煤与瓦斯突出的防治060515.doc

煤与瓦斯突出的防治主讲：卢益民高级工程师二OO七年七月第一讲 煤与瓦斯突出的防治 一、概述煤与瓦斯突出是煤矿最严重的自然灾害之一。煤与瓦斯突出事故具有突发性和难于预见性，后果一般比较凶险，多为重特大伤亡事故。白沙局共发生突出伤亡事故35起，（35/1281=2.7%）平均每起死亡3.2人，千吨以上突出伤亡事故发生4起，(4/26=15%)平均每起死亡14人。分别为全局各类伤亡事故平均死亡人数的2.2倍和9.7倍。19802000年我国国有煤矿发生瓦斯突出伤亡重特大事故43起，死亡465人，分别占同期国有煤矿全部重特大事故的3.57%和3.68%。2003年我国国有煤矿发生瓦斯突出伤亡重特大事故15起,死亡83人,分别占当年国有煤矿全部重特大事故的34%和15.6%。1834年，法国的依阿克矿井发生了世界上第一次突出。我国首次有记载的瓦斯突出发生在1950年5月2日辽源矿务局富国矿二井。1969年7月3日前苏联顿巴斯矿区的加加林矿，发生了一次世界上最大的突出，突出煤14200t，瓦斯25万m3。1975年8月8日，四川天府局三汇一矿+280m平峒揭开K1煤层时发生了我国最大一次突出，突出煤矸量12780t、喷出瓦斯1400km3。1972年2月20日，白沙局红卫煤矿坦家冲井126采区-50m石门过门坎时发生了一次突出4500t，喷出瓦斯1385km3，煤矸堆积巷道450m，瓦斯逆流1087m的特大型突出，为我省最大。我国是世界主要产煤国家中突出最严重的产煤大国。我国是世界上突出最严重的国家,突出矿井数约占世界突出矿井总数的46%,产量占世界突出矿井总产量的24%,至1988年全国发生瓦斯突出1.43万次,约占世界总突出数的40%。千吨以上特大型突出100次，占世界特大型突出次数（265次）的37.7%。表11世界各主要产煤国煤与瓦斯突出概况国 别统计时间（年）突 出总次数最大突出突 出 的最浅深度（m）特大型突 出（次）主要突出矿 区强度（t）瓦斯（Km3）中国195019881430012780140050100白沙、涟邵、北票、南桐、天府法国1879197367885600100180155加莱、海滨前苏联19061988109881420025012010顿巴斯波兰198419791534500082080-下西里西亚日本1926197410004000600220-北海道、夕张匈牙利189419818002210150140-别奇比利时194719684741600130180-别里纳什中部英国19261972192400057180-澳大利亚18851968480470015180-南威尔士、昆土兰土耳其1969198652110011280-宋库尔达克资料来源：煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册。湖南是全国瓦斯突出最严重的省份之一，是一个突出重灾区。2003年我省煤矿发生死亡3人以上的重特大事故35起死亡160人，其中发生瓦斯突出重特大事故18起、死亡94人，分别占全部重特大事故的51.4%和58.75%。至1988年底止全省共发生突出4843次，占全国同期1.43万次的33.8%。表12 全国部分突出矿井百万吨突出次数与煤量统计率矿井别百万吨突出次数百万吨突出煤量72-7576-8081-85868872-7576-8081-858688天 府中 梁 山焦 作南 桐涟 邵松 藻白 沙芙 蓉北 票阳 泉平 均百分比（%） 565 229 098 4791713 305723 0573562158210001139 4933110323383122681 10526592051129 137 336 1992018467211309187 39719412224141 216 282 22427395055 1305094 02723631792113 129 0 06841951247510922475 1471138087515972912171826741598 2078438 13101523196321001181718946 2085 92962721 1366961 52512731706 869 78912546 1105115833180 70010334 72713372097106 168314085 4132139784961 6965943 46613061785 909 440 0107842791836767362729 134861464 7457全省有118处矿区、441个井田、有煤与瓦斯突出的矿区就有27处，井田102个，分别占22.9%和23.1%。因此，防治煤与瓦斯突出就成为保障全省煤矿生产建设健康发展和安全状况稳定好转的一项重要工作。二、瓦斯突出的定义在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常的动力现象。这里所指的突出是煤与瓦斯突出、煤的突然倾出、煤的突然压出、岩石与瓦斯突出的总称。三、瓦斯突出的危害1、造成人员伤亡。白沙局坦家冲井“91.3.24”136-50二石门误穿煤层发生突出1995t,死亡30人的特大突出伤亡事故。该井突出伤亡事故平均死亡3.2人/次,特大型突出伤亡事故平均14人/次。1980年2000年全国发生瓦斯突出重大伤亡事故43起,死亡465人，平均每次10.81人/次。2、井巷和设备（设施）损坏。白沙局坦家冲井“67.7.8”突出2000t事故（见图11），破坏碹体三处，累计长56m；装岩机一台、矿车3辆、轨道80m、风水管400m、电缆200m、风筒300m，低爆开关2台28时间：67年7月8日7时强度：2000t，CH40.96Mm3垂深：180m炮眼：33个装药：19kg放炮：7次突出地点放大图图11 坦家冲主斜井-50车场突出示意图图12 坦家冲井126采区-50一石门突出示意图时间：72年2月20日强度：4500t，CH41.3Mm3掩埋巷道：450m逆风距离：1087m3、引起瓦斯燃烧和爆炸。白沙局坦井“72.2.20”突出4500t，瓦斯在风井口被引燃，烧坏两台18轴流式风机及其它井口设施（见图12）白沙局艾和山矿井1981年11月17日在226采区-3m水平石门揭煤时班中发生突出1000t 的事故，由于回风巷有电机车运行，产生火花引起瓦斯爆炸，死亡14人。4、造成停产。坦井主井底石门“72.2.20”突出2000t，停产68天。一般情况下突出处理需要时间： 突出强度（吨/次） 处理需要时间（天） 100吨 710天 500吨 1520天 特大型 30天5、突出空洞为安全生产留下隐患。突出煤破碎程度较高，比表面积较大，再加上突出空洞处通风不良，突出煤与空气中的氧相结合发生的热量散发不出去，很容易引起自然发火。四川芙蓉局芙蓉煤矿在突出后清理突出煤时就曾发生过自燃。最短时间只有20天。四、瓦斯突出分类（一）按成因和动力现象特征分：突出、压出、倾出。表1-3各类瓦斯动力现象的特征突 出类 型成 因空 洞抛出物特征喷出瓦斯动 力效 应预 兆堆积状态距 离(m)坡 度数 量(t)瓦斯量(m3/t)风流方向突 出(52.44%)地应力、瓦斯共同作用下口小腔大。梨形舌形碎、粉煤数米至数百米小于自然安息角数吨至数千吨5-30倍煤层瓦斯含量逆流很大，推翻矿车支架煤炮、煤变软、变暗、发冷、瓦斯忽大忽小压 出(34.54%)构造应力或采掘集中应力无；或不规则形，充满块煤大块无分选性1-3m小于或等于自然安息角300t短时超限顺流不大，支架折断掉碴、支架来力倾 出(13.02%)煤的自重、瓦斯参与口大腔小碎煤无分选性10m小于或等于自然息角100t小于或近于顺流不大，支架折断煤变软、变暗、掉碴、支架来力注：括号中数字为我省19891998年553次突出中各类型突出所占百分比。（二）按突出强度分类我省1989年1998年突出553次，按突出强度分类如下：1、小型突出 50t/次 占50.8%2、中型突出 50100t/次 占20.3%3、次大型突出 100500t/次 占24.4%4、大型突出 5001000t/次 占2.89%5、特大型突出 1000t/次 占1.63%注：括号中数字意义同前。（三）、按作业地点分类1、石门 64次 占11.6%2、煤平巷 268次 占48.4%3、煤上山 142次 占25.7%4、煤下山 7次 占 1.3%5、回采面 70次 占12.7%6、打钻 2次 占0.36%(四)按工序和作业方式分1、放炮441次，占79.8%；2、手、风镐落煤39次，占7.08%；3、挖柱窝11次，占2%；4、其它，62次，占11.2%。五、瓦斯突出的一般规律1、突出前有预兆；2、突出煤层一般比较松软、破碎；3、突出多发生在地质构造变化带；4、突出的强度和频率随采深增加而增大；5、突出的强度和频率随煤厚增加而增大；6、突出时瓦斯的喷出量远远大于突出煤的原始瓦斯含量，全国统计结果是530倍；7、突出次数与突出强度成反比；8、突出与采掘活动关系密切；9、突出危险性有明显的区域性。六、突出的预兆（一）有声预兆1、打煤炮；象打闷雷、放鞭炮。2、煤体震动、支架断裂。3、喷孔，啸声、象压风管漏风。（二）无声预兆1、煤壁开裂、位移、掉渣、片落；2、煤层变软、干燥、变暗，层理紊乱，煤尘大；3、瓦斯涌出量异常，忽大忽小；4、工作面温度降低，变冷。5、顶钻、卡（夹）钻。七、防突工作要点：六句话，十二字方针。（一）六句话1、 一个优先考虑 突出矿井开采煤层群时必须优先考虑开采保护层。开采保护层后，在被保护层受到保护的区域可按无突出危险煤层进行采掘工作；在未受到保护的区域，必须采取防突措施。2、 两个必须坚持 必须坚持预抽煤层瓦斯；（第二讲） 必须坚持执行安全防护措施。 3、三项基本建设矿井硬件（系统、装备）建设队伍建设制度建设4、四大工程技术措施合理的井巷布置；1、 主要井巷应布置在岩层或非突出煤层中；2、 煤巷应尽可能布置在卸压范围内，如采用沿空送巷或沿空留巷，或在保护层的保护范围内掘进；3、 井巷揭穿突出煤层的次数应尽量少；4、 井巷揭穿突出煤层的地点应避开地质构造带；5、 突出煤层中的掘进工作量应尽可能减少；6、 井巷揭穿突出煤层前，必须有独立可靠的通风系统；7、 突出煤层中、杜绝任何两个采掘工作面之间串联通风。安全独立可靠的通风系统1、 尽量采用对角式通风、有条件的可采用采区风井；不宜采用中央并列式通风；2、 采区内至少设一条专用回风上山；3、 石门应有专门风桥与采区回风上山相连。正确的采煤方法1、巷掘进率低、集中应力点少的长壁式或正台阶式采煤方法；2、尽量在卸压区内采煤、如水平分层或倾斜分层采煤法；3、便于进行预抽煤层瓦斯的采煤法、如设区段底板岩巷的走向长壁式采煤法；4、减少上山掘进量的采煤法。如采用连续推进的走向长壁式采煤法。“四位一体”的综合防突措施。5、五个严格禁止严禁采掘工作面之间存在串联风或共用一个回风巷；（见图13）图13采掘工作面共用回风道示意图严禁用手镐或风镐落煤；严禁采用放顶煤采煤法、水力采煤法和非正规采煤法；严禁空帮空顶作业；采用金属骨架措施揭穿突出煤层后，严禁拆除或回收骨架；石门揭煤或煤层放炮，回风侧严禁人员通行或作业。6、六字要求高、强、专；严、细、实。高高风险、高投入；高要求、高素质。强强化管理、强制装备，强制培训。专配备防突专干、组建防突专业队伍。严严格管理、严肃纪律、严格要求、严明奖惩。细工作细致、力戒粗枝大叶；操作细心，做到胆大心细；落实措施要注意细节。实管理人员要务实、操作人员要老实，作风要扎实，措施要落实。（二）十二方针先抽后采、监测监控、以风定产。 第二讲 区域性防治突出措施第一节 开采保护层在突出矿井开采煤层群时必须首先开采保护层。开采保护层后，在被保护层中受到保护的地区按无突出煤层进行采掘工作；在未受到保护的地区，必须采取防治突出措施。选择保护层必须遵守下列规定：1、 首先选择无突出危险的煤层作为保护层。当煤层群中有几个煤层都可作为保护层时，应根据安全、技术和经济的合理性，综合比较分析，择优选定；2、 矿井中所有煤层都有突出危险时，应选择突出危险程度较小的煤层作保护层，但在此保护层中进行采掘工作时，必须采取防治突出措施；3、 选择保护层时，应优先选择上保护层，条件不允许时，也可选择下保护层，但在开采下保护层时，不得破坏被保护层的开采条件。开采下保护层时，上部被保护层不被破坏的最小层间距离应根据矿井开采实测资料确定：如无实测资料时。可参用式（1）或式（2）确定：当60时，H=KMCOS （1）当60时 H=KMSIN（/2） （2）式中 H 允许采用的最小层间距，m； M 保护层的开采厚度，m；煤层倾角，度；K顶板管理系数，冒落法管理顶板时，K采用10， 充填法管理顶板时，K采用6。 划定保护层有效作用范围的有关参数，应根据矿井实测资料确定，报矿务局（集团公司）总工程师批准后执行。对暂无实测资料的矿井，可参照下述条文执行：1、 保护层与被保护层之间的有效垂距，可参用表21或用式（3）和式（4）确定。表21 保护层与被保护层之间的有效垂距 煤 层 类 别 最 大 有 效 垂 距 （m） 上 保 护 层下 保 护 层 急倾斜煤层 缓倾斜和倾斜煤层 60 50 80 100下保护层最大有效距离： S下 =S下12 （3）上保护层最大有效距离： S 上 =S上12 （4）式中S，下、S，上 下保护层和上保护层的理论有效间距，m它与工作面长度和开采深度H有 关，可参照表22取值，当03H时， 则取=03H。但不得大于250m；表2-2 S上 和S下 与开采深度（H）、工作面长度（）的关系开采深度HS下 （m）S上 （m） 工作面长度（m）工作面长度（m）（m）50751001251501752002505075100125150200250300100500600800100012007058504533272410085756754413712511210090735750148134120109907163172155142126103888019017015413811710092675039342925237658494336323083665650413632877162554541379074665949444092766861504541 1保护层开采影响系数，当MM 0时，1=M/M 0 （5）当MM 0 时，1=1 （6）M 保护层的开采厚度，m；M 0 开采保护层的最小有效厚度，m 0 可按图21确定；2层间硬岩（砂岩、石灰岩）含量系数，以表示硬岩在层间岩石中所占有的百分比；50% 时，2 = 1-（04/100） （7）50% 时，2 = 1 （8）图2-1 确定保护层最小有效开采厚度M 0 曲线图2、正在开采的保护层工作面，必须超前于被保护层的掘进工作面，其超前距离不得小于保护层与被保护层层间垂距的两倍，并不得小于30m；3、对停采的保护层采煤工作面，停采时间超过3个月、且卸压比较充分，该采煤工作面的始采线、采止线及所留煤柱对被保护层沿走向的保护范围可暂按卸压角560600划定，如图22所示；4、保护层沿倾斜的保护范围，按卸压角划定，如图23所示。卸压角的大小应采用矿井的实测数据。如无实测数据时，参照表23中的数据确定；5、矿井首次开采保护层时，必须进行保护层保护效果及范围的实际考察，并不断积累、补充完善资料，以便尽快得出确定本矿保护层有效作用范围的参数。图22 保护层工作面始采线、采止线和煤柱的影响范围1保护层；2被保护层；3煤柱；4采空区；5被保护范围；6始采线、终采线 图23 沿倾斜保护范围 开采保护层时，采空区内不得留有煤（岩）柱；特殊情况需留煤（岩）柱时，应经矿务局（集团公司）总工程师批准，并将煤（岩）柱的位置和尺寸准确地标在采掘平面图上。每个被保护层的瓦斯地质图上，应标出煤（岩）柱的影响范围，在这个范围内进行采掘工作时，必须采取防治突出的措施。表23 保护层沿倾斜的卸压角煤层倾角（）卸 压 角（） 1 234010203040506070809080777369657072727375808387909090909090807575757780808080787575757570707070727580保护层在特殊情况下非留煤柱不可时，必须按照表24填写煤柱记录表，保护层留有不规则煤柱时，必须按照其最外缘的轮廓划出平直轮廓线、并根据保护层与被保护层之间的层间距变化，确定其有效影响范围，在被保护层进行采掘工作时，还应根据采掘瓦斯动态及时修改。表24保护层采空区中遗留煤柱记录表采区名称保护层名称保护层遗留煤柱煤柱影响突出煤层煤 量煤 柱测绘人矿总工程师遗留日期尺寸（m）沿走向沿倾向开采厚度等于或小于05m的保护层时，必须检验保护层的实际保护效果。如果保护层的实际保护效果不好，在开采被保护层时，还必须采取防治突出的补充措施。在有抽放瓦斯系统的矿井开采保护层时，应同时抽放被保护层的瓦斯。开采近距离保护层时，必须采取措施严防被保护层初期卸压的瓦斯突然涌入保护层采掘工作面或误穿突出煤层。第二节 预抽煤层瓦斯一、抽放瓦斯的条件1、一个采煤工作面绝对CH4涌出量5m3/min。一个掘进工作面绝对CH4涌出量3m3/min。用通风方法解决瓦斯问题不合理的。2、一个矿井：40m3/min；30m3/min（11.5Mt）；25m3/min（0.61Mt）；20m3/min（0.40.6Mt）；15m3/min（0.4Mt）。3、开采突出煤层。二、抽放瓦斯必须遵守的规定1、钻孔应控制整个预抽区并均匀布孔；2、预抽防突措施有效性指标应根据矿井实测资料确定，如无实测数据，可依据下列指标之一确定：预抽率30%；预抽后CH4残存量小于该层始突深度的原始CH4含量。预抽率的计算：工作面（开采层）瓦斯抽放率。式中：抽出瓦斯量，m3；钻孔排放或喷出瓦斯量，m3；工作面（煤层）瓦斯储量，m3。3、 利用CH4时，CH4浓度30%，并在系统中安装防回火、回气或防爆装置，不利用时，25%。4、 井下瓦斯管路敷设的原则1） 根据矿井巷道布置的具体情况，选择转弯少、距离近的线路；2） 应敷设在不经常通车的回风巷道内，以防撞坏漏气；如巷设在运输巷道，则应架设在矿车掉道碰不到的高度；3） 要考虑管路的运输、安装和维修方便；4） 当发生故障时、要保证管内瓦斯不会进入工作面、机电硐室。5） 管路不得与带电物体接触并应有防止砸坏管路的措施。5、 管路安装质量要求 1）管路安装前要进行除锈和防腐处理；2）管路安设要平直、坡度尽量一致、少转急弯；3）管路要用木墩垫高，垫起高度不低于300mm；管路与巷帮要保持不小于300mm的距离；4） 设在主要运输巷道的瓦斯管路，距轨面高度不得低于1.8m；5） 在平巷敷设瓦斯管路时，要保持流水坡度；敷设在斜巷的管路，要用卡子固定在支架上、防止下滑；6） 低洼处的管路要设放水器；7） 管路接好后，应进行气密性试验，试验压力不小于0.15Mpa。三、瓦斯抽放方法7水力割缝1采区大面积抽放3围岩裂隙及溶洞抽放5煤巷工作面边掘边抽6水力压裂9煤层物理化学处理10上邻近层抽放11下邻近层抽放12密闭插管抽放13密闭和钻孔抽放14打钻到冒落拱上方16地面大面积抽放+打钻到冒落拱上方抽放15地面垂直钻孔17采区大面积抽放+地面垂直钻孔抽放4回采工作面边采边抽19水力压裂+密闭插管抽放8松动爆破 下邻近层抽放+地面垂直钻孔抽放采区大面积抽放+上邻近层抽放+18 局部抽