煤与瓦斯突出防治技术课件

1主要内容第二讲煤与瓦斯突出防治技术1、煤与瓦斯突出现象2、煤与瓦斯突出的影响因素3、煤与瓦斯突出的征兆4、煤与瓦斯突出防治基本要求5、煤与瓦斯突出危险性预测6、煤与瓦斯突出防治措施7、防突措施检验8、安全防护措施9、煤与瓦斯突出案例分析2煤与瓦斯突出现象煤与瓦斯突出是指在压力（瓦斯压力、地应力）作用下，破碎的煤与瓦斯由煤体突然向采掘空间大量喷出，是另一种类型的瓦斯特殊涌出。事故案例：2011年11月10日，私庄煤矿1747掘进工作面作业人员违规使用风镐作业时诱发了煤与瓦斯突出，突出煤量约1813吨、瓦斯量约25.8万立方米，大量煤粉自1747掘进工作面迅速向其他巷道扩散，造成风流逆向。3煤与瓦斯突出现象煤与瓦斯突出过程一般分为四个阶段，及准备、发动、发展和停止阶段1、突出准备—形成高压瓦斯区、储存大量弹性能2、突出发动—受力失稳、能量释放3、突出发展—瓦斯气流破坏作用4、突出停止—瓦斯流运动停止4煤与瓦斯突出现象视频资料（单击播放、全屏自动播放）5煤与瓦斯突出的征兆有声预兆：煤层发出劈裂声、闷雷声、机枪声、响煤炮以及气体穿过含水裂缝时的吱吱声等。声音由远到近，由小到大，有短暂的，有连续的，时间间隔长短也不一致；煤壁还会发生震动和冲击，顶板来压，支架发出折裂声。无声预兆：工作面顶板压力增大，煤壁被挤压，片帮掉渣，顶板下沉或底板鼓起；煤层层理紊乱、煤暗淡无光泽、煤质变软；瓦斯忽大忽小，煤壁发凉，打钻时有顶钻、卡钻、喷瓦斯等现象。井下工作人员发现上述预兆后，应立即向有关部门报告，及时采取措施；情况严重时，应立即停止作业，迅速按避灾路线撤离。6煤与瓦斯突出的影响因素1、除了地应力，高压瓦斯外，在煤层中不存在任何其他能源。突出是地应力，瓦斯压力和煤的物理力学性能综合作用的结果。2、地压破碎煤体是造成突出的首要原因，而瓦斯则起着抛出煤体和搬运煤体的作用。从突出总能量来说，瓦斯是完成突出的主要能源。3、实验资料表明，只有煤强度很低（煤体松软），与围岩摩擦力不大时，地压造成的煤的变形能和围岩变形能，才能把煤体破碎形成突出。煤强度是形成突出的一个极为重要的因素。7煤与瓦斯突出防治基本要求《防治煤与瓦斯突出规定》有突出矿井的煤矿企业、突出矿井应当根据突出矿井的实际状况和条件，制定区域综合防突措施和局部综合防突措施。区域综合防突措施包括下列内容：（一）区域突出危险性预测；（二）区域防突措施；（三）区域措施效果检验；（四）区域验证。局部综合防突措施包括下列内容：（一）工作面突出危险性预测；（二）工作面防突措施；（三）工作面措施效果检验；（四）安全防护措施。8煤与瓦斯突出防治基本要求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。有突出危险的新建矿井及突出矿井的新水平、新采区，必须编制防突专项设计。突出矿井开采的非突出煤层和高瓦斯矿井的开采煤层，在延深达到或超过50m或开拓新采区时，必须测定煤层瓦斯压力、瓦斯含量及其他与突出危险性相关的参数。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。9煤与瓦斯突出防治基本要求突出煤层的任何区域的任何工作面进行揭煤和采掘作业前，必须采取安全防护措施。突出矿井的入井人员必须随身携带隔离式自救器。突出矿井的管理人员和井下工作人员必须接受防突知识的培训，经考试合格后方准上岗作业。推荐使用ZY45隔绝式压缩氧自救器防护时间≥45min氧气瓶容积＞0.3L氧气瓶充填压力≥19MPa储氧量≥80L供氧方式定量供氧＞1.2L/min自动排气压力150Pa～300Pa10煤与瓦斯突出危险性预测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。即发生过煤与瓦斯突出的煤层，该煤层认定为突出煤层，该矿井认定为突出矿井。区域突出危险性预测方法：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指标值Δp(Pa)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（煤的坚固性系数f小于0.5）表1所列的临界值的，确定为突出煤层。表111煤与瓦斯突出危险性预测1、瓦斯压力测定推荐型号：ACW-1瓦斯压力测定仪12煤与瓦斯突出危险性预测瓦斯压力测定施工方法1）、钻孔施工要求采用钻孔瓦斯压力自然恢复法测定原始瓦斯压力。钻孔施工前地测科按下列原则作出设计，由通风工区负责安排完成：（1）测定煤层瓦斯压力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。（2）钻孔长度根据具体情况而定，一般原则是：穿层岩柱的厚度应满足煤层至开拓巷道的垂直距离不小于7m。（3）钻孔要求钻透煤层全厚并延伸0.5m。13煤与瓦斯突出危险性预测瓦斯压力测定施工方法2）、钻孔布置方法图1钻孔布置方法示意图14煤与瓦斯突出危险性预测封孔工作原理采用两组胶圈封孔，并向两组封孔胶圈之间注入压力始终高于瓦斯压力的粘液。压力粘液渗入钻孔周围的微裂隙，因形成了胶圈封粘液，粘液封瓦斯的封孔系统。从而严密地封闭了钻孔防止了瓦斯的泄漏，测定出真实的煤层瓦斯压力。3）、钻孔技术要求（1）钻孔施工过程中及时记录岩层段和煤层段的长度。（目的是确保钻孔打到相应位置）（2）钻孔按要求施工后，用高压风或清水冲洗钻孔内钻屑。（3）压力表需每安排小组人员负责测压，每8小时记录一次压力表的指示值；以后每天记录一次压力表的指示值直至压力表读数稳定为止。15煤与瓦斯突出危险性预测4）、采掘工程平面图上推测钻孔布置位置距离等于42m时，即D=21mm时，开始布置煤层控制钻孔。注：留足岩柱尺寸尤为重要，否则在打钻过程中极易诱发煤与瓦斯突出。图2煤层控制钻孔布置位置图16煤与瓦斯突出危险性预测一、煤与瓦斯区域突出危险性预测1、煤的破坏类型2、瓦斯放散初速度3、煤的坚固性指标4、煤层瓦斯压力17煤与瓦斯突出危险性预测1、煤的破坏类型表2由钻孔得到的煤样按照表2划分类型确定煤的破坏类型。18煤与瓦斯突出危险性预测2、煤的瓦斯放散初速度（1）、WT-1型（2）、WFC—2型GDS瓦斯放散初速度测定装置煤炭企业应找有资质的单位测定煤的瓦斯放散初速度等参数。注：取煤样时要采用打钻孔的方式，保证取得的煤样新鲜，更准确的反应煤的放散初速度。19煤与瓦斯突出危险性预测煤的瓦斯放散初速度步骤：1、脱气与充气1.1把同一煤样的两个3.5g试样用漏斗分别装入△p测定仪的试样瓶中。1.2启动真空泵对两个试样脱气1.5h。1.3脱气1.5h后关闭真空泵，将甲烷瓶与试样瓶连接，充气（充气压力为0.1MPa）使两个试样吸附瓦斯1.5h。1.4将试样瓶与甲烷瓶、大气之间用阀门相互隔离。2、指标测定变容变压仪器测定a）如图3所示，开动真空泵，打开阀3对固定空间（含仪器管道）进行脱气，使U型管汞真空计两端液面相平；b）停止真空泵，关闭阀3，旋转阀6，使试样瓶与固定空间相连接并使二者均与大气隔离，同时启动秒表计时，10s时断开试样瓶与固定空间，读出汞柱计两端汞柱差p1（mm），45s时再连通试样瓶与固定空间，60s时断开试样瓶与固定空间，再一次读出汞柱计两端差p2（mm）；c）计算：△p=p2-p1。20煤与瓦斯突出危险性预测图3变容式原理放散初速度指标示意图21煤与瓦斯突出危险性预测3、煤的坚固性系数f测定F-1型煤的坚固性系数测定仪22煤与瓦斯突出危险性预测工作面突出危险性预测方法1：工作面地质构造、采掘作业及钻孔等发生的各种现象主要有以下方面：（一）煤层的构造破坏带，包括断层、剧烈褶曲、火成岩侵入等；（二）煤层赋存条件急剧变化；（三）采掘应力叠加；（四）工作面出现喷孔、顶钻等动力现象；（五）工作面出现明显的突出预兆。在突出煤层，当出现上述第（四）、（五）情况时，应判定为突出危险工作面；当有上述第（一）、（二）、（三）情况时，除已经实施了工作面防突措施的以外，应视为突出危险工作面并实施相关措施。23煤与瓦斯突出危险性预测煤的坚固性系数测定步骤1、把粒径为1-3mm的煤样装入筒体直径为20mm，长度为60mm的定容空间内；2、施加4Mpa的压力，得到煤的压缩量L。根据L与f值的实验关系，得到关系式如下：f=7.0568e-0.308L（式中：f为煤的坚固性系数；L为压缩长度mm；e为自然对数底数。）24煤与瓦斯突出危险性预测4、煤层瓦斯压力P及其测定煤层瓦斯压力P的测定方法是利用布置在钻孔内的测压装置，在严密封孔状态下通过压力表测量煤层瓦斯压力值。我国多数矿井开采突出矿井实践表明，煤层瓦斯压力P值大于0.74MPa时，煤层具有突出危险性。25煤与瓦斯突出危险性预测工作面突出危险性预测方法2：1、石门揭煤工作面突出危险性预测：石门揭煤工作面的突出危险性预测应当选用综合指标法（煤层瓦斯压力p，煤层开采深度H，煤层软分层的平均坚固性系数f，煤层软分层放散指标ΔP四个综合指标计算D=0.25、K(20或15)值）、钻屑瓦斯解吸指标法或其他经试验证实有效的方法进行。（1）钻屑瓦斯解吸指标法：在石门工作面距煤层最小垂距为7m时，利用探明煤层赋存条件和瓦斯情况的钻孔或至少打两个直径为50～75mm的预测钻孔，在其钻进煤层时，每钻进2m时，用1～3mm的筛子筛分钻屑，测定其瓦斯解吸指标(△h2或K1)。26煤与瓦斯突出危险性预测md—2型钻屑瓦斯解吸仪采用md—2型钻屑瓦斯解吸仪在井下不对煤样进行人为脱气和充气的条件下，利用煤钻屑中残存瓦斯压力（瓦斯含量），向一密闭的空间释放（解吸瓦斯），用该空间体积和压力（以水柱计压差表示）变化来表征煤样解吸出的瓦斯量。27煤与瓦斯突出危险性预测钻屑瓦斯解吸测定步骤：1）、测定前的必要准备①给水柱计注水，并将两侧液面调整至零刻度线；②检查仪器的密封性能。一旦密封失败，需更换新的“O”型密封圈；③准备好配套装备，如秒表、分样筛等。2）、煤钻屑采样在石门揭煤工作面打钻时，打1m煤孔应采煤钻屑样1个。在钻孔进入到预定采样深度时，启动秒表开始计时，当钻屑排除孔口时，用筛子在孔口收集煤钻屑。经筛分后，取粒度1～3mm（1mm筛上品，3mm筛下品）煤样装入煤样瓶3中。煤样应装至煤样瓶标志线位置（相当于煤样10g）。采掘工作面打钻时，每2米钻孔采煤钻屑样1个。采样方法和要求与石门揭煤工作面相同。28煤与瓦斯突出危险性预测3）、测定操作步骤①首先打开两通旋塞，然后将已采煤样的煤样瓶迅速放入解吸室2中，拧紧解吸室上盖，打开三通旋塞4，使解吸室与水柱1和大气均连通，煤样处于暴露状态；②当煤样暴露时间为3min时，迅速逆时针方向旋转三通旋塞捏手，使解吸室与大气隔绝，仅与水柱计连通，开始进行解析测定，并重新开始计时；③每隔1min记录下解吸仪水柱计压差，连续测定10min。钻屑瓦斯解吸指标的突出临界值，应根据实测数据确定；如无实测数据时，可参照表3中所列的指标临界值预测突出危险性。29煤与瓦斯突出危险性预测采用钻屑指标法预测石门揭穿煤层掘进工作面突出危险性时，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，测定钻屑瓦斯解吸指标和钻屑量。图6钻屑指标法布置图1—巷道、2—钻孔30煤与瓦斯突出危险性预测钻孔每钻进煤层2m时取直径1—3mm的筛子筛分钻屑采样测定每钻进2m，测定一次钻屑瓦斯解吸指标K1或△h2值。表3用钻屑指标法预测石门揭穿煤层突出危险性的临界值31煤与瓦斯突出危险性预测(2)采用综合指标法对石门揭穿煤层区域进行预测：采用综合指标法对石门揭穿煤层区域进行预测时应符合下列要求：1.在岩石工作面向突出煤层至少打两个测压钻孔，测定煤层瓦斯压力。测压方法见P13；2．在打测压孔的过程中，每米煤孔采取一个煤样，测定煤的坚固性系数(f)。测定方法见P24；3．将两个测压孔所得的坚固性系数最小值加以平均作为煤层软分层的平均坚固