煤礦瓦斯防治技術(shù)

河 南 理 工 大 學(xué)

2004年9月

第一部分  煤炭工業(yè)不是夕陽工業(yè)

第一部分  煤炭工業(yè)不是夕陽工業(yè)

第一部分  煤炭工業(yè)不是夕陽工業(yè)

第一部分  煤炭工業(yè)不是夕陽工業(yè)

第一部分  煤炭工業(yè)不是夕陽工業(yè)

第一部分  煤炭工業(yè)不是夕陽工業(yè)

第二部分 瓦斯的性質(zhì)、危害與用途

化學(xué)式：CH4

分子量：16.042kg/kmol        

密度：0.7168kg/m3

沸點(diǎn)：-161.7℃（0.1MPa下）   

液態(tài)密度：415kg/m3

水中的溶解度：55.6 l/m3          

發(fā)熱量：8568大卡/m3

作城鎮(zhèn)煤氣       

作鍋爐和窯爐的燃料

瓦斯發(fā)電

作機(jī)動車的燃料

作化工原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

   什么是煤與瓦斯突出？   

            煤與瓦斯突出是煤層開采過程中嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，是煤礦井下發(fā)生的一種復(fù)雜的有煤、巖和瓦斯參與的動力現(xiàn)象。

            煤與瓦斯突出發(fā)生時(shí)，能在幾秒至幾十秒的時(shí)間內(nèi)將幾噸到上萬噸的煤和幾百立方米到幾百萬立方米的瓦斯拋射到采掘空間。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

  突出事例一：                

            1975年8月8日 天府礦務(wù)局三匯壩井+280米水平（垂深500米）主平硐揭K1煤層時(shí)，突出煤(巖)量12700噸，噴出瓦斯量140萬立方米。這是我國所發(fā)生的最大的一次煤與瓦斯突出事例，也是世界上第二大突出事例。

  突出事例二:

         1999年12月26日沈陽礦務(wù)局紅菱礦石門揭煤時(shí)發(fā)生特大型煤與瓦斯突出，突出煤量2000噸，瓦斯逆流2000多米，死亡28人。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

  煤與瓦斯突出的危害:

危及井下作業(yè)人員的安全

破壞礦井正常的生產(chǎn)秩序

破壞井下設(shè)備和建筑物，如摧毀支架、推倒礦車、破壞通風(fēng)設(shè)施

誘發(fā)其它災(zāi)害事故，如瓦斯煤塵爆炸、瓦斯燃燒

嚴(yán)重影響礦井經(jīng)濟(jì)效益

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

我國是什么時(shí)候開始突出的？到現(xiàn)在共發(fā)生多少次突出了？

     我國最早有記載的煤與瓦斯突出突出事例是1950年5月1日遼源礦務(wù)局富國二井在垂深280米煤巷掘進(jìn)時(shí)發(fā)生的，截止到2000年底，我國已累計(jì)發(fā)生突出18000余次，占世界各國總突出次數(shù)的40%以上，已成為世界上煤與瓦斯突出災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

     我國有800多個(gè)突出礦井，其中國有重點(diǎn)煤礦130個(gè)，地方煤礦300多個(gè)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦400多個(gè)，各個(gè)采煤省份幾乎都有突出礦井。嚴(yán)重突出礦區(qū)有北票、六枝、南桐、天府、芙蓉、松藻、英崗嶺、漣邵、白沙、焦作、雞西、阜新、沈陽等，一般突出礦區(qū)有平頂山、淮南、淮北、豐城、萍鄉(xiāng)、陽泉、鶴壁等 。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

 煤與瓦斯突出分類

按成因和特征，將煤與瓦斯突出分為三類：

（1）煤與瓦斯突出（簡稱為突出）

（2）煤與瓦斯壓出（簡稱為壓出）   

  （3）煤與瓦斯傾出（簡稱為傾出）

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

突出的基本特征

①突出的煤拋出距離較遠(yuǎn)，具有明顯的分選性；

②拋出的煤堆積角小于煤的自然安息角；

③拋出的煤破碎程度較高，含有大量的煤塊和手捻無粒感的煤粉

④有明顯的動力效應(yīng)，破壞支架、推倒礦車、破壞和拋出安裝在巷道內(nèi)的設(shè)施；

⑤有大量的瓦斯涌出，瓦斯涌出量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于突出煤的瓦斯含量，有時(shí)會使風(fēng)流逆轉(zhuǎn)；

⑥突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形以及其它分岔形等。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

傾出的基本特征

①傾出的煤就地按自然安息角堆積，并無分選現(xiàn)象；

②傾出的孔洞呈孔大腔小，孔洞軸線壓風(fēng)自沿煤層傾斜或鉛垂方向（厚煤層）發(fā)展；

③無明顯動力效應(yīng)；

④傾出常發(fā)生在煤質(zhì)松軟的急傾斜厚煤層中；

⑤巷道瓦斯涌出量明顯增大。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

壓出的基本特征

①壓出有兩種形式，即煤的整體位移和煤有一定距離的拋出，但位移和拋出的距離都較??；

②壓出后，在煤層與頂板之間的裂隙中，常留有細(xì)煤粉，整體位移的煤體上有大量的裂隙；

③壓出的煤呈塊狀，無分選顯現(xiàn)；

④巷道瓦斯（二氧化碳）涌出量增大；

⑤壓出可能無孔洞或呈口大小腔小的楔形孔洞。

⑥壓出時(shí)常伴隨巷道底鼓。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

    煤與瓦斯機(jī)理---- 綜合假說

     突出是地應(yīng)力、煤中所含瓦斯和煤的物理力學(xué)性質(zhì)三因素綜合作用的結(jié)果。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

  煤與瓦斯突出的一般規(guī)律

（1）煤層突出危險(xiǎn)性隨采深增加而增大

     在淺部開采為高瓦斯甚至為低瓦斯的礦井，開采到深部后，由于煤層賦存條件的變化，煤層瓦斯壓力增大，可能轉(zhuǎn)變?yōu)橥怀龅V井；一些在淺部開采突出危害較輕的突出礦井，開采到深部后，可能轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重突出礦井。礦井或煤層一般有一個(gè)始突深度，當(dāng)大于該深度時(shí)，就有發(fā)生突出的危險(xiǎn)。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

   煤與瓦斯突出的一般規(guī)律

    （2）絕大多數(shù)突出發(fā)生在煤巷掘進(jìn)工作面

      在統(tǒng)計(jì)的9845次突出中，煤巷掘進(jìn)工作面突出7482次，占76%，石門揭煤工作面突出567次，占5.76%，回采工作面突出1556次，占15.8%。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

煤與瓦斯突出的一般規(guī)律

（3）煤層突出危險(xiǎn)性隨煤厚增加而加大

　　　以南桐礦務(wù)局三號井為例：

      5號煤厚0.7～0.8m，平均突出強(qiáng)度38噸/次，最大突出強(qiáng)度138噸/次；

      6號煤厚1～1.5m，平均突出強(qiáng)度43噸/次，最大突出強(qiáng)度450噸/次；

      4號層，煤厚2.5～3.2m，平均突出強(qiáng)度88噸/次，最大突出強(qiáng)度5000噸/次，該局所有特大型突出都發(fā)生在該煤層。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

煤與瓦斯突出的一般規(guī)律

（4）突出大多數(shù)發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶

      在3082次有地質(zhì)構(gòu)造情況詳細(xì)記錄的突出中，2525次突出地點(diǎn)有斷層、褶曲、火成巖侵入、煤層厚度變化等地質(zhì)構(gòu)造，占81.9%；557次突出無地質(zhì)構(gòu)造，僅占18.1%。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

  煤與瓦斯突出的一般規(guī)律

（5）大多數(shù)突出前有作業(yè)方式誘導(dǎo)

      8480次突出事例統(tǒng)計(jì)表明，有8253次有放炮、支護(hù)、落煤、帶鉆等作業(yè)方式誘導(dǎo)了突出，占97.3%，其中放炮作業(yè)突出5481次，占64.6%，風(fēng)鎬落煤突出676次，占8%，手鎬落煤突出1102次，占13%。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

  煤與瓦斯突出的一般規(guī)律

（6）突出前大多有預(yù)兆

     在我國統(tǒng)計(jì)的5029次有明確突出預(yù)兆記載的突出事例中，有4493次突出發(fā)生前有突出預(yù)兆，占89.3%，無突出預(yù)兆僅有536次，占10.7%。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

   煤與瓦斯突出的一般規(guī)律

（7）煤體破壞程度越高，突出危險(xiǎn)性越大

       突出煤層多發(fā)生在為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類煤中，此類煤的共同特點(diǎn)是堅(jiān)固性系數(shù)f值小、煤層瓦斯放散初速度ΔP大、煤層透氣性系數(shù)小、層理紊亂、多為遭受到地質(zhì)構(gòu)造揉皺的構(gòu)造煤。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

   煤與瓦斯突出的一般規(guī)律

 （8）石門突出危險(xiǎn)性最大

      在統(tǒng)計(jì)的9845次突出中，盡管石門突出次數(shù)少，但突出強(qiáng)度大，平均突出強(qiáng)度為316.5噸/次，是平巷平均突出強(qiáng)度（50噸/次）的6倍以上。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

   煤與瓦斯突出的一般規(guī)律

 （9）煤層突出危險(xiǎn)區(qū)常呈條帶狀分布

      前蘇聯(lián)統(tǒng)計(jì)資料表明，在突出煤層中，突出危險(xiǎn)區(qū)僅占突出煤層區(qū)域總面積的10%。

      我國統(tǒng)計(jì)資料表明，突出煤層中，突出危險(xiǎn)區(qū)僅占突出煤層區(qū)域總面積的 10～15%。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

瓦斯突出的常見預(yù)兆

     聲響預(yù)兆--響煤炮

     瓦斯預(yù)兆--瓦斯異常、噴孔

     煤結(jié)構(gòu)預(yù)兆--煤結(jié)構(gòu)紊亂、煤體發(fā)暗、煤厚急劇變化

     礦壓顯現(xiàn)預(yù)兆--片幫、煤墻外臌、底臌、頂（夾）鉆

     溫度預(yù)兆--溫度降低、煤墻發(fā)涼

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測

    ⑴區(qū)域預(yù)測

    ⑵工作面預(yù)測

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

       區(qū)域預(yù)測煤層  突出危險(xiǎn)性的單項(xiàng)指標(biāo)包括：

   1.煤的破壞類型

   2.瓦斯放散初速度指標(biāo)

   3.煤的堅(jiān)固性系數(shù)

   4.煤層瓦斯壓力

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

D=（0.0075H/f-3）(P-0.74)

K=ΔP/f

D——煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)；

K——煤的突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)；

H——開采深度，m；

P——煤層瓦斯壓力，取兩個(gè)測壓孔

     實(shí)測瓦斯壓力最大值，MPa；

ΔP——軟分層煤的瓦斯放散初速

       度指標(biāo)；

    f——軟分層煤的平均堅(jiān)固性系數(shù)。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

工作面預(yù)測的常用儀表

      MD-2型鉆屑瓦斯解吸儀、ZLD-1型多級流量計(jì)、JN-1型膠囊封孔器是工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測最常見的三種儀表。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

MD-2型鉆屑瓦斯解吸儀

ZLD-1型多級流量計(jì)

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

JN-1型膠囊封孔器

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

煤巷掘進(jìn)工作面預(yù)測----鉆孔瓦斯涌出初速度法

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

煤巷掘進(jìn)工作面預(yù)測----鉆孔瓦斯涌出初速度法

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

煤巷掘進(jìn)工作面預(yù)測--鉆屑解吸指標(biāo)法

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

煤巷掘進(jìn)工作面預(yù)測--鉆屑解吸指標(biāo)法

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

采煤工作面預(yù)測方法

      原則上可采用所有應(yīng)用于煤巷掘進(jìn)工作面突出預(yù)測方法。由于采煤工作面長，預(yù)測工作量大，一般采用鉆孔瓦斯涌出初速度法預(yù)測突出危險(xiǎn)性。      

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

防突措施的類型 

      （1）區(qū)域防突措施

      使煤層一定區(qū)域（如一個(gè)采區(qū)）消除突出危險(xiǎn)性。

      （2）局部防突措施

      使工作面前方小范圍煤體喪失突出危險(xiǎn)性。

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

區(qū)域性防突措施----保護(hù)層開采 

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

區(qū)域性防突措施----預(yù)抽煤層瓦斯

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

區(qū)域性防突措施----預(yù)抽煤層瓦斯

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

局部防突措施

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

局部防突措施----水力沖孔

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

局部防突措施----水力沖刷

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

局部防突措施----超前鉆孔

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

局部防突措施----深孔松動爆破

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

防突措施效果檢驗(yàn)

      目的在于保證防突措施的有效性和措施執(zhí)行的效果。

      措施執(zhí)行后如效果檢驗(yàn)有效，可在采取安全防護(hù)措施的情況下，進(jìn)行采掘作業(yè)；如效果檢驗(yàn)無效，則必須采取補(bǔ)充措施，再進(jìn)行措施效果檢驗(yàn)，直到效果檢驗(yàn)有效為止。       

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

防突措施效果檢驗(yàn)方法

      措施效果檢驗(yàn)方法在原則上與突出預(yù)測方法相同。不同之處在于措施效果檢驗(yàn)用檢驗(yàn)鉆孔應(yīng)打在措施孔

  之間。

（八）防治煤與瓦斯突出措施效果檢驗(yàn)

防突措施效果檢驗(yàn)鉆孔布置

第三部分  瓦斯突出防治技術(shù)

安全防護(hù)措施

井下作業(yè)人員必須配帶隔離式自救器；

掘進(jìn)工作面應(yīng)實(shí)施遠(yuǎn)距離放炮，放（躲）炮距離不得小于300m，條件許可時(shí)，放炮地點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)在進(jìn)風(fēng)側(cè)反向風(fēng)門之外或避難峒室內(nèi)；

炮后30分鐘以后才能進(jìn)入工作面；

礦井應(yīng)裝備壓風(fēng)自救系統(tǒng)，并按《煤礦安全規(guī)程》和《防突細(xì)則》有關(guān)規(guī)定在采掘巷道內(nèi)設(shè)立避難所和壓風(fēng)自救峒室；

掘進(jìn)工作面巷道的進(jìn)風(fēng)側(cè)應(yīng)設(shè)立兩道堅(jiān)固的反向風(fēng)門。

第四部分  瓦斯抽放與超限治理技術(shù)

第四部分  瓦斯抽放與超限治理技術(shù)

第四部分  瓦斯抽放與超限治理技術(shù)

第四部分  瓦斯抽放與超限治理技術(shù)

第四部分  瓦斯抽放與超限治理技術(shù)

第四部分  瓦斯抽放與超限治理技術(shù)

第四部分  瓦斯抽放與超限治理技術(shù)