煤与瓦斯突出分类特点机理及规律

煤与瓦斯突出分类、特点、机理及规律一、煤与瓦斯动力现象的分类及其危险程度的划分二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理三、突出发生的一般规律煤与瓦斯突出概念煤与瓦斯突出是煤层中存储的瓦斯能和应力能的失稳释放，表现为在极短的时间内向生产空间抛出大量煤岩和瓦斯。抛出煤岩从几吨到上万吨瓦斯从几百到上百万立方米，并可能诱发瓦斯爆炸。煤层巷道掘进2002年4月7日，淮北芦岭煤矿发生特大型突出煤与瓦斯突出案例煤与瓦斯突出案例2002年4月7日，淮北芦岭煤矿发生大型煤与瓦斯突出煤层巷道掘进2002年4月7日，淮北芦岭煤矿发生特大型突出煤与瓦斯突出案例煤层巷道掘进2002年4月7日，淮北芦岭煤矿发生特大型突出煤层巷道掘进2002年4月7日，淮北芦岭煤矿发生特大型突出煤与瓦斯突出案例煤层巷道掘进2002年4月7日，淮北芦岭煤矿发生特大型突出煤与瓦斯突出案例煤层巷道掘进2002年4月7日，淮北芦岭煤矿发生特大型突出煤与瓦斯突出案例煤层巷道掘进2002年4月7日，淮北芦岭煤矿发生特大型突出煤与瓦斯突出案例煤层巷道掘进2002年4月7日，淮北芦岭煤矿发生特大型突出煤与瓦斯突出案例突出煤岩量10500t，死亡13人煤与瓦斯突出案例2002.4.7突出情况：突出点：二水平818-3#溜煤斜巷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瓦斯涌出量随时间的变化2004年10月20日，郑州大平煤矿发生特大型突出，引发瓦斯爆炸，死亡148人。运输石门，自顶板方向揭穿4号煤层。该处距地表垂深325m，煤层倾角30°，煤厚2.4m，煤层松软，顶板正常，底板有小错动。压力2.26MPa。石门工作面距煤层2m时，曾听到十多次声响，第—次放震动炮揭开煤层时发生了突出，抛出煤粉36t，岩石20t，瓦斯4500m3。瓦斯浓度恢复正常后，沿煤门向前掘进，在第二次突出前一个班发现煤亮度变暗，层理紊乱，煤壁往巷道空间鼓动，有煤流出，工作面发冷，当放底炮崩4号煤底板时，发生了第二次突出，突出煤粉1473t，岩石80m3，瓦斯逆流冲出进风竖井井口到地面。南桐矿务局鱼田堡矿+150m水平主运输石门突出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,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。顿巴斯加加林矿特大突出南桐东林矿石门突出突出煤量130t1975.08.08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。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。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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。红卫矿坦井1166-1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。北票三宝一井—175西9B煤巷突出南桐鱼田堡矿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。南桐鱼田堡矿1406煤巷突出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。一、煤与瓦斯动力现象的分类及其危险程度的划分（一）按动力现象的力能特征分类（二）按动力现象的强度分类（三）按突出危险程度分类（四）岩石与瓦斯突出《煤与瓦斯突出矿井鉴定规范》煤与瓦斯动力现象突然喷出煤与瓦斯瓦斯涌出煤的压出伴随瓦斯涌出煤的倾出伴随一、煤与瓦斯动力现象的分类及其危险程度的划分按动力现象的力能特征分类突出的基本特征压出的基本特征倾出的基本特征一、煤与瓦斯动力现象的分类及其危险程度的划分按动力现象的力能特征分类小型突出：突出强度＜50t／次；中型突出：突出强度50～99t／次；次大型突出：突强度100～499t／次；大型突出：突出强度500～999t／次；特大型突出：突出强度＞1000t／次。一、煤与瓦斯动力现象的分类及其危险程度的划分按动力现象的强度分类强度分类的主要依据是抛出的煤（岩）质量：突出煤层；突出矿井；突出危险区和无突出危险区；突出危险工作面；无突出危险工作面。一、煤与瓦斯动力现象的分类及其危险程度的划分按突出危险程度分类根据《防突规定》的相关要求，突出危险程度的划分如下：根据国内外资料，岩石与瓦斯突出一般具有如下规律：岩石与瓦斯突出大都发生在构造破坏带；国外的岩石与瓦斯突出，都发生在爆破时；岩石与瓦斯突出后，在岩体中形成一定形状的空洞。一、煤与瓦斯动力现象的分类及其危险程度的划分岩石与瓦斯突出二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理（一）突出假说（二）突出过程现场测定实例（三）突出力能计算（四）化学本质说（五）综合作用假说瓦斯为主导作用的假说地应力作用说化学本质说综合作用假说（国内外大多数学者认可）二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理突出假说煤与瓦斯的突出机理是指煤与瓦斯突出的发动、发展和终止的原因、条件及过程。根据现场统计资料及实验研究提出的各种假说。归纳起来，这些假说可分为四类：认为突出是地应力、瓦斯、煤的力学性质等因素综合作用的结果。较全面地考虑了突出的动力与阻力两个方面的主要因素。主要包括振动说、分层分离说、破坏区说、动力效应说、游离瓦斯压力说、能量假说和应力分布不均匀说。我国学者还提出了发动中心说、流变说、球壳失稳说和煤与瓦斯突出的力学作用机理等。二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理突出假说综合作用假说认为突出是由煤的变形潜能和瓦斯内能引起的。含瓦斯煤层发生煤与瓦斯突出的条件，可简化为(13-1)式中：——煤的弹性能；——瓦斯的膨胀能；——煤破碎到标志突出特征的粉煤时的能量。eWAeWA二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理突出假说能量说应力分布不均匀说该假说认为突出煤层的围岩中具有较高的不均匀分布的应力，其主要原因是地质构造运动，个别情况下是由于采掘过程引起的（如留煤柱、冒顶等）。二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理突出假说实测简介试验地点在南井+290m水平南西二半抬高石门揭穿背斜西翼K10煤层处，如图13-1所示。图13-1中梁山矿石门揭K10煤层实测突出参数布置示意图1—西太高石门；2—西小茅口灰岩巷122图中№.1、№.2钻孔用于测定突出过程中瓦斯压力的变化，№.3钻孔用于测定突出过程中瓦斯流量的变化，№.4用于测定突出过程中煤层温度的变化。二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理突出过程现场测定实例中梁山煤矿突出过程现场测定实测结果突出发展过程现场实测结果如图13-2、13-3所示。图13-2中梁山矿石门揭煤层突出时各参数变化曲线，－分别为No.1、No.2钻孔测得的瓦斯压力变化曲线；－No.3钻孔测得温度变化曲线；－No.4钻孔测得瓦斯流量变化曲线；最上面的横线表示声响与时间的关系10K1p2pTQ图13-3中梁山矿石门揭煤层突出实测综合曲线二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理突出过程现场测定实例考察方法考察巷道超前杰列卓夫卡煤巷工作面90m，考察范围75m，如图13-4（a）所示。从考察巷道向杰列卓夫卡煤层施工56个钻孔，钻孔布置成3排，与水平倾角分别的0°、22°和34°，如图13-4（b）所示。（a）巷道布置平面图（b）巷道及考察孔布置剖面图图13-4+537m水平杰列卓夫卡煤层考察巷道布置示意图二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理突出过程现场测定实例前苏联煤巷突出测定考察结果（1）原始的透气性及瓦斯压力：测定的煤层原始瓦斯压力如图13-5所示。图13-5K3煤层原始瓦斯压力测定结果二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理突出过程现场测定实例（2）掘进工作面前方应力分布：用震动放炮掘进煤层巷道时，观测到工作面前方存在三个带，分别为卸压排放带、压力集中带和原始煤体带，如图13-6所示：二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理突出过程现场测定实例自重应力：在铅垂方向（13-2）在水平方向（13-3）地质构造应力：在水平方向（13-4）甚至更高采动集中应力：在铅垂方向（13-5）煤体自重力：在铅垂方向（13-6）0.025zqgHH(0.25~1.0)zpzq(0~20)gqzp...(1.5~3.0)cpzq.(0.013~0.016)tzMMMgHH式中：—地层平均密度，t/m3；—重力加速度，m/s2；—煤层埋藏深度，m；—煤的密度，t/m3；—突出孔垂高，m；以上各应力的单位为MPa。gMMHH二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理突出力能计算煤体内存在着地应力（包括自重应力、地质构造力和采动集中应力）、瓦斯压力和煤的自重重力。地应力一般情况下破碎煤体的主导力是地应力，特别是当存在地质构造应力时。但煤的破坏速度随着瓦斯压力梯度的增加而加快，见表13-1.二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理突出力能计算单向应力状态（13-7）三向应力状态（13-8）22twE2221231223131[2()]2twE式中：煤的弹性变形