煤與瓦斯突出防治技術(shù)講座PPT幻燈片

1、煤與瓦斯突出防治技術(shù) （第二部分） 二OO八年十月,1,四、現(xiàn)場勘查情況,4. 2122回風(fēng)斜巷 下口段堆積有大量煤炭，堆積高度距巷道頂板約0.3m。經(jīng)勘測，煤炭堆積長度66m； 在距離2122聯(lián)絡(luò)巷34m位置處有一斷層。,2,四、現(xiàn)場勘查情況,5. 2121運(yùn)輸巷 該巷道外段210m范圍內(nèi)堆積有突出的煤炭，分選性明顯。 在巷道邊發(fā)現(xiàn)兩臺局扇，其中一臺連接著充有碎煤的一段風(fēng)筒；另一局扇內(nèi)進(jìn)入了大量煤粉，經(jīng)調(diào)查是從2122聯(lián)絡(luò)巷清理時搬運(yùn)過來的，,3,四、現(xiàn)場勘查情況,局扇1,局扇2,4,五、事故地點(diǎn)和時間認(rèn)定,1.事故地點(diǎn)認(rèn)定 事故地點(diǎn)為臨時水倉掘進(jìn)工作面，依據(jù)如下： （1）臨時水倉工作面出現(xiàn)

2、的孔洞； （2）周圍巷道的堆積煤炭及其分布； （3）當(dāng)班掘進(jìn)作業(yè)； （4）瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)的超限時間。,5,突出危害示例2,1879年4月17日，比利時“阿拉波二號井”發(fā)生一次強(qiáng)度420t，瓦斯50萬m3的突出。 瓦斯逆流從提升井沖至地面，距井口23m的絞車房附近的火爐引燃了瓦斯，火焰高達(dá)50m，井口建筑燒成一片廢墟。2h后，火焰快要熄滅時，井下又連續(xù)發(fā)生7次瓦斯爆炸。井下209人，死亡121人，地面3人燒死，11人燒傷。,6,突出危害示例3,湖南省婁底市雙峰縣秋湖礦業(yè)公司（原秋湖煤礦），2002年9月3日2時10分左右，324采區(qū)3249補(bǔ)充切眼掘進(jìn)工作面發(fā)生了一起特大煤與瓦斯突出事故。突出煤量

3、約為600t，涌出瓦斯量約為7.5萬m3。 突出的煤炭造成3249切眼的3名工人和32410上山的3名工人被煤炭掩埋而窒息死亡；噴出的瓦斯造成3249工作面、3248工作面及324運(yùn)輸石門內(nèi)33名工人被瓦斯窒息死亡，另有4人因瓦斯窒息而受傷。同時突出還造成了采區(qū)內(nèi)電纜、風(fēng)筒和礦車等設(shè)備不同程度地破壞。,7,突出危害示例4,2004年10月20日，河南省鄭州煤炭工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司(簡稱鄭煤集團(tuán)公司)大平煤礦發(fā)生一起特大型煤與瓦斯突出（突出煤巖量為1894 t，瓦斯量約25萬m3。）引發(fā)的特別重大瓦斯爆炸事故，造成148人死亡，32人受傷（其中重傷5人），直接經(jīng)濟(jì)損失3935.7萬元。,8,大平

4、煤礦事故直接原因,國務(wù)院成立“10.20”事故調(diào)查專家組，從四個方面開展工作： 瓦斯源-瓦斯突出 爆炸源-瓦斯爆炸 事故經(jīng)濟(jì)損失 通風(fēng)能力核定,9,大平煤礦礦井概況,走向5km，南北傾斜2km，原設(shè)計60萬t/a，2003年達(dá)130萬t/a，立井單水平上下山開采，采二1煤層，煤厚1.1-30m，多為5-7m。 2003年鑒定結(jié)論：絕對瓦斯涌出量為26.16m3/min,相對瓦斯涌出量為11.47m3/t，發(fā)生過多次動力現(xiàn)象，煤塵具有爆炸性，爆炸指數(shù)為16.2%,10,大平煤礦事故初步結(jié)論,該礦21軌道下山巖石掘進(jìn)工作面（標(biāo)高-282m，距地表垂深612m）發(fā)生特大型煤與瓦斯突出，瓦斯發(fā)生逆流，

5、逆流到西大巷新鮮風(fēng)流中，由架線機(jī)車引爆后傳播到采區(qū)，造成148人死亡的特大瓦斯爆炸事故（30人以上）,11,大平煤礦事故初步結(jié)論,1、事故直接原因 1）21巖石下山工作面進(jìn)入礦井深部，處于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜地帶； 2）開采到深部對瓦斯等級升高沒有重視； 3）突出是一種復(fù)雜礦井瓦斯動力現(xiàn)象。 2、瓦斯爆炸原因 1）局部通風(fēng)設(shè)施管理混亂（反向風(fēng)門沒有起作用），造成瓦斯逆流引起爆炸； 2）突出到爆炸有30min的時間間隔，未能采取有效措施； 3）該礦在安全管理上存在漏洞。,12,m,危害示例5大平礦瓦斯爆炸,13,危害示例5大平礦瓦斯爆炸,14,危害示例5大平礦瓦斯爆炸,15,危害示例5大平礦瓦斯爆炸,1

6、6,危害示例5大平礦瓦斯爆炸,17,危害示例5大平礦瓦斯爆炸,18,危害示例5大平礦瓦斯爆炸,19,危害示例5大平礦瓦斯爆炸,20,危害示例5大平礦瓦斯爆炸,21,危害示例5大平礦瓦斯爆炸,22,危害示例5大平礦瓦斯爆炸,23,危害示例5大平礦瓦斯爆炸,24,25,大平煤礦“10.20”事故瓦斯突出及擴(kuò)散過程演示,21軌道下山巖石掘進(jìn) 工作面,突出煤巖量約 1894t,瓦斯量25萬m3,26,瓦斯爆炸傳播過程演示,27,28,29,30, 07.03.27 貴州水城汪家寨煤礦，死亡10人； 07.04.01 四川芙蓉白皎煤礦，死亡5人； 07.04.06 湖南金竹山平垌，死亡4人； 07.04

7、.06 甘肅窯街金河礦，煤與二氧化碳突出，死亡9人； 07.04.19 河北峰峰局大樹村煤礦，死亡17人； 07.04.20 河北邯鄲陶二煤礦，死亡11人； 07.05.20 山西晉城寺河煤礦，死亡4人； 07.05.30 湖南漣源市安平鎮(zhèn)新萬三礦，死亡6人; 07.10.13 江西豐城礦務(wù)局建新煤礦,死亡16人; 07.11.08 貴州省畢節(jié)地區(qū)納雍縣陽長鎮(zhèn)群力煤礦,死亡35人; 07.11.12. 河南平頂山市平煤集團(tuán)公司十礦，12人死亡;,3.2 最近2年發(fā)生的突出傷亡情況(不完全數(shù)據(jù)),31,3.3 我國最大一次突出發(fā)生情況 我國最大的一次突出(世界第2)-1975年8月8日，天府礦務(wù)

8、局三匯一礦+280m水平，平峒揭開K1煤層時，突出煤巖12780t，瓦斯140萬m3。 炮響34s后發(fā)生突出，峒口一陣狂風(fēng)，將小碎石卷起，吹到50m以外，大量瓦斯攜帶煤粉涌出，呈黑濃煙狀，持續(xù)40min才逐漸下降。距突出點(diǎn)700多m遠(yuǎn)的三道風(fēng)門被毀，風(fēng)門外裝有釬子和矸石的礦車沖出30多m遠(yuǎn)，1t多重的一塊巨石被沖走120多m，另一塊重達(dá)3t的巨石沖出60余m，拐兩個90的急彎進(jìn)入變電所。,32,我國最大的一次突出突出煤矸堆積情況 距突出點(diǎn)110m，煤矸基本封頂 堆積高度緩慢下降，整個堆積長度1170m，直到峒口南茅口大巷，堆積60m(20m封頂)；北茅口大巷，堆積250m(約100m封頂),3

9、3,34,35,36,37,3.6 突出多發(fā)地點(diǎn),封閉向斜軸附近 軸部地帶上部壓應(yīng)力下部張應(yīng)力，受深部地層的阻力，巖層進(jìn)一步擠壓小型層面滑動并出現(xiàn)壓性逆斷層 南桐礦區(qū)80%的突出發(fā)生在八面山向斜、王家壩向斜、鴉雀巖向斜、甘家坪向斜,38,3.6 突出多發(fā)地點(diǎn),帚狀構(gòu)造收斂端 收斂端常常是地應(yīng)力集中的地點(diǎn) 天府三匯一礦處在華瑩山帚狀構(gòu)造的收斂端，突出頻繁發(fā)生。,39,3.6 突出多發(fā)地點(diǎn),煤層扭轉(zhuǎn)區(qū) 南桐礦務(wù)局原東林礦的79次突出中，有93%集中在南翼黑漆巖扭轉(zhuǎn)帶，在突出事例中可清楚看到構(gòu)造應(yīng)力的水平擠壓作用 魚田堡煤礦東翼的9次突出均分布在壓扭性的扭轉(zhuǎn)軸軸部附近,40,3.6 突出多發(fā)地點(diǎn),壓

10、性、壓扭性小斷層帶 受水平方向強(qiáng)烈擠壓而形成，保持了高的應(yīng)力集中，同時對瓦斯存儲也有利 六枝煤礦東二采區(qū)，14次突出(占7號層總數(shù)的61%)均與壓性壓扭性小斷層有關(guān),41,3.6 突出多發(fā)地點(diǎn),壓性、壓扭性小斷層帶 南桐一井5號層一個回采面沿走向32m，連續(xù)突出7次與壓扭性小斷層有關(guān),42,3.6 突出多發(fā)地點(diǎn),煤層產(chǎn)狀變化區(qū) 南桐一井5號煤層80%的突出(73次)發(fā)生在該區(qū)域 洪山殿蛇形山井4采區(qū)，煤層走向傾角變化，是嚴(yán)重突出區(qū)，該區(qū)突出70次(占總數(shù)44%)，該區(qū)1442機(jī)巷平均1次/11米,43,3.6 突出多發(fā)地點(diǎn),煤包及煤厚變化帶 煤層厚度急劇變化帶是構(gòu)造應(yīng)力集中的地帶 紅衛(wèi)煤礦的1

11、90次突出(占總數(shù)85%)發(fā)生在煤包地帶，全部特大型突出集中在煤包最厚區(qū)段,44,3.6 突出多發(fā)地點(diǎn),煤包及煤厚變化帶 紅衛(wèi)煤礦的126采區(qū)在走向不到70m的薄煤帶掘進(jìn)時，發(fā)生7次突出,45,3.6 突出多發(fā)地點(diǎn),分岔煤處 紅衛(wèi)煤礦揭開分岔煤時經(jīng)常發(fā)生突出(最大2000t),46,3.6 突出多發(fā)地點(diǎn),巖漿巖浸入帶 巖漿巖浸入引起煤層局部變質(zhì)力學(xué)性質(zhì)變化應(yīng)力分布不均 白票礦區(qū)，25%以上的突出(265次)發(fā)生在巖漿巖浸入帶,47,4. 煤與瓦斯突出預(yù)兆,有聲預(yù)兆：煤炮聲、機(jī)槍聲、悶雷聲、劈裂聲、支柱折斷聲等 無聲預(yù)兆 煤層結(jié)構(gòu)變化，層理紊亂，煤變軟、光澤變暗，煤層由薄變厚，傾角由小變大 工作

12、面煤體和支架壓力增大，煤壁外鼓、掉渣等 瓦斯增大或忽大忽小，煤壁溫度降低,48,（1）煤與瓦斯突出機(jī)理歸納 瓦斯主導(dǎo)說 “瓦斯富集區(qū)(瓦斯包)”說、“煤粉帶”說、“煤空隙結(jié)構(gòu)不均勻”說、“裂隙堵塞”說、“閉合空隙瓦斯釋放”說、“瓦斯膨脹”說、“瓦斯解吸”說、“地質(zhì)破壞帶”說、“突出波”說、“火山瓦斯”說、“卸壓瓦斯”說等 地壓主導(dǎo)說 “巖石變形潛能”說、“應(yīng)力集中”說、“剪應(yīng)力”說、“振動波”說、“沖擊移動”說、“頂板位移不均勻”說；“應(yīng)力疊加”說、“塑性變形”說、“拉應(yīng)力”說、“放炮突出”說等,49,（2）煤與瓦斯突出機(jī)理歸納 化學(xué)本質(zhì)說 “瓦斯水化物”說、“爆炸的煤”說、“重煤”說、“地球

13、化學(xué)”說、“瓦斯煤固溶體”說、“硝基化合物”說等 綜合假說 國內(nèi)外多數(shù)研究人員認(rèn)為，煤與瓦斯突出是由地應(yīng)力、瓦斯和煤的物理力學(xué)性質(zhì)三者綜合作用的結(jié)果，在實踐中、多數(shù)人認(rèn)為綜合假說能比較客觀地解釋一些突出動力現(xiàn)象，在防突工作中，其效果基本令人滿意。,50,（3）突出的發(fā)生和發(fā)展過程,準(zhǔn)備階段：能量集聚，形成高的地應(yīng)力和瓦斯壓力梯度，工作面煤體處于臨界破壞的脆弱平衡狀態(tài)。 發(fā)動階段：工作面的應(yīng)力狀態(tài)突然改變，臨界平衡狀態(tài)被打破，煤巖卸載，伴隨著裂隙的生成和擴(kuò)張，瓦斯大量解吸并參與突出。 擴(kuò)展階段：在應(yīng)力和瓦斯壓力梯度的作用下，從突發(fā)點(diǎn)向煤體內(nèi)部連續(xù)破壞和剝離煤體，破碎的煤在被瓦斯風(fēng)暴搬運(yùn)中被粉碎。

14、 停止階段：由于剝離和破碎煤體在擴(kuò)展過程中遇到較硬的煤體或孔洞被堵塞引起的應(yīng)力和瓦斯梯度降低，使得地應(yīng)力和瓦斯壓力降低到不足以繼續(xù)破壞煤體的程度，突出便中止。,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,83,84,85,86,87,88,89,90,91,92,93,94,95,96,97,98,99,100,101,102,103,104,105,106,107,108,109,110,111,112,113,114,115,116,117,國

15、內(nèi)外主要應(yīng)用的防突措施,（,（,采面,煤巷,石門,區(qū)域,局部防突措施,區(qū)域防突措施,防治突出措施,水力沖刷,水力擠出,預(yù)裂爆破,超前支護(hù),松動爆破,超前鉆孔,瓦斯抽放,水力沖孔,金屬骨架 或固化,排放鉆孔,煤層注水,預(yù)抽瓦斯,保護(hù)層開采,118,119,開采保護(hù)層防突機(jī)理,應(yīng)力降低、煤層卸壓,突出的激發(fā)作用減小,透氣性增加,瓦斯壓力梯度減小,瓦斯排放,突出發(fā)展的瓦斯作用減小,煤體強(qiáng)度增高,抵抗破壞的能力增強(qiáng),消除或降低突出危險性,開采保護(hù)層,120,考察參數(shù)的變化 保護(hù)層開采后，在卸壓范圍內(nèi)，被保護(hù)層：瓦斯壓力下降、瓦斯流量增大、煤層變形增大、頂?shù)装鍘r石應(yīng)力降低、煤體溫度降低。 下圖為魚田堡煤

16、礦開采上保護(hù)層3#煤層后被保護(hù)層4#煤層參數(shù)變化情況。由圖中可看出，被保護(hù)層參數(shù)的變化可大致劃分為4個帶，即：正常應(yīng)力帶、集中應(yīng)力帶、保護(hù)卸壓帶和應(yīng)力恢復(fù)帶。,121,保護(hù)層的保護(hù)范圍,保護(hù)層的有效保護(hù)層間距 保護(hù)層的保護(hù)作用隨層間距的增大而減小，達(dá)到某一臨界距離時，保護(hù)作用已不明顯，該臨界距離稱之為有效層間距。 我國根據(jù)大量試驗資料統(tǒng)計分析認(rèn)為，在采深小于550 m，回采面長度小于120 m條件下，保護(hù)層的有效保護(hù)層間垂距為：急傾斜煤層上保護(hù)層60 m，下保護(hù)層80 m；緩傾斜和傾斜煤層，上保護(hù)層50m，下保護(hù)層100 m。 選擇保護(hù)層時應(yīng)根據(jù)保護(hù)層厚度、巖性組合、頂板管理方法，回采工作面長

17、度和開采深度等因素確定有效垂距。,122,保護(hù)層的保護(hù)范圍 由走向卸壓角、傾向卸壓角和超前距確定。 走向卸壓角：,123,保護(hù)層的保護(hù)范圍 傾向卸壓角：,124,保護(hù)層的保護(hù)范圍 超前距： 保護(hù)層超前于被保護(hù)層的距離應(yīng)不小于2倍層間距，并不小于30m。 開采保護(hù)層的注意事項 不留或少留煤柱； 被保護(hù)層工作面盡量布置在保護(hù)范圍內(nèi)； 保護(hù)參數(shù)要實際考察確定； 保護(hù)層開采過程中，應(yīng)進(jìn)行瓦斯抽放等措施，綜合治理保護(hù)層的瓦斯涌出，加大被保護(hù)層的保護(hù)效果。,125,126,127,128,129,130,131,132,133,134,135,136,137,超前鉆孔,（1）適用于煤層透氣性較好、煤質(zhì)較硬

18、的突出煤層； （2）鉆孔直徑應(yīng)一般為75120mm，地質(zhì)條件變化劇烈地帶也可采用直徑42mm 的鉆孔。鉆孔距不得小于5m；若鉆孔直徑超過120mm 時，必須采用專門的鉆進(jìn)設(shè)備和制定專門的施工安全措施；,（3）鉆孔應(yīng)盡量布置在煤層的軟分層中； （4）鉆孔的控制范圍，應(yīng)控制到巷道斷面輪廓線外24m（包括巷道斷面內(nèi)的煤層）； （5）鉆孔孔數(shù)應(yīng)根據(jù)鉆孔的有效排放半徑確定，鉆孔的有效排放半徑必須經(jīng)實測確定； （6）超前鉆孔施工前應(yīng)加強(qiáng)工作面支護(hù)，打好迎面支架，背好工作面。,138,預(yù)抽瓦斯（邊掘邊抽）,139,深孔松動爆破,(1)深孔松動爆破措施，可適用于煤質(zhì)較硬、突出強(qiáng)度較小的煤層。 (2）深孔松動爆

19、破的孔徑為42mm，孔深不得小于8m。深孔松動爆破應(yīng)控制到巷道輪廓線外1.52.0m的范圍。孔數(shù)應(yīng)根據(jù)松動爆破有效半徑確定。采用深孔松動爆破防突措施，在掘進(jìn)時必須留有不小于5m的超前距； (3)深孔松動爆破的有效影響半徑，應(yīng)進(jìn)行實測； (4）深孔松動爆破孔的裝藥長度為孔長減去5.56.0m每個藥卷（特制藥卷）長度為1m，每個藥卷裝入一個雷管。裝藥必須裝到孔底。裝藥后，應(yīng)裝入不小于0.4m的水炮泥，水炮泥外側(cè)還應(yīng)充填長度不小于2m的封口炮泥； (5)在裝藥和充填炮泥時，應(yīng)防止折斷電雷管的腳線； (6)深孔松動爆破后，必須進(jìn)行措施效果檢驗。如果措施無效，必須采取補(bǔ)救措施； (7)深孔松動爆破時，必

20、須執(zhí)行撤人、停電、設(shè)警戒、遠(yuǎn)距離放炮、反向風(fēng)門等安全措施。,140,水力沖孔,對于有自噴（噴孔）能力的突出煤層，利用鉆孔切割和水射流的打擊，破壞煤巖內(nèi)部應(yīng)力平衡和瓦斯的不穩(wěn)定平衡，在人為控制下激發(fā)噴孔，隨著煤和瓦斯的大量排出，突出潛能被釋放，從而起到消除一定范圍內(nèi)突出危險性的作用。,141,142,143,144,突出礦井管理,145,三、突出礦井管理, 組織管理： 1.防突機(jī)構(gòu)及人員 2.防突措施計劃（綜合防突技術(shù)措施、工程、資金等） 3.制度及責(zé)任制 4.防突裝備 5.人員培訓(xùn),146,日常防突技術(shù)管理,1.尊重客觀規(guī)律，合理采掘部署和適當(dāng)控制采掘進(jìn)度； 2.加強(qiáng)管理程序(設(shè)計、審批、簽字

21、、通知、檢查)、操作和裝備維護(hù)； 3.加強(qiáng)地質(zhì)測量工作； 4.加強(qiáng)通風(fēng)管理,完善通風(fēng)系統(tǒng)和安全防護(hù)措施； 5.電氣設(shè)備、爆破材料等要符合更高的防爆要求； 6.加強(qiáng)支護(hù),防止冒頂垮塌； 7.加強(qiáng)爆破工作管理； 8.處理好突出孔洞； 9.認(rèn)真收集和分析突出原始資料，總結(jié)突出規(guī)律。,147,防突技術(shù)研究動向,148,四、防突技術(shù)研究動向, 防突中存在的主要問題 防突研究重點(diǎn)和動向,149, 防突中存在的主要問題 無保護(hù)層可采； 透氣性差，瓦斯抽放效果不佳； 集約化開采中的防突問題； 鉆孔施工深度不足； 延期突出增多； 打鉆突出問題； “低指標(biāo)突出”問題； 地質(zhì)構(gòu)造探測問題； 特殊條件下防突措施問題等

22、,150, 研究重點(diǎn)和動向 防突技術(shù)的發(fā)展趨勢 防突技術(shù)發(fā)展的趨勢是以區(qū)域性防突措施為主、局部性防突措施為輔的防突格局。以區(qū)域預(yù)測、區(qū)域性防突措施、區(qū)域性防突措施效果評價、突出危險性連續(xù)監(jiān)測預(yù)警、高效的安全防護(hù)措施作為新的綜合防突體系。 加強(qiáng)瓦斯抽采力度將是及其重要的一個環(huán)節(jié)。,151, 研究重點(diǎn)和動向 地質(zhì)構(gòu)造探測技術(shù)研究 地面三維地震探測井下地質(zhì)構(gòu)造技術(shù)研究 井下長距離、高精度地質(zhì)構(gòu)造探測技術(shù) 地質(zhì)雷達(dá)、無線電透視等技術(shù)的完善與提高,152, 研究重點(diǎn)和動向 煤與瓦斯突出預(yù)警技術(shù) 針對突出的復(fù)雜性，利用煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)、計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢，收集井下盡可能多的靜態(tài)和動態(tài)安全信息，在綜合分析的基礎(chǔ)上，對井下各工作面的突出危險狀態(tài)和發(fā)展趨勢進(jìn)行監(jiān)測、評價、預(yù)測和警戒，實現(xiàn)突出危險性的實時監(jiān)測、在線分析和智能預(yù)警。 利用信息技術(shù)，從管理和技術(shù)方面提高煤與瓦斯突出防治技術(shù)的途徑，是今后的發(fā)展趨勢。,153, 研究重點(diǎn)和動向 煤與瓦斯突出預(yù)警技術(shù),154