2.5 矿山灾害防治与治理.ppt

矿山灾害防治与治理,水火瓦斯煤尘顶板灾害,水,国家煤矿安全监察局提出了煤矿水害防治十六字原则“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”“防、堵、疏、排、截”五项综合治理措施。,矿井水害事故的类型,1、地表水水害由地表河流、湖泊、沼泽、水库等地表水体，通过连通矿井井巷的岩石裂隙、断层裂隙、岩溶孔洞、塌陷区裂隙、老窑、井巷等通道进入矿井，造成矿井充水，而且影响矿井的生产和安全。2、含水层水水害煤层或煤系顶板低部岩层含地下水，井巷拓或开采后，使含水层中的地下水进入矿井，造成矿井充水，而且影响矿井的生产和安全。3、断层水水害断层破碎带裂隙、孔洞连通含水层、含水溶洞、老空积水、地表水等水体，当井巷进入断层破碎带而矿井充水，而且影响矿井的生产和安全。,4、老空积水水害矿井原有的巷道及采空区废弃后积水为老空水。当掘出巷道、工作面进入老空区而引起矿井充水，而且影响矿井的生产和安全。5、岩溶水水害易溶性石灰石或其它可溶性岩层溶蚀后生的溶隙、溶道、溶洞、并积有地下水，当井巷或工作面揭穿时则导致矿井充水，且影响矿井的生产和安全。6、封闭不良的钻孔水水害地质勘探时，钻孔钻透含水层、含水溶洞，此钻孔终孔时未封孔（或封闭不良），井巷或工作面揭穿时，导致矿井充水，影响矿井生产和安全。,基本概念,含水层：含水层是指具有下述两种性质的地层或岩层：含有水；一般的野外条件下允许大量的水在其中运动。阻水层：与含水层相反，是一种可以含水，但在一般的野外条件下，不能大量导水地层。从实用的观点出发，阻水层可以认为是隔水层。隔水层：存在于含水层与开采煤层底板、巷道和采空区之间的能阻碍或减弱水流动的岩层，该岩层内的孔隙不连通，地下水无运动条件，常以吸着水存在，无重力水。亦称不透水层或保护层。,边缘充水型此型的特点是：陷落柱内充填物紧密压实，风化程度强，柱内水力联系不好，而柱边水力联系较强，并有断层存在且充水。当采掘工程揭露时，也有涌水，但水量一般不如全充水型大。,国家安全监管总局国家煤矿安监局关于华晋焦煤有限责任公司王家岭矿“328”透水事故的通报位于山西省境内的王家岭矿是中国中煤能源集团公司与山西焦煤集团公司合资组建的华晋焦煤有限责任公司投资开发的基建矿井，设计生产能力600万吨/年，于2006年12月开工建设，计划于2010年10月建成投产，由中国中煤能源集团公司第一建设公司63处碟子沟项目部施工。事故发生在该矿20101工作面回风巷掘进头，初步分析是掘进过程中导通老空区而引发透水事故。事故暴露出的主要问题是：该矿施工过程中存在违规违章行为，未严格执行煤矿防治水规定（国家安全监管总局令第28号），掘进工作面探放水措施不落实；劳动组织管理混乱，为了赶工期、赶进度，当班安排14个掘进队同时作业，作业人员过度集中，且领导干部带班制度不落实；施工安全措施不落实，工作面出现透水征兆后，没有按照规定及时撤人和采取有效应对措施；隐患排查治理不力，特别是今年3月份以来20101工作面回风巷多次发现巷道积水，但一直未能采取有效措施消除隐患。,（一）矿山火灾的分类、自然发火条件和特性,分类：内因火灾（煤炭自燃）、外因火灾。煤炭自燃的必要充分条件有自燃倾向性的煤被开采后呈破碎状态，堆积厚度一般要大于0.4m；有较好的蓄热条件；有适量的通风供氧；上述三个条件共存的时间大于煤的自燃发火期。自然发火的过程：潜伏期、自热期和燃烧期。,（二）煤炭及其他可燃矿物自然发火危险性评价方法,自燃倾向性预测；因素综合评判预测法；经验统计预测法和数学模型预测法。,（三）煤炭自然发火早期预测预报技术,目前预测自然发火期的方法有在实验室确定自燃倾向性等级；根据本矿或条件相似矿井或采区的已有自然发火统计资料，确定待采（或本）煤层的自然发火期。自然发火标志化性气体及其指标一氧化碳（CO）指标，CO的派生指标，烯烃（乙烯C2H4）及烯烷比，炔烃（乙炔C2H2）。预测预报方法：气体分析法，测温法和气味检测法。,（四）矿山内因火灾防止技术,灌浆灭火阻化剂防灭火均压灭火惰气压注灭火新型凝胶灭火泡沫、干粉等,（四）矿山外因火灾防止技术,防止失控的高温热源产生和存在尽量不用或少用可燃材料防止产生机电火灾防止摩擦引燃防止高温热源和火花与可燃物相互作用,（四）火区封闭技术,火区内的空气温度下降到30以下，或与火灾发生前该区的日常空气温度相同。火区内空气中的氧气浓度降到5.0%以下。火区内空气中不含有乙烯、乙炔，一氧化碳浓度在封闭期间内逐渐下降，并稳定在0.001%以下。火区的出水温度低于25，或与火灾发生前该区的日常出水温度相同。上述4项指标持续稳定的时间在个月以上。,（四）火区启封技术,锁风启封火区（分段启封火区）：用于火区范围较大，不能确认火源已经熄灭。通风启封火区（一次性打开火区）：用于火区范围较小，确认火源已经熄灭。,五、矿山水害,了解矿井水害的主要类型、矿井水的化学成分及来源；熟悉矿井涌水特征、涌水通道、突水预兆等方面的基础知识；掌握矿井突水监测预防的主要技术特点、堵排水的方法与技术措施。,（一）矿井水害的主要类型、矿井水的来源,水害的主要类型透水；突水；涌水。矿井水来源大气降水；地表水；地下水（含水层水、断层水等）；老空区积水。,（二）矿井涌水特征、涌水通道、突水预兆,矿井涌水特征大气降水为主要充水水源的涌水特征；以地表水为主要充水水源的涌水特征；以地下水为主要充水水源的矿床；以老采空区为主要充水水源的矿床。涌水通道自然涌水通道：地层的空隙、断裂带等属于自然形成的通道；人为涌水通道：由于采掘活动等引起的人为涌水通道。,（二）突水预兆,一般预兆采掘工作面或其他地点发现有挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底板鼓起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等；工作面底板灰岩含水层突水预兆松散孔隙含水层突水预兆,（三）矿井突水预防的技术,留设防水煤（岩）柱；疏干（放水）；含水层改造与隔水层加固；建立防水闸门和水闸隔墙；注浆堵水。,第九章矿井瓦斯,本章主要内容1、瓦斯概念2、煤层瓦斯赋存与含量3、矿井瓦斯涌出4、瓦斯喷出与突出5、瓦斯爆炸与预防6、瓦斯抽放,第九章矿井瓦斯,第一节概述矿井瓦斯是煤矿生产过程中，从煤、岩内涌出的各种气体的总称。煤矿术语中的瓦斯指的就是甲烷。物理化学性质。无色、无味、无毒、比空气轻，微溶于水。危害：爆炸，突出，人员窒息、环境污染。作用：能源、化工原料。第二节煤层瓦斯赋存与含量一、瓦斯的成因与赋存（一）矿井瓦斯的生成煤层瓦斯是腐植型有机物（植物）在成煤过程中生成的。成气过程两个阶段一是生物化学成气时期；二是煤化变质作用时期。,（二）瓦斯在煤体内存在的状态煤体是一种复杂的多孔性固体，包括原生孔隙和运动形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空间和孔隙表面。煤层中瓦斯赋存两种状态：游离状态吸附状态吸着状态吸收状态,二、煤层中瓦斯垂直分带形成原因：当煤层直达地表或直接为透气性较好的第四系冲积层覆盖时，由于煤层中瓦斯向上运移和地面空气向煤层中渗透，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。四带：CO2-N2带、N2带、N2CH4带、CH4带。,瓦斯风化带下界深度确定依据：可以根据下列指标中的任何一项确定。（1）煤层的相对瓦斯涌出量等于23m3/t处；（2）煤层内的瓦斯组分中甲烷及重烃浓度总和达到80%（体积比）；（3）煤层内的瓦斯压力为0.10.15MPa；（4）煤的瓦斯含量达到下列数值处：长焰煤1.01.5m3/t（C.M.），气煤1.52.0m3/t（C.M.），肥煤与焦煤2.02.5m3/t(C.M)，瘦煤2.53.0m3/t(C.M.)，贫煤3.04.0m3/t(C.M.)，无烟煤5.07.0m3/t(C.M.)（此处的C.M.是指煤中可燃质既固定碳和挥发分）三影响煤层瓦斯含量的因素煤的瓦斯含量是指单位体积或重量的煤在自然状态下所含有的瓦斯量（标准状态下的瓦斯体积），单位为m3/m3(cm3/cm3)或m3/t(cm3/g)。煤的瓦斯含量包括游离瓦斯和吸附瓦斯含量之和。,主要影响因素：1、煤的吸附特性煤的吸附性能决定于煤化程度，一般情况下煤的煤化程度越高，存储瓦斯的能力越强。2、.煤层露头3、煤层的埋藏深度-深，瓦斯大4、围岩透气性、泥岩、完整石灰岩低透气性5、煤层倾角-大，瓦斯小，小，瓦斯大6、地质构造-封闭地质，瓦斯大，开放的，瓦斯小7、水文地质条件-水流，带走瓦斯四、煤层内的瓦斯压力瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力现象的基本参数。瓦斯压力测定：打钻、封孔、测压,瓦斯带内瓦斯压力变化规律：末受采动影响的煤层内的瓦斯压力，随深度的增加而有规律地增加，可以大于、等于或小于静水压。瓦斯压力梯度：或式中P预测的甲烷带内深H(m)处的瓦斯压力，MPagp瓦斯压力梯度，MPa/mP1，P2甲烷带内深度为H1、H2(m)处的瓦斯压力，MPa。P0-甲烷带上部边界处瓦斯压力，取0.2MPa。H0-甲烷带上部边界深度，m。,第三节矿井瓦斯涌出普通涌出特殊涌出一、瓦斯涌出量1、含义：矿井建设或生产过程中从煤岩内涌出的瓦斯量2、瓦斯涌出量表示方法绝对瓦斯涌出量-单位时间涌出的瓦斯体积，单位为m3/d或m3/min：相对瓦斯涌出量-平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量，单位是m3/t。二、影响瓦斯涌出的因素决定于自然因素和开采技术因素的综合影响。(一)自然因素1、煤层和围岩的瓦斯含量，2、地面大气压变化。,（二）开采技术因素1、开采规模产量与瓦斯涌出量的关系复杂2、开采顺序与回采方法-先开采，大；回采率低，大；顶板管理3、生产工艺-初期大，呈指数下降4、风量变化-单一煤层，随风量减而增，煤层群5、采区通风系统6、采空区的密闭质量三、矿井瓦斯涌出来源的分析与分源治理按划分目的的不同，对矿井瓦斯来源有三种划分方式：.按水平、翼、采区来进行划分，作为风量分配的依据之一；.按掘进区、回采区和已采区来划分，它是日常治理瓦斯工作的基础；.按开采区、临近区划分，它是采煤工作面治理瓦斯工作的基础,四、瓦斯涌出不均系数正常生产过程中，矿井绝对瓦斯涌出量受各种因素的影响其数值是经常变化的，但在一段时间内只在一个平均值上下波动，峰值与平均值的比值称为瓦斯涌出不均系数。矿井瓦斯涌出不均系数表示为：kg=Qmax/Qa式中：kg给定时间内瓦斯涌出不均系数；Qmax该时间内的最大瓦斯涌出量，m3/min；Qa该时间内的平均瓦斯涌出量，m3/min；方法：确定区域，进回风量、瓦斯浓度五、矿井瓦斯等级1.矿井瓦斯等级划分依据：按照平均日产一吨煤涌出瓦斯量（相对瓦斯涌出量）和瓦斯涌出形式，划分为：低瓦斯矿井：10m3及其以下；高瓦斯矿井：10m3以上；煤与瓦斯突出矿井。,2、矿井瓦斯等级鉴定（1）鉴定时间和基本条件矿井瓦斯等级的鉴定工作应在正常生产的条件下进行。（2）测点选择和测定内容及要求。（3）矿井瓦斯等级的确定。六、矿井瓦斯涌出量预测瓦斯涌出量的预测：指根据某些已知相关数据，按照一定的方法和规律，预先估算出矿井或局部区域瓦斯涌出量的工作。瓦斯涌出量的预测的方法：（1）统计法A、瓦斯涌出量梯度：深度与相对涌出量的比值B、物理含义C、计算（2）计算法:以煤层瓦斯含量为基础进行计算。,第四节瓦斯喷出瓦斯喷出：大量承压状态的瓦斯从煤、岩裂缝中快速喷出的现象。一、瓦斯喷出的分类根据喷瓦斯裂缝呈现原因的不同，可把瓦斯喷出分成：地质来源形成的和采掘卸压形成的两大类。二、瓦斯喷出的预防预防瓦斯喷出，首先要加强地质工作，查清楚施工地区的地质构造、断层、溶洞的位置、裂隙的位置和走向、以及瓦斯储量和压力等情况，采取相应的预防或处理措施。分为：1、当瓦斯喷出量和压力不大时，黄泥或水泥沙浆等充填材料堵塞喷出口；2、当瓦斯喷出量和压力较大时，可能的喷出地点附近打前探钻孔，探测、排放。,前探钻孔的要求：(1)10m外，打钻75mm，3个(2)边掘边打超前钻，超前5m，不少3个孔；(3)裂隙、溶洞、破坏带打超前钻,75mm,2个，超5m,第五节煤与瓦斯突出及其预防一、概述含义：在极短时间内，从煤岩内以极快速度向采掘空间涌出煤岩和瓦斯。危害：二、突出的机理突出的机理是关于解释突出的原因和过程的理论。突出是十分复杂的自然现象，它的机理还没有统一的见解，假说很多。多数人认为，突出是地压、瓦斯、煤的力学性质和重力综合作用的结果。三、突出的一般规律1、突出多发生在一定的采深以后；2、突出多发生在地质构造带、应力集中区；3、突出的强度和次数，与煤层厚度、倾角、硬度、透气性等有关；4、突出与瓦斯关系，瓦斯压力小含量低，可能发生突出。4、突出大多发生在落煤、放炮工序5、突出前有预兆,四、预防煤与瓦斯突出的主要技术措施防突措施分类：区域性防突措施：实施以后可使较大范围煤层消除突出危险性的措施，称为区域性防突措施；局部防突措施：实施以后可使局部区域(如掘进工作面)消除突出危险性的措施称为局部防突措施。(一)、区域性防突措施区域性防突措施主要有开采保护层和预抽煤层瓦斯两种。1、开采保护层保护层：在突出矿井中，预先开采的、并能使其它相邻的有突出危险的煤层受到采动影响而减少或丧失突出危险的煤层称为保护层。被保护层：后开采的煤层称为被保护层。保护层位于被保护层上方的叫上保护层，位于下方的叫下保护层。1)、开采保护层的作用(1)地压减少，弹性潜能缓慢释放；(2)煤层膨胀变形，形成裂隙与孔道，透气性增加；(3)煤层瓦斯涌出后，煤的强度增加,2).保护范围保护范围：指保护层开采后，在空间和时间上使危险层丧失突出危险的有效范围。（1）垂直保护距离保护层与被保护层间的有效垂距:上：急60m,缓：50m下：急5m3/min；掘进工作面瓦斯涌出量3m3/min，采用通风方法解决瓦斯问题不合理时，应该抽放瓦斯。抽放瓦斯的方法：按瓦斯的来源分三类；开采煤层、邻近层、采空区抽放按抽放的机理分为两类；未卸压和卸压抽放按汇集瓦斯的方法分为三类。钻孔、巷道抽放、钻孔与巷道综合抽放贯彻“先抽后采，监测监控，以风定产”十二字方针,二、开采煤层的瓦斯抽放开采煤层的瓦斯抽放，是在煤层开采之前或采掘的同时，用钻孔或巷道进行该煤层的抽放工作。1、未卸压的钻孔抽放本法适用于透气数较大的开采煤层预抽的瓦斯。按钻孔与煤层的关系分为穿层钻孔和沿层钻孔；按钻孔角度分为上向孔、下向孔和水平孔。我国多采用穿层上向钻孔。钻孔参数：钻孔方向我国多为上向孔；孔间距3050m抽放负压孔口负压不超过14kPa钻孔直径70100mm2、卸压的钻孔抽放,2、卸压的钻孔抽放,1）、随掘随抽2）、随采随抽顶板走向钻孔，顶板巷道,3、人工增加煤层透气系数的措施1）、水力压裂；2）、水力割缝；3）、深孔爆破4）、酸性处理；5）、交叉钻孔。,三、邻近层的瓦斯抽放邻近层含义为什么邻近层抽放总能抽出瓦斯呢？煤层开采后，在其顶板形成三个受采动影响的地带：冒落带、裂隙带和变形带，在其底板则形成卸压带。增大。注意问题参数：钻场位置；钻场或钻孔的间距；钻孔角度；钻孔进入的层位；孔径和抽放负压,四、采空区抽放采空区瓦斯抽放可分为全封闭式抽放和半封闭式抽放两类。全封闭式抽放又可分为密闭式抽放、钻孔式抽放和钻孔与密闭相结合的综合抽放等方式。半封闭式抽放是在采空区上部开掘一条专用瓦斯抽放巷道(如鸡西矿务局城子河煤矿)，在该巷道中布置钻场向下部采空区打钻，同时封闭采空区入口，以抽放下部各区段采空区中从邻近层涌入的瓦斯。抽放的采空区可以是一个采煤工作面(如松藻矿务局打通二矿)，或一两个采区的局部范围(如天府矿务局磨心坡煤矿)，也可以是一个水平结束后的大范围抽放(如中梁山矿务局)。五、围岩瓦斯抽放煤层围岩裂隙和溶洞中存在的高压瓦斯会对岩巷掘进构成瓦斯喷出或突出危险。为了施工安全，可超前向岩巷两侧或掘进工作面前方的溶洞裂隙带打钻，进行瓦斯抽放(如广旺矿务局唐家河煤矿)。,六、瓦斯抽放设备,抽放瓦斯的设备主要有钻机、封孔装置、管道、瓦斯泵、安全装置和检测仪表。钻机：根据钻孔深度选择，可用专用于打抽放钻孔的钻机（装有排放瓦斯装置），也可以用一般钻机。钻孔打好后，将孔口段直径扩大到100120mm，插入直径7080mm的钢管。封孔：用水泥砂浆封孔，也可以用胶圈封孔器或聚胺脂封孔。封口深度视孔口附近围岩性质而定，围岩坚固时23m，围岩松软时67m，甚至10m左右。其它：封孔后，必须在抽放前用弯管、自动放水器、流量计、铠装软管(或抗静电塑料软管)、闸门等将钻孔与抽放管路连接起来。,1、抽放瓦斯的管道一般用钢管或铸铁管。管道直径是决定抽放投资和抽放效果的重要因素之一。管道直径D（m）应根据预计的抽出量，用下式计算：D=(4Qc)/(60v)1/2(9-7-1)式中;Qc-管内气体流量，m3/min;v-管内气体流速，m/s;管内瓦斯流速V:5m/sV40m,空气中易沉降；(2)细尘1040m，肉眼可见，在静止空气加速沉降；(3)微尘0.2510m，光学显微镜可见，在静止空气等速沉降；(4)超微尘-11个业死亡人数之和(铁路、冶金、建筑、纺织、化工、石油、建材、有色、地质、轻工、电力)；3、年死亡近万人，相当于1个小时有1人亡。4、几个国家的百万吨死亡率对比：美国俄罗斯印度南非波兰中国0.0390.70.540.230.3365、我国顶板事故的比例：占各类事故的42.6%,二、顶板事故的分类：,第一种分类法：1、采场冒顶2、巷道冒顶第二种分类法：1、大面积冒顶（一次伤亡3人以上）2、局部冒顶（一次伤亡1-2人）,采场冒顶分类：,（一）局部冒顶：1、靠煤壁附近的局部冒顶（漏垮、片帮、放顶煤）2、采场两端的局部冒顶（机头和机尾、安全出口）3、放顶线附近的局部冒顶（回柱放顶等）4、地质破坏带附近的局部冒顶（断层、破碎、裂隙）,（二）大面积冒顶,1、老顶来压时的压垮型冒顶（老顶岩块压垮或冲击压垮）2、厚层难冒顶板大面积冒顶（悬露面积大）3、大面积漏垮型冒顶（直接顶破碎，支护失稳）4、复合顶板推垮型冒顶（上岩层软，上岩层硬，离层失稳）,巷道冒顶分类：,1、掘进碛头的冒顶（空顶处游离岩块、支护失稳）2、巷道交叉处冒顶（抬棚架设不及时，空顶、强度不够）3、支架支护巷道冒顶（压垮型和漏垮型）4、锚杆支护巷道的冒顶（锚固力不够）,冒顶征兆及预防措施,煤矿井下冒顶是最常见，最易发生的事故。在正常情况下，冒顶事故事先都有如下几种预兆：（1）发出响声。岩层下沉断裂，顶板压力急剧加大时，木支架会发出劈裂声，紧接着出现折梁断柱现象；金属支柱的活柱急速下缩，也发出很大声响。（2）掉渣。顶板严重破裂时，出现顶板掉渣，掉渣越多，说明顶板压力越大。,（3）片帮煤增多。因煤壁所受压力增大，变得松软，片帮煤比平时要多。（4）顶板裂缝。顶板有裂缝并张开