（工程力学专业论文）煤瓦斯共采与突出防治机理及应用研究.pdf

摘要 l h_-_h_-_-_一一一。一 摘要 本文蜜验研究了含瓦斯煤的力学性能，提融了含瓦斯煤的变形、渗流和破坏受本体有效 应力和结构有效应力双重有效应力控制，揭示了等效孔默压力系数口在含瓦颠多孔介质煤全 磁力应变过程中盼变纯规律。利焉等效有效磁力蒋含瓦斯煤应力交佬过程中的交形破坏帮 煤的渗流特性有机地联系起来。研究分析了不问加载速率及循环加载条件下煤的变彩破坏特 性。五毋究缝果表明：对于煤棼掘进来说，撼避速度越抉，鄂媒髂糖载速率越毫，媒的破裂应 力也越大，煤体中糨蓄的弹1 生变形能趟丈，相应地煤壁前方应力集中峰值位置距煤艇的距离 就越近，成力峰值就大，煤与瓦斯突出的危险性也就越大。因此，对埋藏较深、地成力大的 裹突渫葳煤巷据避，为提寒攥巷掇递速度，藏旋考悫采取接藏傻煤层徭珥鲻匿。壤大潆体豹 谩余变形增大煤体的不可恢复变形能。降低煤体积蓄的弹性变形能降低或消除煤与瓦斯 突出的危险。 ，、 f 含瓦娥煤失稳突出不仅取决于决定突出的三三要素( 地应力、瓦斯和煤的物理力学性质) ， 疆鸯三因綮之间的相互拒用相关由此提出了岔瓦斯煤突出的滑动软化模型。着重分手斤了瓦 鞭对煤 奉鞍纯往靛( 煤体等效喇度) 的彰镌：投据攥与琵薪突毒静淆动软化模鳖，势辑了在 啄始地应力和周围糟体刚度k 一定的条件下，为防止采动影响而造成含瓦斯煤体必稳突出 的发生，其防治措撼的枧理寂着重于碱弱含瓦颠媒体的软化程度，即降低等效剐度熙值：痢 时分析了目前煤与瓦斯突出预测预报的准确率中存在的问题。 实验研究了岩撵应力应变全过程的渗透性能与体积应变的关系，理论接导了渗遴率与煤 岢体积应变的表赶关系式萁可作为姘究多孔介质者体漉固耦合的一个熏簧的耦岔关系式； 实验表明：阉压水平对岩体的体积应变有着重鬻的影响t 围压越离，即便耢体达到脯服强度， 箕体织应变变弛也超非露小。因此+ 提塞低渗透性甄岩体渗透性麴关毽在予采取有效搓施使 离围压应力区的原辫体卸压，促使其产生较大的卸压体积变形。为今后煤腰气和石油的开发 提供了明确的工作思路。 研究分幸斤了煤者压缩和降压破碎过程中的能量积累和消耗说明高承蔗煤岩压缩过程中 _ 。”h - ，一 襁蓄的能爨足以造成其自身降压破碎：根据能擞守恒原理探讨防治煤与瓦斯突出糖施的机 琏与选经：试验研究了超蓦卸疆链孔接施窝深孔松动瀑酸防突接簇豹薅突壤瑾窝效巢，指出 馕用深孔松动爆破防突措施应注意的问题。 在建藏石f 1 揭蠖抽放瓦靳钻孔周围煤传瓦簸渗瀛方援的基础上，利耀数擅计算方法模拟 分析了原始煤层钻孔周围媒体瓦斯渗流规律及石门揭煤钻孔瓦斯抽放率的彰响因素，提出了 菇一定煤磁透气性条件下原始煤层钻孔抽放瓦斯的极限抽放时间、极限抽放量和最表的安全 穗簸链孔阕距饕将数蓬诗箕结果瘦_ 麓手指导现场薤工。取褥了较满意豹结巢冀 在研究分析煤岩应力应变过程中的应力松驰和蠕变特性基础上，建立了煤与瓦娟突出孕 鸯趱摇豹滚变模型。给出了突出孕骞过程孛各托孛 应力、应交、旋变速率、糍量等蒜辩特螽 鬟的解计算分析了突出孕育过程各元件参量的时变特征。研究分析表明：煤与瓦斯突出孕 裔流变模型的理论分析结果可在一定稳度上为突出前兆提供理论的解释，字# 为突出预测方法 磷究提供瓒论依据。# 一 ， (在突出严重矿井谢一煤矿商突煤胺b 1 1 煤层超前抽放钻孔边掘边抽防突措施试验研究基 硝，绔橱r 采动疲力集中、嚣额爱攥髂壤椽薅媒巷摇避煤与琵疑突赉豹彰瘸，试验研究了 摘要 l 超翦钻i l 按敖瓦巅鹾g l 起工 乍疆裁方潆锌应是集孛替魏移帮筑体魏瓦撷撵披毂聚，探讨了铱 孔孔径、抽放时阉、抽放负压对抽放瓦斯效粜的影响确定了谢一煤矿商突煤层b j l 煤层边 掘边抽的合理抽放参数。 默岩俸软纯强度与巷遴匿岩径向应力约荣关系为旗勰。建立了反映糟体出现黧性破坏菇 弹塑性软化力学模型给出丁考患岩石软化特性软岩楼道围岩想性区半经的计算方法和计冀 公式，憋理想弹塑性体与琏臻弹缆技薅靛力学模型绕起来理论上蔓鸯严密量接运实鼯。 分析了地应力、支护阻力、煤体的软化特性等对巷道围岩塑性医的影响。根据高突煤层煤镄 掘进开挖空间周尉煤体应力分布特征，提出利用采动卸压巷帮长钻孔卸压抽放和正前方煤体 大矗径趣藤锫嚣搽放蓖辫练舍溜瑶甏凝疆藏。 针对我国高瓦斯低透气性煤层瓦斯预抽效果差的特点，在理论分析和回采面回采过程中 磺板覆岩簿压移动埂德模鼙试验基硝主，提爨了剃震袋动煤凄璞扳覆岩郄压裂熬发育特鬣， 实施顶板走向长钻孔覆岩卸捱瓦斯抽放；分析r 项板覆岩结构及关键层麟位对覆崭移动规律 的影响，输出了顶板走向长钻孔卸压抽放的合理布置区域。实践证明，顶板走廊长钻孔覆磬 鄄压瓦麓拯款是麓决低透气媒屡瓦新捂效率僚的有效方法，霞采蔷的琵斯抽放率在2 0 暖 上。 蜀都媒凄气彝疆拯救燕醛瓦囊矿弊解决漾淡开采辩嚣馨灾誊静主要技术措施。在瑗沦分 析局部煤层气抽放与地面永久抽放系统并网时管道煤屡气流动规律的基础上，分析了局部抽 放与永久抽放系统并网前后并网管道中煤层气的压能分布，提出了局部撼放系统与永久撼敦 系统有效辨阚酌条件稻技术关键，分析了局部煤层气擒放与永久捆放系统舞施有效并网的技 术措施和敲果为今后煤屡气局部卸腱抽放的台理利用提供了有益的途径。) 罪+ a b s t r a c t 1 1 1 _ _ - _ - _ _ _ _ * _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ h q _ _ _ _ ”_ _ m w _ _ _ _ 一一 a b s t r a c t t h em e c h a n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fg a s - f i l l e dc o a li se x p e r i m e n t a l l ys t u d i e d ，t h ed o u b l e e f f e c t i v es t r e s s e s “e + p r i m a r ys t r e s sa n ds t r u c t u r a le f f e c t i v es t r e s s ) d e t e r m i n i n gt h ed e f o r m a t i o n a n dd a m a g eo fg a s - f i l l e dc o a li sp r o p o s e d ，a n dt h ec h a r t g i n gl a wo fe f f e c t i v ep o r o n sp r e s s u r e c o e f f i c i e n td u r i n gt h ew h o l es t r e s s s t r a i nc o u r s ei sr e v e a l e dt h ed e f o r m a t i o na n dd a m a g eo f g a s f i l l e d c o a ld u r i n gt h es t r e s sc h a n g i n gp e r i o di s o r g a n i c a l l yc o m b i n e dw i t ht h es e e p i n g c h a r a c t e r i s t i co ft h e c o a l m a s sw i t ht h e e q u i v a l e n t l y e f f e c t i v es t r e s si nt h ef o r m ( o r 秽) ￥= 萨f 一珏| p a a p p r o a c h e s 由i n t h el i n e a rd e f o r m a t i o n 喇碡v a r i e sb e t w e e n 审a n d 中ci nt h es t r e s sh a r d e n i n gp e r i o d ，a n da p p r o a c h e s ( 巾c ) m “( = 1 ) i nt h ee x t r e m ed a m a g ep e r i o d c o a ld e f o r m a t i o na n dd a m a g ec h a r a c t e r i s t i c sh a sb e e ns t u d i e du n d e rv a r i o u sl c o d i n gs p e e da n d 蛰c l el o a d i n gt h er e s u l t ss u g g e s tt h a t ，f o rc o a lr o a d w a ye v a c u a t i n g ，h i g he v a c u a t i o ns p e e dm e a n s h i g hl o a d i n gs p e e da n dd a m a g e s t r e s sf o rt h ec o a l m a s sa sw e l la sh i g hp l a s t i cd e f o r m a t i o ne n e r g y a c c u m u l a t e di n 氆ec o a l m a s s c o n s e q u e n t l y ；t h ed i s t a n c ef r o mt h el o c a t i o no f p e a ks t r e s si nf r o n t o f t h ec o a lw a l lt ot h ec o a lw a l lw i nd e c r e a s ew h i l et h ep e a ks t r e s sw i l li n c r e a s e ，w h i c hw i l lf i n a l l y e n l a r g e t h ed a n g e ro f c o a la n d g a so u t b u r s t ，b a s e d o i lt h ea b o v er e s u l t s ，f o rd e e p l y - b u r i e da n dh i g h b u r s tp r o n e n e s sc o a ls e a mw i t hh i g hg r o u n ds t r e s s ，i no r d e rt os a f e l ya c c e l e r a t et h er o a d w a y o v a c u a t i o n ，p r o p e rm e a s u r e ss h o u l db e t a k e nt oc y c l i c a l b 7r e l i e v et h es t r e s si nt h ec o a l ，s ot h a tt h e r e s i d u a ld e f c r m a t i o na n dt h ei r r e c o v e r a b t ed e f o r m a t i o ne n e r g y w i l lb ei n c r e a s e d ，w h i l et h ep l a s t i c d e f o r m a t i o ne n e r g ya c c u m u l a t e di nt h ec o a l m a s sw i l lb ed e c r e a s e d ，f i n a l l yt h ed a n g e ro f c o a la n d g a so u t b u r s tw i l lb c d e c r e a s e do re v e ue l i m i n a t e d t ks l i d ea v i a n i z i n gm o d e lo fc o n la n dg a so u t b u r s ti se s t a b l i s h e db a s e do nt h ec o n c e p t i o n t h a tt h e d e s t a b i l i z i n ga n d o u t b u r s tc o n d i t i o n so f t h eg a s - c o a la r ed e t e r m i n e d b y n oo n l ye a c ho f t h e t h r e ed e t e r m i n i n gf a c t o r s ( g r o u n ds t r e s s ，p h y s i c a lp r o p e r t i e so ft h eg a sa n dp h y s i c a lp r o p e r t i e so f t h ec o a l ) b u ta l s ot h ei n t e r a c t i o na m o n gt h e mt h ei n f l u e n c eo f g a so nt h es o f t e n i n gp r o p e r t yo f c o a l m a s s ( ie t h ee q u i v a l e n ts t i f f n e s sf 似) ) i sa n a l y z e da tl e n g t hb a s e do nt h es l i d ea v i a n i z i n g m o d e lo fc o a ta n dg a so u t b u r s t ，t h ei d e a lm e a s u r e st op r e v e n tg a s - c o a lo u t b u r s tw i t hd e f i n i t e o r i g i n a lg r o u n d s t r e s sa n dc o u n t r y r o c ks t i f f n e s s ( k ) s h o u l db ea i m e da t d e c r e a s i n g t h e a v a n i z a t i o no ft h eg a s - f i l l e dc o a l 靠e d e c r e a s i n gt h ee q u i v a l e n ts t i f f n e s s | ，# ) t h ev a r i o u s f a c t o r sr e s u l t i n gi nt h el o w a c c u r a c yo nt h ep r e d i c t i o no f c o a la n dg a so u t b u r s ta r ea l s oe x p o u n d e d b a s e do nt h ee x p e r i m e n t a ls t u d yo i lt h ev o h i m es t r a i na n dt m r m e a b i l i 婶o fr o c ks a m p i e t h i s p a p e rp r e s e n t saf o r m u l ad e s c r i b i n gt h ec h a r a c t e r i s t i co fp e r m e a b i l i t ya f f e c t e db ys t r e s sl e v e la n d p o r o s i t ) w h i c hc a l l b eu s e da sa l l i m p o r t a n tc o u p l i n gc o r r e l a t i o nf o rt h ec o u p l i n gp r o b l e m b e t e e nf l o wa n ds o l i di nt h ep o r o u sr e c k h l ee x p e r i m e n t ss u g g e s tt h a tt h es t r e s sl e v e li nt h e c o u f l t nr o c kc o n s i d e r a b b + a f f e c t st h ev o l u m es t r a i ni nt h er o c ku n d e rh i g hc o u n t r y r o c ks t r e s s t h ev o l u m es t r a i ni sn e g l i g i b l eb n r e l lt h es t r e s si nt h er o c ka p p r o a c h e si t sl o w e rl i m i to f y i e l d a sa r e s u l t ，t h ek e yt oi n c r e a s et h ep e r m e a b i l i l ) fo fl o w e r - p e r m e a b i l i t yo r i g i n a lr o c kl i e si nt a k i n g d f i c i e n tm e a s u r e st or e l i e v et h es t r e s si nt h eo r i g i n a lr o c ko ft h ez o n ew i t hh i g hs t r e s sa n d c o n d u c i n gl a r g es t r e s s - r e l i e v i n gv o l u m ed e f o r m a t i o n a l lt h ea b o v er e s u l t sg i v ead e f i n i t ep a t hf o r 1 珏 a b s 下r a c t t h e e x p l o i t a t i o no f c o a l - g a s a n do i l t h ea n a l y s i sa b o u tt h ee n e r g ya c c u m u l a t i o na n dc o n s u m p t i o nd u r i n gt h ec o m p r e s s i o na n d d e c o m p r e s s i o no f c o a l a n dr o c ks h o wt h a tt h ee n e r g ya c c u m u l a t e dd u r i n gt h ec o m p r e s s i o no f h i g h 蠢l o a d e d c o a la n dr o c ki sl a r g ee n o u g ht od e c o m p r e s sa n db r e a ki t s e l f 拍em e c h a n i s ma n d m e a n st op r e v e n tg a s - c o a lo u t b u r s ti sd i s c u s s e db a s e do nt h ep r i n c i p l eo f e n e r g yc o n s e r v a t i o nt h e e x p e r i m e n t sh a v eb e e nc o n d u c t e dt os 沁d vt h ea n t i - o u t b u r s tm e c h a n i s ma n de f f e c to f t h el e a d i n g p r e s s u r e r e l i e fd r i l lm e t h o da n dt h ed e p t h d r i l ll o o s eb l a s t i n gm e t h e 矗a n ds o m ep r o b l e m s c o n c e r n e dw i t ht h ed e p t h - d r i l li o o s eb l a s t i n gm e t h o dh a v eb e e ne x p l a i n e d b a s e do nt h eg a ss e e p a g ee q u a t i o no ft h ec o a l m a s sa r o u n dt h ed r a i n i n gd r i l l sd u r i n gr o c k c r o s s - c u tc o a lu n c o v e r i n g t h ep a p e ra n a l y z e dt h eg a ss e e p a g el a wo ft h ec o a l m a s sa r o u n dt h e d r i l l sbn u m e r i c a lc a l c u l a t i o nm e t h o da sw e l la st h ei n f l u e n t i a le l e m e n t so fd r a i n a g er a t ei nr o c k c r o s s - c u tc o a lu n c o v e r i n g s u g g e s t e dt h em a x i m u md r a i n a g et i m ea n da m o u n ta n d 氇em a x i m u m s a f e l yd r i l ls p a c i n gi nt h eo r i g i n a lc o a ls e a mw i t hag i v e ng a sp e r m e a b i l i t y t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t s h a v e b e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e dt od i r e c tt h ef i e l dc o n s t r u c t i o n b a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i ca n a l y s i so fs n e s sl o o s e n e s sa n dc r e e p a g eo fc o a lo rr o c ki nt h e s t r e s s s t r a i nc o g r s e ，t h ep a p e rc o n s t r u c t st h er h e o l o g i c a lm o d e lo f g e s t a t i n g ( i n c u b a t i o np e r i o d ) c o u r s eo fc o a la n dg a so u t b u r s t ，p r o v i d e st h es o l u t i o n so fe a c hc o m p o n e n t ss t r e s s ，s t r a i n ，s t r a i n r a t ea n de n e r g y , a n a l y s e st h ev a r y i n gc h a r a c t e r i s t i co fp a r a m e t e r so fe a c hc o m p o n e n tb y c a l c u l a t i n g t h er e s e a r c hr e s u l t s i n d i c a t et h a tt h et h e o ” a n a l y z i n gr e s u l t sc a n i n t e r p r e tt h e p r e m o n i t i o no fc q a la n dg a so u t b u r s t t os o m ee x t e n ta n dp r o v i d et h e o r yf o u n d a t i o nf o rt h e r e s e a r c ho fo u t b u r s tf o r e c a s tm e t h o d s b a s e do nt h eb u r s t p r e v e n t i o n m e a s a r e s e x p e r i m e n t s o f e x c a v a t i n g a n d d r a i n i n g s i m u l t a n e o u s l yi nt h eb l t bh i g hb u r s tp r o n e n e s sc o a ls e a mo fh u a i n a nx i e y im i n e ，t h i sp a p e r a u a b z e st h ei n f l u e n c eo fm i n i n gs t r e s sc o n c e n t r a t i o n ，g a sa n dc o a ls t r u c t u r eu p o nc o a la n dg a s b u r s to fc o a lr o a d k v a ye x c a v a t i n gs t u d i e st h ee f f e c to ft h el e a d i n gd r i l lg a s d r a i n a g em e t h o df o r c o a ls t r e s sc o n c e n t r a t i o nr a n g ef o r w a r d m o v i n ga n dc o a lg a sr e l e a s e d i s c u s s e st h ei n f l u e n c eo f d r i l l d i a m e t e r , d r a i n a g et i m ea n dd r a i n a g en e g a t i v ep r e s s u r eu p o ng a sd r a i n a g ee f f e c t s ，a n d d e t e r m i n e st h ef e a s i b l ed r a i n a g ep a r a m e t e r so f e x c a v a t i n ga n d d r a i n i n gs i m u l t a n e o u s l yi nt h eb l m h i g hb u r s tp r o n e n e s sc o a ls e a mo f h u a i n a nx i e y im i n e o nt h eb a s i so ft h er e s t r a i n tr e l a t i o n s h i pb e t w e e nr o c ks o f t e n i n gs t r e n g t ha n dr a d i a ls t r e s so f r o a d w a yc o u n t r yr o c k 。t h ep a p e re s t a b l i s h e st h ee l a s t o p l a s t i c i t ys o f t e a i n gm e c h a n i c a lm o d e lo f r o c km a s sa f t e rp l a s t i cf a i l u r e ，p r e s e n t st h ec a l c u l a t i o nf o r m u l a o f p l a s t i cz o n er a d i u so f s o f tr o c k a n dc o u n t r yr o c kr o a d w a y s ，a n di n t e g r a t e st h ei d e a le l a s t o p l a s t i c i t yb o d yw i t ht h ei d e a lb r i u t e b o d y t h u st h em o d e li sf u r t h e rt h e o r e t i c a l l yr e f l n e da n db e c o m em o r ef e a s i b l e i ta n a l y s e st h e i n f l u e n c eo fg r o u n ds t r e s s ，s u p p o s i n gr e s i s t a n c ea n dt h es o f t e n i n gc h a r a c t e r i s t i c so fc o a lm a s s u p o n t h e p l a s t i c z o n ei nt h e r o a d w a yc o u n 毪yr o c k a c c o r d i n gt ot h es t r e s sd i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c so ft h ec o u n t r yc o a lm a s so ft h ec o a lr o a d w a xr o a d w a yw a l ll o n gd i s t a n c ed r i l l p r e s s u r er e l i e fm e t h a n ed r a i n a g em e t h o dc o m b i n e dw i t h k 堍h t - a h e a dl a r g ed r i l lm e t h o dh a s b e e ni d e n t i f i e da st h e p r o p e rc o a l - g a s o u t b u r s tp r e v e n t i o nm e a s u r e s 、 as o l u t i o nt ot h ep r o b l e mo fl o wg a sd r a i n a g ee f f i c i e n c ) f o rl o w e r - p e r m e a b i l i t yg a s f i l l e d c o a li no u rc o u n t r yi ss u g g e s t e db a s e do nt h et h e o r e t i c a la n a l y s i sa n d 越o d e li n v e s t i g a l i o no ft h e s t r e s s 。r e l i e fm o v i n gr u l e sf o rt l l er o o fr o c kd u r i n gw o r k i n g + w i t ht h i sm e t h o d t h eg a si sd r a i n e d f r o m t h er o o fr o c k w i t h s t r i k e l o n g d i s t a n c e d r i l la c c o r d i n g t o t h e d e v e l o p i n g c h a r a c t e r i s t i c so f t h e c r a c k sr e s i t i n gf r o ms t r e s sr e l i e fo f m i m n g r o o fr o c k n kc o n t r i b u t i o no f & r o o f r o c ks t r u c t u r e a b s t r a c t v a n dt h eh o d z o no fk e ys e a mt ot h ed i s p l a c i n gr u l e so fr o o fr o c ki sa n a t y 戚，a n dt h ep r o p e rz o n e f o rs t r i k e l o n g d i s t a n c ed r a i n a g e i s p r o v i d e d j u d g e d f r o mt h e p r a c t i c a le x p e r i e n c e ，s t r i k e l o n g d i s t a n c ed r a i n a g ei nt h er o o f r o c k ，诵t h nd r a i n a g ep e r c e n t a g eo f 2 0 f o rw o r k i n gf a c e , i sa n i d e a lm e t h o df o rt h ec o a ls e a mw i 盎l o w e r p e r m e a b i l i t y p a r tc o a lg a sa r a i n a g ei st h em a i nm e t h o dd e a l i n gw i t h m e t h a n eg a sh a z a r dw h i l em i n i n g o n t h eb a s i so fa n a l y z i n gt h ef l o wp r i n c i p l e so fc o a lg a si nt h ed r a i n a g et u b e , t h i sp a p e rp r o v i d e st h e c o n d i t i o n sa n d t e c h n o l o g i c a lk e y st ot h ee f f i c i e n tc o m b i n a t i o no f t h ep e r m a n e n tm i n eg a sd r a i n a g e s y s t e ma n dp a r td r a i n a g es y s t e m t h ea c t u a lp r a c t i c i n gm e t h o d sa n de f f e c t i v ef o s r i t 8a r ea l s o d i s c u s s e d t h ep a p e rp r o v i d e sa ne f f e c t i v eg a t e w a yf o rf u t u r eu t i l i z a t i o no fc o a lg a sd r a i n e db y p a r td r a i n a g e 盼 s t e m - v 绪论 瓦斯( 叉称煤屎气) ，是指自生自储于煤系地层中的以甲烷( c h 4 8 0 0 邻为主以及其他有毒 露害气薅鹃总豫。擎烷是一手争茏色、光噱、荔燃、荔瀑气薅，宅楚渫交覆 整理孛芳香转系爨 链官能团断裂脱落和分解生成的气体。滞留程煤层中的瓦斯魑以吸附状态为主( 游高态 c l 辑6 ) ，戆煤炭开袋不羝释款糖采。毫懿危害主簧僖褒在一是琵鞭爆炸，二是媒与琵斯突出。 兰是瓦斯意息，构成了矿业书故灾害之首。同时，由于处理解决瓦斯安全问题，严毽制约了 攥炭企、韭黯产商效潜力的发撵。 j 、煤矿生产中的瓦斯灾害问题 我国怒世界上灾害最严鬣的国家乏，近十年，每雄平均灾鲁损失避1 6 0 0 亿元，相当 予国民生产总值的3 8 ，这比倒是发达国家豹l o 接以上。在众多静灾害孛，拌糖矿监生 产的动力现象( 冲静地压、煤与瓦斯突出) 、瓦斯、粉坐、水灾和火灾等灾害事故，不仅造 戏人民生愈l 产懿爨丈损美秘塔境离嚣，蠢显述蓑魏赘扩堑生产瓣发震，乃至整个溪甏经济 和社会的可持续发展。中国的矿业事故是所有工伤事故中晟为严麓，造成的死亡人数仅次于 公路交逶，崔各静天为显健攀鼗灾害审藩第二位。矿韭灾害串尤强莨新灾害最为突斑，是我 恻矿业发展中亟待解决的重大问题【l i 。 l1 瓦斯与媒尘矮炸 矿井空气中混入的瓦斯浓度在5 1 6 时，遇高温热源或冲击作用有可能发生爆炸。瓦 斯燃烧或爆炸激扬巷道壁面上的煤尘，使巷道空间的煤生达到爆炸浓度( 3 0 3 0 0 m e d m 3 ) ， 旁霹戆； 起瓦囊煤尘连续爆嚣。我髫斡瓷源条转决定我麓只能逡攥戳煤梵圭熬一次能漂结 构即使到2 0 l o 年，煤炭仍将占一次能源的6 0 以上。因此在今后相当长的时间内，仍需 要绦迂煤炭瓣蹇产稳产，才艇满是国聚经济建浚瓣需要。我謇煤矿大多开浆离琵巍攥屡。原 始煤层瓦期含量离煤尘又具肖爆炸危险性，煤矿地质条件复杂彩变，开采难度大，瓦斯灾 誊产重，笼簇是一整条俸较蓑翡夺矿。斑瓦额或砭斯煤垒爆炸事故造成一次毵亡十多入甚至 玎十人的特大恶性事故屡屡发生，煤矿安全问题十分严重至今没能从根本上扭转煤矿生产 安全的被动精面。t 12 煤与瓦颊突出 在煤矿并巷掘进娥采煤过程中，聚綮在煤层中处于商雁状态的瓦斯有时会冲垮煤岩层或 巷遂壁，以投抉鲍速艘突然大蠢灌窭，冷氆大蠢豹煤岩弱谤秘痿。鼗避程或瑗象髂为媒与瓦 绪论 2 w _ h _ w h 一 凝突凄。攥与瓦糍突出对强太静渖穗鸯不经壤毁生产设施，甚楚馒并巷斑滚遂转，并可能造 成人员瓦斯窒息，煤流埋入和爆炸游重大事故。 夏搿突塞是一个援冀鬟杂熬动力学过程，其有授夫的酸嚣力。整嚣上译多攥铲楚态嚣糖 矿井或麟瓦斯煤岛瓦斯突出矿井，生产规模隧大，一照发生事敞，造成的损失严黧。顿巴新 镌搬掇棒潆矿丧1 9 6 9 年7 媾1 3 嚣揭开1 0 3 m 厚秘煤瑟对发生突出，突出瓦颓羞2 , 5 1 0 5 m 3 熄岩1 4 0 0 0 t 吨以上，是迄今为止突出强度最大的一次【”。我国是世界土媒与瓦斯突出灾害 最严重斡强家之一。煤与琵斯突出矿井占全函煤矿的3 5 左右，据统计，1 9 5 0 1 9 9 0 年， 中蛰煤矿发生煤垮砭鞲突如达9 8 4 5 次，投嚣铡鬻橱矿务羯1 9 5 5 t 9 9 0 譬藏发生爆与瓦赣突 出1 2 0 0 执。2 0 0 2 年4 月8 日安徽淮北矿业集团芦岭煤矿在石门揭煤前发生一次大型煤岛 藐囊突出，裳窭臻誊耋3 0 0 0 多瘫，莨簿量5 0 万m 3 ，廷亡1 3 入。 2 、瓦斯排放的环境问题 大气孛镦量气嚣姐势始c 磁、c 。2 等可袋妖太疆辐射器建裘辐射熬。驻盘缝裹热塞商辨 散发，从而使地表和对流展大气层增温，其作用犹如温霆之玻璃这种使大气增瀛的现象称 砖温室敲窿；c b 、c o ：等气俸戴梭稼之为温室气体。我国煤炭工、监每年向大气摊放的煤 暌甲烷约6 0 亿m 3 f 4 】，丽据荧园环保羼和有关赞料统计札可达1 2 5 1 9 0 览m 3 ，约占世器 蘩煤排放甲烷总薰的三分之一。 虽然甲烧是嵇短愈气体( 在大气孛港疑8 1 2 霉) + 坦它蹩巽有强烈漫室效痰懿气体， 萁温室效应比c 0 2 犬2 0 倍以上甲靛浓度的增加，一方面通过大气圈威应而抑制对流层的 o h ，溃耗大气露瓣载纯势，毽菇夫气游臻氯氟烃及霄毒大气污袭黪醚力，甄两谈螺墨滚奥 飘( 对臭飘凄的破坏是c 0 1 的7 倍) ：另一方面，甲烧在平流联中被o h 氧化，生成水蒸 气 一静繁要势遗寰袭痊气体，霹黠承蒸皂毛育麓于形或拯性蕊鑫体焉涝耨乎流瑶审豹囊氧) 。 盔各种散发的温室效应气体对全球气候的变暖影响中，甲烷约占1 5 筒煤炭工业排放豹 甲靛约占人类活动骈捧放串靛总量的1 0 ，其教巢不对忽视。 3 煤层瓦焱是潜力韪丈豹新兴l 嚣 长期阻来煤聪瓦斯仅被作为灾害性气体对待。由于发生能源危机，夔国于1 9 7 7 1 9 8 2 攀实施7 “煤露甲烷开发 裁气在黑蚤、( 孛恕) 辫翌起契翌、墨翡安、受率巅鞫羟顿等 六个盆地进行勘探岛开发试骏并获得突破，在较短时间肉形成了一个新必产业煤层气工 犍酸瑟袋为攀一个对爆震气避行大攫摸商渣生产戆莺家。1 9 9 t 年垒美煤藩气产最凳8 8 6 亿n 1 3 1 9 9 3 年超过2 0 0 亿疗，1 9 9 5 罐达2 7 5 亿m 3 ，怒中国同年天然气产量豹l2 4 倍 6 1 。 我鬣燕镫莽上最大的媒炭生产辫稻清费禽煤炭瓷源丰富储耋这5 1 0 ”t ，擂世界第 - 2 绪论 3 三位，媒缮气资源游力褶应瞧摄大。撵诗冀，垒蓬埋藏2 0 0 0 m 豁上范篓蠹据有媒安气慧资 源量约为( 3 0 3 5 ) x1 0 ”m 3 1 6 】，与常规天然气的资源豢相当。程全国五大聚煤区中，煤层 气主要分帮在毕j e 和西北区，分别占全国媒痿气总资潆鲍5 3 6 鞫3 7 静6 此辩，东j 区和 硒南六盘水地区也肖较好豹煤层气开发前景【6 1 。 从能源角度出发，煤层瓦斯又是一种重要的能源。煤层瓦斯洁净、方便、高效，发热登 大于3 0 m j m 3 ，仅按热值计