第七章防治煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出

煤与瓦斯突出防治2013年08月1日提纲一、煤与瓦斯突出的相关概念及特点二、煤与瓦斯突出防治三、事故案例分析煤与瓦斯突出的相关概念及特点1一、煤与瓦斯突出的相关概念及特点1、突出矿井煤层有瓦斯动力现象的相邻矿井开采的同一煤层发生突出的煤层瓦斯压力达到或者超过0.74MPa的突出矿井，是指在矿井的开拓、生产范围内有突出煤层的矿井矿井有下列情况之一的，应当立即进行突出煤层鉴定；鉴定未完成前，应当按照突出煤层管理：煤矿发生瓦斯动力现象造成生产安全事故，经事故调查认定为突出事故的，该煤层即为突出煤层，该矿井即为突出矿井一、煤与瓦斯突出的相关概念及特点2、突出煤层突出煤层鉴定应当首先根据实际发生的瓦斯动力现象进行当动力现象特征不明显或者没有动力现象时，应当根据实际测定的煤层最大瓦斯压力P、软分层煤的破坏类型、煤的瓦斯放散初速度Δp和煤的坚固性系数f等指标进行鉴定。全部指标均达到或者超过临界值的，确定为突出煤层鉴定单位也可以探索突出煤层鉴定的新方法和新指标3、煤与瓦斯突出特征及预兆一、煤与瓦斯突出的相关概念及特点煤与瓦斯突出的基本特征突出的煤向外抛出距离较远，具有明显的分选现象抛出的煤堆积角小于煤的自然安息角（一般为40o）抛出的煤破碎程度高，含有大量的块煤和手捻无粒感的煤粉有明显的动力效应，破坏支架，推倒矿车，破坏和抛出安装在巷道内的设施有大量的瓦斯涌出。瓦斯涌出量远远超过突出煤的瓦斯含量，有时会使风流逆转突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形以及其它分岔形等一、煤与瓦斯突出的相关概念及特点煤与瓦斯突出预兆煤层结构、构造方面的预兆，如层理紊乱，煤软硬不均或变软，煤暗淡无光，煤层受挤压，厚度变大，倾角变陡。煤层干燥等地压增大的预兆，如来压声响，支架断折，煤炮声，煤岩开裂，煤壁外鼓，片帮，掉渣，底鼓，打钻时顶钻、夹钻等瓦斯及其它方面的预兆，如瓦斯涌出异常，忽大忽小，闷人，煤尘增大，煤或气温变冷，打钻喷瓦斯、喷煤等上述许多预兆只有比较明显的显现时，才能为人们所察觉，而且往往难以判断是否将要发生突出。所以国内外都在研究、试验比较可靠的探测突出预兆的仪器，如探测煤、岩在受力破坏过程中发生破裂与震动时产生的各种物理信号，如震波、声波、电磁波等，以期作为预测煤与瓦斯突出新的技术手段。煤与瓦斯突出防治2二、煤与瓦斯突出防治局部综合防突措施工作面突出危险性预测工作面防突措施工作面措施效果检验安全防护措施区域综合防突措施区域突出危险性预测区域防突措施区域措施效果检验区域验证区域防突措施是指在突出煤层进行采掘前，对突出煤层较大范围采取的防突措施。工作面防突措施是针对经工作面预测尚有突出危险的局部煤层实施的防突措施。其有效作用范围一般仅限于当前工作面周围的较小区域。1、综合防突措施二、煤与瓦斯突出防治防突工作坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则突出矿井采掘工作做到不掘突出头、不采突出面未按要求采取区域综合防突措施的，严禁进行采掘活动区域防突工作应当做到多措并举、可保必保、应抽尽抽、效果达标突出矿井发生突出的必须立即停产，并立即分析、查找突出原因；在强化实施综合防突措施、消除突出隐患后，方可恢复生产。非突出矿井首次发生突出的必须立即停产，按本规定的要求建立防突机构和管理制度，编制矿井防突设计，配备安全装备，完善安全设施和安全生产系统，补充实施区域防突措施，达到本规定要求后，方可恢复生产。二、煤与瓦斯突出防治二、煤与瓦斯突出防治2、煤巷掘进综合防突措施第一步：区域危险性预测突出矿井应当对突出煤层进行区域突出危险性预测（以下简称区域预测）。经区域预测后，突出煤层划分为突出危险区和无突出危险区。未进行区域预测的区域视为突出危险区。区域预测分为新水平、新采区开拓前的区域预测（以下简称开拓前区域预测）和新采区开拓完成后的区域预测（以下简称开拓后区域预测）。新水平、新采区开拓前，当预测区域的煤层缺少或者没有井下实测瓦斯参数时，可以主要依据地质勘探资料、上水平及邻近区域的实测和生产资料等进行开拓前区域预测。二、煤与瓦斯突出防治开拓前区域预测煤层瓦斯风化带为无突出危险区域根据已开采区域确切掌握的煤层赋存特征、地质构造条件、突出分布的规律和对预测区域煤层地质构造的探测、预测结果，采用瓦斯地质分析的方法划分出突出危险区域。当突出点及具有明显突出预兆的位置分布与构造带有直接关系时，则根据上部区域突出点及具有明显突出预兆的位置分布与地质构造的关系确定构造线两侧突出危险区边缘到构造线的最远距离，并结合下部区域的地质构造分布划分出下部区域构造线两侧的突出危险区在同一地质单元内，突出点及具有明显突出预兆的位置以上20m（埋深）及以下的范围为突出危险区-450-400-350-300-450-400-350-300514326用瓦斯地质统计法推测同一地质单元内下部区域的突出危险区域示意图1—断层；2—突出点；3—上部区域突出点在断层两侧的最远距离线；4—推测下部区域断层两侧的突出危险区边界线；5-推测的下部区域突出危险区上边界线；6—突出危险区（阴影部分）二、煤与瓦斯突出防治开拓前区域预测经开拓前区域预测划分出的无突出危险区和突出危险区以外的区域，应当根据煤层瓦斯压力P进行预测。如果没有或者缺少煤层瓦斯压力资料，也可根据煤层瓦斯含量W进行预测。预测所依据的临界值应根据试验考察确定。注意事项：预测所主要依据的煤层瓦斯压力、瓦斯含量等参数应为井下实测数据测定煤层瓦斯压力、瓦斯含量等参数的测试点在不同地质单元内根据其范围、地质复杂程度等实际情况和条件分别布置；同一地质单元内沿煤层走向布置测试点不少于2个，沿倾向不少于3个，并有测试点位于埋深最大的开拓工程部位二、煤与瓦斯突出防治区域防突措施框图区域防突措施开采保护层预抽煤层瓦斯上保护层下保护层地面钻孔预抽区段煤层瓦斯穿层钻孔预抽区段煤层瓦斯顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯穿层钻孔预抽回采区域瓦斯顺层钻孔预抽回采区域瓦斯穿层钻孔石门（立、斜井）揭煤区域瓦斯区段条带回采区域石门第二步：区域消突措施二、煤与瓦斯突出防治保护层开采地压减少，弹性潜能得以缓慢释放煤层膨胀变形，形成裂隙与孔道，透气系数增加。所以被解放层内的瓦斯能大量排放到解放层的采空区内。瓦斯含量和瓦斯压力都将明显下降煤层瓦斯涌出后，煤的强度增加二、煤与瓦斯突出防治在突出矿井开采煤层群时，如在有效保护垂距内存在厚度0.5m及以上的无突出危险煤层，除因突出煤层距离太近而威胁保护层工作面安全或可能破坏突出煤层开采条件的情况外，首先开采保护层有条件的矿井，也可以将软岩层作为保护层开采当煤层群中有几个煤层都可作为保护层时，综合比较分析，择优开采保护效果最好的煤层当矿井中所有煤层都有突出危险时，选择突出危险程度较小的煤层作保护层先行开采，但采掘前必须按本规定的要求采取预抽煤层瓦斯区域防突措施并进行效果检验优先选择上保护层，在选择开采下保护层时，不得破坏被保护层的开采条件二、煤与瓦斯突出防治煤层群首采关键层沿空留巷Y型通风工作面开采二、煤与瓦斯突出防治煤层群首采关键层沿空留巷Y型通风工作面开采二、煤与瓦斯突出防治预抽煤巷条带煤层瓦斯穿层钻孔倾斜、急倾斜煤层巷道上帮轮廓线外至少20m，下帮至少10m其他为巷道两侧轮廓线外至少各15m钻孔控制范围均为沿层面的距离顺层钻孔应控制的条带长度不小于60m二、煤与瓦斯突出防治单一煤层递进式掩护掘进区域防突措施二、煤与瓦斯突出防治防突强化措施松动爆破水力压裂措施水力冲孔措施扩孔增透气体置换二、煤与瓦斯突出防治煤气净化器封孔管孔口防喷装置软质排渣储煤装置三通排渣装置抽采瓦斯管路可伸缩高强度连接装置排放瓦斯装置突出煤层钻孔安全施工保障施工突出煤层钻孔期间，易于发生喷孔现象，严重威胁了施工作业人员的安全，且造成风流瓦斯浓度升高，安全隐患较大，为防止喷孔伤人，应装备防喷装置，该装置能在打钻喷孔时使煤与瓦斯安全快速分离，分离后大部分瓦斯进入煤气净化器进行短暂容贮后，由抽采系统抽入瓦斯抽采管路；而喷出的煤与少量瓦斯进入高强度软质储煤快速排渣装置。煤气净化器孔口防喷装置软质排渣储煤装置三通排渣装置抽采瓦斯管路可伸缩高强度连接装置排放瓦斯装置二、煤与瓦斯突出防治二、煤与瓦斯突出防治第三步：区域效果检验保护层开采效果检验开采保护层的保护效果检验主要采用残余瓦斯压力、残余瓦斯含量、顶底板位移量及其他经试验证实有效的指标和方法，也可以结合煤层的透气性系数变化率等辅助指标。预抽煤层瓦斯区域效果检验残余瓦斯压力指标法残余瓦斯含量指标法直接测定间接计算适当扩大评价计算区域划分评价单元检验方法二、煤与瓦斯突出防治测点布置对穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施的效果进行检验时，由于这个区域是个狭长的条带，所以只在条带内沿设计的煤巷走向每隔30~50m布置1个或1个以上的测试点即可二、煤与瓦斯突出防治对顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施进行检验时，在煤巷条带每间隔20～30m至少布置1个检验测试点，且每个检验区域不得少于3个检验测试点。若检验期间在煤层中进行钻孔等作业时发现了明显突出预兆时，或采用煤层残余瓦斯压力或残余瓦斯含量的直接测定值进行检验时，任何一个检验测试点的指标测定值达到或超过了有突出危险的临界值而判定为预抽防突效果无效时，则此检验测试点周围半径100m内的预抽区域均判定为预抽防突效果无效，即为突出危险区。残余瓦斯压力、残余瓦斯含量检验时，应为实测的最大残余瓦斯压力或者最大残余瓦斯含量。二、煤与瓦斯突出防治二、煤与瓦斯突出防治第四步：区域效果验证区域验证也是针对一个特定的区域进行的。这个特定的区域是指一次进行的区域预测所划分出的每一个无突出危险区，或是单独实施措施效果检验证实达到区域防突效果的区域，在每个特定区域内的煤层应能够相通并连成一片。钻屑指标法复合指标法R值指标法其他经试验证实有效的方法检验方法二、煤与瓦斯突出防治在工作面进入该区域时，立即连续进行至少两次区域验证工作面每推进10～50m（在地质构造复杂区域或采取了预抽煤层瓦斯区域防突措施以及其他必要情况时宜取小值）至少进行两次区域验证在构造破坏带连续进行区域验证在煤巷掘进工作面还应当至少打1个超前距不小于10m的超前钻孔或者采取超前物探措施，探测地质构造和观察突出预兆当区域验证为无突出危险时，应当采取安全防护措施后进行采掘作业。但若为采掘工作面在该区域进行的首次区域验证时，采掘前还应保留足够的突出预测超前距只要有一次区域验证为有突出危险或超前钻孔等发现了突出预兆，则该区域以后的采掘作业均应当执行局部综合防突措施二、煤与瓦斯突出防治第五步：工作面突出危险性预测预测方法钻屑指标法复合指标法R值指标法其他经试验证实有效的方法二、煤与瓦斯突出防治钻孔布置原则在近水平、缓倾斜煤层工作面应向前方煤体至少施工3个、在倾斜或急倾斜煤层至少施工2个直径42mm、孔深8～10m的钻孔，钻孔应尽可能布置在软分层中，一个钻孔位于掘进巷道断面中部，并平行于掘进方向，其他钻孔的终孔点应位于巷道断面两侧轮廓线外2～4m处。钻屑指标法测定指标值钻屑量S钻屑瓦斯解析指标K1或△h2值二、煤与瓦斯突出防治钻孔每钻进2m,用1～3mm的组合筛子在孔口接煤粉，接煤粉的同时启动秒表计时；充分筛分后迅速装入煤样杯中，并用筛子刮平，使装入样体积一致，然后捏紧罐盖，松开盖上阀门；当秒表计时时间到达预定值t0时（t0一般应取1min、1.5min、2min，不应超过2min），捏紧盖上阀门的同时按照仪器菜单提示按相应数字键执行“K1采样”功能，即可开始该煤样的瓦斯解吸指标测量。钻屑量S：钻孔每钻进1m测定该1m段的全部钻屑量，用弹簧秤称重或者用量具测量钻屑体积。钻屑瓦斯解析指标K1或△h2值K1——WTC二、煤与瓦斯突出防治△h2——煤钻屑瓦斯解吸仪(MD-2)MD-2煤钻屑瓦斯解析仪的原理为：在井下不对煤样进行