煤和瓦斯突出防治技术

煤与瓦斯突出防治技术主讲：李学臣（瓦斯防治高级工程师）河南煤业化工集团焦煤公司科研所电话：138391364670391-3531647E-mail：kyswss163主要内容•1.煤与瓦斯突出的危害•2.煤与瓦斯突出防治基本要求•3.煤与瓦斯突出危险性预测•4.防治煤与瓦斯突出措施•5.防突措施的效果检验•6.煤与瓦斯突出综合防护•1.1瓦斯的定义瓦斯（CH4）又叫沼气，其化学名称叫甲烷。狭义：专指甲烷。如《规程》中规定的瓦斯浓度指标，甲烷传感器、便携仪、断电仪显示的数据等，是狭义的。广义：系指以甲烷为主的有着有害气体（硫化氢、一氧化碳、二氧化碳）混合气体的总称。如盲巷里面的瓦斯，则是广义之称。•1.2瓦斯的危害影响煤矿生产、危害职工健康、威胁矿井安全。•瓦斯浓度＞8%时，能使人因缺氧昏倒或窒息；•瓦斯浓度在5~16%时，遇火会发生爆炸；•瓦斯浓度＜5%、＞16%时，遇火会发生燃烧。1.煤与瓦斯突出的危害•1.3矿井瓦斯灾害的形式（1）瓦斯积聚超限；（2）瓦斯窒息造成人身伤害；（3）瓦斯燃烧、爆炸；（4）煤与瓦斯突出。•突出——有口小腹大的空洞，煤有明显分选现象；•倾出——空洞有较规则的形状，煤无明显分选现象；•压出——表现为煤体的整体位移。重点：防治煤与瓦斯突出*1.煤与瓦斯突出的危害•1.4煤与瓦斯突出预兆（1）早期预兆主要特征：煤变软，光泽暗，节理层理紊乱。处理原则：密切观察，提高防突意识，加强防突措施和防护监控。（2）中期预兆主要特征：钻粉多，钻进慢，夹钻，顶钻，喷孔等异常。处理原则：按《规程》规定，撤人，汇报，待突出危险消除后方可续继作业。此外，还应注意：停钻、停电，加强防护，若孔口喷火，应立即用“湿衣”捂灭。1.煤与瓦斯突出的危害•1.4煤与瓦斯突出预兆（3）临突预兆•主要特征：面来压，响煤炮，瓦斯涌出异常•面来压：掘进工作面临突前，瞬时出现顶压，底鼓，两邦来劲，片邦掉顶、支架变形、损坏、“发抖”、迎头煤体外移等剧。•响煤炮：在煤体内部，出现煤炮频发，顶板与煤体断裂声，瓦斯射流声等，显现异常强烈。•瓦斯涌出异常：瓦斯涌出忽大忽小，总趋势增大。1.煤与瓦斯突出的危害•1.5煤与瓦斯突出规律（3）临突预兆突出危险性随瓦斯压力增大而增大；同比条件下，突出频率随开采深度增大而增加；地质构造带，是突出的“多发地段”；掘进工作面比采煤工作面突出概率高；突出几率与开采条件技术密切相关；绝大多数突出都有预兆。1.煤与瓦斯突出的危害•《防治煤与瓦斯突出规定》于2009年8月1日起实施。•No.2“现行《煤矿安全规程》、规范、标准、规定等有关突出防治的内容与本规定不一致的，依照本规定执行。”•No.5“有突出矿井的煤矿企业、突出矿井……，应当制定区域综合防突措施和局部综合防突措施。”•No.7“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……”2.煤与瓦斯突出防治基本要求•2.1突出煤层和突出矿井的定义突出煤层：在井田范围内发生过煤与瓦斯突出危险的煤层或经鉴定有煤与瓦斯突出危险的煤层。突出矿井：开拓、生产范围内有突出煤层的矿井。•2.2突出煤层和突出矿井的鉴定以下指标全部达到或者超过临界值的煤层确定为突出煤层。2.煤与瓦斯突出防治基本要求煤层破坏类型瓦斯放散初速度△P坚固性系数f瓦斯压力MPa临界值Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ≥10≤0.5≥0.74•2.2突出煤层和突出矿井的鉴定1.2.1突出危险性鉴定基础资料：（1）煤层赋存条件及其稳定性；（2）煤的结构类型及工业分析；（3）煤的坚固性系数、围岩性质及厚度；（4）煤层瓦斯含量、瓦斯成分和煤的瓦斯防散初速度等指标；（5）瓦斯地质图；（6）地质构造类型及特征、火成岩侵入形态及其分布、水文地质情况；（7）瓦斯涌出动力现象；（8）邻近矿井瓦斯情况。No11.煤矿有下列情况之一的，必须立即进行鉴定，完成前按照突出煤层管理：（1）煤层有瓦斯动力现象；（2）相邻矿井开采的同一煤层发生突出；（3）煤层瓦斯压力达到或者超过0.74MPa。2.煤与瓦斯突出防治基本要求•2.2突出煤层和突出矿井的鉴定2.2.2煤层瓦斯参数测试要求：《防治煤与瓦斯突出规定》第17条：地质测量部门与防突机构、通风部门共同编制矿井瓦斯地质图，图中标明采掘进度、被保护范围、煤层赋存条件、地质构造、突出点的位置、突出强度、瓦斯基本参数及绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量等资料，作为区域突出危险性预测和制定防突措施的依据；。《防治煤与瓦斯突出规定》第18条：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。2.煤与瓦斯突出防治基本要求•2.3防突管理与培训No.26.有突出矿井的煤矿企业主要负责人、突出矿井矿长应当分别每季度、每月进行防突专题研究，检查、部署防突工作；保证防突科研工作的投入，解决防突所需的人力、财力、物力；确保抽、掘、采平衡；确保防突工作和措施的落实。No.27.有突出矿井的煤矿企业、突出矿井应当设置满足防突工作需要的专业防突队伍。No.32.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。2.煤与瓦斯突出防治基本要求•2.4煤与瓦斯突出防治措施No.6.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。No.33.突出矿井应当对突出煤层进行区域突出危险性预测，经预测划分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。No.39.经开拓后区域预测为突出危险区的煤层，必须采取区域防突措施并进行区域措施效果检验。2.煤与瓦斯突出防治基本要求•2.4煤与瓦斯突出防治措施区域预测方法：•依据煤层瓦斯参数结合瓦斯地质分析的方法进行。区域防突的基本措施：•开采保护层•顶底板岩巷穿层预抽掩护煤巷掘进•顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯•顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域措施效果检验：•测试残余瓦斯压力或瓦斯含量等方法。•要求P残余＜0.74MPa或W残余＜8m3/t。•采用其他方法和临界值，须经有突出危险性鉴定资质的单位确定。2.煤与瓦斯突出防治基本要求•2.4煤与瓦斯突出防治措施局部防突措施：•No.58.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。•采掘工作面局部综合防突措施：突出危险性预测预报局部防突措施防突措施效果检验安全防护措施2.煤与瓦斯突出防治基本要求•2.4煤与瓦斯突出防治措施•防突技术的发展•突出机理研究没有大的突破，不能完全掌握突出规律。•突出过程复杂，防治技术需要深入探索。•防突技术的进步经历三个阶段：•安全防护为主——震动爆破•防突措施为主——各种防突措施应用发展•综合防治为主——“四位一体”综合措施2.煤与瓦斯突出防治基本要求•3.1煤与瓦斯突出危险性预测原理煤与瓦斯突出机理不同的突出假说认为：突出是瓦斯、应力和煤结构力学综合作用的结果，是各因素不断变化的过程。（1）地应力条件（2）瓦斯条件（3）煤结构和力学性质条件煤与瓦斯突出危险性预测（效果检验）作用评价采掘工作面前方突出主导因素的状态，指导防突措施的执行，评价防突效果。3.煤与瓦斯突出危险性预测•3.2突出危险性预测方法分类3.煤与瓦斯突出危险性预测瓦斯涌出初速度q钻屑量S静态（不连续）预测：R值综合指标钻屑综合指标钻屑解吸指标Δh2动态瓦斯涌出特征声发射动态（连续）预测：电磁辐射指标V30指标环境监测法•3.2突出危险性预测方法分类钻孔预测指标的机理•钻屑量指标S——反映地应力的大小，理论计算每米钻孔（直径42mm）的自然出碴量1.8L。•瓦斯涌出初速度q——反映钻孔周围煤体中的瓦斯压力（含量）、煤层的应力状态及其破坏圈的大小，含量越高、应力梯度越大，q值越大。•钻屑瓦斯解吸指标△h2或K1值——煤的瓦斯放散能力和瓦斯压力大小。瓦斯突出危险性愈大的煤层，瓦斯压力愈大，煤的强度愈低，煤屑瓦斯解吸量也愈大。3.煤与瓦斯突出危险性预测•3.2突出危险性预测方法分类钻屑瓦斯解吸指标△h2或K1值的意义•钻屑瓦斯解吸指标△h2是固定粒度（1~3mm）和一定重量的煤样，在暴露3min后前2min内向单位空间解吸引起的瓦斯压力变化值，表征煤样解吸瓦斯量；•瓦斯解吸指标K1值是单位重量的煤样暴露第1min内的瓦斯解吸量。K1=（Q+W）/t1/2t——煤样暴露的总时间，min；t=0.1L+t1+t2L——钻孔长度；t1——暴露时间；t2——测量时间；Q——煤样的总解吸量，ml/g；W——煤样暴露在大气中的瓦斯解吸量，ml/g。3.煤与瓦斯突出危险性预测•3.3《规定》中主要预测方法•3.3.1石门揭煤工作面预测（效检）方法No.72.综合指标预测法在石门揭煤工作面通过岩层测定煤层瓦斯压力、含量等基础参数，进行突出危险性预测，具体指标为：D=(0.0075H/f—3)(P—0.74)（1）K=△P/f（2）测定的综合指标D、K都小于临界值，或者指标K小于临界值且式（1）中两括号内的计算值都为负值时，若未发现其他异常情况，该工作面即为无突出危险工作面；否则，判定为突出危险工作面。3.煤与瓦斯突出危险性预测综合指标D综合指标K无烟煤其他煤种0.252015•3.3《规定》中主要预测方法•3.3.1石门揭煤工作面预测（效检）方法No.73.钻屑瓦斯解吸指标预测法石门揭煤工作面至少布置3个钻孔，每个钻孔每钻进1m采集1~3mm直径的钻屑进行解吸。测试瓦斯解吸指标时应在3分钟之内取样、装入仪器进行解吸。瓦斯解吸指标临界值见下表：3.煤与瓦斯突出危险性预测煤样△h2临界值（Pa）K1临界值[mL/g.min1/2]干煤样2000.5湿煤样1600.4•3.3《规定》中主要预测方法•3.3.2煤巷掘进工作面预测（效检）方法No.75.钻屑指标预测法测试指标：•钻屑量S•解吸指标△h2或K1值3.煤与瓦斯突出危险性预测•3.3《规定》中主要预测方法•3.3.2煤巷掘进工作面预测（效检）方法No.75.钻屑指标预测法要求：•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。•钻孔每钻进1m测定该1m段的全部钻屑量S，每钻进2m至少测定一次钻屑瓦斯解吸指标K1或△h2值。•临界值：Δh2=200PaK1=0.5mL/g.min1/2S=6kg/m(L/m)3.煤与瓦斯突出危险性预测•3.3《规定》中主要预测方法•3.3.2煤巷掘进工作面预测（效检）方法No.76.复合指标预测法测试指标：•钻屑量S•瓦斯涌出初速度q3.煤与瓦斯突出危险性预测•3.3《规定》中主要预测方法•3.3.2煤巷掘进工作面预测（效检）方法No.76.复合指标预测法要求：•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。•钻孔每钻进1m测定该1m段的全部钻屑量S，在暂停钻进后2min内测定钻孔瓦斯涌出初速度q。•临界值：q=5L/m.minS=6kg/m(L/m)3.煤与瓦斯突出危险性预测•3.3《规定》中主要预测方法•3.3.2煤巷掘进工作面预测（效检）方法No.77.R值指标预测法测试指标：•钻屑量S•瓦斯涌出初速度q；计算R值进行判断。3.煤与瓦斯突出危险性预测•3.3《规定》中主要预测方法•3.3.2煤巷掘进工作面预测（效检）方法No.77.R值指标预测法要求：•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