煤与瓦斯突出防治技术与案例分析

LOGO煤与瓦斯突出防治技术与案例分析吕波贵州松河煤业发展有限责任公司总工室联系电话：[phone]主要内容基础知识1理念创新，强化防突治理3近年国有重点煤矿事故新特点2煤与瓦斯突出综合防治技术4一、基础知识瓦斯及成因13瓦斯灾害类型2煤与瓦斯突出基本知识1、瓦斯及成因矿井瓦斯是指采掘过程中涌向采掘空间的各类气体的总称（有毒、有害、易燃易爆，也是资源）。国内外对煤层瓦斯组份的大量测定表明，其中可能含有约20种组份：甲烷及其同系烃类气体、二氧化碳、氮、二氧化硫、一氧化碳和稀有气体等。但最主要的成份为甲烷；其次为氮气和二氧化碳，而其它气体成份的含量通常都是非常稀少的。煤层瓦斯是腐植型有机物在成煤过程中的伴生产物。煤的原始母质——腐植质沉积以后，一般经历两个成气时期：生物化学成气时期和煤化变质作用成气时期。煤化作用生成的瓦斯经历数千万年至数亿年的地壳构造运动的作用，80%左右的气体都逸散掉了，因此瓦斯的运移和赋存规律极其复杂。只有搞清煤田、矿区地质构造演化历史，在历次构造运动中含煤地层隆起、剥蚀和沉积、坳陷的特征，才能搞清煤层瓦斯的保存条件，同样是石炭二叠系煤层，在山东省鲁西断隆控制的石炭二叠纪煤田，由于隆起较早，上覆普遍缺失三叠系地层，煤层长期遭受风化剥蚀作用，大量瓦斯逸散，埋深600－700m深仍属瓦斯风化带，目前山东省范围内90%的矿井都属于低瓦斯矿井；而河南豫西煤田石炭二叠系煤层，上覆沉积了数千米厚的三叠系的地层，因此瓦斯保存条件较好，焦作、鹤壁、郑州、平顶山矿区都是高瓦斯、突出矿区；我国西南片区则广泛分布突出矿井，突出始突深度有的只有几十米。1、瓦斯及成因在长期的地质年代中，由于煤层瓦斯不断向地表运移及地表空气和生物化学生成的气体向地层深部渗透扩散的结果，在有露头或冲积层下的煤层中，瓦斯组份情况在沿赋存的垂直深度上呈带状分布，自上而下分为4个瓦斯组份带：氮气—二氧化碳带、氮气带、氮气-甲烷带和甲烷带(高瓦斯或突出矿井)。1、瓦斯及成因瓦斯风化带的深度取决于下列地质因素：含煤地层排放瓦斯时期的长短。时间越长，瓦斯风化带的深度越深；地层错动程度。错动程度越高，煤层排放瓦斯的不均匀性和排放程度就越大；地层的剥蚀程度。剥蚀程度高，它可使煤层瓦斯排放程度提高或减少；覆盖层的厚薄也会影响瓦斯风化带的深度。瓦斯风化带可以用下述指标来确定：瓦斯浓度CH4=80%；瓦斯压力P=0.1~0.15MPa；瓦斯含量W=1.0~1.5M3/t（长焰煤），3~4.5M3/t（气煤），3~4.5M3/t（肥、焦煤），4~6.5M3/t（瘦煤、无烟煤）。1、瓦斯及成因瓦斯赋存状态：孔隙内赋存的游离瓦斯煤岩块游离态赋存服从理想气体方程煤颗粒瓦斯分子直径4.14A吸附态赋存服从兰格缪尔方程1、瓦斯及成因2、瓦斯灾害类型煤矿瓦斯灾害瓦斯窒息与中毒煤矿瓦斯动力灾害瓦斯煤尘爆炸煤岩瓦斯动力灾害煤岩瓦斯（二氧化碳）压出煤岩冲击伴随瓦斯（二氧化碳）涌出煤岩瓦斯（二氧化碳）突出（喷出）瓦斯爆炸煤尘爆炸瓦斯煤尘爆炸瓦斯燃烧瓦斯灾害特征瓦斯是无色、无味的气体，在矿井空间几乎无处不有，所有的采矿活动，每时每刻都能扰动它，涉及到它。瓦斯涌出聚集、瓦斯突出、瓦斯灾害的预测和防治，瓦斯灾害的发生，都涉及到复杂的地质因素、开采因素和人为因素。这些因素往往具有模糊性和随机性，既有静态特征，更具有千钧一发的动态特征。从管理上讲，人们的认识能力和快速反应能力往往处于被动状态。瓦斯事故发生的规律不同于水、火、顶板冒落等事故那样直观，而显得很抽象，容易引起作业时的疏忽。据统计，我国煤矿事故每年伤亡5000人以上，瓦斯伤亡人数占总数的40%以上，近年的新情况是瓦斯突出事故占了绝大部分比例。2、瓦斯灾害类型煤尘爆炸试验瓦斯窒息（缺氧）中毒（CO、H2S等毒气）第一道风门被冲开第二道风门、门跺被破坏2007年11月8日13时43分，贵州省毕节地区纳雍县群力煤矿临时水仓掘进工作面发生煤与瓦斯突出事故折弯的管路掩埋的电气设备事故遇难人员分布图造成35人死亡，2人重伤，5人轻伤。突出定义及突出危害突出分类及国内外突出简况我国煤矿突出特点及规律突出机理突出鉴定“四位一体”概述3、煤与瓦斯突出基本知识3、煤与瓦斯突出基本知识——突出定义及突出危害定义：在煤矿井下采掘过程中，由于地应力和瓦斯的共同作用，在极短的时间内（几秒或几分钟）破碎的煤（岩）和瓦斯突然从煤（岩）体向采掘空间抛出的异常的动力现象，称为煤与瓦斯突出，简称突出。突出危害：突出是一种伴有声响和猛烈力能效应的极其复杂的动力现象，能摧毁井巷设施、破坏通风系统，使井巷充满瓦斯和煤岩抛出物，可以造成人员窒息、煤流埋人，甚至可能引起瓦斯爆炸与火灾事故，导致生产中断等，因此,它是严重威胁煤矿安全生产的灾害之一。3、煤与瓦斯突出基本知识——突出定义及突出危害各类人员的应撑握的防突知识：突出矿井的井下工人，主要内容应包括有关突出的规章制度，防治突出的基本知识(突出预兆、防治突出措施和安全防护措施等)；对在突出矿井工作的区(井)长、队长、班组长、防突人员和有关职能部门的工作人员，主要内容应包括有关突出的规章制度、突出发生的规律、突出危险性预测、防治突出措施以及防治突出措施效果检验方法和安全防护措施等；矿长、矿总工程师培训的主要内容为防治突出的理论知识和实践知识、突出发生的规律以及有关防治突出的规章制度等。3、煤与瓦斯突出基本知识——突出定义及突出危害突出定义及突出危害突出分类及国内外突出简况我国煤矿突出特点及规律突出机理突出鉴定“四位一体”概述3、煤与瓦斯突出基本知识世界煤与瓦斯突出简况：世界发生第一次突出：1834年法国的“伊萨克矿”世界上最大的一次突出：1969年前苏联乌克兰的顿巴斯“加加林矿”石门揭煤时，突出强度:1.42万吨，瓦斯25万m3发生突出的次数约在4万次左右3、煤与瓦斯突出基本知识——突出分类及国内外突出简况我国煤与瓦斯突出简况：最早记载的第一次突出：1950年辽源矿务局富国煤矿我国在最大的一次突出：1975年天府矿务局三汇一矿石门揭煤工作面，突出强度:1.278万吨，瓦斯140万m3第二大突出为淮北芦岭煤矿石门，强度1万t左右，瓦斯100万m3左右；第三大为南桐鱼田堡煤矿石门，强度8765t，瓦斯200万m3其他所有5000t以上的突出全部在重庆市的煤矿3、煤与瓦斯突出基本知识——突出分类及国内外突出简况国有重点煤矿各突出强度的次数统计3、煤与瓦斯突出基本知识——突出分类及国内外突出简况煤与瓦斯突出分类：包括突出、压出、倾出三种类型依据：孔洞位置及形状、抛出煤岩的粒度及其分选性、抛出距离及堆积坡度、强度、瓦斯量及瓦斯流的运行方向、动力效应和预兆。3、煤与瓦斯突出基本知识——突出分类及国内外突出简况煤与瓦斯突出的类型统计突出压出倾出岩石与CO2突出突出比例压出比例倾出比例岩突比例01020304050607080901001950195319561959196219651968197119741977198019831986198919921995年份各种类型的突出次数所占的比例(%)历年煤与瓦斯突出的类型统计图历年各类工作面突出次数统计石门煤平巷煤上山煤下山采面岩巷01020304050607080901001950195319561959196219651968197119741977198019831986198919921995年份各类工作面突出次数的比例(%)各类工作面突出强度统计0100200300400500石门煤层平巷煤层上山煤层下山采面岩巷（单位：吨）不同突出类型的吨煤突出瓦斯量统计020406080100120140突出压出倾出单位：（m3/t）各省市区国有重点煤矿突出事故死亡人数统计各类型突出死亡人数统计突出定义及突出危害突出分类及国内外突出简况我国煤矿突出特点及规律突出机理突出鉴定“四位一体”概述3、煤与瓦斯突出基本知识（1）突出矿井的分布面广，在部分地区比较严重我国有20多个省（区）的一些矿井发生了突出，其中四川、重庆、贵州、湖南、江西、辽宁和河南等省的突出情况比较严重，不仅突出次数多，而且强度也大。特别是湖南省的突出矿井数和突出总次数，均占全国总数的1/3以上，而特大型突出的比例更大，占全国该类型突出次数的一半以上。（2）突出分布在不同类型的煤层在我国的突出矿井中，煤层赋存情况比较复杂，有煤层群，也有单一煤层；有急倾斜煤层，也有倾斜和缓倾斜煤层；有薄煤层，也有中厚煤层和厚煤层。特别是单一突出煤层的矿井占了突出矿井总数的1/3，并且在多煤层可采的突出矿井，相当一部分矿井的所有可采层均属突出煤层，无保护层可采。因此全国至少有1/3甚至约一半的突出矿井，需采用本煤层防治突出的措施。3、煤与瓦斯突出基本知识——我国煤矿突出特点及规律我国突出特点:（3）突出矿井的始突深度不一我国各煤矿，由于受地质条件和其它一些因素的影响，开始发生煤与瓦斯突出的深度差别很大。有的矿井距地表垂深500—600m时才开始发生突出，如抚顺老虎台矿、本溪的红阳二矿以及淮南的谢三矿；也有些矿井则在垂深50—60m处就开始发生突出，如湖南省邵阳地区的沙田煤矿和郴州地区的罗卜安矿，均在离地表垂深50m处发生突出。湖南省邵阳地区隆回县战备煤矿发生特大型突出，垂深仅为95m，突出强度为1300t。总的来说，开始发生突出的深度浅和特大型突出的深度浅，虽然不是我国突出矿井的普遍现象，但在南方煤田中则是一个明显的特点。3、煤与瓦斯突出基本知识——我国煤矿突出特点及规律我国突出特点:（4）中小型突出占绝大多数，大强度突出次数也不少根椐有关统计分析，突出总次数中突出强度在50t以下的小型突出占73.77%；突出强度在50－100t之间的中型突出占13.45%；突出强度在100－500t之间的次大型突出占11.15%；突出强度在500－1000t之间的大型突出占0.91%；突出强度超过1000t的特大型突出占0.7%。3、煤与瓦斯突出基本知识——我国煤矿突出特点及规律我国突出特点:（1）突出危险性随深度的增加而增大我国煤层的始突深度变化范围很大，由数十米到数百米。白沙、涟邵、梅田等矿区始突深度仅为70～80m，而抚顺本层煤的始突深度为620m。多数突出矿井煤层的始突深度在200～300m。对同一煤层来说，在始突深度以下，突出的次数和强度随深度的增加而增大。（2）突出危险性随煤层厚度增加而增大，尤其是软分层的增厚对同一煤田来说，突出煤层愈厚突出危险性愈大。例如南桐矿务局的6号煤层厚1.0～1.5m，4号煤层厚2.5～3.2m。发生突出的次数分别为97次和325次；突出平均强度分别为43t/次和88t/次；最大突出强度分别为450t和5000t。3、煤与瓦斯突出基本知识——我国煤矿突出特点及规律突出发生规律:（3）突出大多数发生在掘进工作面突出可发生在各类巷道工作面，石门揭煤、煤巷掘进、采面、上山、下山巷道等都发生过突出，但主要发生在煤巷掘进工作面。根据1951～1981年突出事例的统计，煤巷掘进工作面的突出占81.8%；采煤工作面占15.8%；执行防突措施时发生突出占2.4%。在掘进工作面中，石门揭煤发生的突出虽然次数较少，占总次数的5.76%，但平均突出强度最大，达316t/次。千吨以上的特大型突出，绝大多数是在石门揭开煤层时发生的。（4）突出多发生在地质构造带地质构造带包括：断层褶曲、火成岩侵入和煤层赋存条件（煤层厚度、倾角和方位）变化等区域。3、煤与瓦斯突出基本知识——我国煤矿突出特点及规律突出发生规律:构造带类型实例1．向斜轴地带（1）南桐煤矿4号层有80％的突出和全矿最大的以此突出（3500t），6号层的全部突出以及3号层的2次强烈喷出均发生在王家坝向斜部（图2）；（2）湖南省突出比较严重的金竹山矿、马鞍山煤矿均处于向斜轴部2．帚状构造收敛端（1）天府矿务局三汇一矿，处于华蓥山构造的收敛端（图3），在＋280m平硐揭开6号层和断层下盘的6号层时，分别