煤与瓦斯突出机理ppt课件.ppt
煤与瓦斯突出及其防治技术程远平 教授、博导,中 国 矿 业 大 学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心,煤与瓦斯突出及其防治技术讲座,第二讲,煤与瓦斯突出机理,目 录,一、煤与瓦斯突出分类二、煤与瓦斯突出机理三、煤与瓦斯突出的条件四、煤与瓦斯突出现场测定,一、煤与瓦斯突出分类,1、按突出动力现象分类,煤的突然倾出：主要由重力引起，瓦斯在一定程度上参 与倾出过程。煤的突然压出：由构造应力或开采集中引起，瓦斯起次 要作用。按形式不同，压出分为两类：突然移动，煤体整体移动，不抛出煤、不形成孔洞 突然挤出，发生在构造应力大，有软分层等条件下煤与瓦斯突出：地应力和瓦斯压力共同参与。,小 型 突 出：强度1000t/次,2、按动力现象强度分类,煤巷掘进突出：平巷、上山、下山石门揭煤突出：次数不多，但强度最大回采工作面突出竖井突出岩巷突出,3、按作业地点分类分类,二、煤与瓦斯突出机理,1、煤与瓦斯突出机理,煤与瓦斯突出机理：是煤与瓦斯突出的原因、条件及发生、发展过程。目前的突出机理理论大部分是根据现场统计资料及实验室研究提出的各种假说，主要有以下几种：瓦斯为主导作用的假说 地压为主导作用的假说 化学本质说 综合假说,瓦斯为主导作用的假说主要有：瓦斯包说；粉煤带说；煤透气性不均匀说；突出波说；裂缝堵塞说；闭合裂隙瓦斯释放说；瓦斯膨胀应力说；火山瓦斯说；瓦斯解吸说；瓦斯水化物说；瓦斯煤溶体说,2、瓦斯为主导作用的假说,地压为主导作用的假说主要有：岩石变形潜能说；应力集中说；剪应力说；振动波说；冲击式移近说；顶板位移不均匀说；应力叠加说,3、地压为主导作用的假说,化学本质说主要有：“爆炸的煤”说；重煤说；地球化学说；硝基化合物说,4、化学本质说,综合假说有：能量说；应力分布不均匀说；分层分离说；破坏区说,5、综合假说,三、煤与瓦斯突出的条件,1、突出发生的条件,煤与瓦斯突出是在地应力、瓦斯及煤结构力学性质综合作用下产生的。地应力、瓦斯压力是突出的动力，煤结构及力学性质是阻碍突出发生的因素。,2、地应力条件,地应力作用有3个：围岩或煤层弹性变形潜能做功，使煤体破坏和位移；地应力控制瓦斯瓦斯压力场；地应力控制着煤层透气性。,3、瓦斯条件,瓦斯作用有3个：压缩煤的骨架，使煤体产生潜能；吸附在微孔表明瓦斯，起楔子作用，降低煤强度；形成瓦斯压力梯度。,4、煤结构和力学性质条件,煤体和煤的强度性质(抵抗破坏的能力)、瓦斯解吸和放散能力、透气性等对突出的发动和发展都有重要的作用。,四、煤与瓦斯突出现场测定,1、中梁山煤矿石门揭煤突出,中梁山煤矿于1977年11月4日现场实测到一次石门突出，突出817t煤(矸)，瓦斯38540m3，瓦斯涌出量最大时1200m3/min，全过程延续39s。1.1 试验地点及煤层参数地点：南井290m水平南西二半抬高石门煤层：K10煤层垂深：320m,1、中梁山煤矿石门揭煤突出,1.2 突出测点布置 采用四参数仪对瓦斯浓度、温度、瓦斯流量和瓦斯压力进行遥测。,西小茅口灰岩巷,西二半抬高石门,1、中梁山煤矿石门揭煤突出,1.3 初始测定参数 一号孔瓦斯压力1.85MPa，二号孔为1.55MPa，三号孔瓦斯流量0.7L/min，四号孔煤层温度21。,西小茅口灰岩巷,西二半抬高石门,1、中梁山煤矿石门揭煤突出,1.4 揭煤突出过程实测结果,1、中梁山煤矿石门揭煤突出,1.4 揭煤突出过程实测结果,1、中梁山煤矿石门揭煤突出,1.5 对突出过程的认识 震动放炮诱导突出不是炮后立刻发生，有一个短暂的准备期；瓦斯潜能的释放是从自由面的浅部向煤体深部扩展，扩展速度约34m/s，突出过程中煤体的破坏先于瓦斯压力下降；参与突出的瓦斯量不仅来自突出煤本身，还包括突出孔周围的卸压部分的煤体；突出过程的总时间一般几十秒。,2、红色国际工会矿煤巷突出,2.1 研究区矿山地质特征“红色国际工会”矿K3煤层是顿巴斯突出最危险的煤层。自1915到1959年，该煤层共突出221次，选择西翼突出最严重区进行研究。k3煤层在537m水平产状稳定，倾角6570，厚度1.35175m，平均l.5m；煤层为复杂结构，由五个分布较稳定不同厚度的分层组成，揉皱煤分层呈带状。煤层顶板为1.0m的泥岩和0.5m的细砂岩，再往上是20m的细、粗粒砂岩。底板主要是6m左右的砂岩。区内无其它地质构造。,2、红色国际工会矿煤巷突出,2.2 研究方法,沿不突出的，厚度仅0.3m的查洛塔尔卡煤层布置考察平巷，该巷距K3突出煤层底板10m。考察巷道长90m，考察范围75m，从考察巷沿走向每隔24m向K3煤层打3个穿层钻孔，共布置40个钻孔（直径为4550mm）测瓦斯压力、16个钻孔（直径为5456mm）测量煤层压缩变形、在距煤层0.5m底板内安设仪器记录震动、在突出层巷道内安装仪器记录放炮和突出时煤块抛射速度，煤巷掘进过程中观察记录地质构造。5个钻孔在打钻穿煤时发出破裂声，强烈闷雷声，夹钻和喷煤等现象。,2、红色国际工会矿煤巷突出,2.2 研究方法,考察巷、考察钻孔及仪表安装布置,2、红色国际工会矿煤巷突出,2.3 考察结果,瓦斯压力(40个测点)煤层原始瓦斯压力沿走向分布比较均匀；瓦斯压力比较高，其值介于2.63.0MPa。,2、红色国际工会矿煤巷突出,2.3 考察结果,煤体透气性（38个测点）煤层原始透气性低，0.4622.010-4m2/（MPd）；沿走向与倾向变化都较大，可达两个数量级；最大的透气性系数与煤的鳞片化揉皱最高类型一致；在煤层透气性急剧变化地带，多数产生突出。,透气性系数,2、红色国际工会矿煤巷突出,2.3 考察结果,放炮引起突出与未引起突出，煤壁内瓦斯压力的升和降是不一样的放炮未引起突出的煤壁内瓦斯压力有升更有降，存在卸压排放瓦斯带（长达5m以上）；放炮引起突出的煤壁内瓦斯压力有升但没有降，缺失卸压排放瓦斯带。,2、红色国际工会矿煤巷突出,2.3 考察结果,震动放炮时顶底板变形和瓦斯压力变化,发生突出前，煤壁前方出现顶底板接近停滞、瓦斯压力无下降现象,2、红色国际工会矿煤巷突出,2.3 考察结果,工作面前方煤体分带,2、红色国际工会矿煤巷突出,2.3 考察结果,突出与否地段特征,无突出地段,存在三带:卸压排放带,长58m；压力集中带，长212m；原始煤体带。有突出地段,不存在三带：缺失卸压排放带,即使距工作面28m,也不见围岩接近和瓦斯压力下降,个别情况还测出瓦斯压力稍有升高。爆破引发突出后,恢复三带,但长度增加：卸压带为510m,压力集中带为5.319.5m。,谢谢大家！,
