平巷(煤层平巷)突出.ppt
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1、1,44 平巷(煤层平巷)突出 与石门突出相比,煤巷突出不仅平均强度降低,而且典型突出在动力现象中所占的比重大为减少。其主要原因是,从地应力方面看,由于煤巷工作面前方煤体往往缺少像石门那样的硬岩约束,所以有一个卸压带,地应力较低。从瓦斯方面来看,煤巷工作面前方煤体内的瓦斯压力及其梯度均较小,从而煤内所积累瓦斯能一般较石门条件下低得很多。在特殊情况下,也可以产生特大型突出。,2,实例 1967年3月14日,北票矿务局三宝一井175m水平2石门西9B煤层平巷掘进接近煤门时发生突出。该区小断层小褶曲发育,大面积火成岩侵入强烈,使9B煤层顶板变成厚达12m的火成岩,底板为火成岩和砂页岩,靠近顶板7m厚
2、的煤层为变质煤,底部为正常煤(厚45m)。煤层倾角25。煤巷断面为5.5m2,为预防突出,打排放瓦斯钻孔8个,孔径75mm,孔深6.310m,平均深8m多,排放17天后向前掘进3.8m,此时距31/2石门还有12m煤柱,工作面发现煤炮声连续不断,在10min内可以听到82响。,3,突出前在工作面打炮眼10个,深度为1.0m。放炮声响后,约45min感到两次强烈震动,发生了突出。工作面前方至31/2石门之间的12m煤柱全部被摧毁,两巷被突出孔贯通,两巷都积有突出物,,几乎全部充满煤粉的长度210m,突出煤量1500t,瓦斯10万m3以上。显然两巷掘进的集中应力与地质构造应力的叠加以及瓦斯和应力的
3、约束条件是造成这次特大型突出的主要原因。,4,上山突出 上山掘进中,倾出所占的比重明显增多,这说明了煤的自重在动力现象中起重要作用。实例 1973年5月2日,六枝矿务局六枝矿五采区中巷上山倾出。该上山沿7号煤层掘进,煤层倾角55,煤厚4m,。附近有一压扭性断层,煤质松软,岩石破碎。倾出前发现煤壁掉渣,决定加强支护。支架时煤层来压,支架发出响声,随即倾出。倾出的煤全部为碎煤,无分选现象,堆满上山巷道,孔洞沿倾斜向上伸延、孔洞倾角与煤层倾角相同,倾出孔洞与上顺槽贯通。倾出煤炭500多t,瓦斯量末测定。倾出点距地表深144m。,5,6,4.下山突出 下山掘进所发生的动力现象只有两种类型,突出与压出,
4、没有倾出。次数也最少。实例:天府矿务局磨心坡矿峰区沿9号煤层掘进临时斜井,向下掘至距地表374m时发生突出。突出煤炭121t,瓦斯11万m3。该处煤层倾角59,斜井掘进坡度30,煤层厚度4.5m,附近地质构造正常。突出4天前发现煤变软、层理紊乱,底板柱窝有水浸出,顶板裂缝有咝咝声并有“冷气”喷出,临突出前手镐落煤时听到类似跑车的“轰轰”声,紧跟着一声巨响而突出。煤抛出17.5m远,上面5m为煤粉和碎煤;下面为直径50mm的小块煤和大块煤。突出后22小时仍听到工作面有连续的巨响,同时从底板涌出含有H2S的水。,7,8,5采煤工作面突出 我国在急倾斜的回采工作面很少发生突出现象。但是在缓倾斜和近水
5、平煤层,回采工作面压出的次数较倾斜煤层明显增多,倾出与典型突出都比较少见,这是因为后退式采煤回采之前,瓦斯得到一定程度的排放。全部陷落顶板管理方法,地压显现比较活跃、周期来压、放顶不及时以及悬顶过大等都可能诱发压出。回采工作面压出的平均强度虽然不大,但是由于采煤工作面人员较多,对人身安全及生产的影响是很大的。回采工作面的压出表现出明显的区域性,即压出往往比较集中地发生在为数不多的几个采区中的某局部区域内,不仅次数多而且强度也比较大,每次从数十吨到数百吨。,9,45 突出发生的一般规律 根据重庆、北票、红卫、焦作、六枝和阳泉等矿区的统计资料,突出的发生有如下规律:1突出发生在一定的深度上。开始发
6、生突出的最浅深度称为始突深度,一般它比瓦斯风化带的深度深一倍以上。随着深度的增加,突出的危险性增高,这表现在突出的次数增多,突出的强度增大,突出煤层数增加、突出危险区域扩大(从点突出发展到多点突出甚至再发展到几乎点点突出)。始突深度标志着突出需要起码的地应力与瓦斯压力。,10,2.突出的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。突出最严重的煤层一般是最厚的主采煤层。3.突出的气体种类主要是甲烷,个别矿井(吉林营城、甘肃窑街)突出二氧化碳,突出煤层的瓦斯含量、开采时的相对瓦斯涌出量都在10m3/t以上,即突出都发生在高瓦斯矿井内。4.突出煤层的特点是煤的力学强度低(f0.8)而且变化
7、大,透气性差(透气系数10m2/(MPa2.d);瓦斯放散初速度高(P15f);湿度小,层理紊乱、遭受过地质构造力严重破坏的“构造煤”。,11,5.突出危险区呈带状分布,这是因为影响突出的主要因素受地质构造控制的缘故;而地质构造具有带状分布的特征。向斜轴部地区、向斜构造中局部隆起地区、向斜轴部与断层或褶曲交汇地区、火成岩侵入形成变质煤与非变质煤交混或邻近地区、煤层扭转地区、煤层倾角骤变、走向拐弯、变厚特别是软分层变厚地区、压性、压扭性断层地带、煤层构造分岔、顶、底板阶梯状凸起地区等都是突出点密集地区、也是大型甚至特大型突出地区。6.受煤自重影响,由上前方向巷道方向的突出占大多数,从下方向巷道的
8、突出为数极少。突出的次数有随着煤层倾角增大而增多的趋势。,12,7.采掘工作往往可激发突出,特别是落煤与震动作业。据我国7765次突出的统计资料,放炮引起的突出占55;打钻占2.5,风动工具占7.8,手镐作业占12.6;水力落煤占1.4,机组采煤占0.8(以上落煤作业总计达6194次占80),其他作业占2.3;突出前没有作业的仅56次占0.7。其中放炮诱导突出作用最强,因为它既有“深揭”作用,又产生较大的震动作用。使内部煤体突然解除约束变为表面状态,激起煤体破碎。甲烷突出有时有延期性,对安全威胁严重。,13,8绝大多数突出都有预兆。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、
9、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、气温与气味异常、打钻喷瓦斯、喷煤、哨声蜂鸣声等;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。例如,据红卫煤矿统计,在61次突出中,仅发现瓦斯与地压预兆110次,平均每次突出预兆有2种,仅有6次突出未发现瓦斯与地压预兆。,14,9突出危险性随着有硬而厚的围岩(硅质灰岩、砂岩等)存在而增高 10从巷道类型与突出危险性的关系上看以石门为最
10、危险。它的平均突出强度都在数百吨以上,瓦斯喷出量超过数万m3,波及范围广,易造成非常严重的重大事故。而且从石门工作面距煤层2m起至穿过煤层全厚而进入顶板或底板2m止,整个揭穿过程都有危险,也曾发生过,仅2m厚煤层在石门揭穿过程中突出两次的实例。因此,局总工程师和有关人员对此类工程必须慎之又慎,把好关,掌握好地质情况,工程进度,保证岩柱厚度的规定尺寸,预先测定突出参数,严防误穿突出煤层。,15,46 突出机理研究 解释突出原因和突出过程的理论称为突出机理。突出是个很复杂的动力现象,至今巳提出许多假说,概括起来有三大类:第一类是瓦斯作用说。,第二类是地应力说。第三类是综合说。认为突出是地应力、瓦斯
11、压力和煤的结构性能综合作用的结果,国内外大多数学者拥护综合说。但是对于突出过程是怎样进行的?三种因素是如何作用的?综合学说并没有完全说清楚。现场有些突出现象也无法解释。如延期突出,突出孔洞的形成过程,过煤门突出等等。这里介绍一种最新的突出理论-球壳失稳假说。,16,球壳失稳假说,煤与瓦斯突出的实质是地应力破坏煤体,煤体释放瓦斯,瓦斯使煤体内的裂纹扩展并使形成的球盖状煤壳失稳破坏,将原本具有一定支撑能力的表面破坏煤体抛向巷道,迫使地应力峰移向深部,继续破坏后续煤体这样一个连续发展的过程。这一结论称为煤与瓦斯突出机理的球壳失稳假说。,17,突出过程中煤体内能量的耗散规律,用热力学第一定律对上述每一
12、过程进行能量分析可得:由地应力产生的弹性潜能消耗在煤体的破碎上,增加了煤体的表面能,为煤体释放瓦斯创造了条件,但真正决定煤体能否突出的是煤体破裂后初时刻释放的瓦斯膨胀能,简称为初始释放瓦斯膨胀能。(与地应力,瓦斯压力及煤体强度有关),18,突出模拟试验,19,20,21,22,23,石门揭煤突出预测模型及预测方法,特征:1.阻挡层;2.瓦斯压力远比重力大。,24,理想石门揭煤模式:阻挡层为致密而坚硬的岩石,揭煤前,煤层中的瓦斯没有任何泄漏。,25,突出模拟装置示意图,在理想石门揭煤条件下,影响煤层突出的因素只有地应力,瓦斯压力,煤体强度及软煤厚度。,26,完整煤芯取煤器,27,打钻取样,28,
13、取出的煤样,29,突出,30,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和预抽煤层瓦斯两类。开采保护层分为上保护层和下保护层两种方式。预抽煤层瓦斯可采用的方式有:地面井预抽煤层瓦斯以及井下穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯、穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯、顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯、穿层钻孔预抽石门(含立、斜井等)揭煤区域煤层瓦斯、顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯等。预抽煤层瓦斯区域防突措施应当按上述所列方式的优先顺序选取,或一并采用多种方式的预抽煤层瓦斯措施。,46 区域综合防突措施,31,46区域综合防突措施,开采保护层,32,
14、选择保护层必须遵守下列规定:(一)在突出矿井开采煤层群时,如在有效保护垂距内存在厚度0.5m及以上的无突出危险煤层,除因突出煤层距离太近而威胁保护层工作面安全或可能破坏突出煤层开采条件的情况外,首先开采保护层。有条件的矿井,也可以将软岩层作为保护层开采;(二)当煤层群中有几个煤层都可作为保护层时,综合比较分析,择优开采保护效果最好的煤层;(三)当矿井中所有煤层都有突出危险时,选择突出危险程度较小的煤层作保护层先行开采,但采掘前必须按本规定的要求采取预抽煤层瓦斯区域防突措施并进行效果检验;(四)优先选择上保护层。在选择开采下保护层时,不得破坏被保护层的开采条件。,46区域综合防突措施,33,开采
15、保护层区域防突措施应当符合下列要求:(一)开采保护层时,同时抽采被保护层的瓦斯;(二)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;(三)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,并不得小于100m;,46 区域综合防突措施,34,保护层采煤工作面超前于被保护层掘进工作面示意图,区域综合防突措施,35,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
16、(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。,区域综合防突措施,36,保护层和被保护层开采设计依据的保护层有效保护范围等有关参数应当根据试验考察确定,并报煤矿企业技术负责人批准后执行。首次开采保护层时,可参照附录D确定沿倾斜的保护范围、沿走向(始采线、终采线)的保护范围、保护层与被保护层之间的最大保护垂距、开采下保护层时不破坏上部被保护层的最小层间距离等参数。,区域综合防突措施,37
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