第9章防突技术资料与整理

第九章防突技术资料与整理第一节防突技术资料的收集与整理第二节防突工作日常管理第三节煤与瓦斯突出案例分析复习思考题第一节防突技术资料的收集与整理一、井田地质报告提供的基础资料1.煤层赋存条件及其稳定性影响煤与瓦斯突出的因素非常多，煤层赋存条件是其中之一。煤层赋存条件包含煤层资源储量、埋藏深度、煤厚及厚度变化情况、煤层倾角、含夹矸情况、顶底板性质、煤种等。煤层赋存越复杂，表明其受到地质构造影响越大，煤层突出危险性也就越大。第一节防突技术资料的收集与整理而在煤层赋存稳定的区域，突出危险性相对较小。煤层埋藏深度、顶底板性质、煤厚、煤层倾角的变化等因素，对于预测煤层突出危险性都具有非常重要的意义，是突出资料收集和整理的重要内容。第一节防突技术资料的收集与整理2.煤的结构类型针对煤与瓦斯突出危险性的预测研究，通常将煤体结构分为原生结构煤和构造煤。原生结构煤是指未受构造变动，保留原生沉积结构、构造特征，煤层原生层理完整、清晰，仅有少量内生、外生裂隙，煤体呈块状的煤。第一节防突技术资料的收集与整理原生结构、构造发生物理化学变化的煤称为构造煤。它是煤层在构造应力作用下发生破碎甚至强烈韧塑性变形和流变迁移的产物，是煤层在区域变质基础上叠加动力变质的产物。大量观测研究表明，几乎所有发生煤与瓦斯突出的煤层都与一定厚度的构造煤有关。煤体破坏程度越严重，煤的强度越低，突出危险性越大。第一节防突技术资料的收集与整理按照煤的破碎程度，构造煤可分为3种。①碎裂煤。煤被密集的、相互交叉的裂隙切割而成的碎块，碎块呈尖棱角状，相互之间没有大的移位和移动，仅在剪性裂隙面上煤被磨成细粉，并形成镜面，显微镜下还可以从碎裂煤中看到大量的微裂隙。第一节防突技术资料的收集与整理②碎粒煤。是煤层受到应力作用后已完全破坏了煤的原生结构、原生构造，破碎成粒状，并被重新压紧后的煤。在构造活动中，煤的颗粒相互摩擦失去棱角,粒径在1mm以上的煤。③碎粉煤。是煤层受到构造应力作用后，颗粒相互摩擦而成,粒径在1mm以下的煤。碎粒煤和碎粉煤都是煤在褶皱过程中，在顶、底板岩石之间发生顺层流动，碎粒之间相互摩擦形成的。第一节防突技术资料的收集与整理3.煤的坚固性系数、煤层围岩性质及厚度煤的坚固性系数是反映煤体坚固性的一个相对指标,其值越大,表明该煤体愈稳定,在同样的瓦斯压力和地应力作用下,越不易发生突出。煤与瓦斯突出多发生在煤层的软分层中。因此,煤的坚固性可以作为突出的一项重要预测指标,对其测定的准确性直接影响到突出预测的可靠性。我国常用的测定煤的坚固性系数的方法是落锤破碎法。第一节防突技术资料的收集与整理煤层围岩是指煤层直接顶、基本顶和直接底等在内的一定厚度范围的层段。煤系地层中煤层围岩性质，对煤层中瓦斯的保存起到了控制作用，因此影响了煤与瓦斯突出的危险性。煤层围岩对瓦斯赋存的影响，决定于它的隔气、透气性能。掌握开采煤层围岩性质及厚度，对于综合预测突出危险性和选择适合的防突措施都具有一定价值。第一节防突技术资料的收集与整理4.煤层瓦斯含量、瓦斯成分和煤的瓦斯放散初速度煤层瓦斯含量是指在矿井大气条件下（环境温度20℃，环境大气压力0.10MPa）单位质量煤体中所含有的瓦斯气体的体积量。第一节防突技术资料的收集与整理煤层瓦斯含量是煤层瓦斯基础参数之一，也是影响煤与瓦斯突出的重要因素。在开采突出煤层前以及对防突措施进行效果检验时，准确掌握煤层瓦斯含量是非常重要的一项工作。第一节防突技术资料的收集与整理煤层瓦斯与天然瓦斯、液化石油气有所不同，如表9-1所示。第一节防突技术资料的收集与整理煤的瓦斯放散初速度Δp是煤层突出危险性鉴定的指标之一，如Δp大于等于10，则认为煤层具有突出危险性。煤的瓦斯放散初速度Δp反映了煤在常压下吸附瓦斯的能力和放散瓦斯的速度，表现了煤的微观结构。煤的瓦斯放散初速度越大，煤层的突出危险性越大。第一节防突技术资料的收集与整理5.标有瓦斯含量等值线的瓦斯地质图矿井瓦斯地质图是矿井瓦斯地质研究取得重要成果，是掌握矿井瓦斯分布特征、总结瓦斯赋存规律、计算煤层瓦斯储量、开展瓦斯区域性预测、进行矿井瓦斯防治、瓦斯资源勘探和开发的重要依据。第一节防突技术资料的收集与整理在瓦斯地质图上瓦斯含量相等点的连线称为瓦斯含量等值线，相邻两条瓦斯含量等值线间的差值称为瓦斯含量等量差。瓦斯含量等值线分实测线和预测线，一般选择按瓦斯含量等量差2m3/t绘制。第一节防突技术资料的收集与整理6.地质构造类型及其特征、火成岩侵入、水文地质影响煤与瓦斯突出的因素非常多也非常复杂，既包括各种地质因素，也包括各种非地质因素。地质因素主要包括煤层地质构造条件、煤体结构特性、煤中瓦斯参数和煤层所处的地应力。在影响煤与瓦斯突出的诸多因素中，地质构造起到决定的控制作用。第一节防突技术资料的收集与整理地质构造包括断层及褶皱等构造变形，都是在成煤后受后期构造作用形成的。由于地质构造往往对煤与瓦斯的突出条件及突出点的分布具有显著的作用并呈明显的差异。第一节防突技术资料的收集与整理沿煤层呈岩床侵入的岩浆，对瓦斯赋存和突出的发生影响显著，主要表现在使煤受热力变质，碳化程度增高，进一步生成瓦斯；由于岩床处在煤层顶板部位，对排放瓦斯通道起着封闭作用，易于保存瓦斯；使煤层受力，揉搓粉碎，造成煤的结构破坏，形成软分层煤；岩浆侵入使局部煤系地层处于不均衡的应力紧张状态，积蓄了弹性潜能。第一节防突技术资料的收集与整理矿井水主要来自于大气降水、地表水、含水层水、老窑水及断层水。断层破碎带通常是地下水良好聚集场所和通道。地下水活跃的地区，是瓦斯排放的直接通道。地下水在漫长的地质时代也可以带走煤体中数量可观的瓦斯。第一节防突技术资料的收集与整理7.勘探过程中钻孔穿过煤层时的瓦斯涌出动力现象钻孔瓦斯涌出动力现象是指在煤层中施工钻孔时，出现卡钻、夹钻、顶钻、喷煤、喷瓦斯等情况，这表明煤层瓦斯压力较高，是一种较明显的突出预兆，必须引起足够的重视。第一节防突技术资料的收集与整理8.邻近煤矿井的瓦斯情况通过了解邻近生产矿井的瓦斯情况，对于预测和评估本矿未开采区域煤层的瓦斯情况及突出危险性等有重要的参考价值。第一节防突技术资料的收集与整理二、突出矿井瓦斯基础参数的收集1.煤层原始瓦斯压力煤层瓦斯压力是指瓦斯在煤层中所呈现的压力。在煤体未受到采动影响的情况下，所测得的煤层瓦斯压力称为煤层原始瓦斯压力；煤体经过采动卸压或进行过瓦斯抽采后，所测得的煤层瓦斯压力称为煤层残余瓦斯压力。第一节防突技术资料的收集与整理煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量一个主要因素。当煤的孔隙率相同时，游离瓦斯量与瓦斯压力成正比；当煤的吸附瓦斯能力相同时，煤层瓦斯压力越高，煤的吸附瓦斯量越大。第一节防突技术资料的收集与整理2.煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量是指在自然条件下，单位质量或体积的煤体中所含的瓦斯量。煤层瓦斯含量可分为：煤层瓦斯原始含量是指未受到采矿采动及预抽影响的煤体内的瓦斯含量；第一节防突技术资料的收集与整理煤层瓦斯残存含量是指受到采矿采动及预抽影响的煤体内现存的瓦斯含量。原煤瓦斯含量是指单位质量中含有的瓦斯量。开采突出煤层前，应将煤层瓦斯含量降低到8m3/t以下。第一节防突技术资料的收集与整理3.煤层透气性系数煤层透气性系数是衡量瓦斯等气体在煤层内流动难易程度的物理量，用λ表示。煤层透气性采用透气性系数定量表示。通常突出煤层透气性差，瓦斯抽采困难。第一节防突技术资料的收集与整理4.瓦斯放散初速度煤的瓦斯放散初速度Δp是指煤初始暴露时煤层气涌出的速度。其数值采用3.5g规定粒度的煤样在0.1MPa压力下吸附瓦斯后向固定真空空间释放时,用压差表示的10～60s时间内释放的瓦斯量。第一节防突技术资料的收集与整理煤的瓦斯放散初速度Δp反映了煤在常压下吸附瓦斯的能力和放散瓦斯的速度，表现了煤的微观结构，是反映煤层突出危险性的指标之一。煤的瓦斯放散初速度越大，煤层的突出危险性越大。第一节防突技术资料的收集与整理5.煤层坚固性系数坚固性系数又称普氏系数，是煤的各种性质所决定的抵抗外力破坏能力的一个综合性指标。表征着各种不同方法下煤（岩）层破碎的难易程度。煤的坚固性系数越大,表明该煤体越稳定,在同样的瓦斯压力和地应力作用下,越不易发生突出。第一节防突技术资料的收集与整理煤与瓦斯突出都发生在煤层的软分层中。因此,煤的坚固性可以作为突出的一项重要预测指标，对其测定的准确性直接影响到突出预测的可靠性。我国常用的测定煤层坚固性系数的方法是落锤破碎法。第一节防突技术资料的收集与整理6.钻孔有效抽采半径钻孔有效抽采半径是指在规定时间内以抽采钻孔为中心，该半径范围内的瓦斯压力或含量降到安全容许值的范围。钻孔有效抽采半径是瓦斯抽采的重要参数，直接关系到钻孔布置密度、预抽时间的长短。钻孔的有效抽采半径是抽采时间、瓦斯压力、煤层透气性系数的函数，另外还与煤层原始瓦斯压力、吸附性能、抽采负压有关。第一节防突技术资料的收集与整理7.钻孔有效排放半径钻孔有效排放半径是指单个钻孔沿半径方向能够消除突出危险的最大范围。利用钻孔排放瓦斯有效半径，合理指导排放钻孔设计,可以避免设计和施工过程中出现空白带和钻孔的无效叠加,解决排放钻孔设计的无目的性问题,对突出煤层进行全面、高效、合理的消突和瓦斯排放。第一节防突技术资料的收集与整理8.百米钻孔瓦斯流量衰减系数百米钻孔瓦斯流量衰减系数表示100m钻孔瓦斯流量随时间延长衰减变化系数。它是煤层瓦斯基础参数之一，反映了煤层瓦斯抽采难易程度，常与煤层透气性一起使用。第一节防突技术资料的收集与整理三、煤与瓦斯突出后资料收集整理矿井发生煤与瓦斯突出后，为分析事故发生原因、总结经验教训、采取防范措施、杜绝类似事故的重复发生，必须对事故进行详细的调查和分析，调查工作一般可以分为：地面收集、整理防治煤与瓦斯突出方面的技术资料；井下勘查突出的基本特征和现场瓦斯地质因素、煤层赋存状态以及防突措施在现场的落实等情况。第一节防突技术资料的收集与整理然后，将地面和现场调查收集的资料进行综合分析，找出技术方案、技术设计、技术管理、措施执行与现场管理等方面原因，并提出突出事故技术分析报告。事故调查的程序、方法应正确，资料收集应齐全、内容完整。事故调查、资料收集、事故原因分析应满足下列程序和要求：第一节防突技术资料的收集与整理1.矿井及工作面概况矿井及工作面概况至少应收集的资料：矿井所属行政区域、开拓方式、设计生产能力；矿井通风方式、配风量、瓦斯等级以及瓦斯涌出量；矿井瓦斯监控系统、人员定位系统；第一节防突技术资料的收集与整理保护层开采，瓦斯抽采系统、抽采方法以及矿井瓦斯抽采率；突出工作面的位置，采煤方法、开采工艺、顶板管理方式或巷道掘进方法，巷道支护形式以及安全防护措施等基础资料。第一节防突技术资料的收集与整理2.突出前参数测定突出前参数测定主要内容包括：突出工作面区域防突措施，被保护层卸压瓦斯抽采效果考察，被保护层工作面区域性消除突出危险性评定报告；第一节防突技术资料的收集与整理区域措施效果检验及检验结果；工作面区域措施验证或突出危险性预测资料及预测结果。第一节防突技术资料的收集与整理若为区域措施验证或预测为突出危险工作面，还必须收集工作面采用的局部防突措施、措施效果检验资料。矿井测风报表、瓦斯监控报表、瓦斯检查报表以及工作面突出前正常配风量、瓦斯涌出量等。第一节防突技术资料的收集与整理3.突出经过突出经过包括突出当班工作面的工作任务、工作安排、人员分布；工作面突出前的通风、瓦斯、工作面支护等安全情况；诱发煤与瓦斯突出的工序和直接原因，突出的时间，突出地点、位置，突出强度，人员伤亡情况；突出汇报时间，突出后自救互救以及抢险救灾等情况。第一节防突技术资料的收集与整理4.突出特征描述突出特征描述包括煤与瓦斯突出孔洞的大小、形状和轴线方向；突出物的抛掷距离、堆积角度、分选现象；突出煤量、瓦斯总涌出量、吨煤瓦斯涌出量；工作面的支护、风筒、风门设施破坏情况，灾变风流逆流和波及范围；突出点煤层倾角、厚度、软煤分层厚度、层节理等煤的结构和破坏类型都应调查记录清楚，以便对突出类型分析定性。第一节防突技术资料的收集与整理5.突出