1煤和瓦斯突出实例、机理及保护层开采

1、煤和瓦斯突出实例、机理,罗虎 工程师 联系方式：祁东煤矿 3980381,主要内容,1、煤与瓦斯突出实例及分析 2、煤与瓦斯突出机理研究,我国是世界上煤与瓦斯突出最为严重的国家之一，至2005年，仅国有重点煤矿就有突出矿井250多对，共发生突出3万多次，其中煤巷掘进工作面突出占所有突出次数的66.2%。,原有安全技术已难以适应当前煤矿安全生产的迫切需求。,地应力,垂直应力,(Brown 煤层倾角67。，瓦斯含量20m3/t，瓦斯压力5Mpa，注水75m3 后为瓦斯压力降至2.43.9MPa，煤厚1.03m，构造煤厚0.4m。 1、注水措施无效,煤湿润角90o,构造煤未湿润； 2、受逆断层、岩浆

2、侵入、构造及构造应力影响（水平应力系数3倍）； 3、石门保护煤柱集中应力； 4、注水后瓦斯压力2.43.9MPa始突值。,煤与瓦斯突出实例及分析,顿巴斯加加林矿特大突出,1975.08.08 突出12780t（煤60%，矸石40%），瓦斯140万m3； 1977.07.05突出2807t， 瓦斯60万m3； 1983.01.14突出5000t ，瓦斯44.5万m3。,煤与瓦斯突出实例及分析,三汇坝一、二矿主平硐 三次特大突出,1975.8.8突出点情况： 突出点煤厚（构造煤）南帮5.0m;北帮0.1m；瓦斯压力0.7MPa；,距地表500m；位于F34-4逆断层下盘；煤岩破坏严重。 震动性放炮

3、揭煤，人员全部撤至地面，无其它防突措施。,煤与瓦斯突出实例及分析,三汇坝一矿主平硐突出,1988.10.16突出情况： 突出点距地表垂深445m;瓦斯压力超过3.7MPa; 受向斜与扭转构造影响以及开采应力叠加作用; 大面积构造煤。,南桐鱼田堡矿石门自行破岩突出,2002.4.7突出情况： 突出点 ：二水平818-3#溜煤斜巷 突出煤岩8729t,瓦斯93.82万m3 突出点8、9煤合层厚9.5m; 全搓揉成构造煤; 瓦斯压力2.65Mpa;该巷恰位于小向斜轴部;区域构造应力较活跃,其方向恰与煤层走向垂直;突出后打钻确定出一个断距3m走向逆断层;受开采应力叠加影响。,煤与瓦斯突出实例及分析,芦

4、岭矿自行破岩突出,煤与瓦斯突出实例及分析,芦岭矿自行破岩突出煤岩分布图,煤与瓦斯突出实例及分析芦岭矿自行破岩突出瓦斯涌出量随时间的变化,煤与瓦斯突出实例及分析,南桐鱼田堡矿 1406煤巷突出 1968.1.20. 在非爆破作业时突出，5000t煤,瓦斯350万m3。堵塞巷道549m。瓦斯逆流1621m直至进风量3600m3/min的进风井井口,波及全矿井，抽风井防爆门被冲开,工人前来关门时被瓦斯熏倒. 突出点垂深315m，煤厚2.83m,倾角30o,在保护范围内掘进时,作业正常安全,但距保护层采止线7.15m时,巷道煤壁变松,迎头和两帮发生三次片帮,距采止线2.85m时,发生这次强烈突出. 突

5、出点位于一向斜轴与一潜伏断层交会地区。,煤与瓦斯突出实例及分析,南桐鱼田堡矿1406煤巷突出,煤与瓦斯突出实例及分析,红卫矿坦井二石门与1269-1煤巷突出 1972.2.20.二石门放炮揭煤突出 突出4500t煤，138.5万m3瓦斯。瓦斯冲开风井口风门进入信号室并被炉子点燃，火焰高数十米，烧毁井口设施。瓦斯逆流到进风井地面工业广场的瓦斯浓度达0.7%, 主井井口瓦斯浓度一度达到15%,较长时间稳定在9%。 1989.3.27.1269-1煤巷突出 两突出点仅相距17m， 突出 2800t煤。 突出点距地表202m，地质构造复杂，煤层顶板倾角8o，底板倾角38o，瓦斯压力1.65Mpa，水平

6、厚度45m，煤搓揉严重，硬度低。煤巷掘进打钻喷孔、顶钻、响煤炮。,中梁山煤矿一次突出过程的考察,中梁山煤矿k10煤层是突出危险煤层。1977年11月4日进行了首次石门震动性放炮揭开该煤层发生突出过程的考察。 1 研究区的简要矿山地质特征：考察地点在南矿+290m水平西2#1/2抬高石门，k10煤厚2m，倾角65。，距地表垂深320m，瓦斯压力1.85mpa。,中梁山煤矿一次突出过程的考察,研究方法 利用四参数仪遥测与记录煤层瓦斯压力、流量、浓度、温度以及声响。两个瓦斯压力孔，一个流量孔，一个温度孔，其布置如图：,中梁山煤矿一次突出过程的考察,突出过程 研究人员先测得1#孔瓦斯压力1.85Mpa

7、,2#孔1.65Mpa,3#孔瓦斯流量0.7L/min,4#孔煤层温度21。，在完成了一系列严密准备工作之后，于1977年11月4日14时在地面遥控放炮揭煤，炮声后又听到几响冲击声和随后的风暴吹扫声以及后期多响冲击声，总回瓦斯浓度从0.5%直线上升到20%(总风量6000m3/min),瓦斯涌出量最大达1200m3/min,突出煤817t,瓦斯3.9万 m3。突出过程历经39s。,中梁山煤矿一次突出过程的考察,声响记录 震动炮声响后1.5s出现第一响冲击声,随即在2.5s,3.5s,4.0s又出现三响冲击声。第一响冲击声时，瓦斯压力、浓度、流量和温度等均无变化。从第9s到19.5s出现风暴吹扫

8、声第23.5s又一次冲击声。,中梁山煤矿一次突出过程的考察,瓦斯与温度记录:距自由面最近（5m）的2#瓦斯压力孔在1.52.5s冲击声后开始下降,距2#孔水平距离14m的1#压力孔在第6s开始下降,头3s下降缓慢,以后陡降,至0.6和0.4Mpa持续数秒又上升。流量孔在炮后2.5s出现剧增,超过量程时间恰与风暴吻合。煤温度孔第5s出现升降达十度以上的变化。,中梁山煤矿一次突出过程的考察,几点认识 震动爆破诱导突出也不是炮后立刻发生的，也有一短暂准备期。炮后1.5s出现与放炮振幅同能量级的冲击声,第2.5s3.5s和4.0s三响冲击声,表明在地应力、瓦斯和爆炸波作用下,煤岩发生破坏激起突出; 煤

9、内瓦斯潜能的释放是从距自由面近的浅部向深部扩展的,其速度约34m/s;煤体破坏先于瓦斯压力下降;承压瓦斯碎煤流的静压可达0.30.6Mpa; 参与突出的瓦斯量不仅来自突出煤本身还包含突出孔洞周围煤体的卸压瓦斯,从而强化了瓦斯风暴和增大了瓦斯涌出量。 突出过程破坏煤体伴有温度升高现象，这促进了瓦斯解吸和瓦斯能的释放。,保护层开采及其效果考察,煤矿安全规程有关规定： 矿井首次开采保护层时，必须进行保护效果及保护范围的实际考察，并不断积累、补充和完善资料，以便得出保护效果及保护范围的参数。（第189条） 对于有突出危险煤层，应采取开采保护层区域性防治突出措施。（第192条） 在突出矿井开采煤层群时，

10、应优先选择保护层防治突出措施。开采保护层后，在被保护层中受到保护的区域可按无突出危险区进行采掘作业；在未受到保护的区域，必须采取综合防治突出措施（第193条）,保护层开采及其效果考察,对于有突出危险煤层，应采取开采保护层区域性防治突出措施。（第192条） 在突出矿井开采煤层群时，应优先选择保护层防治突出措施。开采保护层后，在被保护层中受到保护的区域可按无突出危险区进行采掘作业；在未受到保护的区域，必须采取综合防治突出措施（第193条）,保护层开采及其效果考察,保护层开采及其效果考察,保护层开采及其效果考察,保护层开采及其效果考察,保护层开采及其效果考察,保护层开采及其效果考察,保护层开采及其效

11、果考察,保护层开采及其效果考察,矿井首次开采保护层时，必须进行保护效果及保护范围的实际考察，并不断积累、补充和完善资料，以便得出保护效果及保护范围的参数。（第189条）,保护层开采及其效果考察,选择保护层应遵循下列原则： 优先选择无突出危险的煤层作为保护层。矿井中所有煤层都有突出危险时，应选择危险程度较小的煤层作保护层。 应优先选择上保护层；选择下保护层开采时，不得破坏被保护层的开采条件。（第194条）,保护层开采及其效果考察,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，必须将煤（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

12、响范围，在这个范围内进行采掘工作时，必须采取综合防治突出措施（第197条）。,保护层开采及其效果考察,被保护范围的划定方法及有关参数，应根据对矿井实际考察的结果确定。正在开采的保护层采煤工作面，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之间法线距离的2倍，并不得小于30 m。（第195条）,1)、煤与瓦斯突出的发展过程及各因素的作用 （1） 煤与瓦斯突出的发展过程 煤与瓦斯突出的发生必须具备一定的能量，为了达到一定的能量水平，突出的煤体经历着能量的积聚过程，使之逐渐发展到临界破坏甚至过载的脆弱平衡状态。突出的发展过程一般可划分为四个阶段，即： 准备阶段：该阶段的特点是在

13、工作面附近的煤壁内形成高的地应力与瓦斯压力梯度。 激发阶段：该阶段的特点是地应力状态突然改变 发展阶段：该阶段具有两个互相关联的特点，一是突出从激发点起向内部连续剥离并破碎煤体，二是破碎的煤在不断膨胀的承压瓦斯风暴中边运送边粉碎。 终止阶段：,瓦斯突出机理,（2）煤与瓦斯突出过程中各因素的作用 煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力和煤的物理力学性质综合作用的结果。在通常情况下，突出的激发阶段，破碎煤体的主导力是地应力；而在突出的发展阶段，剥离煤体靠地应力与瓦斯压力的联合作用，运送与粉碎煤炭是靠瓦斯内能；煤的物理力学性质直接关系到上述瓦斯突出是否能够实现。,瓦斯突出机理,2)煤巷卸压带对煤与瓦斯突出的

14、作用机理 巷道煤层区域中应力分布状态及其划分 (1) 卸压区 (2) 集中应力区 (3) 原始应力区,瓦斯突出机理,突出预兆大体可分为三个方面： 地压显现方面的预兆有，煤炮声、支架声响、掉碴、岩煤开裂、底鼓、岩与煤自行剥落，煤壁外鼓、来压、煤壁颤动、钻孔变形、垮孔顶钻、夹钻杆、钻粉量增大、钻机过负荷等； 瓦斯涌出方面的预兆有，瓦斯涌出异常、瓦斯浓度忽大忽小、煤尘增大、煤尘增大、气温与气味异常、打钻喷瓦斯、喷煤、哨声等； 煤力学性能与结构方面的预兆有，层理紊乱、煤强度松软或软硬不均、煤暗淡无光泽、煤厚变化大、倾角变陡、波状隆起、褶曲、顶、底板阶状凸起、断层、煤干燥等等。,瓦斯突出机理,突出预测可分为区域突出危险性预测（简称区域预测）和工作面突出危险性预测（简称工作面预测）两类。 1、区域突出危险性预测 单项指标法,瓦斯突出危险性预测,2、综合指标与法 用综合指标和来预测煤层的突出危险性。 （0.0075 -3）(p-0.74) f f,