俞启香煤和瓦斯突出实例机理

煤和瓦斯突出实例、机理中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心俞启香教授、博士生导师主要内容1、煤与瓦斯突出实例及分析2、煤与瓦斯突出机理研究3、保护层开采考察研究4、卸压瓦斯抽放与安全高效开采煤与瓦斯突出实例及分析煤与瓦斯突出在采掘过程中，从煤（岩）壁内部向采掘空间突然喷出煤岩和瓦斯的现象，称为煤与瓦斯突出，简称突出。自行冲破岩柱突出实例煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t1969.7.13在深710m主石门揭L3煤层,突出煤1.45万t,煤堵满主石门长度550m副石门长270m，瓦斯25万m3,突出孔面积超过1.1万m2;煤层倾角67。，瓦斯含量20m3/t，瓦斯压力5Mpa，注水75m3后为瓦斯压力降至2.4~3.9MPa，煤厚1.03m，构造煤厚0.4m。1、注水措施无效,煤湿润角90o,构造煤未湿润；2、受逆断层、岩浆侵入、构造及构造应力影响（水平应力系数3倍）；3、石门保护煤柱集中应力；4、注水后瓦斯压力2.4~3.9MPa始突值。煤与瓦斯突出实例及分析顿巴斯加加林矿特大突出1975.08.08突出12780t（煤60%，矸石40%），瓦斯140万m3；1977.07.05突出2807t，瓦斯60万m3；1983.01.14突出5000t，瓦斯44.5万m3。煤与瓦斯突出实例及分析三汇坝一、二矿主平硐三次特大突出1988.8.8突出点情况：突出点煤厚（构造煤）南帮5.0m;北帮0.1m；瓦斯压力0.7MPa；,距地表500m；位于F34-4逆断层下盘；煤岩破坏严重。震动性放炮揭煤，人员全部撤至地面，无其它防突措施。煤与瓦斯突出实例及分析三汇坝一矿主平硐突出1988.10.16突出情况：1突出点距地表垂深445m;瓦斯压力超过3.7MPa;2受向斜与扭转构造影响以及开采应力叠加作用;3大面积构造煤。南桐鱼田堡矿石门自行破岩突出2002.4.7突出情况：突出点：二水平818-3#溜煤斜巷突出煤岩8729t,瓦斯93.82万m3突出点8、9煤合层厚9.5m;全搓揉成构造煤;瓦斯压力2.65Mpa;该巷恰位于小向斜轴部;区域构造应力较活跃,其方向恰与煤层走向垂直;突出后打钻确定出一个断距3m走向逆断层;受开采应力叠加影响。煤与瓦斯突出实例及分析芦岭矿自行破岩突出煤与瓦斯突出实例及分析芦岭矿自行破岩突出煤岩分布图煤与瓦斯突出实例及分析芦岭矿自行破岩突出瓦斯涌出量随时间的变化煤与瓦斯突出实例及分析红卫矿坦井1166-1煤巷突出1979.2.19.该巷放炮突出煤1200t,瓦斯23万m3。突出点煤厚48m,距地表垂深167m,水力冲孔不充分地段与两巷接近集中应力叠加。北票三宝一井—175西9B煤巷突出1967.3.14.该巷放炮突出煤1500t,瓦斯10万m3以上。突出点B煤顶板是厚12m的火成岩；底板是火成岩砂页岩；靠近顶板顶层煤厚7m为变质煤；底层4~5m为正常煤；倾角25度；距地表垂深373m；煤巷掘进头距三半煤门15.8m时，为防突打直径75mm钻孔8个，孔长6.5~10m,排放瓦斯17d后,掘进3.8m,残孔2.7~6.2m,工作面煤炮声连续不断,10min响煤炮达82次,打炮眼10个,深1m,炮响后约4~5min出现两次强烈震动,发生突出,12m煤柱被摧毁；火成岩构造，变质煤，两巷接近形成集中应力叠加等都对突出起了重要作用。排放孔残余长度不足，措施无效。煤与瓦斯突出实例及分析南桐鱼田堡矿1406煤巷突出1968.1.20.在非爆破作业时突出，5000t煤,瓦斯350万m3。堵塞巷道549m。瓦斯逆流1621m直至进风量3600m3/min的进风井井口,波及全矿井，抽风井防爆门被冲开,工人前来关门时被瓦斯熏倒.突出点垂深315m，煤厚2.83m,倾角30o,在保护范围内掘进时,作业正常安全,但距保护层采止线7.15m时,巷道煤壁变松,迎头和两帮发生三次片帮,距采止线2.85m时,发生这次强烈突出.突出点位于一向斜轴与一潜伏断层交会地区。煤与瓦斯突出实例及分析南桐鱼田堡矿1406煤巷突出煤与瓦斯突出实例及分析红卫矿坦井二石门与1269-1煤巷突出1972.2.20.二石门放炮揭煤突出突出4500t煤，138.5万m3瓦斯。瓦斯冲开风井口风门进入信号室并被炉子点燃，火焰高数十米，烧毁井口设施。瓦斯逆流到进风井地面工业广场的瓦斯浓度达0.7%,主井井口瓦斯浓度一度达到15%,较长时间稳定在9%。1989.3.27.1269-1煤巷突出两突出点仅相距17m，突出2800t煤。突出点距地表202m，地质构造复杂，煤层顶板倾角8o，底板倾角38o，瓦斯压力1.65Mpa，水平厚度45m，煤搓揉严重，硬度低。煤巷掘进打钻喷孔、顶钻、响煤炮。煤与瓦斯突出机理的研究关于煤与瓦斯突出的机理，众说纷云，都有各自的依据。为了检验其正确性、避免主观成分，先选用两次现场实际考察资料，作为我们认识问题的启发和依据；然后再简要介绍我们近年在实验室的研究成果。突出机理的实际考察一、И．B.鲍勃洛夫1957年在顿巴斯的考察这次对煤与瓦斯突出的考察发表在1961年前苏联的国家技术出版让出版的《在突出危险煤层内安全掘进准备巷道的方法》一书内。一И．B.鲍勃洛夫在顿巴斯的考察1研究区的简要矿山地质特征“红色国际工会”矿K3煤层是顿巴斯突出最危险的煤层。自1915到1959年，该煤层共突出221次，选择西翼突出最严重区进行研究。k3煤层在537m水平产状稳定，倾角65~70度，厚度1．35一1．75m，平均l.5m，煤层为复杂结构，由五个分布较稳定不同厚度的分层组成，揉皱煤分层呈带状，图显示出煤层结构面貌和突出点的关系。煤层顶板为1．0m的泥岩和0．5m的细砂岩，再往上是20m的细和粗粒砂岩。底板主要是6m左右的砂岩。区内无其它地质构造。537m西翼考察区K3煤层结构和突出孔分布一И．B.鲍勃洛夫在顿巴斯的考察、2研究方法沿不突出的，厚度仅0。3m的查洛塔尔卡煤层布置考察平巷，该巷距K3突出煤层底板下10m。考察巷道长90m，考察范围75m,从考察巷沿走向每隔2~4m向K3煤层打3个穿层钻孔，40个钻孔（直径为45—50mm）测量瓦斯压力、16个钻孔（直径为54~56mm）测量煤层压缩变形、在距煤层0.5m底板内安设仪器记录震动、在突出层巷道内安装仪器记录放炮和突出时煤块抛射速度，煤巷掘进过程中观察记录地质构造。5个钻孔在打钻穿煤时发出破裂声，强烈闷雷声，夹钻和喷煤等现象。考察巷、钻孔布置与煤巷掘进突出分布一И．B.鲍勃洛夫在顿巴斯的考察3考察结果瓦斯压力（40个测点）煤层原始瓦斯压力沿走向分布比较均匀；瓦斯压力比较高，其值介于2.6~3.0Mpa一И．B.鲍勃洛夫在顿巴斯的考察3考察结果煤层透气性（38个测点）煤层原始透气性系数低0.46~22.0*10-4m2/（Mpa*d）；沿走向与倾向的变化都较大，可达两个数量级；最大的透气性系数与煤的鳞片化揉皱的最高类型一致;在煤层透气性急剧变化地带,多数产生突出。考察区K3煤层透气性系数等值线的分布一И．B.鲍勃洛夫在顿巴斯的考察掘进过程中，放炮引起与未引起突出的煤壁内瓦斯压力的升和降是不一样的放炮未引起突出的煤壁内瓦斯压力有升更有降，存在卸压排放瓦斯带（长达5m以上）；放炮引起突出的煤壁内瓦斯压力有升但没有降，缺失卸压排放瓦斯带；没有突出时煤壁内瓦斯压力的变化日期距煤壁距离（m）瓦斯压力下降（MPa）距煤壁距离（m）瓦斯压力上升（MPa）9月11日5.5-0.329.5+0.49月13日0.5-0.512.5+0.0310月15日2.1-0.276.1+0.510月17日4.0-0.068.0+0.0310月19日2.4-0.506.4+0.110月19日————10.4+0.0510月28日4.0-0.0512.0+0.0710月30日2.0-2.8910.0+0.111月1日4.1-1.578.1+0.3511月13日4.0-0.288.0+0.0411月18日1.4-2.105.4+0.07突出前后煤壁内瓦斯压力的变化日期距煤壁距离m瓦斯压力下降MPa距煤壁距离m瓦斯压力上升MPa日期距煤壁距离m瓦斯压力下降MPa距煤壁距离m瓦斯压力上升MPa突出前突出后9.161.401.409.172.1-3.0———5.405.406.1-0.110.1+0.58———26.1+0.109.235.005.009.263.5-0.6211.5+1.129.009.007.5-3.7815.5+0.84————19.5+0.39——23.5+0.25——27.5+0.0810.94.205.0+0.6610.102.5-2.256.5+0.978.2+0.0510.5+0.8212.2+0.0411.5+0.2610.214.804.8+0.0110.232.2-3.036.2+0.088.808.8010.2+0.0318.20.0211.32.002.0011.54.32.528.30.656.006.0012.30.1616.30.0511.213.003.0011.231.12.68.10.046.506.50————10.11.54.61.8514.10.2511.241.801.8011.261.32.285.205.203.31.539.30.03突出前后煤壁内瓦斯压力的变化日期距煤壁距离m瓦斯压力下降MPa距煤壁距离m瓦斯压力上升MPa日期距煤壁距离m瓦斯压力下降MPa距煤壁距离m瓦斯压力上升MPa突出前突出后10.94.205.0+0.6610.102.5-2.256.5+0.978.2+0.05——10.5+0.8212.2+0.04——11.5+0.2610.214.804.8+0.0110.232.2-3.036.2+0.088.808.80——10.2+0.03——18.2+0.0211.32.002.0011.54.3-2.528.3+0.656.006.00——12.3+0.16——16.3+0.0510.94.205.00.6610.102.52.256.50.978.20.0510.50.8212.20.0411.50.2610.214.804.80.0110.232.23.036.20.088.808.8010.20.0318.20.0211.32.002.0011.54.32.528.30.656.006.0012.30.1616.30.0511.213.003.0011.231.12.68.10.046.506.50————10.11.54.61.8514.10.2511.241.801.8011.261.32.285.205.203.31.539.30.03突出前后煤壁内瓦斯压力的变化日期距煤壁距离m瓦斯压力下降MPa距煤壁距离m瓦斯压力上升MPa日期距煤壁距离m瓦斯压力下降MPa距煤壁距离m瓦斯压力上升MPa突出前突出后11.213.003.0011.231.1-2.68.1+0.046.506.50————10.1+1.54.6-1.8514.1+0.2511.241.801.8011.261.3-2.28——5.205.203.3-1.53——9.3-0.03——一И．B.鲍勃洛夫在顿巴斯的考察发生突出前，煤壁前方出现顶底板接近停滞、瓦斯压力无下降现