煤与瓦斯突出防治技术介绍

煤与瓦斯突出防治技术介绍一、煤与瓦斯突出概述二、煤与瓦斯突出防治技术三、突出矿井管理四、突出防治技术研究动态一、煤与瓦斯突出概述■突出的概念■突出的危害性■我国的突出特点和一般规律■突出的预兆■突出机理■突出分类突出危害示例11879年4月17日，比利时“阿拉波二号井”发生一次强度420t，瓦斯50万m3的突出。瓦斯逆流从提升井冲至地面，距井口23m的绞车房附近的火炉引燃了瓦斯，火焰高达50m，井口建筑烧成一片废墟。2h后，火焰快要熄灭时，井下又连续发生7次瓦斯爆炸。井下209人，死亡121人，地面3人烧死，11人烧伤。m危害示例2－大平矿瓦斯爆炸危害示例2－大平矿瓦斯爆炸危害示例2－大平矿瓦斯爆炸危害示例2－大平矿瓦斯爆炸危害示例2－大平矿瓦斯爆炸危害示例2－大平矿瓦斯爆炸危害示例2－大平矿瓦斯爆炸危害示例2－大平矿瓦斯爆炸危害示例2－大平矿瓦斯爆炸危害示例2－大平矿瓦斯爆炸危害示例2－大平矿瓦斯爆炸危害示例2－大平矿瓦斯爆炸22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,突出煤岩量约1894t,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%.瓦斯爆炸传播过程演示，148人死亡32人受伤●07.3.27贵州水城汪家寨煤矿，死亡10人；●07.4.1四川芙蓉白皎煤矿，死亡5人；●07.4.6湖南金竹山平垌，死亡4人；●07.4.6甘肃窑街金河矿，煤与二氧化碳突出，死亡9人；●07.4.19河北峰峰局大树村煤矿，死亡17人；●07.4.20河北邯郸陶二煤矿，死亡11人；●07.5.20山西晋城寺河煤矿，死亡4人；●07.5.30湖南涟源市安平镇新万三矿，死亡6人。3.2最近2年发生的突出伤亡情况3.3我国最大一次突出发生情况我国最大的一次突出(世界第2)--1975年8月8日，天府矿务局三汇一矿+280m水平，平峒揭开K1煤层时，突出煤岩12780t，瓦斯140万m3。炮响3～4s后发生突出，峒口一阵狂风，将小碎石卷起，吹到50m以外，大量瓦斯携带煤粉涌出，呈黑浓烟状，持续40min才逐渐下降。距突出点700多m远的三道风门被毁，风门外装有钎子和矸石的矿车冲出30多m远，1t多重的一块巨石被冲走120多m，另一块重达3t的巨石冲出60余m，拐两个90°的急弯进入变电所。我国最大的一次突出突出煤矸堆积情况距突出点110m，煤矸基本封顶堆积高度缓慢下降，整个堆积长度1170m，直到峒口南茅口大巷，堆积60m(20m封顶)；北茅口大巷，堆积250m(约100m封顶)11700.6m2m3.3m3.5m22m35m50m12m30m31m80m40m148m47m334m490m0.8m3.7m3.9m2.7m2.1m1.6m3.6突出多发地点●封闭向斜轴附近轴部地带—上部压应力—下部张应力，受深部地层的阻力，岩层进一步挤压—小型层面滑动并出现压性逆断层南桐矿区80%的突出发生在八面山向斜、王家坝向斜、鸦雀岩向斜、甘家坪向斜3.6突出多发地点●帚状构造收敛端■收敛端常常是地应力集中的地点■天府三汇一矿处在华莹山帚状构造的收敛端，突出频繁发生。3.6突出多发地点●煤层扭转区南桐矿务局原东林矿的79次突出中，有93%集中在南翼黑漆岩扭转带，在突出事例中可清楚看到构造应力的水平挤压作用鱼田堡煤矿东翼的9次突出均分布在压扭性的扭转轴轴部附近3.6突出多发地点●压性、压扭性小断层带受水平方向强烈挤压而形成，保持了高的应力集中，同时对瓦斯存储也有利六枝煤矿东二采区，14次突出(占7号层总数的61%)均与压性压扭性小断层有关3.6突出多发地点●压性、压扭性小断层带南桐一井5号层一个回采面沿走向32m，连续突出7次与压扭性小断层有关3.6突出多发地点●煤层产状变化区南桐一井5号煤层80%的突出(73次)发生在该区域洪山殿蛇形山井4采区，煤层走向倾角变化，是严重突出区，该区突出70次(占总数44%)，该区1442机巷平均1次/11米3.6突出多发地点●煤包及煤厚变化带煤层厚度急剧变化带是构造应力集中的地带红卫煤矿的190次突出(占总数85%)发生在煤包地带，全部特大型突出集中在煤包最厚区段3.6突出多发地点●煤包及煤厚变化带红卫煤矿的126采区在走向不到70m的薄煤带掘进时，发生7次突出3.6突出多发地点●分岔煤处红卫煤矿揭开分岔煤时经常发生突出(最大2000t)3.6突出多发地点●岩浆岩浸入带■岩浆岩浸入引起煤层局部变质—力学性质变化—应力分布不均■白票矿区，25%以上的突出(265次)发生在岩浆岩浸入带4.煤与瓦斯突出预兆■有声预兆：煤炮声、机枪声、闷雷声、劈裂声、支柱折断声等■无声预兆煤层结构变化，层理紊乱，煤变软、光泽变暗，煤层由薄变厚，倾角由小变大工作面煤体和支架压力增大，煤壁外鼓、掉渣等瓦斯增大或忽大忽小，煤壁温度降低煤与瓦斯突出机理归纳●瓦斯主导说“瓦斯包”说、“煤粉带”说、“煤空隙结构不均匀”说、“裂隙堵塞”说、“闭合空隙瓦斯释放”说、“瓦斯膨胀”说、“瓦斯解吸”说、“地质破坏带”说、“突出波”说、“火山瓦斯”说、“卸压瓦斯”说等●地压主导说“岩石变形潜能”说、“应力集中”说、“剪应力”说、“振动波”说、“冲击移动”说、“顶板位移不均匀”说；“应力叠加”说、“塑性变形”说、“拉应力”说、“放炮突出”说等煤与瓦斯突出机理归纳●化学本质说“瓦斯水化物”说、“爆炸的煤”说、“重煤”说、“地球化学”说、“瓦斯—煤固溶体”说、“硝基化合物”说等●综合假说国内外多数研究人员认为，煤与瓦斯突出是由地应力、瓦斯和煤的物理力学性质三者综合作用的结果，在实践中、多数人认为综合假说能比较客观地解释一些突出动力现象，在防突工作中，其效果基本令人满意。突出的发生和发展过程准备阶段：能量集聚，形成高的地应力和瓦斯压力梯度，工作面煤体处于临界破坏的脆弱平衡状态。发动阶段：工作面的应力状态突然改变，临界平衡状态被打破，煤岩卸载，伴随着裂隙的生成和扩张，瓦斯大量解吸并参与突出。扩展阶段：在应力和瓦斯压力梯度的作用下，从突发点向煤体内部连续破坏和剥离煤体，破碎的煤在被瓦斯风暴搬运中被粉碎。停止阶段：由于剥离和破碎煤体在扩展过程中遇到较硬的煤体或孔洞被堵塞引起的应力和瓦斯梯度降低，使得地应力和瓦斯压力降低到不足以继续破坏煤体的程度，突出便中止。国内外主要应用的防突措施（（采面煤巷石门区域局部防突措施区域防突措施防治突出措施水力冲刷水力挤出预裂爆破超前支护松动爆破超前钻孔瓦斯抽放水力冲孔金属骨架或固化排放钻孔煤层注水预抽瓦斯保护层开采■开采保护层防突机理应力降低、煤层卸压突出的激发作用减小透气性增加瓦斯压力梯度减小瓦斯排放突出发展的瓦斯作用减小煤体强度增高抵抗破坏的能力增强消除或降低突出危险性开采保护层■考察参数的变化保护层开采后，在卸压范围内，被保护层：瓦斯压力下降、瓦斯流量增大、煤层变形增大、顶底板岩石应力降低、煤体温度降低。下图为鱼田堡煤矿开采上保护层3#煤层后被保护层4#煤层参数变化情况。由图中可看出，被保护层参数的变化可大致划分为4个带，即：正常应力带、集中应力带、保护卸压带和应力恢复带。■保护层的保护范围●保护层的有效保护层间距保护层的保护作用随层间距的增大而减小，达到某一临界距离时，保护作用已不明显，该临界距离称之为有效层间距。我国根据大量试验资料统计分析认为，在采深小于550m，回采面长度小于120m条件下，保护层的有效保护层间垂距为：急倾斜煤层上保护层60m，下保护层80m；缓倾斜和倾斜煤层，上保护层50m，下保护层100m。选择保护层时应根据保护层厚度、岩性组合、顶板管理方法，回采工作面长度和开采深度等因素确定有效垂距。●保护层的保护范围由走向卸压角、倾向卸压角和超前距确定。♣走向卸压角●保护层的保护范围♣倾向卸压角●保护层的保护范围♣超前距：保护层超前于被保护层的距离应不小于2倍层间距，并不小于40m。■开采保护层的注意事项●不留或少留煤柱；●被保护层工作面尽量布置在保护范围内；●保护参数要实际考察确定；●保护层开采过程中，应进行瓦斯抽放等措施，综合治理保护层的瓦斯涌出，加大被保护层的保护效果。类别抽放瓦斯水力冲、扩孔排放钻孔金属骨架适用条件有足够的抽放时间(3月）松软煤层、有自喷现象有足够的排放时间石门与煤层面的交角大于45度的薄及中厚煤层实施措施的岩柱厚度(m)不小于3m不小于5m不小于3m2-3m钻孔在煤层的控制范围石门周边外3-5m石门周边外3m石门周边外3-5m巷顶上部及两侧0.5-1.0m钻孔间距或布孔参数2-3m/直径75-89mm布置上、中、下三排共9个或间隔扩孔1-2m单排0.2m\双排0.3m，骨架进入顶或底0.5m要求达到的指标与效果瓦斯压力P0.74Mpa或效果检验有效冲出总煤量大于20倍煤厚度（m)或效果检验有效瓦斯压力P0.74Mpa或效果检验有效施工达到设计要求●超前钻孔（1）适用于煤层透气性较好、煤质较硬的突出煤层；（2）钻孔直径应一般为75120mm，地质条件变化剧烈地带也可采用直径42mm的钻孔。钻孔距不得小于5m；若钻孔直径超过120mm时，必须采用专门的钻进设备和制定专门的施工安全措施；10～15m巷道3m3m（3）钻孔应尽量布置在煤层的软分层中；（4）钻孔的控制范围，应控制到巷道断面轮廓线外24m（包括巷道断面内的煤层）；（5）钻孔孔数应根据钻孔的有效排放半径确定，钻孔的有效排放半径必须经实测确定；（6）超前钻孔施工前应加强工作面支护，打好迎面支架，背好工作面。●预抽瓦斯（边掘边抽）60～80m●深孔松动爆破(1)深孔松动爆破措施，可适用于煤质较硬、突出强度较小的煤层。(2）深孔松动爆破的孔径为42mm，孔深不得小于8m。深孔松动爆破应控制到巷道轮廓线外1.52.0m的范围。孔数应根据松动爆破有效半径确定。采用深孔松动爆破防突措施，在掘进时必须留有不小于5m的超前距；(3)深孔松动爆破的有效影响半径，应进行实测；(4）深孔松动爆破孔的装药长度为孔长减去5.56.0m每个药卷（特制药卷）长度为1m，每个药卷装入一个雷管。装药必须装到孔底。装药后，应装入不小于0.4m的水炮泥，水炮泥外侧还应充填长度不小于2m的封口炮泥；(5)在装药和充填炮泥时，应防止折断电雷管的脚线；(6)深孔松动爆破后，必须进行措施效果检验。如果措施无效，必须采取补救措施；(7)深孔松动爆破时，必须执行撤人、停电、设警戒、远距离放炮、反向风门等安全措施。●水力冲孔对于有自喷（喷孔）能力的突出煤层，利用钻孔切割和水射流的打击，破坏煤岩内部应力平衡和瓦斯的不稳定平衡，在人为控制下激发喷孔，随着煤和瓦斯的大量排出，突出潜能被释放，从而起到消除一定范围内突出危险性的作用。1413371299101146581512突出矿井管理三、突出矿井管理■组织管理：1.防突机构及人员2.突防措施计划3.制度及责任制4.防突装备5.人员培训■防突日常技术管理1.加强地质测量工作；2.加强管理程序(签字、通知)、操作和装备维护；3.加强通风管理,完善通风系统；4.保证采掘工程质量；5.电气设备、爆破材料等要符合防爆要求；6.加强支护,防止冒顶垮塌；7.加强爆破工作管理；8.处理好突出孔洞；9.认真收集和分析突出原始资料。防突技术研究动向四、防突技术研究动向■防突中存在的主要问题■防突研究重点和动向■防突中存在的主要问题●无保护层可采；●透气性差，瓦斯抽放效果不佳；●集约化开采中的防突问题；●钻孔施工深度不足；●延期突出增多；●打钻突出问题；●“低指标突出”问题；●地质构造探测问题；●特殊条件下防突措施问题等■研究重点和动向●防突技术的发展趋势防突技术发展的趋势是以区域性防突措施为主、局部性防突措施为辅的防突格局。以区域预测、区域性防突措施、区域性防突措施效果评价、突出危险性连续监测预警、高