煤与瓦斯突出防治技术-李希建.ppt

煤与瓦斯突出防治技术 贵州大学李希建教授电话煤与瓦斯突出防治技术 培训班讲课 主要内容 一 煤与瓦斯突出现状二 煤与瓦斯突出机理三 煤与瓦斯突出区域防治技术四 煤与瓦斯突出局部防治技术五 煤与瓦斯突出安全防护技术 一 煤与瓦斯突出现状 1 我国近年来煤与瓦斯突出死亡事故情况2000年7月 2009年11月 我国共发生煤与瓦斯突出死亡事故362起 死亡2105人 一 煤与瓦斯突出现状 1 我国近年来煤与瓦斯突出死亡事故情况一次死亡1 2人的死亡事故85起 死亡129人 一次死亡3 9人的较大伤亡事故224起 死亡1033人 一次死亡10 29人的重大伤亡事故48起 死亡696人 一次死亡30人以上的特别重大事故5起 死亡247人 一 煤与瓦斯突出现状 一 煤与瓦斯突出现状 2 煤与瓦斯突出死亡事故特点分析突出事故在区域上具有分布性发生煤与瓦斯突出死亡事故起数较多的省份为湖南 贵州 重庆 四川 云南 河南及黑龙江等 一 煤与瓦斯突出现状 一 煤与瓦斯突出现状 2 煤与瓦斯突出死亡事故特点分析突出事故在时间上具有分布性多发生在5月份和10 11月份等 一 煤与瓦斯突出现状 一 煤与瓦斯突出现状 2 煤与瓦斯突出死亡事故特点分析较大事故占多数2000年7月 2009年11月 较大伤亡事故224起 死亡1033人 分别占发生事故总起数和死亡总人数的61 88 和49 07 一 煤与瓦斯突出现状 一 煤与瓦斯突出现状 一 煤与瓦斯突出现状 2 煤与瓦斯突出死亡事故特点分析起数逐年降低 但伤亡人数没有明显降低 一 煤与瓦斯突出现状 二 煤与瓦斯突出机理 1 煤与瓦斯突出机理瓦斯主导作用假说 即以瓦斯为主导作用的假说 这类假说认为煤体内存储的高压瓦斯在突出中起主要作用的因素 其中 瓦斯包 说占重要地位 它认为 瓦斯包 是突出的动力来源 二 煤与瓦斯突出机理 1 煤与瓦斯突出机理地应力主导作用假说 即以地应力为主导作用的假说 这种假说认为突出主要是高地应力作用的结果 高地应力包括两个方面 一方面指自重应力和构造应力 另一方面指工作面前方存在的应力集中 二 煤与瓦斯突出机理 1 煤与瓦斯突出机理综合作用假说 这种说认为突出是由地应力 包含在煤体中的瓦斯及煤体自身物理力学性质等综合作用的结果 但各因素在突出中所的作用没有统一认识 二 煤与瓦斯突出机理 1 煤与瓦斯突出机理综合作用假说得到了普遍认可 为突出危险性预测预报 防突措施的选择及防突效果的检验提供了理论依据 二 煤与瓦斯突出机理 2 煤与瓦斯突出机理煤与瓦斯突出是地应力 瓦斯和煤的物理力学性质三者综合作用的结果 是积聚在围岩和煤体中大量潜能的高速释放 并认为高压瓦斯在突出的发展过程中起决定性的作用 地应力 构造应力 自重应力 采动应力 温度应力等 突变和采矿活动扰动是激发突出的因素 而煤的物理力学性质则是阻碍突出的因素 二 煤与瓦斯突出机理 2 突出机理近几年研究进展我国科研工作者对煤与瓦斯突出机理研究取得了丰富成果 完善与发展了煤与瓦斯突出机理 二 煤与瓦斯突出机理 2 突出机理近几年研究进展将参与煤与瓦斯突出的煤体 岩石 瓦斯和应力场看成一个统一体系 并且是不均匀的 突出是气固两相流运动 进一步明确了煤与瓦斯突出的动力来源 煤 岩 体所积存的弹性应变能和瓦斯内能是突出发生的能量 并且高压瓦斯是大型突出所需能量的主要提供者 地应力和瓦斯压力增加使突出危险性增大 二 煤与瓦斯突出机理 2 突出机理近几年研究进展进一步明确了煤与瓦斯突出的准备 激发 发展和终止过程 突出是煤体破坏 地应力突变与瓦斯渗流耦合作用下发生失稳的过程 是卸压膨胀和煤 岩 体阻碍共同作用的结果 地应力突变和采掘活动扰动是激发突出的因素 而足够的卸压区宽度可以抑制高能量体的失控 在应力波的作用下 煤岩体中交替出现拉应力和压应力 并出现应力波峰值 二 煤与瓦斯突出机理 2 突出机理近几年研究进展进一步明确了煤与瓦斯突出的失稳破坏过程 解释了延期突出 大强度突出及突出伴生大量瓦斯问题 从蠕变破坏到裂隙网发育 从裂隙扩张到失稳破坏 从内部延续到终止条件 考虑了时间因素 煤体破坏分为层裂和层裂片的粉碎两个阶段 破裂是不连续的并呈破裂阵面跳跃式发展 层裂体的形成和失稳破坏是突出发动的基本环节 最大有效拉应力准则为破裂准则 二 煤与瓦斯突出机理 2 突出机理近几年研究进展进一步明确了地应力与瓦斯之间的相互关系 当地应力增大时 煤体微结构中的孔隙 裂隙闭合 对瓦斯的吸附作用增加 使渗透率减小 当地应力减小时 随孔隙 裂隙增大 煤体吸附容积加大 并产生向外膨胀变形 探讨了影响煤与瓦斯突出各因素的作用关系 在突出的动力演化时空过程中 各个因素对突出的影响是不断变化的 并通过按时间序列对影响因素分别重构相空间进行突出预测 二 煤与瓦斯突出机理 2 突出机理近几年研究进展探讨了构造煤结构演化和力化学作用演化过程 提出了构造煤形成过程中的力化学作用机制 明确了构造煤是煤受力化学作用的产物 构造煤的分布受地质构造逐级控制 强挤压剪切构造破坏带 高应力区是煤与瓦斯突出发生的背景环境 高能瓦斯和构造煤控制着煤与瓦斯突出 构造煤破碎 裂隙多 大孔和中孔发育 但渗透性较差 二 煤与瓦斯突出机理 2 突出机理近几年研究进展通过物理实验与数值模拟 再现了煤岩介质在瓦斯压力 地应力和煤岩力学性质等因素综合作用下由裂纹萌生 扩展 相互作用 贯通直至失稳抛出的突出全过程 揭示了采动影响下煤岩介质渐进破坏诱致突变的非线性本质 包括含瓦斯煤岩破裂过程中应力场的演化 得出了吸附和解吸能力大时突出强度大 二 煤与瓦斯突出机理 2 突出机理近几年研究进展利用构造物理学 量子化学理论 突变理论等理论探讨了煤与瓦斯突出机理 研究认为 煤与瓦斯突出构造物理环境由构造组合特征 构造应力场 构造煤和煤层瓦斯四因素组成 其综合作用控制着地质构造带煤与瓦斯突出 并存在粘滑失稳现象 煤岩体破裂产生的电磁波在一定频率范围内能够被煤与甲烷吸附伴生分子体系以量子化形式吸收 采掘等活动导致分子体系由基态变为激发态 使得瓦斯由吸附态脱附变为游离态 形成大量的游离态瓦斯 在弱面发生煤与瓦斯突出 突出是煤与瓦斯承压散体失控 导出了散体动量方程和运动突变势函数 并利用尖点突变模型对突出的起动和终止进行系统定性分析 找出影响突出的因素 二 煤与瓦斯突出机理 2 突出机理近几年研究进展研究了利用三维地震探测瓦斯突出危险带的技术 通过定量评定断层破坏和褶皱变形程度划分瓦斯突出危险带 并通过分析测井曲线特征区分煤层气富集区和煤矿瓦斯突出灾害区 二 煤与瓦斯突出机理 3 问题与困难地应力 瓦斯 煤的物理力学性质是影响突出的三方面 而每个方面又受很多因素作用 且突出是一个动态的时空演变过程 从而决定了煤与瓦斯突出机理研究的困难性 二 煤与瓦斯突出机理 3 问题与困难现有的研究往往从地应力 瓦斯 煤的物理力学性质和突出条件的单一方面研究其对突出的影响 缺乏将其作为一个统一整体进行研究 导致各因素在突出中的作用阐述不清 对突出过程研究较多 而对突出物及其运动规律和动力学破坏特征缺乏深入研究 二 煤与瓦斯突出机理 3 问题与困难深部矿井条件下 地应力与瓦斯对突出的作用 及煤与瓦斯突出与冲击地压的演化等 缺乏深入系统地研究 对突出影响因素地应力 瓦斯 煤的物理力学性质和突出条件 不能用数学模型定量地描述各因素的作用和突出判据 二 煤与瓦斯突出机理 3 问题与困难目前的煤与瓦斯突出机理还停留在定性或近似定量的假说阶段 没有形成定量的统一完整的理论体系 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 1 煤与瓦斯突出防治理念防突理念 区域为主 局部为辅 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 1 煤与瓦斯突出防治理念 防突规定 提出了 区域防突措施先行 局部防突措施补充 和 不掘突出头 不采突出面 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 1 煤与瓦斯突出防治理念突出煤层必须采取区域综合防突措施并达到规定标准后方可进行采掘作业 在采掘作业过程中必须对煤层的突出危险性进行验证 对局部仍存在突出危险的煤层 必须补充局部防突措施并达到规定标准方可继续进行采掘作业 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 2 区域预测突出危险区突出煤层区域预测无突出危险区 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 2 区域预测未进行区域预测区域突出危险区 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 2 区域预测开拓前区域预测 开拓前 区域预测开拓后区域预测 开拓后 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 2 区域预测开拓前区域预测依据地质勘探资料上水平及邻近区域资料 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 2 区域预测开拓前区域预测作用指导新水平 新采区设计开拓工程揭煤作业 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 2 区域预测开拓后区域预测依据煤层瓦斯井下实测资料地质勘探资料上水平及邻近区域资料 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 2 区域预测开拓后区域预测井下实测资料要求 预测所主要依据的煤层瓦斯压力 瓦斯含量等参数应为井下实测数据 测定煤层瓦斯压力 瓦斯含量等参数的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 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 2 区域预测开拓后区域预测作用指导采掘工作面设计指导采掘生产作业 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 2 区域预测开拓前区域预测 突出危险区 区域综合防突措施并达标区域措施效果检验 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 2 区域预测开拓前区域预测 无突出危险区 所有揭煤作业采取局部综合防突措施工作面预测方法进行区域验证 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 3 区域防突措施区域防突措施应当优先采用开采保护层两种 上保护层和下保护层 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 3 区域防突措施首次开采保护层保护效果检验 保护范围考察被保护层的最大膨胀变形量大于3 则检验和考察结果可适用于其他区域的同一保护层和被保护层若保护层与被保护层的层间距离 岩性及保护层开采厚度等发生了较大变化时 应当再次进行效果检验和保护范围考察 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 3 区域防突措施有效保护垂距内存在厚度0 5m及以上的无突出危险煤层 除因突出煤层距离太近而威胁保护层工作面安全或可能破坏突出煤层开采条件的情况外 首先开采保护层 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 3 区域防突措施开采保护层要求 开采保护层时 同时抽采被保护层的瓦斯 开采近距离保护层时 采取措施防止被保护层初期卸压瓦斯突然涌入保护层采掘工作面或误穿突出煤层 正在开采的保护层工作面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3倍 并不得小于100m 开采保护层时 采空区内不得留有煤 岩 柱 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 3 区域防突措施区域防突措施其次预抽煤层瓦斯效果检验抽采指标 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 3 区域防突措施预抽煤层瓦斯方式 地面井预抽煤层瓦斯井下穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 3 区域防突措施预抽煤层瓦斯方式 顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯穿层钻孔预抽石门 含立 斜井等 揭煤区域煤层瓦斯顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 3 区域防突措施预抽煤层瓦斯方式 顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯穿层钻孔预抽石门 含立 斜井等 揭煤区域煤层瓦斯顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 3 区域防突措施预抽煤层瓦斯要求 穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应当控制区段内的整个开采块段 两侧回采巷道及其外侧一定范围内的煤层 要求钻孔控制回采巷道外侧的范围是 倾斜 急倾斜煤层巷道上帮轮廓线外至少20m 下帮至少10m 其他为巷道两侧轮廓线外至少各15m 钻孔控制范围均为沿层面的距离 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 3 区域防突措施预抽煤层瓦斯要求 穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应当控制整条煤层巷道及其两侧一定范围内的煤层 要求钻孔控制回采巷道外侧的范围是 倾斜 急倾斜煤层巷道上帮轮廓线外至少20m 下帮至少10m 其他为巷道两侧轮廓线外至少各15m 顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应当控制整个开采块段的煤层 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 3 区域防突措施预抽煤层瓦斯要求 穿层钻孔预抽石门 含立 斜井等 揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施应当在揭煤工作面距煤层的最小法向距离7m以前实施 在构造破坏带应适当加大距离 钻孔的最小控制范围是 石门和立井 斜井揭煤处巷道轮廓线外12m 急倾斜煤层底部或下帮6m 同时还应当保证控制范围的外边缘到巷道轮廓线 包括预计前方揭煤段巷道的轮廓线 的最小距离不小于5m 且当钻孔不能一次穿透煤层全厚时 应当保持煤孔最小超前距15m 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 3 区域防突措施预抽煤层瓦斯要求 顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应控制的条带长度不小于60m 要求钻孔控制回采巷道外侧的范围是 倾斜 急倾斜煤层巷道上帮轮廓线外至少20m 下帮至少10m 其他为巷道两侧轮廓线外至少各15m 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 3 区域防突措施预抽煤层瓦斯要求 当煤巷掘进和回采工作面在预抽防突效果有效的区域内作业时 工作面距未预抽或者预抽防突效果无效范围的前方边界不得小于20m 厚煤层分层开采时 预抽钻孔应当控制开采的分层及其上部至少20m 下部至少10m 均为法向距离 且仅限于煤层部分 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 4 区域措施效果检验开采保护层保护效果检验指标和方法主要采用 残余瓦斯压力 0 74MPa残余瓦斯含量 8 0m3 t顶底板位移量 3 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 4 区域措施效果检验石门揭煤采用钻屑瓦斯解吸指标进行措施效果检验 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 4 区域措施效果检验检验期间还应当观察 记录在煤层中进行钻孔等作业时发生的喷孔 顶钻及其他突出预兆 三 煤与瓦斯突出区域防治技术 4 区域措施效果检验采掘工作面测点布置 120m 沿回采工作面推进方向每间隔30 50m至少布置1个检验测试点 120m 沿回采工作面推进方向每间