防突细则解读

2020年云南省煤矿通风技术员培训班2020年云南省煤矿主要负责人、安管人员再培训班《防治煤与瓦斯突出细则》解读第三节防治煤与瓦斯突出发展史第一节煤与瓦斯突出基础第二节《防治煤与瓦斯突出细则》框架第四节防突工作流程目录一、煤与瓦斯突出机理1、煤与瓦斯突出假说1）“瓦斯包说”：煤层中存在压力与瓦斯含量比邻近区域高得多的煤窝，煤窝中煤体松软、孔隙裂隙发育，透气差的煤岩包裹，当揭穿时，在高压瓦斯作用将松软的煤窝破碎并抛出形成突出。2）“地应力说”：高地应力(含重力、构造应力、采动应力和吸附瓦斯应力等)下，煤岩体弹性压缩或伸张，将煤破坏和破碎，并伴随大量瓦斯涌出而形成突出。第一节煤与瓦斯突出基础3）“综合作用说”：——工程人员普通认同的假说煤与瓦斯突出是地应力、高压瓦斯和煤体结构性能3个因素综合作用的结果，是聚集在煤体、围岩中大量潜能的高速释放。高压瓦斯————突出发展中起决定作用；地应力—————激发突出的因素；煤体结构性能——煤体破坏是突出的有利环境。煤与瓦斯突出的工程解释：采掘作业揭通高应力、高瓦斯的高潜能区域，高应力激发煤体快速破碎，降低抵抗力，导致较高的瓦斯含量梯度、瓦斯压力梯度快速向煤体的深部延伸，诱发煤体吸附瓦斯大量解吸、各种潜能高速释放，而解吸出的大量瓦斯进一步破坏、粉碎煤块，恶性循环加速煤岩、瓦斯向采掘空间的抛出。2、煤与瓦斯突出进程1)激发阶段:破碎煤体的主导力是地应力，通常地应力比瓦斯压力高几倍；压出、倾出时煤体最初破碎的主导力也是地应力。2)发展阶段：地应力同瓦斯压力联合剥离煤体，而瓦斯内能高速释放去运送、粉碎煤炭。瓦斯释放能量比地应力弹性能高3～6倍以上。2)按特征分类煤岩压出煤岩冲击煤岩瓦斯突出瓦斯喷喷出煤岩垮落煤与瓦斯(CO2)突出岩石与瓦斯(CO2)突出煤岩整体位移煤岩压出煤的冲击地压岩爆煤岩倾出煤岩垮塌(冒顶、片帮)瓦斯与应力共同作用：分选性强，瓦斯涌出量大应力主导：较软煤岩，吨煤瓦斯涌出大于30m3且有孔洞为压出、无孔洞为整体位移；吨煤瓦斯涌出≤30m3为挤出，无冲击应力主导：较硬煤岩及顶底板，伴随煤岩抛射，具有弱、强冲击倾向性重力主导：自然堆积，伴随瓦斯涌出，吨煤瓦斯涌出高于30m3且呈规则孔洞者为倾出，否则为冒顶等垮塌大量瓦斯气体携带少量煤岩喷出瓦斯主导：具有明显的气体喷射动力学特征煤岩挤出煤岩瓦斯突出、煤岩整体位移、煤岩压出、煤岩倾出等合称为煤（岩）与瓦斯（CO2）突出3、煤与瓦斯突出的概念及分类1)定义：在采掘过程中，从煤（岩）壁内部向采掘空间突然喷出煤岩和瓦斯的现象，称为煤（岩）与瓦斯突出，简称突出。3)按突出强度分类序号名称抛出煤量预抽防突措施1小型突出＜100t2中型突出100t～500t(含100t)3大型突出500t～1000t(含500t)不准用顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯作为区域防突措施。4特大突出1000t及以上二、煤层瓦斯赋存1、瓦斯大量排放成煤形成的瓦斯通过各种通道向大气排放通道（面源释放和集中点源释放）：煤体中的间隙渗透；地壳运动或高压地应力形成的破碎带、开放性断层，水体浸蚀等带出。2、瓦斯赋存状态（两类三种状态）煤是孔隙直径0.5nm至数百微米的多微孔性固体（微孔表面积占97%以上）。内表面积可高达200m2/g微孔容积、内表面积随煤的变质程度（褐煤→无烟煤）而增大。3、煤层的瓦斯含量、瓦斯压力☆煤层瓦斯含量：1吨煤所含瓦斯体积多少立方（m3/t)☆煤层瓦斯压力：煤层孔隙内游离瓦斯自由热运动撞击作用于孔隙壁的压力。常用单位：兆帕——Mpa（单位：帕——pa）1Mpa=10kgf=1000000pa=1000kpa1标准大气压=101.325kpa=0.101325Mpa≈0.1Mpa煤层瓦斯压力（P）=煤层相对瓦斯压力（PCY）+采场环境压力=表压力PCY+0.11）煤层原始瓦斯压力、煤层原始瓦斯含量是指煤层未受采动、瓦斯抽采及人为卸压等影响的煤层瓦斯压力、瓦斯含量。公斤力Pa不够用2）煤层残余瓦斯含量、煤层残余瓦斯压力是指煤层受采动、瓦斯抽采及人为卸压等影响后，单位质量煤中所剩余的瓦斯体积、瓦斯压力。P残余=PCY+0.13）煤层（小煤块）残存瓦斯含量是指煤层受采动暴露在采场（标态、常压=0.1Mpa）、自然解吸平衡后，残存在单位质量煤中所含的瓦斯体积。P0W0P残余WCY0.1MpaWCC0.1Mpa3、煤层瓦斯压力梯度——煤层压力增量/煤层深度增量。单位：Mpa/m一般每加深1m为0.01Mpa（±0.005Mpa）。煤层瓦斯含量梯度——煤层吨煤瓦斯含量增量/煤层深度增量。一般在无地质变化情况下，随煤层加深煤层瓦斯含量增大。单位：m3/t·m①淘汰易造成煤体内部出现瞬间煤层瓦斯压力（含量）梯度较大的采掘工艺：《细则》第27条第一、二款：突出煤层严禁水采、倒台阶开采和其他非正规开采；限制容易自燃的突出煤层，放顶煤开采的煤层瓦斯含量（≤6m3/t）②《细则》第26条：高瓦斯矿井和高突矿井的非突出煤层，在延深≥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相关的参数。密切观察突出预兆，开拓揭煤执行局部综合防突措施。突出矿井或有突出危险煤层的新建井，在开拓新水平第一次揭开0.3m及以上煤层时，必须执行上述检测的同时，超前探测煤厚及地质构造。未作核酸检测三、煤层瓦斯的涌出1、瓦斯涌出形式普通涌出：涌出主体形式；特殊涌出：（喷出、突出），呈现“局部短暂突发”2、绝对瓦斯涌出量——矿井（某区域、某点）1分钟涌出瓦斯的体积；相对瓦斯涌出量——矿井（某区域、某点）日产1吨煤时涌出瓦斯的体积；注意：有抽采瓦斯的矿井，计算矿井瓦斯涌出量时，应包括抽采的瓦斯量。3、抛出煤的吨煤瓦斯涌出量——某区域、某点发生特殊涌出期间涌出的瓦斯体积除以抛出（或整体推移）的煤体质量。单位：m3/t《细则》第11条：当发生瓦斯动力现象，出现以下任一情形的，应确定发生煤与瓦斯突出：①此数值≥30；②此数值为本区域煤层瓦斯含量数值的2倍以上；③基本符合煤与瓦斯突出特征。四、煤层突出的影响因素及临界指标1、煤层瓦斯压力（P）——封闭环境下受地应力的影响较大,主要做煤层、区域的突出参数指标。煤层瓦斯压力临界值——统计方法确定（0.7～1.0Mpa,普遍认同0.75Mpa）△最先：煤层瓦斯绝对压力0.74Mpa——P→放宽：煤层瓦斯相对压力0.74Mpa——PCY→随煤硬度再次放宽：煤层瓦斯相对压力0.74Mpa+↗突出预测：低变质、低孔隙率的（肥、焦）煤层效果较好煤的坚固性系数f≤0.30.3＜f≤0.50.5＜f≤0.8/瓦斯压力临界值0.74Mpa1.00Mpa1.50Mpa2.00Mpa2、煤层瓦斯含量（W）——作为煤层、区域的最重要突出参数指标。煤层瓦斯含量=煤层吸附瓦斯量+煤层游离瓦斯量1）煤层吸附瓦斯量——富源宏发煤矿吸附瓦斯占94%=纯煤瓦斯含量×纯煤含量系数×水影响系数×温差影响系数=×××朗缪尔方程式a—吨煤极限吸附瓦斯量（一般为13～60m3/t）b—吸附敏感梯度（当煤含50%的a时，瓦斯压力的倒数，0.5～5.0Mpa-1）p—吸附平衡时的瓦斯压力，Mpa煤层含可燃基的比例Ad——煤的灰分（%）Mad——煤的水分（%）煤体吸附水的能力是吸附瓦斯的30～40倍Mad——煤的水分（%）温度越高，煤体吸附越弱t0——实验温度℃t——煤层温度℃e=2.718通常实验室调至与煤层相同2）煤层游离瓦斯量=1吨煤所含孔隙体积×气体压缩倍数=（煤的孔隙率×吨煤体积）×（煤层瓦斯压力/大气压）=（煤的孔隙率/煤的容重）×（煤层瓦斯压力/大气压）=（π/γ）×（P/Pa）3）煤层瓦斯含量突出预测：高变质、高孔隙率的（贫、无烟）煤层效果较好——当≥8m3/t(构造带≥6m3/t)突出①煤层残余瓦斯含量（WCY）②煤块残存瓦斯含量（WCC）1吨残余（或原始）煤层瓦斯含量：《细则》：删除原第56条的间接测定法。残存：煤采出解吸一段时间后，表压力PCY=0，Pa=0.1《细则》第十一条：煤层瓦斯含量采用直接法测定，但煤样的残存瓦斯含量（Wcc）仍按上述公式求得。4）常压自然解吸法测定：煤层瓦斯含量=取样过程损失瓦斯量+（井下解吸瓦斯量+粉碎前后自然瓦斯解吸量）+常压不可解吸瓦斯量煤层瓦斯含量=取样过程损失量Q0+测定量Q1+不可解吸量Q2①埋深小于500米：70%测值偏低15-25%。②埋深大于500米：70%测值偏低30-40%。3、煤的瓦斯放散初速度△p（mmHg）1）煤的瓦斯解吸特性的一项指标，反映了煤体解析释放瓦斯的快慢速度。（当△p≥10时，此煤种有突出特性）——0.2～0.25mm粒度的3.5g煤样在0.1Mpa的常压下，用压差△p表示的从10S至60s释放的瓦斯量指标。2）瓦斯放散初速度的测定：在一个大气压下吸附瓦斯后，60s内的瓦斯放散量与10s内的瓦斯放散量的差值（用毫米汞柱高表示）。真空泵阀门阀门三通阀试样瓶真空水银柱计5、地应力——地质构造带、集中应力区如：断层、褶皱、煤层赋存变化带；采动应力集中、振动叠加力、煤柱影响等6、煤层抵抗破坏特征——煤的破坏类型、煤的坚固性系数（f）1）Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类的煤有突出条件：用手可捻成粉末的煤。2）煤的坚固性系数（f）较小的有突出条件：较软煤层（大多f≤0.8）3）丧失抵抗力的破碎带五、突出煤层与突出矿井——《细则》第3条1、突出煤层：在矿井井田范围内发生过突出或者经鉴定、认定有突出危险的煤层。突出矿井：在矿井开拓、生产范围内有突出煤层的矿井。2、突出煤层和突出矿井鉴定1）保留传统的鉴定方法①发生的瓦斯动力现象基本符合煤与瓦斯突出特征；②煤层突出的单项指标法——四项单项指标全部符合下表2）圈定双指标判定范围，删除预测局部作业点的综合指标法——“假”3）新增实用的判别方法①抛出煤的吨煤瓦斯涌出量≥30；②钻孔施工中发生喷孔、顶钻；③吨煤瓦斯涌出量的数值为本区域煤层瓦斯含量数值的2倍以上。煤的坚固性系数f≤0.30.3＜f≤0.50.5＜f≤0.8/瓦斯压力（相对）临界值0.74Mpa1.00Mpa1.50Mpa2.00Mpa现世报4）遵循可操作和株连的启动鉴定原则《细则》第10条、第13条：①停产停建矿井和新建矿井，不要求马上鉴定。②非突出煤层出现下列情况之一的，应立即进行煤层突出危险性鉴定，或直接认定为突出煤层；鉴定或直接认定完成前，应按突出煤层管理：一）有瓦斯动力现象的；二）煤层瓦斯压力达到或超过0.74MPa的；三）相邻矿井开采的同一煤层发生突出或被鉴定、认定为突出煤层的。③应在按突出煤层管理之日起6个月内完成该煤层的突出危险性鉴定；否则，直接认定为突出煤层。鉴定机构应在接受委托之日起4个月内完成鉴定工作。《细则》第11条、第12条、第19条：▲建井期间应对开采煤层、可能威胁采掘活动的煤层进行突出危险性鉴定或认定。突出鉴定工作应在巷道揭穿煤层前开始，在矿井建设三期工程竣工前完成；▲经事故调查确定为突出事故的所在煤层，由省级煤炭行业管理部门直接认定为突出煤层。5）曾鉴定为非突出煤层构设如影随形的重启机制——————冲击“所谓的低瓦斯矿井”①突出煤层鉴定为非突出煤层的，在开拓新水平、新采区或采深增加超过50m，或进入新的地质单元时，应重新突出煤层危险性的鉴定。核酸检测阴性②采掘工作面正常生产中，自我重启鉴定。《细则》十四条：考察煤层的突出危险性：突出预兆、分析瓦斯涌出变化等。局部预测方法预测突出危险性指标：钻屑的K1值、△h2值、S值;或者钻孔的q值、R值。采掘作业前方煤体有下任一情形的：①P≥0.74Mpa；②P≥0.50Mpa且f≤0.5;③P≥0.50Mpa且埋深大于500m;突出危险性指标≥临界值2、后续采掘、钻进中出现瓦斯动力现象，应再次煤层突出危险性鉴定；1、对作业点半径100m内煤层采取局部综合防突措施。3、不配合，直接认定为突出煤层。出现过发热症状第二节《防治煤与瓦斯突出细则》框架一、《防突细则》的修订历程1、1988年版《防治煤与瓦斯突出细则》；2、1995年版《防治煤与瓦斯突出细则》；3、2009年