煤礦防突工作業(yè)精品課件

1、煤礦防突工作業(yè),第一部分、突出概述,一 . 煤與瓦斯突出基本概念 二、煤與瓦斯突出簡史 三 . 煤與瓦斯突出的危害 四. 突出煤的物理力學(xué)性質(zhì) 五 . 煤與瓦斯突出的分類 六 . 煤與瓦斯突出的預(yù)兆 七 . 煤與瓦斯突出的規(guī)律 八 . 典型案例,一、煤與瓦斯突出的基本概念,煤與瓦斯突出是在煤礦井下開采過程中，在地應(yīng)力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤巖由煤體或巖體內(nèi)突然向采掘空間拋出，并伴隨涌出大量瓦斯的一種很復(fù)雜的異常動力現(xiàn)象。,二.煤與瓦斯突出簡史（1）,根據(jù)資料記載，世界上突出已有170多年的歷史。1834年3月22日，法國魯阿雷煤田依薩克煤礦，在急傾斜厚煤層平巷掘進工作面發(fā)生了世界上第一次煤

2、與瓦斯突出。 據(jù)不完全統(tǒng)計，世界上約有20多個國家和地區(qū)發(fā)生煤與瓦斯突出30000多次。其中中國、俄羅斯、法國、波蘭和日本五個國家突出比較嚴(yán)重。 世界上最大一次突出發(fā)生在1969年7月13日，是前蘇聯(lián)的頓巴斯礦區(qū)加加林煤礦，當(dāng)石門揭穿厚僅1.3米煤層時，發(fā)生了突出，突出煤（巖）14200噸，涌出瓦斯25萬立方米。,煤與瓦斯突出簡史（2）中國,中國是世界上突出最為嚴(yán)重的國家，目前有270多個突出礦井，已發(fā)生突出15000余次，占世界各種突出總數(shù)的40%以上。突出的主要省份有四川、重慶、湖南、貴州、江西、河南、遼寧、黑龍江等。 國有重點煤礦有記載的最早的一次突出發(fā)生于1950年4月20 日，是吉林

3、遼源礦務(wù)局富國礦西二坑。 我國最大的一次突出發(fā)生在1975年8月8日，是四川天府礦務(wù)局三匯壩一礦在主平硐揭穿煤層時發(fā)生的，突出煤（巖）12780噸，涌出瓦斯近140萬立方米。,三 . 煤與瓦斯突出的危害,煤與瓦斯突出是一種及其復(fù)雜的動力現(xiàn)象，它在短時間內(nèi)向采掘空間拋出的大量煤(巖)并涌出大量的瓦斯，給礦井安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。 (1)突出煤流充塞巷道，能摧毀巷道設(shè)施，機電設(shè)備，破壞通風(fēng)系統(tǒng)； (2)突出煤流埋人死亡，高濃度瓦斯造成人員窒息死亡； (3)遇火源引發(fā)瓦斯燃燒和爆炸等。,案例1：,1879年4月17日，比利時曾發(fā)生一次突出，突出強度為420噸，涌出瓦斯50萬立方米，瓦斯噴出時，逆風(fēng)流

4、從提升井沖到地面，距井口23米的爐火導(dǎo)致瓦斯燃燒，火焰高達(dá)50米，井口建筑物燒成廢墟。兩小時后，火焰將熄滅時，又引起瓦斯連續(xù)爆炸7次，每隔7分鐘爆炸一次。當(dāng)時井下有209人，死亡121人，地面燒死3人，11人被燒傷。,案例2：,97年10月3日，遼寧撫順礦務(wù)局老虎臺礦-880m首采區(qū)-780水平中央運輸石門掘進工作面發(fā)生煤與瓦斯突出，突出煤量1017噸，涌出瓦40337立方米，造成7人死亡。其中在工作面作業(yè)的6人被煤流與瓦斯沖出15m后被煤流埋住死亡，另有一人在距離工作面約80m以外的中央進風(fēng)石門拐彎處被瓦斯窒息死亡。工作面裝巖機和兩臺礦車被沖出13到15m遠(yuǎn)，部分支架扭曲變形。突出煤堆積長度

5、85米，發(fā)生突出時有連續(xù)2分鐘左右的轟隆聲，并有大量瓦斯涌出，進風(fēng)石門口瓦斯瞬間達(dá)到10%，石門口以里瓦斯達(dá)到40%以上，造成風(fēng)流逆轉(zhuǎn)300米以上。,四. 突出煤的物理力學(xué)性質(zhì)（1）,煤與瓦斯突出發(fā)生在煤層中，煤的結(jié)構(gòu)特征對突出也有顯著影響。根據(jù)大量突出點的調(diào)查統(tǒng)計，在發(fā)生突出的地點及附近的煤層都具有層理紊亂、煤質(zhì)松軟的特點，人們習(xí)慣上把這種煤叫做軟分層，或稱軟煤。在突出礦井，煤質(zhì)變軟是突出的一種預(yù)兆。 所謂軟分層或者軟團塊、軟煤，是與正常煤層相比而言的。這種煤層比正常煤分層的強度明顯降低，具有極端的松散性和易碎性，用手捻搓易成厘米、毫米級碎粒甚至煤粉。從地質(zhì)角度分析，軟分層煤屬于構(gòu)造煤，它是

6、煤層在構(gòu)造應(yīng)力作用下形變的產(chǎn)物。,突出煤的物理力學(xué)性質(zhì)（2）,按照煤在構(gòu)造作用下的破碎程度，構(gòu)造煤分為三種類型： 碎裂煤：煤被密集的相互交叉的裂隙切割成碎塊，這些碎塊保持尖棱角狀，相互之間沒有多大的位移，僅在一些剪性裂隙表面煤被磨成細(xì)粉，原生結(jié)構(gòu)可見。 碎粒煤：煤已破碎成粒狀，由于運動過程中顆粒間相互磨擦，大部分顆粒被磨去了棱角，并被重新擠壓，主要粒級在1mm以上。原生結(jié)構(gòu)已破壞，構(gòu)造鏡面發(fā)育。 糜棱煤：煤已破碎成細(xì)粒狀或細(xì)粉狀，并被重新擠壓，其主要粒級在1mm以下，有時煤粒磨得很細(xì)，只相當(dāng)于巖石的粉砂級。由于這種煤是在強烈形變和發(fā)生塑性流動情況下造成的，肉眼和鏡下?？煽吹搅鲃訕?gòu)造，如長條狀顆

7、粒的定向排列等。,突出煤的物理力學(xué)性質(zhì)（3）,煤結(jié)構(gòu)破壞程度的分類 國內(nèi)外不少研究者采用煤結(jié)構(gòu)的破壞程度預(yù)測煤與瓦斯突出的危險性。 煤的結(jié)構(gòu)與突出的關(guān)系主要表現(xiàn)在原生結(jié)構(gòu)被破壞的構(gòu)造結(jié)構(gòu)上。煤的結(jié)構(gòu)破壞越嚴(yán)重，煤的機械強度也就越小，而且破壞后的煤增加了破裂面，煤內(nèi)瓦斯的放散速度亦大為提高，因而，突出危險煤層的全部或大部分是由裂隙極多、鏡面發(fā)育、層理紊亂、破碎嚴(yán)重的煤所組成，這就是所謂的“構(gòu)造煤”。 蘇聯(lián)和我國一些單位對煤結(jié)構(gòu)破壞程度的研究，進行了煤的破壞類型劃分，從突出危險性區(qū)域預(yù)測的需要出發(fā)，對煤的破壞類型做了劃分，見下頁煤的破壞類型表,突出煤的物理力學(xué)性質(zhì)（4）,突出煤的物理力學(xué)性質(zhì)（5）

8、,煤的物理力學(xué)性質(zhì)研究意義 1. 構(gòu)造煤是引起突出的必要條件之一（發(fā)生突出的地點必須有構(gòu)造或叫軟分層的存在）。 2. 突出煤層中構(gòu)造煤厚度的增大，突出危險性也相應(yīng)的增強。 3. 對構(gòu)造煤宏觀、微觀的研究，有助于我們認(rèn)識突出發(fā)生的內(nèi)在原因和機理。 4. 構(gòu)造煤的厚度變化和分布規(guī)律在一定程度上標(biāo)志著突出發(fā)生的危險程度，對構(gòu)造煤分布規(guī)律的研究有助于我們從地質(zhì)角度進行突出預(yù)測。,五 . 煤與瓦斯突出的分類,5.1 按動力現(xiàn)象的力學(xué)特征分類 按照動力現(xiàn)象的力學(xué)的基本特征，可分為三類，即：突出、壓出、傾出，統(tǒng)稱為煤與瓦斯突出。 5.2 按突出的強度分類 按照突出強度的大小可分為四類，即：小型、中型、大型和

9、特大型。,1 、突出的基本特征,煤與瓦斯突出，簡稱突出，其基本特征為： 1. 突出的煤向外拋出距離較遠(yuǎn)，具有明顯的分選現(xiàn)象； 2. 拋出的煤堆積角小于煤的自然安息角； 3. 拋出的煤破碎程度高，含有大量的塊煤和手捻無粒感的煤粉； 4. 有明顯的動力較應(yīng)，破壞支架，推倒礦車，破壞和拋出安裝在巷道內(nèi)的設(shè)施； 5. 有大量的瓦斯（二氧化碳）涌出，瓦斯（二氧化碳）涌出量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過突出煤的瓦斯（二氧化碳）含量，有時會使風(fēng)流逆轉(zhuǎn)； 6. 突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、到瓶形以及其它分岔形等。,煤與瓦斯突出基本特征圖示,2、 壓出的基本特征,煤與瓦斯壓出，簡稱壓出，其基本特征為： 1. 壓出有兩種形式，即煤

10、的整體位移和煤有一定距離的拋出，但位移和拋出的距離較??； 2. 壓出后，在煤層與頂板之間的裂隙中，常留有細(xì)煤粉，整體位移的煤體上有大量的裂隙； 3. 壓出的煤呈塊狀，無分選現(xiàn)象； 4. 巷道瓦斯（二氧化碳）涌出量增大； 5. 壓出可能無孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞。,煤與瓦斯壓出的基本特征圖示,3 、傾出的基本特征,煤與瓦斯傾出，簡稱傾出，其基本特征為： 1. 傾出的煤按自然安息角堆積，并無分選現(xiàn)象； 2. 傾出的孔洞呈孔大腔小，孔洞軸線沿煤層傾斜或鉛垂（厚煤層）方向發(fā)展； 3. 無明顯動力效應(yīng)； 4. 傾出常發(fā)生在煤質(zhì)松軟的急傾斜煤層中； 5. 巷道瓦斯（二氧化碳）涌出量明顯增加。,煤與瓦斯傾

11、出的基本特征圖示,2 、按突出的強度分類,突出強度是指每次突出的煤巖數(shù)量和涌出的瓦斯量，主要以突出煤巖量做為劃分突出強度的依據(jù)。 小型突出：強度小于100噸； 中型突出：強度100噸（含100噸）500噸（不含500噸）之間； 大型突出：強度在500噸（含500噸）1000噸（不含1000噸）之間； 特大型突出：強度在1000噸（含1000噸）以上。,六 . 煤與瓦斯突出的預(yù)兆,實踐證明，大多數(shù)突出都有一些能為人的感官覺察到的預(yù)兆。熟悉和掌握它，并在現(xiàn)場工作中注意觀察，對于減少突出危害，保證人身安全，有著重要意義。突出的預(yù)兆主要表現(xiàn)在以下三個方面：,煤與瓦斯突出的預(yù)兆(1),地壓顯現(xiàn)方面的預(yù)兆

12、：煤炮聲、支架折裂聲、煤巖開裂、自行剝落、掉渣、底鼓、煤壁顫動、鉆孔變形、垮孔、頂鉆、夾鉆等。 瓦斯涌出方面的預(yù)兆：瓦斯涌出異常、瓦斯?jié)舛群龃蠛鲂?、煤塵增大、氣溫和氣味異常、打鉆噴孔、出現(xiàn)哨聲、風(fēng)聲和蜂鳴聲等。 煤層結(jié)構(gòu)與構(gòu)造方面的預(yù)兆：煤層層理紊亂、煤體干燥、煤體松軟或強度不均勻、煤的色澤暗淡、煤厚與傾角變化、擠壓褶曲、波狀隆起、斷層等。 概括起來，這些預(yù)兆可分為有聲預(yù)兆和無聲預(yù)兆。,煤與瓦斯突出的預(yù)兆（2）,有聲預(yù)兆：地壓活動劇烈、頂板來壓、不斷發(fā)生掉渣和支架斷裂聲；煤層產(chǎn)生震動、手扶煤壁感到震動和沖擊；聽到煤炮聲或悶雷聲，一般是先遠(yuǎn)后近、先小后大、先單響后連響，突出時伴有巨雷般響聲。 無

13、聲預(yù)兆：工作面遇到地質(zhì)變化、煤層厚度不一，尤其是煤層中軟分層變化；瓦斯涌出量增大或忽大忽小；氣溫降低、煤層層理紊亂、硬度降低、光澤暗淡、煤體干燥、煤塵飛揚、有時煤體碎片從煤壁上彈出；打鉆時嚴(yán)重頂鉆、夾鉆或噴孔等。,七、突出的一般規(guī)律(1),(1)開采深度增加，突出危險性增大；如平頂山礦區(qū)，89年以前礦井的開采深度大多在垂深400m以上開采，屬非突出礦區(qū)。但隨著開采深度的增加，八礦、十二礦、十礦、五礦、四礦相繼發(fā)生突出，由原來的高、低瓦斯礦井升格為突出礦井。目前這些礦井的開采深度已達(dá)到800m以上。 (2)突出多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造區(qū)；如平頂山礦區(qū)的125次各類型突出，突出點有地質(zhì)構(gòu)造的占73次，占總

14、突出次數(shù)的58.4。 (3)煤體破壞程度越嚴(yán)重，煤的強度越小，煤層越厚，特別是軟分層厚度增加，突出危險越大。如平頂山礦區(qū)的突出，60以上與煤層中的軟分層厚度有關(guān)。,煤與瓦斯突出的一般規(guī)律（2）,(4)采掘應(yīng)力集中區(qū)容易發(fā)生突出。有以下幾種情況： a 、相鄰巷道的應(yīng)力疊加（包括兩巷相交和巷道貫通等）; b、采區(qū)巷道的應(yīng)力疊加； c、相鄰采場的應(yīng)力疊加；采場的影響范圍比較大，兩采場互 相接近，產(chǎn)生的應(yīng)力疊加更加明顯。有以下幾種情況：采空區(qū)和采面應(yīng)力疊加、相向回采和鄰近煤層采掘活動引起的應(yīng)力疊加等。 (5)圍巖的透氣性越差，致密巖層越厚，突出危險越大。 (6)突出常發(fā)生在外力沖擊作用下，如放炮、割煤

15、等；如平頂山礦區(qū)的125次突出，放炮57次，割煤48次，占突出總次數(shù)的84,煤與瓦斯突出的一般規(guī)律（3）,(7)突出的氣體主要是沼氣，亦有二氧化碳；如平頂山礦區(qū)的突出氣體均為沼氣等。 (8)發(fā)生突出前大都有預(yù)兆。如平煤125次突出，有突出預(yù)兆的占114次，占總次數(shù)的91.2%。 (9)絕大多數(shù)突出發(fā)生在煤巷掘進工作面。石門突出危險性最大。如平煤掘進工作面突出計87次，占總次數(shù)的87%。 (10)煤層突出危險區(qū)常呈帶狀分布。,第二部分煤與瓦斯突出的防治技術(shù),一 . 煤與瓦斯突出機理 二 . “四位一體”綜合防突措施 三 . 煤層突出危險性預(yù)測 四 . 防治突出措施 五 . 防治突出措施的效果檢驗

16、 六 . 安全防護措施,一 . 煤與瓦斯突出機理（1）,突出機理就是解釋發(fā)生突出的原因和過程的理論。 煤與瓦斯突出是一種復(fù)雜的動力現(xiàn)象，世界上許多產(chǎn)煤國家對煤與瓦斯突出的機理開展了廣泛研究，提出了多種假說。,煤與瓦斯突出機理 （2）,1、 國外煤與瓦斯突出假說 瓦斯為主導(dǎo)作用的假說 地壓為主導(dǎo)作用的假說 化學(xué)本質(zhì)假說 能量假說 綜合假說 2、 國內(nèi)煤與瓦斯突出假說 流變假說 球殼失穩(wěn)假說,瓦斯為主導(dǎo)作用的假說,地壓為主導(dǎo)作用的假說,化學(xué)本質(zhì)假說,能量假說,蘇聯(lián)B.B.霍多特提出，長期以來在國際上享有盛譽。在實驗室試驗的基礎(chǔ)上，從能量的觀點出發(fā)，用數(shù)學(xué)方法分析計算了煤層的變形潛能Wt 、瓦斯內(nèi)能

17、以及造成突出破壞需要的能量A ，提出了能量假說。,球殼失穩(wěn)假說,突出的發(fā)生發(fā)展是以球蓋狀煤殼的形成、發(fā)展及失穩(wěn)拋出為特點的 突出過程的實質(zhì)是地應(yīng)力破壞煤體，煤體釋放瓦斯，瓦斯使煤體裂隙擴張并使形成的球殼失穩(wěn)破壞 瓦斯膨脹能是發(fā)動突出的真正的動力及能源,流變假說,含瓦斯煤巖體在外力的作用下，當(dāng)達(dá)到或超過其屈服載荷時，則明顯地表現(xiàn)為時間上的三個階段，即變形衰減階段、均勻變形階段和加速階段 第、第階段對應(yīng)于突出的準(zhǔn)備階段，第階段是突出的發(fā)生發(fā)展階段，突出是含瓦斯煤巖體快速流變的結(jié)果 瓦斯、地應(yīng)力、煤的物理力學(xué)性質(zhì)和時間過程是突出的重要影響因素,綜合假說,50年代中期，蘇聯(lián)A.A.斯科琴斯基院士根據(jù)開

18、采突出危險煤層的經(jīng)驗以及當(dāng)時科研工作的成果，提出煤與瓦斯突出是由地應(yīng)力、煤層瓦斯和煤層物理力學(xué)性質(zhì)綜合作用的結(jié)果。 目前綜合假說得到普遍認(rèn)同，是瓦斯突出防治技術(shù)的理論基礎(chǔ)。 突出的動力是 地應(yīng)力和 煤層中的瓦斯;突出的阻力是 煤層的物理力學(xué)性質(zhì)。這三者稱為煤與瓦斯突出的“三因素”,煤與瓦斯突出機理 （3）,3、煤與瓦斯突出的三因素： 1地應(yīng)力的作用 突出煤層中存在著地應(yīng)力，它包括上覆巖層自重應(yīng)力、地 質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力和采掘集中應(yīng)力，采掘工作面前方局部煤體內(nèi)存在一個集中應(yīng)力帶，這里的地應(yīng)力高于原始煤體的應(yīng)力，瓦斯壓力接近于原始煤體的瓦斯壓力。 地應(yīng)力的作用，一是使煤體產(chǎn)生位移和突然破碎，煤由靜 態(tài)變?yōu)?/p>

19、動態(tài)；二是地應(yīng)力影響煤體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，控制著瓦斯的流動。由于工作面前方煤體內(nèi)存在著一個集中應(yīng)力帶，使距掘進迎頭L米的集中應(yīng)力帶內(nèi)，煤的裂隙、孔隙受壓縮 變小，阻礙煤體內(nèi)瓦斯的正常運移流動。那么，什么是地應(yīng)力呢？我們通過一個簡單的物理現(xiàn)象來予以說明。,煤與瓦斯突出的三因素,我們知道，一個彈簧，給它一個壓力，就產(chǎn)生一個反作用力1，也就是說，我們用力把彈簧壓下去后，彈簧就蓄積一個彈起的能量。同樣，煤巖層也具有一定的彈性，由于在幾百米深的地下開采，必然受到上覆巖層給它的一個壓力，使煤層蓄積一個向外膨脹的潛能. 在沒有開采前，煤巖體是處于三向應(yīng)力平衡狀態(tài)，當(dāng)開掘巷道或進行回采工作時，就破壞了原來的應(yīng)力平衡狀

20、態(tài)，使煤巖體的應(yīng)力重新分布，煤體向作業(yè)空間膨脹變形。,煤與瓦斯突出的三因素,采掘工作面地應(yīng)力狀況及對突出的影響： 采煤工作面前方存在一個集中應(yīng)力區(qū)，其峰值距離采面煤壁的距離越小，越容易破壞采面煤體而引發(fā)煤與瓦斯突出。因此，必須加強工作面支護，使采面煤體的集中應(yīng)力向煤體深部推移，或在采面采取人為卸壓措施，如打排放鉆孔、實施淺孔爆破等。 掘進工作面前方的地應(yīng)力，可分為三個帶，即：卸壓帶、集中應(yīng)力帶和常壓帶，亦叫做原始應(yīng)力區(qū)。從防突角度 講，集中應(yīng)力區(qū)距離工作面越近，工作面煤體越易發(fā)生破壞而引發(fā)煤與瓦斯突出。解決該問題的措施，就是在突出危險區(qū)域采取人為卸壓措施，如打排放鉆孔、實施深孔爆破和放慢掘進速

21、度等，使集中應(yīng)力帶向深部推移.,煤與瓦斯突出的三因素,以上情況說明，具有較高的地應(yīng)力是發(fā)生煤與瓦斯突出的先決條件，即起著發(fā)動突出的作用。在地質(zhì)構(gòu)造帶，由于構(gòu)造應(yīng)力的存在，就是采深不大也可能發(fā)生突出。 因此，發(fā)生煤與瓦斯突出的第一個充分必要條件是： 煤層和圍巖具有較高的地應(yīng)力和瓦斯壓力，并且在近工作面地帶煤層的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生突然變化，使?jié)撃苡锌赡芡蝗会尫拧?應(yīng)力狀態(tài)的變化一般有下列原因：,煤與瓦斯突出的三因素,（）、巷道進入地質(zhì)破壞區(qū)； （）、石門揭開煤層時； （）、巷道從硬煤進入軟煤帶； （）、煤的冒落等。 另外還有工作面迅速推進時；煤層突然加載，如巷道頂板下沉；煤層突然卸壓，如懸臂梁斷裂等。,

22、煤與瓦斯突出的三因素, 2瓦斯的作用 瓦斯是成煤過程中的產(chǎn)物，以游離狀態(tài)和吸附狀態(tài)存于 煤裂隙和孔隙中，促使煤體產(chǎn)生潛能，降低煤的強度。） 煤體中瓦斯含量是指每噸煤所含的瓦斯量，也就是煤體中游離和吸附兩種狀態(tài)瓦斯量的總和。其中吸附瓦斯量占瓦斯含量的8090%以上。瓦斯壓力決定煤層中瓦斯含量的多少，是造成瓦斯突出的重要能源。 在卸壓帶瓦斯壓力梯度是平緩的，在集中應(yīng)力帶瓦斯壓力梯度顯著增大，形成作用于壓力降低方向（掘進迎頭）的力，參與突出的發(fā)展。,煤與瓦斯突出的三因素,在掘進巷道揭露煤層引起瓦斯流動后，隨著煤壁暴露時間 的不斷增長，流動場范圍 不斷擴大，工作面附近瓦斯壓力梯度不斷下降變緩。最危險的是在時，即爆破見煤的瞬時，瓦斯壓力梯度最大，此時最容易發(fā)生突出。 因此，煤與瓦斯突出發(fā)展的第二個必要和充分條件是：有足夠的瓦斯流把碎煤拋出，并且突出孔道要暢通，以便在空洞壁形成較大的地應(yīng)力梯度和瓦斯壓力梯度，從而使煤破碎向深部擴展,煤與瓦斯突出的三因素,3煤的物理力學(xué)性質(zhì)與突出的關(guān)系 煤結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)，與發(fā)生突出的關(guān)系很大。一般來說，煤愈硬、裂隙愈小，所需的破壞功愈大，要求的地應(yīng)力和瓦斯壓力愈高。反之亦然。因此，在地應(yīng)力和瓦斯壓力為一定值時，軟煤分層易被破壞，突出往往沿軟煤分層發(fā)展