防治煤与瓦斯突出知识.ppt

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1、全员防突知识培训讲 义,恒宇公司通风部庾 健,第一讲：防突理论基础,一、煤与瓦斯突出的概念：所谓煤（岩）与瓦斯突出，就是在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常的动力现象。,第一讲：防突理论基础,二、煤与瓦斯突出的危害：一但发生突出，将会使风流发生逆转、推翻矿车、破坏支架、突出的煤、岩、瓦斯堵塞巷道或采掘空间，给瓦斯和煤尘爆炸创造条件，极易造成人员伤亡，导致生产中断，它是煤矿安全生产压制的自然灾害之一。,第一讲：防突理论基础,三、突出煤层：防治煤与瓦斯突出规定中的填土煤层是指在矿井井田范围内发生过突出的煤层或经鉴定有突出危险的煤层梨园坝井田地质精查报

2、告对井田内各煤层突出危险性评价：M8煤层：突出严重突出煤层M6煤层：突出煤层M12煤层：弱突出煤层,第一讲：防突理论基础,四、突出分类小型煤与瓦斯突出，强度小于10t；中型煤与瓦斯突出，强度1099t；次大型煤与瓦斯突出，强度100499t；大型煤与瓦斯突出，强度500999t；特大型煤与瓦斯突出，强度等于或大于1000t。,第一讲：防突理论基础,六、煤与瓦斯突出的一般规律突出危险性随开采深度增加而增大。突出危险性随突出煤层的厚度增加而增大，突出最严重的往往是矿井的主采层。突出往往呈带状分布，突出一般发生在地质构造变化区域。突出的气体大部分是瓦斯，同一煤层中瓦斯压力高的区域突出危险性越大。大多

3、数突出都有预兆。突出往往有硬而厚的顶底板存在。由于受自重影响，由下向上掘进比由上向下突出危险性大。石门揭煤的突出强度比掘进、回采时大。,七、突出机理阐述煤与瓦斯突出发生的原因、条件极其发生、发展的过程叫突出机理。瓦斯为主导作用的假说；地应力为主导作用的假说；化学本质假说；综合假说。目前，世界各国普遍持综合假说观点。,第一讲：防突理论基础,第一讲：防突理论基础,综合假说防突理论：该观点认为，煤和瓦斯突出是由地应力、瓦斯和煤的物理力学性质等因素综合作用的结果。即煤与瓦斯突出必须具备的三个要素：地应力、瓦斯和煤的物理力学性质。A.地应力：地应力是指煤岩层的静压力、构造应力、采掘附加应力。,第一讲：防

4、突理论基础,地应力在突出中的作用主要有：围岩或煤层的弹性变形潜能作功，使煤体产生突然破坏和位移。地应力场对瓦斯压力帐起到控制作用，围岩中高的地应力决定了煤的高瓦斯压力，从而促进了瓦斯压力梯度在破坏煤体中的作用。煤层的透气性也取决于地应力状态，当地应力增加时，煤层透气性按负指数规律降低。,第一讲：防突理论基础,B.瓦斯：矿井有毒有害气体的总称，一般指甲烷（沼气：CH4），它以游离状态和吸附状态存在于煤裂隙和孔隙中。瓦斯在突出中的作用：全面压缩煤的骨架，促使煤体中产生潜能。吸附在微孔表面的瓦斯分子，对微孔起楔子作用，因而降低煤的强度。具有很大的瓦斯压力梯度，从而造成作用于压力降低方向的力。,第一讲

5、：防突理论基础,由以上三点得出：无论是游离瓦斯还是吸附瓦斯，都参与突出的发展。突出时，依靠潜能的释放，使煤体破碎并发生移动，瓦斯的解吸使破碎和移动进一步加强。并由瓦斯流不断地把碎煤抛出，使突出空洞壁始终保持着一个较大的地应力梯度和瓦斯压力梯度，致使煤的破碎不断向深部发展。,第一讲：防突理论基础,C.煤的物理力学性质（煤结构）指煤的机械强度，其主要指标有：1.破坏类型（类）2.煤的坚固性系数（普氏系数，即f值）在突出中的作用：煤结构和力学性质，与发生突出的关系很大，一般来说，煤的强度越大，受破坏程度越小，则突出的可能就越小，在突出中它将阻止突出的发生；反之，煤的强度越低，受破坏程度越高，则会协助

6、高的瓦斯压力和地应力造成更大的突出。,第一讲：防突理论基础,发生煤和瓦斯突出的必要和充分条件：煤层和围岩具有较高的地应力和瓦斯压力，并且在近工作面地带煤层的应力状态发生突然变化，使潜能有可能突然释放。有足够的瓦斯流把碎煤抛出，并且突出孔道要畅通，以便在空洞壁形成较大的地应力梯度和瓦斯压力梯度，从而使煤破碎向深部扩展。,第一讲：防突理论基础,煤和瓦斯突出的全过程：一般可以分成三个阶段，即发动、发展和停止阶段。1.在突出的发动阶段，由于外力作用（爆煤、割煤、钻进等），煤体应力状态突然变化，岩石和煤的弹性潜能迅速释放。当释放的岩石和煤的弹性潜能以及瓦斯压力足够高时，即可把煤破碎，激发突出。,第一讲：

7、防突理论基础,2.在突出的发展阶段，依靠释放的弹性潜能和瓦斯的膨胀能，使煤进一步破碎并由瓦斯流把破煤抛出。随着碎煤的抛出，使突出的空洞壁始终保持着较高的应力梯度和瓦斯压力梯度，使煤的破碎过程得以由发动中心向周围发展。3.在突出的发展阶段，依靠释放的弹性潜能和瓦斯的膨胀能，使煤进一步破碎并由瓦斯流把破煤抛出。随着碎煤的抛出，使突出的空洞壁始终保持着较高的应力梯度和瓦斯压力梯度，使煤的破碎过程得以由发动中心向周围发展。,第一讲：防突理论基础,3.停止阶段：在出现下列任一种情况时，突出即停止：激发的突出的能量已耗尽；继续放出的能量不足以粉碎煤；突出孔道堵塞，不能继续在突出空洞壁处建立高的应力梯度和瓦

8、斯压力梯度,第一讲：防突理论基础,突出的分类：突出压出倾出岩石与二氧化碳突出,第一讲：防突理论基础,八、突出的预兆 根据煤与瓦斯突出综合假说中突出三要素的关系，我们可以将煤与瓦斯突出的预兆按以下三方面划分：1.瓦斯方面表现：涌出异常，忽大忽小，闷人，煤尘增大，煤或气温变冷，空气气味异常，打钻喷瓦斯、喷煤，有哨声、风声、蜂呜声等。,第一讲：防突理论基础,2.地应力方面表现：有来压声响、支架折断、煤炮声、煤岩开裂、煤壁外鼓、片帮、掉渣、底鼓、煤壁颤动、钻烃形、打钻时顶钻或夹钻等现象。3.煤层方面表现 结构变化，层理紊乱，煤强度松软或不均匀，暗淡无光泽，煤厚变大，倾角变陡，挤压褶曲、波状隆起，煤体干

9、燥，顶底板阶梯凸起，出现断层等。,第二讲：区域综合防突措施,坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则。突出矿井采掘工作做到不掘突出头、不采突出面。未按要求采取区域综合防突措施的，严禁进行采掘活动。区域防突工作应当做到多措并举、可保必保、应抽尽抽、效果达标。执行“四位一体”防突措施的目的：使防突措施更加有的放失。提高防突措施的有效性。提高突出矿井的经济效益。,第二讲：区域综合防突措施,一、区域“四位一体”综合防突措施（一）区域突出危险性预测 区域预测一般根据煤层瓦斯参数结合瓦斯地质分析的方法进行，也可以采用其他经试验证实有效的方法。1.预测方法：瓦斯地质统计法 根据已采区域突出点分布和地质构

10、造(包括断层、褶曲、煤层赋存条件变化、火成岩侵入等)的关系，然后结合未采区的地质构造条件划分出突出危险区和突出威胁区。,第二讲：区域综合防突措施,关键要绘制好瓦斯地质图：由矿井瓦斯和地质两部分资料构成，分别由矿井地测和通风部门绘制、修改、补充和完善。地质方面的资料有：采掘进度、被保护范围、煤层赋存条件(厚度、软分层厚、高程、埋深等)、地质构造、突出点的位置等；瓦斯方面的资料有：突出强度(包括突出瓦斯量)、瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯涌出量、透气性系数、煤层突出特征参数等。并在统计分析大量瓦斯地质资料基础上，绘制各参数的等值线、分区分带线。,第二讲：区域综合防突措施,综合指标法 主要采用综合指标D和

11、K来预测煤层的突出危险性，其临界值应根据本矿区实测数据确定。综合指标D考虑了开采深度、煤层瓦斯压力及煤的坚固性系数三因素，分别表征了突出机理综合假说中的地应力、瓦斯和煤的物理力学性质三个方面；其计算依据是在总结分析国内主要突出矿井突出煤层应力状况以及瓦斯压力情况提出来的。K指标则考虑了煤的瓦斯放散初速度指标P，作为D值的附加指标。,分级预测法 根据预测范围的大小，可将煤层突出危险性预测划分为 采区区域预测、小块段区域预测、局部预测3级；上一级预测对下一级起指导作用，下一级预测对上一级进行修改、补充、完善和检验。小块段预测法 是基于煤与瓦斯突出分布呈不均衡性的特征，同时地质条件对突出的分区分带具

12、有明显的控制作用，将区域预测的范围缩小到采、准巷道圈划的小阶段内进行。4项指标：地应力指标、构造(断层、褶曲等)应力指标、煤结构指标、瓦斯指标。,第二讲：区域综合防突措施,2.区域预测结果无突出危险区突出危险区 其他未划定的区域为突出危险区，在划定的突出危险区必须采取防治突出措施。,第二讲：区域综合防突措施,（二）区域防突措施 区域防突措施是指在突出煤层进行采掘前，对突出煤层较大范围采取的防突措施。区域防突措施包括：开采保护层预抽煤层瓦斯,第二讲：区域综合防突措施,1.开采保护层 概念：为消除或削弱相邻煤层的突出或冲击地压危险而先开采的煤层或矿层。保护层开采后，其周围的煤岩层向采空区移动，采空

13、区上方岩体冒落并形成自然冒落拱，采空区下方岩体向采空区膨胀形成裂隙，使采空区上下方煤岩产生应力、透气性、瓦斯压力等变化及煤岩体移动。其作用变化顺序如下：,第二讲：区域综合防突措施,开采保护层岩层移动被保护层卸压(地应力降低、煤层膨胀变形)透气性增加、瓦斯解吸煤(岩)层瓦斯排放能力增强瓦斯排放、钻孔瓦斯流量增大瓦斯压力降低瓦斯含量减少煤体机械强度提高应力进一步降低。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

14、得小于100m；,第二讲：区域综合防突措施,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，经煤矿企业技术负责人批准，并作好记录，将煤(岩)柱的位置和尺寸准确地标在采掘工程平面图上。每个被保护层的瓦斯地质图应当标出煤(岩)柱的影响范围，在这个范围内进行采掘工作前，首先采取预抽煤层瓦斯区域防突措施。当保护层留有不规则煤柱时，按照其最外缘的轮廊划出平直轮廓线，并根据保护层与被保护层之间的层间距变化，确定煤柱影响范围。在被保护层进行采掘工作时，还应当根据采掘瓦斯动态及时修改。,第二讲：区域综合防突措施,2.预抽煤层瓦斯预抽煤层瓦斯的防突作用原理：施工抽放孔排放部分瓦斯，排出一定煤

15、粉而释放一定的地应力；通过长时间抽放，抽出部分瓦斯，从而释放一定的地应力，增高煤体强度。最终可达到消除或减少采掘过程中煤与瓦斯突出危险。,第二讲：区域综合防突措施,（三）区域措施效果检验检验原则：对预抽煤层瓦斯区域防突措施进行检验时，均应当首先分析、检查预抽区域内钻孔的分布等是否符合设计要求，不符合设计要求的，不予检验。检验方法残余瓦斯压力残余瓦斯含量顶底板位移量其他经试验证实有效的指标和方法结合煤层的透气性系数变化率等辅助指标。,第二讲：区域综合防突措施,检验结果：有效：瓦斯含量8m3/t，瓦斯压力0.74Mpa，钻孔施工无动力现象。当区域验证为无突出危险时，应当采取安全防护措施后进行采掘作

16、业，但若为采掘工作面在该区域进行的首次区域验证时，采掘前还应保留足够的突出预测超前距。只要有一次区域验证为有突出危险或超前钻孔等发现了突出预兆，则该区域以后的采掘作业均应当执行局部综合防突措施。无效：瓦斯含量8m3/t，瓦斯压力0.74Mpa，钻孔施工喷孔、卡钻等动力现象。,第二讲：区域综合防突措施,（三）区域验证石门揭煤工作面的区域验证应当选用综合指标法、钻屑瓦斯解吸指标法或其他经试验证实有效的方法进行。煤巷掘进工作面和回采工作面区域验证应当采用钻屑指标法；复合指标法；R值指标法；其他经试验证实有效的方法。,第二讲：区域综合防突措施,第二讲：区域综合防突措施,区域验证相关规定：在工作面进入该

17、区域时，立即连续进行至少两次区域验证；工作面每推进1050m（在地质构造复杂区域或采取了预抽煤层瓦斯区域防突措施以及其他必要情况时宜取小值）至少进行两次区域验证；在构造破坏带连续进行区域验证；在煤巷掘进工作面还应当至少打1个超前距不小于10m的超前钻孔或者采取超前物探措施，探测地质构造和观察突出预兆。,第三讲：局部综合防突措施,一、局部“四位一体”综合防突措施（一）工作面预测工作面突出危险性预测是预测工作面煤体的突出危险性，包括石门和立井、斜井揭煤工作面、煤巷掘进工作面和采煤工作面的突出危险性预测等。工作面预测应当在工作面推进过程中进行。采掘工作面经工作面预测后划分为突出危险工作面和无突出危险

18、工作面。未进行工作面预测的采掘工作面，应当视为突出危险工作面。,第三讲：局部综合防突措施,预测方法钻屑指标法；复合指标法；R值指标法；其他经试验证实有效的方法。钻屑瓦斯解吸指标法：根据突出三要素在煤层中的作用，主要采用反应瓦斯指标的K1值（h2）和反应应力指标SA值。K1值是瓦斯含量和瓦斯解吸特征的综合指标，即一定粒径、重量（13mm，10g）的煤样自煤壁暴露后一定时间内（一般5min）的瓦斯解吸量。,第三讲：局部综合防突措施,K1=（Qt+W）t0。5K1钻屑解吸特征,ml/g.min-0.5;Qt钻屑在t时间内的解吸瓦斯量,ml/min;tt=钻屑从煤体被切削下来计算到测定时的总时间(t=

19、t1+t2+t3),min;t1钻屑在钻内被运输的时间(用钻杆的转速,钻杆的螺距和输送效率计算出钻屑，每输送1米所需要的时间,再乘以长度L加以校正,用42 毫米电煤钻打钻时通常采用0.1*L加以校正,若使用压缩空气或水作为排粉载体,因其流速高,t1 可以不考虑,若孔径加大,0.1*L必须校正)min;t2煤样放入仪器中的准备时间(通常在2min之内),min;t3煤样放入仪器后的测量时间,min;W钻屑在t1+t2时间内已解吸出来的瓦斯量,ml/g;上式可以写成直线方程式后为 Qt=K1T0.5-W,第三讲：局部综合防突措施,SA值：钻屑量临界值用计算与现场考察相结合的方法确定。计算公式是：S

20、=Kr20 式中：K系数，一般为23倍；S钻屑量，kg/m；r钻孔半径，m；0煤密度，kg/m3。,第三讲：局部综合防突措施,瓦斯峰波预测法 瓦斯峰波预测的基本条件是：采掘工艺不变；坚持正规循环作业；风量、风流稳定,以回风流探头为准,且探头距回风口位置不变。,第三讲：局部综合防突措施,（二）工作面防突措施 工作面防突措施是针对经工作面预测尚有突出危险的局部煤层实施的防突措施。其有效作用范围一般仅限于当前工作面周围的较小区域。工作面措施分类：石门揭煤措施：扩孔卸煤钻孔、金属骨架、高压注水、水力冲孔、超前钻孔。煤巷掘进措施：水力冲孔、超前钻孔、松动爆破、超前支护、掩护挡板、高压注水。回采措施：超前

21、钻孔、超前支护、掩护挡板、卸压槽、高压注水、浅孔松爆。,第三讲：局部综合防突措施,（三）工作面防突措施效果检验钻屑指标法；复合指标法；R值指标法；其他经试验证实有效的方法检验孔应当不少于3个，深度应当小于或等于防突措施钻孔。如果煤巷掘进工作面措施效果检验指标均小于指标临界值，且未发现其他异常情况，则措施有效；否则，判定为措施无效。,第三讲：局部综合防突措施,（四）安全防护措施 安全防护措施分为两大部分,一是安全技术措施,二是安全防护设施。1.安全技术措施：震动放炮、远距离放炮等,2.安全防护设施：压风自救装置、压缩氧自救器、避难硐室、反向风门与防护挡栏等。,第三讲：局部综合防突措施,在突出煤层

22、中进行采掘活动时，必须要有完好、独立的通风系统，并符合下列要求：1.采掘工作面独立回风进入分区通风系统。2.进风流稳定、可靠。任何区段不允许突出工作面回风向进风渗漏。使用局扇正压通风时,有足够的富余风量。一台局扇向2个地点供风，其中1个不作业的用风地点风量不大于总风量的20%,并不得影响防突头正常通风安全需要。,第三讲：局部综合防突措施,3.防突头面回风系统必须畅通，要求有足够的通风断面，严禁采用立眼通风。回风系统不得设置控风设施，特殊情况下只能设置低强度的控风设施，不得堆积杂物。4.防突区域内，在风筒穿过风门的地方应设有防逆流盖板的铁风筒，风门处调风窗必须设置防逆流盖板，水沟、管线孔不得留有

23、空洞。,第三讲：局部综合防突措施,5.通风系统(包括相邻巷道关系和采掘动态)必须绘制准确。所有通风设施、安全设施(包括压风自救、隔爆水袋、避灾峒室等)、警界位置、放炮地点、通讯、遥测、救护基地等绘制齐全，并做到图文与现场一致。6.突出煤层严禁串联通风。7.人工刷大立眼，过突出煤层应采取由上向下一个方向刷大施工，不准相向施工。且采取下行风，立眼下口负压高于上口负压。,第三讲：局部综合防突措施,突出危险区设置反向风门时，必须遵守下列规定：1.风门墙垛材料要求:(1)可采用砖、料石或混凝土砌筑。(2)采用标号400号及其以上水泥。(3)采用中砂、粗砂河砂，或粗石粉。(4)采用矿井生产用水,不得含有油

24、脂等杂物。,2.风门墙垛建造要求:(1)8#（K3）防突头面，石门揭突出煤层巷道墙垛厚度不得小于1m。其余地点风门墙垛厚度不得小于0.8m。(2)嵌入巷道周边实体煤(岩)深度，煤巷不得小于0.5m,岩巷不得小于0.2m（全岩巷不便掏槽，可采用墙垛内部加金属骨架，骨架孔间距不大于1m，深0.3m以上，采用38mm以上钢钎，长0.6m以上，一端插入孔底，一端嵌在墙垛内）。对于松散煤岩体的巷道，可采用加打钢筋对周边锚固。(3)要预留管、缆、线、风筒孔。不准墙垛做好后，在墙垛上打孔破坏墙垛。暂时不用的管、缆、线孔可用木塞堵塞。,第三讲：局部综合防突措施,第三讲：局部综合防突措施,(4)采用石粉，砂浆配

25、合比水水泥石粉为0.3134。(5)砖缝、料石缝砌筑时要灌满砂浆，不准有空缝、重缝。(6)养护期原则上达到28天后才准采掘施工，最少不少于7天。,第三讲：局部综合防突措施,3.门框、门扇材料要求:(1)采用坚实的木质结构，门框可采用钢材。(2)采用木材，门框厚度不小于150mm150mm。采用等边角钢，角钢为7.5号，边厚10mm以上。(3)门板厚度不小于5Omm（不得采用两块及以上薄木板满足）。(4筋带材料为，扁钢宽厚为8Omm10mm，角钢为8/5号(采用边厚7mm)或槽钢为8号。,第三讲：局部综合防突措施,4.门框、门扇建造要求:(1)门框在建造墙垛时预埋，要与墙体结合牢固。(2)门扇木

26、板采用纵向槽接。(3)每扇门扇至少设2组筋带，每组筋带为扁钢和角钢或槽钢组成。(4)连接门扇和门框的绞链必须牢固，宜采用直径2Omm以上的圆钢。,第三讲：局部综合防突措施,5.风门必须用木方或混凝土现浇注设置底砍。6.每组防突风门必须设置两道及其以上，两道风门之间的距离不得小于4m。7.防突风门距掘进工作面的距离和防突风门的组数，要根据掘进工作面通风系统和预计突出强度确定。在通风系统允许情况下,8#(K3)掘进工作面，防突风门距掘进工作面的距离不得小于300m,7#、Kl、K2等薄煤层不得小于150m。,第三讲：局部综合防突措施,8.防突风门建造必须有设计，并经矿总工程师审批。9.掘进工作面的

27、防突风门除执行放炮作业时关闭外,其余时间必须打开。,第三讲：局部综合防突措施,突出工作面应在井下设避难所或压风自救系统，根据具体情况，可设置其中之一或混合设置.压风自救系统的要求:(1)压风自救系统安设在井下压缩空气管路上。,第三讲：局部综合防突措施,(2)压风自救器的设置地点：8煤层采煤工作面、7及K1倾斜或急倾斜煤层采煤工作面进风巷有人作业地点，回风巷每50m；7煤层缓倾斜采煤工作面距工作面2540m的巷道内；有突出威胁放炮地点、撤离人员与警戒人员所在的位置。掘进巷道的回风巷内每50m安设一组压风自救器。,第三讲：局部综合防突措施,(3)每组压风自救器一般可供48人使用，压缩空气供风量，每人不得少于0.1m3/min。（4）采、掘防突头面的压风，除工作面生产装备末端可关闭外，其余任何开关、闸门不准关闭。特殊情况处理故障、检修要关闭，必须经安全副矿长或总工程师批准。控制作业设备的用风闸门必须设在供气管末端。关闭作业设备用风时，不得关闭压风自救器用风。,