防治煤与瓦斯突出培训材料.ppt
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1、防突部,防治煤与瓦斯突出培训材料,防治煤与瓦斯突出基础,1 矿井瓦斯的形成及在煤层中的赋存状态2 煤与瓦斯突出的分类及特征3煤与瓦斯突出的危害4矿井瓦斯喷出及预防5煤与瓦斯突出的因素和规律6预防煤与瓦斯突出的机理和预兆7预防煤与瓦斯突出的主要技术措施8我矿3号煤层突出危险性及防突措施9 发生突出预兆和突出后的避灾和现场处理措施,1.瓦斯的形成及在煤层中的赋存状态,1、瓦斯的形成:1.1矿井瓦斯:瓦斯是指在煤矿生产过程中,从煤层、岩层和采空区放出的各种有害气体的总称。甲烷(沼气)CH4、二氧化碳CO2、和氮气N2,1.2矿井瓦斯的形成:瓦斯的形成主要经历了两个时期,第一阶段从植物遗体到形成泥炭的
2、生物造化时期。特点:生物造化时期泥炭的埋藏浅,覆盖层胶结固化不好,生成的气体通过渗透和扩散 很容易排放到大气中,一般不保留在煤层内。第二阶段是变质作用造气时期。腐泥、泥炭在温度和压力为主的作用下变成为煤的过程。特点:在该阶段中由于埋藏较深且覆盖层已经固化,在温度和压力的作用下,泥炭进一步变为褐煤、烟煤、和无烟煤。,1.3瓦斯在煤中的赋存状态有三种:游离状态、吸着状态(吸附状态、吸收状态)游离状态:以自由气体状态存在于煤和岩的孔隙、裂隙等孔隙中。其含量取决于孔隙度和裂隙度的大小以及所承受的压力,游离瓦斯分子在煤体空隙中可以自由运动,并按气体定律从压力大的地方移向压力小的地方。,吸附状态:瓦斯分子
3、和煤颗粒分子之间由于分子引力作用,瓦斯分子吸附在煤体的微孔裂隙和超微孔裂隙表面,形成一层瓦斯薄膜。因此,吸附瓦斯就是滞留在煤或岩石微孔隙或者是超微孔隙表面的瓦斯。不服从气体定律。(一般情况下,随着煤的变质程度 的提高,其吸附的瓦斯的能力逐渐增加,故在其它条件基本相同时,高变质煤比低变质煤吸附瓦斯含量大。煤对瓦斯吸附量的大小,取决于煤的孔隙率,变质程度和压力,以及外界温度和压力。煤吸附瓦斯量与压力的关系是:当压力不大时,吸附量随压力增大而增加,压力越高,增长幅度越小。温度升高时,煤对瓦斯的吸附能力下降。吸收状态:瓦斯分子与煤分子团与煤分子紧密结合形成固容体是吸收状态。此时瓦斯分子的自由度更低。,
4、1.4瓦斯的性质:,1)一般特征无色、无味、无嗅的可燃气体;比重0.554比空气轻;微溶于水,具有强扩散性;遇火源时有燃烧和爆炸性,但不助燃。40%时可以使人窒息2)燃烧性和爆炸性必须有高温热源和火源引燃或引爆。甲烷浓度在5%-16%时才具爆炸性,这就是爆炸界限。实验证明,当浓度在9.5%时,由于反应最充分,所以爆炸威力最大。空气中氧气的含量要高于12%,否则即使甲烷浓度在爆炸界限以内,也将失去爆炸性。,2.煤与瓦斯突出的分类和特征,2.1瓦斯涌出:由受采动影响的煤层、岩层、及由采落的煤、矸石向井下空间均匀的放出瓦斯的现象。瓦斯涌出有三种形式:普通涌出:在一般情况下,瓦斯以慢速运移方式,自然的
5、从煤层、岩层中向井巷空间逸散,称为瓦斯涌出。瓦斯喷出:从煤体或岩体裂隙、孔洞、或炮眼中大量瓦斯(二氧化碳)异常涌出的现象。煤(岩)与瓦斯突出:在地应力和瓦斯压力的共同作用下,破碎的煤和瓦斯由煤或者岩体突然向采掘空间抛出的异常动力现象。,煤与瓦斯突出按能量来源可划分为:煤与瓦斯突出、压出、倾出。2.2突出的基本特征:实现突出的基本能源是煤所积聚的瓦斯能。抛出的固体物具有明显的气体搬运特征。在突出现场可以看到突出的煤和岩块从突出口搬至较远的地方,甚至拐了几个弯;煤、岩块的堆积角度小于自然安息角;堆积物中大的颗粒落在近处和下部,小的颗粒飘到远处并覆盖在突出物的上方,这种现象也称为分选性。突出物中呈现
6、出明显的高压气体爆炸特征。软煤被抛出后,由于其中的高压气体迅速膨胀,破碎煤体,因而突出物中含有大量的极细的粉尘。有时候突出过程还对抛出的软煤进行了重新固结和捣实,需要镐刨才能运走。,突出的空洞具有一些特殊的形状。有的呈梨形、倒瓶形,口小腔大,孔洞的轴线往往沿煤层倾斜方向延伸或与倾斜方向成一不大的角度,突出孔洞的长度约为几米到几十米。有时候则看不到突出孔洞,抛出煤体的地方充满了松散的碎煤。突出过程中伴随大量的瓦斯涌出。在突出过程中,抛出的煤量越大,涌出的瓦斯越多。当涌出的瓦斯量十分大时,瓦斯会逆着矿井的风流而行达到几十米,甚至几百米、上千米,严重地破坏矿井的通风系统和设施。,2.3 压出的基本特
7、征:压出的基本能源是煤层所积聚的弹性能,发生和实现压出的动力是地应力,瓦斯压力和重力不起决定性的作用。特点:煤发生整体位移和煤有一定距离的抛出,但位移的距离一般都很小。压出后在煤层的顶底板之间的裂隙中常留有细煤粉,煤体上有大量裂隙,压出的煤呈现块状,巷道瓦斯量增大,一般很少发生逆流,空洞为口大腔小的楔形,半圆形。2.4 倾出:基本能源是煤的重力位能,发生倾出的力量是煤的地应力。特点:倾出的煤就地按自然堆积角堆积,不显示气体搬运的特征,孔口多为口大腔小,无明显的动力效应。一般经常发生在煤质松软的急倾斜煤层中。巷道瓦斯量明显增加,时间较短,一般不会出现瓦斯逆流。E:培训资料突出.mpg,3.煤与瓦
8、斯突出的危害,突出破坏巷道和支架,突然跨落的煤打伤、掩埋工作面未能及时撤离的人员,造成人员伤亡。(煤流埋人)突出大量的瓦斯,使巷道中的氧气的浓度降低,造成人员窒息。(人员窒息)突出的高压瓦斯和煤流破坏设备和通风设施,造成通风系统混乱或者发生风流逆转,扩大灾害范围。(破坏通风系统)突出大量的瓦斯和煤尘,一旦遇到火源,就会发生瓦斯和煤尘爆炸。(引起瓦斯爆炸)突出破坏正常的生产秩序,中断生产,甚至使矿区的某些采区的资源受到破坏。(破坏生产),4.1矿井瓦斯喷出是指大量承压状态的瓦斯从煤、岩裂缝中快速喷出的现象。它是瓦斯特殊涌出中的一种形式。特点:是瓦斯在短时间内从煤、岩层的某一特定地点突然涌向采掘空
9、间,而且涌出量可能很大,风流中的瓦斯浓度突然增加。由于喷出瓦斯在时间上的突然性和空间上的集中性,可能导致喷出地点人员的窒息、高浓度瓦斯在流动过程中遇高温热源有可能发生爆炸、有时强大的喷出还可以产生动力效应并导致破坏作用。,4.矿井瓦斯喷出及其预防,4.2瓦斯喷出的分类:瓦斯喷出原因:天然的或因采掘工作形成的孔洞、裂隙内,积存着大量高压游离瓦斯,当采掘工作接近或沟通这样的地区时,高压瓦斯就能沿裂隙突然喷出,如同喷泉一样。根据喷出瓦斯裂缝呈现原因的不同,可把瓦斯喷出分成地质来源和采掘卸压形成的两大类。4.2.1地质来源 例如,四川中梁山煤矿南井在+390水平茅口石灰岩中掘进运输大巷时,当掘进工作接
10、近一处积聚着大量游离瓦斯的溶洞时,放炮时与连通溶洞的裂隙(两条各宽10100 mm)沟通引发了瓦斯喷出。当时,随炮声响起一轰鸣声,像压气管破裂似地从裂缝中大量喷出瓦斯(甲烷),“雾”气弥漫,充满整个回风巷,两小时后测得瓦斯流量为486m3min,喷出时间持续两周,共喷出瓦斯3.6105 m3。,4.2.2采掘卸压 如南桐煤矿三号层(层厚0.4m,倾角27,距地表310m)0307工作面回采了346m2时出现瓦斯涌出的“嘶嘶”声,随后出现底板破裂,裂缝宽达100mm,底板上鼓最高达0.6m,支柱折断,瓦斯突然大量喷出。喷出的瓦斯使供风量为200m3min的风流逆转距离达180 m,瓦斯浓度在50
11、以上,估计初期的瓦斯喷出量为500 m3min,4小时后为26m3min,喷出持续109小时,总喷出量为75100m3。这是典型的由卸压产生裂隙及原有构造裂隙张开形成卸压瓦斯,并因此引发的瓦斯喷出。喷出的瓦斯量和持续时间,决定于积存的瓦斯量和瓦斯压力,从几m3到几十万m3,几分钟到几年,甚至几十年。瓦斯喷出的预兆:风流中的瓦斯浓度增加,或忽大忽小,嘶嘶的喷出声,顶底板来压的轰鸣声,煤层变湿、变软等。,4.2.3 瓦速喷出的防治 加强地质工作。施工前一定要通过前探钻孔探明采掘区域与岩巷(井)前方的地质构造,溶洞裂缝的位置分布以及瓦斯的储量。预先制订好防治喷出的设计与安全措施。利用封堵、引排、抽放
12、等综合方法处理瓦斯。如果通风的方法解决不了喷出的瓦斯,则可用罩子或其它设施将喷出裂隙封盖好,并利用管路把瓦斯引排到回风巷或地面。或设置引排罩,利用管路将瓦斯排出或抽出。不能使用引排罩时,可以打钻孔抽放。当瓦斯喷出十分强烈不能采用上述方法时,必须把喷出瓦斯巷道密闭。搞好通风、严格瓦斯检查制度、防止瓦斯超限。,5.煤与瓦斯突出的因素和规律,5.1突出的因素 突出的因素有三个:地应力,瓦斯压力,煤的物理力学性质。突出是个很复杂的动力现象概括起来有三大类 瓦斯作用说。认为煤内存储的瓦斯在突出中起着主要的作用。地应力说。认为突出主要是地应力作用的结果,综合说。认为突出是地应力、瓦斯压力和煤的结构性能综合
13、作用的结果,国内外大多数学者拥护综合说。,地应力:一定深度的采掘工作面前方某点所承受的地层重力,构造应力(褶曲的轴部附近及转折点端,断层的交汇点,煤层产状突然变化处及破碎带因地质构造变化所产生的力。)采动应力(一般比原来增加2-3倍,最高达6倍)等各种自然应力的总和。在发动突出中起决定性的作用。地应力的变化对突出的影响:促使瓦斯解析,压力增高,形成高压瓦斯源。促使煤体产生破碎和位移,使煤由静态向动态转化,煤的机械强度和抵抗突出的能力降低。影响煤体的内部结构,从而影响煤的吸附性和透气性,控制瓦斯的储存和位移。,瓦斯压力:煤体内游离状态的瓦斯产生的力。瓦斯压力往往受到外界条件的影响,未受采动影响的
14、煤体内的游离态瓦斯和吸附态瓦斯处于平衡状态,当外界条件发生变化时,吸附瓦斯迅速解析,局部瓦斯压力突然升高,大量瓦斯形成瞬间高压瓦斯释放,即发生突出,如果瓦斯压力大而量小就会形成喷出。如果瓦斯压力不大而量也不大,就会形成涌出。只有煤层瓦斯含量达到103m/t,且瓦斯压力达到0.74MPa的煤层才有可能发生突出.煤的物理力学性质:煤的物理力学性质指的是煤的强度、硬度、吸附性、透气性等。在地质构造变动中遭受到破坏的煤叫构造煤,煤层结构的破坏越严重,煤的机械强度越小,煤体解吸瓦斯作用越强,煤的瓦斯放散初速度越大,构造煤的分层(软煤分层)厚度越大,其突出危险性越大。,5.2瓦斯突出的一般规律 突出发生在
15、一定深度上。随着深度增加,突出的危险性增加,这表现为突出次数增多、突出强度增大、突出煤层数增加,突出危险区域扩大。突出次数和强度,随着煤层厚度特别是软分层的厚度的增加而增多。突出最严重的煤层往往是最厚的主采煤层。突出的气体主要是甲烷,个别矿区突出气体是CO2,突出危险煤层的相对瓦斯涌出量都在10-15m3/t以上。同一煤层,瓦斯压力越高,突出危险性越大。不同煤层,瓦斯压力与突出危险性之间无直接关系。(突出与瓦斯、应力、煤结构强度等因素有关),突出煤层的特点是煤的力学强度低、变化大,透气系数小于10m2/MPa2.d。(我矿3号煤层的透气性系数为54.6-81.9 m2/MPa2.d)瓦斯放散速
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