煤岩体的弹性势能；W2——煤岩体的瓦斯内能；W3——周围煤岩体对此范围内煤岩所做的功；A1——煤岩体的破碎功；A2——煤岩体的抛出功；A3——其它能量耗散，如煤体发热、声发射等。二、煤与瓦斯突出危害与假说突出主要发生在支承压力极限平衡区。极限平衡区煤岩体已经遭受了强度破坏，进入到应力应变曲线的峰后受力状态，由于煤岩的流变进入加速阶段，或者由于外载的扰动等使煤岩加速变形，使得煤岩体迅速转入残余强度急剧衰减状态，导致煤岩体失去承载能力，进入失稳状态。二、煤与瓦斯突出危害与假说突出的发动是从煤壁的失稳开始的。如果失稳煤体仅为煤壁表面的小范围，此处几乎不存在瓦斯的作用，失稳煤体在重力势能和不大的弹性势能作用下抛出，产生片帮一类的动力现象。这种动力现象的发动通常难以引发动力现象的发展。如果失稳煤体是沿某一高角度结构弱面形成，失稳煤体在重力势能和较小的弹性势能、瓦斯内能作用下抛出，形成倾出类动力现象。这类动力现象由于深入煤体较深，但瓦斯压力不高，仅会引起较小范围深部煤体的动力现象的发展，这种发展仅限于小范围深部煤体的失稳和位移以及深部煤体瓦斯的缓慢解吸与释放。二、煤与瓦斯突出危害与假说如果失稳煤体不是沿高角度结构弱面形成，而是深入煤体一定深度，煤体主要在弹性势能和不高的瓦斯内能作用下抛出或挤出，形成压出类动力现象。这类动力现象同样由于深入煤体较深部，但瓦斯压力不高，仅会引起较小范围深部煤体的动力现象的发展，同样只表现在小范围深部煤体的失稳和位移以及深部煤体瓦斯的缓慢解吸与释放。如果失稳煤体和压出类动力现象相似，但失稳煤体主要是在瓦斯内能和相对较小的弹性势能作用下抛出，于是形成突出类动力现象。这类动力现象深入煤体较深部，瓦斯压力高，会引起大范围深部煤体动力现象的发展。如果压出类动力现象的煤体失稳是发生于较坚硬的煤层中，则煤体可能呈现脆性失稳，引发煤体失稳和抛出所需的力和弹性势能更大，这时的动力现象就转化为冲击地压。三、四位一体综合防突措施1、设计：(第一百零四条)突出危险区煤巷掘进和采煤工作面的专门防突设计应至少包括以下方面：（一）煤层、瓦斯、地质构造及邻近区域巷道布置的基本情况；（二）建立安全可靠的独立通风系统及加强控制通风风流设施的措施；（三）工作面突出危险性预测及防突措施效果检验的方法、指标、预测及效果检验钻孔布置等；（四）防突措施的选取及施工设计；（五）安全防护措施；（六）组织管理措施。矿井各煤层采用的各种措施的效果和参数等都要进行实际考察确定。三、四位一体综合防突措施1、设计：（1）采区专用回内巷；（2）石门揭煤设计；避开构造带，设计消突措施；郑州大平煤矿“11*20”突出事故，是在掘进21采区时