煤与瓦斯突出分类及其规律.ppt

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1、煤与瓦斯突出分类及其规律,2013年4月,主要内容：一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害。二、煤与瓦斯突出机理。三、煤与瓦斯突出规律及预兆。,案 例,1983年1月22日地质人员在检查施上现场发现异常变化后，提出工作面可能穿越煤层，要求在探明无煤后才能继续掘进的书面意见，但未引起有关领导同志的重视，也未采取任何措施。1月24日，皮带运输机上山掘到561米处。8时30分开始打眼，第一个炮眼深1.8米，见煤长度0.6米，以后打的5个炮眼也见煤。10时40分，打完20个炮眼，装药5.1公斤。装药前工作面瓦斯浓度为0.42，在无任何安全技术措施的情况下，于11时15分放炮，引起煤与瓦斯的特大强度突出，突

2、出煤量5000立方米，瓦斯55万立方米。突出的煤炭和岩石沿皮带运输机上山冲向下车,案 例,场，堆积至二井平峒，在长达1200米的巷道内，745米长的巷道三分之二的断面被堵塞，突出瞬时风流逆向，高浓度瓦斯充满施工井巷并通过与生产共用的280水平平峒进入三汇一井运输大巷和平区，又通过施工临时上山进入该井46.5水平运输巷和北翼采区，使灾区47人被困，三汇一井229名工人受阻。经过紧急抢救，除被困的47人中有12人遇难外，61人轻度窒息。事故直接经济损失约33万元。二、事故原因分析 1.错误地根据原有地质资料和设计文件认为皮带运输机上山只在岩层中掘进，穿过F4断层，不穿煤层。加之施工管理的盲目性，从

3、指导思想上就放弃了预防措施。在编制两条上山的施工组织设计时，没有提出掘进时的防灾措施；编制作业规程时，没有提出遇断层时探明层位、防止煤和瓦煤突出问题，也未从技术上采取任何措施。,案 例,2.施工中遇F4断层后，发现地质构造发生异常变化，又未采取任何措施，直到皮带运输机上山工作面炮眼穿媒后，也未采取任何安全措施，未撤离人员就违章放炮，诱导了煤和瓦斯突出。3.盲目突击生产，不分条件，不讲科学，片面号召谁先完成任务谁先放假过春节，以致出现包任务，不包安全，抢任务违章作业现象。当施工现场险情十分明显时，既未落实排隐患抢险的安全措施，又未制止不顾后果的违章放炮。,案 例,三、防止同类事故的措施 1.认真

4、执行已定的施工措施和作业规程的编制审查制度，严格监督检查，当生产条件变化时，要及时修改补充，重新核批。2.必须结合井下工程施工实际，编制好矿井灾害预防与处理计划。针对施工中可能出现的瓦斯突出隐患，制订防隐患排除的技术安全组织措施，并交生产管理人员和生产工人贯彻实施。3.加强施工现场的技术管理工作，做到情况明，措施准，排除隐患及时，从生产管理上全面落实“安全第一，预防为主”的方针。,一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害,煤与瓦斯突出的相关概念及特点1.什么是煤与瓦斯突出？煤矿在采掘过程中，在地应力和瓦斯（二氧化碳）的共同作用下，破碎的煤（岩）和瓦斯（二氧化碳）由煤（岩）体内突然向采掘空间抛出的异常

5、动力现象，叫做煤与瓦斯突出。煤与瓦斯突出是矿井瓦斯涌出的一种形式。是一种非正常的涌出。,一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害,2.什么是突出矿井和突出煤层？突出矿井：是指在矿井开拓、生产范围内有突出煤层的矿井。突出煤层：是指在矿井井田范围内发生过突出的煤层或者经鉴定有突出危险的煤层。3.煤与瓦斯突出的主要特点 煤与瓦斯突出后，会喷出大量的瓦斯和煤尘，突出时间短，一般持续几分钟或几秒钟。,一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害,破碎的煤（岩石）常常被抛出一定的距离。使突出地点人员窒息死亡或被埋、卷走，巷道被 堵塞或冲垮。突出后在煤（岩）体内，往往形成大大小小不同、形状不一的孔洞。突出时，常常伴有猛烈响

6、声和强大的动力效应。（动力效应就是突出所形成的冲击波能破坏支护、推倒矿车、移动巨石等的一种动力现象）喷出的瓦斯量大大超过煤层的瓦斯含量，往往有几千立方米到几万甚至几百万立方米。,一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害,突出过程中，不得能顺风流向回风方向冲击，而且常常发生瓦斯逆流现象（即突出的瓦斯流沿着进风风流的反方向流动），有的逆流很远，可以达到几百米甚至上千米；冲击波能破坏通风系统，改变风流方向，造成通风混乱，不利于人员的撤退和救灾。煤与瓦斯突出后的高浓度瓦斯，开始不会爆炸，但在一定的供氧条件下，遇火则到燃烧；待瓦斯浓度降到爆炸界限内时，遇火源则会爆炸，因此，突出矿井的火源管理非常管理重要。煤与

7、瓦斯突出后，可能在同一地点发生第二次、第三次甚至更多次突出。,一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害,煤与瓦斯突出的分类1.煤与瓦斯突出分类的方法煤与瓦斯突出分类方法有两种：一是按突出现象的力学特征分类；二是按突出强度分类。2.按突出现象的力学特征分类共分三类：煤与瓦斯突出（简称突出）；煤突然压出并涌出大量瓦斯（简称压出）；煤突然倾出并涌出大量瓦斯（简称倾出）。煤与瓦斯突出（简称突出）发生煤与瓦斯突出的主要因素是地应力和瓦斯压力的联合作用，通常以地应力为主、瓦斯压力为辅。实现突出的基本能量是煤体内积聚的高瓦斯能量。,一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害,2.按突出现象的力学特征分类 煤与瓦斯突出（简

8、称突出）突出现象的基本特征有以下几方面：突出的固体物具有气体搬运的特征。突出的煤有明显的分选性，由外向突出点的煤的颗粒度由粉末状到煤块逐渐增加（即先是煤粉，其后是细颗粒的煤，再后是粗颗粒的煤或块煤）；煤（岩）被 高瓦斯气流运至远处，随巷道而拐弯，煤炭堆积的坡度小于煤的自然安息角。突出的固体物具有被高压气体粉碎的特征。大量的极细的煤炭粉末是突出时煤炭被高压瓦斯膨胀粉碎的结果，有时突出固体物被捣固压实，需要用风镐或手镐来清理。,一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害,突出的大量的瓦斯（二氧化碳）喷出，有瓦斯逆流现象。突出的强度越大，瓦斯逆流越远，100t以下的突出一般为几十米，1000t以下的大型突出

9、的瓦斯逆流达几百米、甚至达千米；超过1000t的特大型突出的瓦斯逆流可达千米至数千米以上，严重破坏矿井通风系统。突出的孔洞口小内大，通常为梨形或倒瓶形状。突出中心线沿煤层倾斜方向向上延伸或与煤层倾向线成不大的夹角，一般长度为几米到几十米，有时可能看到到孔洞，主要是被突出时位移的煤或碎煤所充填。,一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害,煤突然压出并涌出大量瓦斯（简称压出）发生与实现煤压出的主要因素是煤层受采动压力影响所产生的地应力，瓦斯压力和煤的自重力是次要因素。压出的基本特征是：压出的固体物按弹性能释放的方向堆积，即压出的煤炭堆积在原来的位置，或在煤的自重力的参与下稍有偏移；煤炭堆积坡度一般小于自

10、然安息角。压出的煤为大小不同的碎块，杂乱无章；有时煤整体位移，向外鼓出。压出时往往出现楔形、缝形或袋形等形状的孔洞，口大肚小，外宽内窄，深度一般为几米，多数压出看不到孔洞。,一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害,压出时有大量的瓦斯（二氧化碳）涌出，有时从煤层或岩的裂缝喷出瓦斯（二氧化碳），一般没有瓦斯逆流现象。发生压出时的瓦斯（二氧化碳）压力可推走设备和破坏支护。煤突然倾出并涌出大量瓦斯（简称倾出）发生倾出的主要因素是地应力，即结构松软、富含瓦斯、仙聚力小的煤（岩），在较高的地应力的作用下突然被破坏，失去平衡，为其能量的释放创造了条件。实现突然倾出的主要动力是失稳煤体的自重力。倾出的基本特征有以

11、下几点：,一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害,倾出的煤按重力方向堆积，即煤堆积在原来的位置的下方，煤堆积的坡度小于自然安息角。倾出的煤为大小不同的碎块，杂乱无章。倾出一般都有规则的孔洞，一般为舌形、梨形或袋形等口大内小的形状；孔洞轴线沿煤层倾斜方向延伸，其倾角一般大于45，位于原集中应力带内，孔洞的深度一般为几米至数十米。倾出时有大量的瓦斯（二氧化碳）涌出，但一般没有逆流现象。,一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害,3.按突出强度分类突出强度：是指每次发生突出现象所抛出的煤（岩）数量（一般以t 为单位）和涌出的瓦斯（二氧化碳）量（以m3为单位）。由于在突出时，统计和计算瓦斯（二氧化碳）的量比较困

12、难，所以通常以煤（岩）数量作为划分突出的主要依据。小型突出：突出的煤（岩）数量小于100t；中型突出：突出的煤（岩）数量为100500t；大型突出：突出的煤（岩）数量为5001000t；特大型突出：突出的煤（岩）数量大于1000t；,一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害,煤与瓦斯突出的危害主要有以下几方面1.矿井中一旦发生煤与瓦斯突出，大量的煤岩固体物和瓦斯气体即以极快的速度喷出，巨大的冲击力会破坏井巷设施和装备。2.冲出的煤（岩）会堵塞巷道，埋压人员的阻绝人员撤出。3.煤与瓦斯突出会使通风系统遭到严重破坏，风流逆转，使众多的人员窒息、死亡。4.突出的瓦斯遇火还可能引发瓦斯爆炸、燃烧事故，造成井

13、毁人亡的特大灾害事故。,二、煤与瓦斯突出机理,煤与瓦斯突出机理解释突出的原因和突出过程的理论称为突出机理。煤与瓦斯突出是一种受多因素影响的、极其复杂的动力现象，对煤与瓦斯突出发生的原因至今还没有统一的认识，研究者提出了许多假说，总的来讲可归纳为以下3种。1.瓦斯作用说瓦斯作用说认为煤与瓦斯突出的主要动力来源于高压瓦斯，即认为煤与瓦斯突出是因为采掘工作面接近或沟通了存储有大量高压瓦斯的区域（地点）时，高压瓦斯突出喷出造成的。,二、煤与瓦斯突出机理,2.地压作用说地压作用说认为煤与瓦斯突出是地压作用的结果。地压包括岩石静压力、地质构造力和采掘过程中形成的集中压力等。在地压作用下，煤层处于弹性变形状

14、态，积蓄着很大的潜能，当采掘工作接近或进行这些区域（地点）时，弹性潜能突然释放，使煤体破碎、抛出而发生突出。3.综合作用说综合作用说认为煤与瓦斯突出是地压、瓦斯（包括瓦斯压力、含量和吸附瓦斯瞬时解吸速度等）、重力（主要是指急倾斜煤层而言）和煤的物理性质（包括煤的强度和破坏类型）综合作用的结果。目前国内外大多学者认为综合作用说更切合实际。,二、煤与瓦斯突出机理,煤与瓦斯突出的过程煤与瓦斯突出的过程，一般可划分为四个阶段：准备、发动、抛出和停止阶段。1.准备阶段。在此阶段经历着两个过程，即能量积聚过程和阻力降低过程。能量积聚过程是地应力集中，煤体受压，煤体的弹性增加，孔隙压缩，使瓦斯压缩能提高。阻

15、力降低过程是因采掘后使煤体由三向受力状态变为两向甚至单向受力状态，煤的强度骤然下降，经过以上两个过程后，煤体内显现出有声和无声的预兆。,二、煤与瓦斯突出机理,2.发动阶段。在此阶段，极限应力状态的部分煤体突然破碎卸压，发出巨响和冲击，使瓦斯作用在突然破裂煤体上的推力向巷道自由方向增加几倍至几十倍，这时膨胀瓦斯流开始形成，大量吸附瓦斯进入解吸过程，加强了流速。3.抛出阶段。在这个阶段中，破碎的煤在高速瓦斯流中呈悬浮状态流动，这些煤在煤体内外瓦斯压力差的作用下被破碎成更小粒度，撞击与摩擦也加大了煤的粉化程度，煤的粉化又加速了吸附瓦斯的解吸作用，增加了瓦斯风暴的搬动力。这时瓦斯流连同碎煤从煤体内以极

16、短的时间抛出并形成强大的动力效应，随,二、煤与瓦斯突出机理,着碎煤被抛出和瓦斯快速喷出，突出孔壁内的地应力与瓦斯压力分布进一步发生变化，煤体内由于瓦斯排放，瓦斯压力下降，致使地应力增加，导致破碎区连续地向煤体深部扩展，又进入阶段，当条件具备时，即发生第二次、每三次突出。4.停止阶段。当突出孔洞发展到一定程度时，由于堆积的突出物的堵塞和地应力的分布满足了成拱静力平衡条件，导致突出停止，但这时，煤的突出虽然停止了，异常的瓦斯涌出还要持续相当长的时间。这就形成了突出的瓦斯量大大超过煤的瓦斯含量的现象。,24,安全监控T1甲烷传感器趋势图1:37:30由0.4%开始增加至1:44:15的0.9%，然后

17、降到0，再升到0.9%，直至1：47突出。从预兆到突出近9分钟。瓦斯增大 煤体位移 进一步解吸 煤、瓦斯流突出,三、煤与瓦斯突出规律及预兆,煤与瓦斯突出一般都有一定的规律和预兆，了解和掌握突出的规律的预兆，能有效地预防和防止突出事故的发生。煤与瓦斯突出的规律1.随着开采深度的增加，突出的危险性增大。主要表现为突出次数增多、突出强度增大、突出煤层增多和突出危险区域扩大。2.突出次数和突出强度随煤层的厚度，特别是软分层的厚度增大而增加，突出最严重的煤层往往是最厚的主采煤层。3.突出的气体主要是甲烷，少数情况是二氧化碳。4.煤体破坏程度越严重，煤的硬度越小，突出危险性越大。一般情况，煤层增厚时容易突

18、出，合层时也容易突出。,三、煤与瓦斯突出规律及预兆,5.由下向上的突出较多，由上向下的突出极少。突出的危险性随着煤层倾角的增大而增加。6.突出多发生在地质构造附近，如断层、褶曲、扭转和火成岩侵入区附近。90以上的突出(石门突出除外)发生在向斜轴部、扭转地带、断层和褶曲附近。7.突出多发生在集中应力区，如巷道的上隅角，相向掘进工作面接近区域，煤层留有煤柱的相对应上、下方煤层处，回采工作面的集中应力区内掘进，等等。8.大多数突出发生在放炮和落煤工序。放炮后没有立即发生的突出，称延期突出。延迟的时间由几分钟到十几小时，它的危害性更大。,三、煤与瓦斯突出规律及预兆,9.突出发生在掘进工作面较多，回采工

19、作面较少。10.突出与煤层的瓦斯含量和瓦斯压力之间没有固定的关系。瓦斯压力低、含量小的煤层可能发生突出；压力高，含量大的煤层也有可能不突出。因为突出是多种因素综合作用的结果。突出危险煤层在开采时的相对瓦斯涌出量一般都在10m3/t以下，突出发生的瓦斯压力一般都在0.74MPa以上。11.突出煤层的顶底板透气性越差，越有利于煤层的瓦斯储存，其突出危险性越大。12.突出前常有预兆。,三、煤与瓦斯突出规律及预兆,煤与瓦斯突出的预兆突出前一般具有有声预兆或无声预兆。1.有声预兆 响煤炮。在煤层内发出像机关枪声、炮击声、闷雷声、爆竹声、哨声、嗡嗡声等。突然压力显现声。支柱来劲，发出咔咔的响声，或发出劈裂

20、折断的响声，手摸煤壁能感到冲击和震动；有煤岩层的破裂声；有时会听到气体穿过含水裂缝时的“吱吱”声等。,三、煤与瓦斯突出规律及预兆,2.无声预兆 压力增大。预板来压，片帮、掉碴、煤壁向外鼓，煤岩自行剥落。煤层发生变化。层理紊乱、变软，暗淡无光，煤层粉碎、松软，煤质干燥。瓦斯及温度变化。瓦斯涌出异常，忽大忽小，煤尘增大。打钻时喷煤、喷瓦斯、顶钻、夹钻、钻机过负荷、钻孔变形、塌孔等。煤壁温度下降，煤壁有水珠，气味异常等。应当指出的是，在上述预兆中，并不是在每次突出之前都同时出现，而是仅仅出现一种或几种。,三、煤与瓦斯突出规律及预兆,易发生煤与瓦斯突出的地点1.接近或达到地质构造带的工作面，如断层、褶曲、火成岩侵入、向（背）斜局部隆起、煤层扭转等地点。2.采掘应力叠加区段。3.煤层赋存状态变化地段，如煤层厚度变化、倾角变化、软硬变化、明暗变化、层理或节理变化、煤层拐弯、煤层分岔、煤层破碎、顶板或底板岩性变化、阶梯状凸起等。4.煤岩交叉处、巷道交叉处和煤层暴露面积较大处。5.煤的力学强度低、软，透气性差，煤炭化程度高的地点。6.上山和平巷易发生突出。,