煤与瓦斯突出的综合防治技术

煤与瓦斯突出的综合防治技术十矿段洪普2011.9.8煤与瓦斯突出的综合防治技术二、煤与瓦斯突出的特点及规律三、影响煤与瓦斯突出的因素四、煤与瓦斯突出的机理五、煤与瓦斯突出防治技术的发展一、煤与瓦斯突出的现状六、煤与瓦斯突出的综合防治技术措施七、煤与瓦斯突出的早期辨识与预警技术一、煤与瓦斯突出的现状煤与瓦斯突出的概念煤与瓦斯突出基本概念具体表现为在几秒至几十秒极短的时间内，大量的煤和瓦斯由煤体向采场、巷道等采掘空间喷出。喷出的煤从几吨到上万吨，瓦斯量从数米3到百万米3。突出时常伴有较大的动力效应，如摧毁支架、推倒矿车、破坏通风设施，使风流反向等。突出后，常在煤体中形成楔形、梨形、舌形突出孔洞，堆积的煤常有明显的分选现象，表面含有大量的粒度极细的煤粉。物理概念具体表现煤与瓦斯突出是煤开采过程中严重的自然灾害之一，是井工开采煤矿井下发生的一种复杂的有煤、岩和瓦斯（个别有二氧化碳）参与的瓦斯动力现象。一、煤与瓦斯突出的现状1950年4月20日吉林辽源矿务局富国矿西二坑发生煤与瓦斯，这是我国有记载的最早的一次突出。我国最大的一次突出发生在1975年8月8日，是四川天府矿务局三汇坝一矿在主平酮揭穿煤层时发生的，突出煤（岩）12780t,涌出瓦斯近140万m³。平顶山在1989年之前为非突出矿区。1984年10月13日八矿戊二沿煤皮带下山发生煤与瓦斯突出，是平顶山矿区有文字记载的第一次突出。2007年平煤十矿己15-16——24110采面发生一起由地应力引起的煤与瓦斯突出事故，突出煤量2000t,突出瓦斯量40000m³，突出煤流长度大于280m，造成12人死亡。一、煤与瓦斯突出的现状十矿自1988年4月22日在戊9-10——20090机川发生第一次煤与瓦斯突出起，截至2007年11月，共发生煤与瓦斯突出51次，突出的主要参数如下表所示：煤层编号突出时间突出地点煤量/t瓦斯量/m³戊组11988.4.22戊9-10——20090机川55150021988.10.7—320东区出煤巷54117631990.5.20戊9-10—20080机巷1560041990.9.12东区戊组轨道上山3230051994.11.29戊9-10—21130风巷912561996.11.23戊9-10—20150机巷20302471997.3.19戊9-10—20150机巷2872081999.8.2戊9-10—21150机巷25232992000.6.24戊9-10—21150机巷767682102000.8.22戊9-10—21150机巷344245112000.9.24戊9-10—21150机巷506438122000.10.16戊9-10—20120机巷152100132000.12.24戊9-10—21150采面61170142002.2.10戊10—20120专用回风巷编号突出时间突出地点煤量/t瓦斯量/m³戊组152002.3.21戊10——20120专用回风巷141026162002.6.21戊9-10——21170机巷181520172002.7.23戊9-10——21170机巷15706182002.12.17戊9-10——21170机巷271480192003.4.29戊9-10——21170机巷182000己组12001.1.23己15——24020出煤巷3261881622002.11.18己15-16——24090风巷1701100032003.1.17己15-16——24090机巷200300042003.7.28己15——24060机巷4831440052003.8.10己15——22230风巷240550062006.3.30己15-16——24080机巷159487872007.3.3己15-16——24110切眼3852176082007.11.12己15-16——24110采面200040000事故概况：2007年11月12日02时45分，十矿己15-16－24110综采工作面发生煤与瓦斯突出事故；突出煤量2000t，突出瓦斯量4万m3；造成12人死亡。事故工作面概况己15-16-24110采面标高-610～-679m，埋深880～1039m；煤层厚度1.8～4.9m，平均3.0m左右；倾角8°～23°；采面倾斜长256m，走向长785m；综合机械化采煤；2007年8月28日开始回采，突出时，机巷推进93m，风巷推进84m。十矿“11.12”事故一、煤与瓦斯突出的现状己16-17-24110采面巷道布置及瓦斯抽采示意图己15-16煤层己17煤层50m机巷风巷偏Y巷7m60m机巷顺层抽放孔50m256m偏Y巷顺层抽放孔53m工作面抽放浅孔1.5m底板巷穿层抽放孔己15-16-24110采面突出孔洞示意图煤墙1.5m孔洞剖面风巷孔洞机巷己15-16-24110风巷上出口14m、65m处变形情况事故发生后己15-16-24110风巷底臌2004年10月20日，郑州大平煤矿发生特大型突出，引发瓦斯爆炸，死亡148人。一、煤与瓦斯突出的现状大平矿瓦斯突出诱发瓦斯爆炸传播过程演示：突出参与突出物种类突出类型岩石与瓦斯突出煤与二氧化碳突出盐与二氧化碳突出煤、岩、二氧化碳和瓦斯突出岩石与二氧化碳突出煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出突出煤与瓦斯压出压出煤与瓦斯倾出倾出按动力现象的理学特征分类一、煤与瓦斯突出的现状延期突出不延期突出小型中型大型特大型强度小于100t强度在100t-500t之间强度在500t-1000t之间强度在1000t以上（2）按突出的强度分类（3）按突出的时间分类一、煤与瓦斯突出的现状一般规律平煤集团的规律十矿的规律二、煤与瓦斯突出的特点及规律二、煤与瓦斯突出的特点及规律突出危险性随突出煤层厚度的增大而增大突出与巷道类别有关突出前作业方式有关突出前大多数均有预兆一般规律突出危险性随采掘深度的增加而增大煤与瓦斯突出的技术措施突出前大多发生地质构造带突出强度随深度的增加而增大（略）突出煤层分类突出与构造的关系平煤集团的规律突出存在较明显的区域性和条带性突出类型统计分析生产工序与突出关系按突出地点统计分析突出的其他特点与规律二、煤与瓦斯突出的特点及规律1.突出存在较明显的区域性和条带性平顶山煤业集团所属主要矿井突出的次数，煤量和瓦斯量统计如下表所示。在140次突出中，突出主要分布在四矿，五矿，八矿，十矿和十二矿5对矿井，共突出136次，占总数的97%，而其中矿区东路的八矿，十矿和十二矿3个矿井突出112次，占总数的80%，由此可见，突出存在比较明显的区域性。矿别突出次数/次突出煤量/t突出瓦斯量/m³平均煤量/t平均瓦斯量/m³所占比例/%一矿1242024200.71四矿132921187522.469139.29五矿113712166833.7219707.86六矿21490574531.43八矿38349621479992565327.14十矿51217010263742.55201236.43十二矿23153511834667514516.43十三矿1196384019638400.71二、煤与瓦斯突出的特点及规律3.突出煤层分类突出煤层主要分布在丁组，戊组，己组三个煤层。其中丁组煤突出39次，占总数的27.86%；戊组突出39次，占总数的27.86%；己组煤突出62次，占总数的44.29%二、煤与瓦斯突出的特点及规律4.突出与构造的关系突出与构造有着密切的关系。平煤集团在140次突出事故中，遇到构造或因构造影响的突出达70%左右。5.生产工序与突出关系因爆破引起的突出的次数最多，占总数的47.8%，其次是割煤，占总数的36%二、煤与瓦斯突出的特点及规律6.突出类型统计分析从突出类型来分析，平煤以压出为主，突出动力以地应力为主导因素。在140次突出中掘进占99次，占总数的70.71%回采突出39次，占总数的27.86%，揭石门时突出2次，占总数的1.43%7.按突出地点统计分析二、煤与瓦斯突出的特点及规律8.突出的其他特点与规律①软分层厚度增加，突出危险越大。如平顶山矿区的突出，60%以上与煤层中的软分层厚度有关。②突出的气体主要是甲烷。③采掘应力集中区容易发生突出。有以下几种情况：a.相邻巷道的应力叠加；b.采区巷道的应力叠加；c.相邻采场的应力叠加。采场的影响范围比较大，两采场互相接近，产生的应力叠加更加明显，如相向回采和邻近煤层采掘活动引起的应力叠加等。二、煤与瓦斯突出的特点及规律④历次突出中90%左右有预兆综上所述，平煤集团公司140次突出事故中，十矿突出次数最多，共突出51次，占总突出次数的37.5%；突出最高标高为—230m水平；突出最多的煤层是己组，达61次，占总数的43.6%；突出遇到构造或因构造影响的达81次，占总数的57.86%；突出最多工序为爆破，共68次，占总数的48.57%，突出最多的作业地点为掘进，共99次，占总数的70.71%二、煤与瓦斯突出的特点及规律突出大都发生地质构造带1.突出事故的煤层分布。在十矿建矿以来共发生51次煤与瓦斯突出，其中丁组煤发生24次，占47.1%戊组煤发生19次，占37.2%，己组煤发生8次，占15.7%2.丁组突出全部发生在丁5-6合层处，突出标高—337至—310m，最大突出强度35t，全部发生在采煤工作面。3.戊组突出全部发生在戊9-10合层区，煤层厚度较大。4.己组突出全部发生在己15-16合层区，分布在矿井郭庄背斜北翼。5.瓦斯含量与涌出量，十矿戊9-10煤层在瓦斯含量大于8.5m³/t，采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于10m³/min的条件下才具有煤与瓦斯突出危险性。二、煤与瓦斯突出的特点及规律十矿的规律6.工作面从断层的下降盘向上升盘方向推进容易发生突出7.丁，戊和己组没成的突出的差异性。8.突出多发生小型断裂构造附近。、9.突出类型：51次突出事故中，突出6次，占11.8%；倾出3次，占5.9%；压出42次，占82.3%10.在矿井深部开采时有冲击地压伴生煤与瓦斯突出。二、煤与瓦斯突出的特点及规律十矿的规律煤与瓦斯突出发生必要条件煤结构和力学性质条件瓦斯条件地应力条件地应力状态的突然变化①围岩或煤层的弹性潜能释放作功，使煤体产生突然破坏和位移。②地应力场对瓦斯压力场起控制作用。③地应力状态对煤层的透气性起到一定的控制作用。①高压游离瓦斯产生的瓦斯膨胀能；②高压瓦斯分子全面缩煤的骨架，促使煤体中产生弹性潜能③吸附在微孔表面的瓦斯分子对微孔起楔子作用，降低煤的强度。④工作面前方形成的瓦斯压力梯度，造成作用于压力降低方向的力。①强度条件：煤愈硬，所需的破碎功愈大②瓦斯解析和放散能力。③煤层透气性能。④不均质性条件。三、影响煤与瓦斯突出的因素三、影响煤与瓦斯突出的因素1，煤层瓦斯的含量平煤十矿戊9-10煤层瓦斯含量测定采用直接法测定和勘探钻孔煤层瓦斯含量，结果如下表所示：序号取样地点孔号CH4AW瓦斯含量标高%%%m³/tm1—320出煤巷291.889.160.688.56—296.52—320出煤巷390.1210.990.746.36—293.03—320出煤巷599.0611.360.385.10—279.8420090机巷186.4222.060.504.79—237.0520090机巷385.1321.542.074.01—222.8620090机巷495.5716.330.367.01—219.0720060机巷273.5714.910.785.04—185.0820100机巷171.0044.300.958.12—3909—320出煤巷13.64—3201020210风巷93.34300.6721.06—5161120210机巷99.229.21.3119.6—5521221170机巷18.9—450三、影响煤与瓦斯突出的因素0100200300400500600202515105标高（一）/m瓦斯含量/m³。t戊9-10瓦斯含量与标高关系三，影响煤与瓦斯突出的因素己15-16煤层瓦斯含量序号取样地