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1、煤与瓦斯突出的综合防治技术,十矿 段洪普2011.9.8,煤与瓦斯突出的综合防治技术,二、煤与瓦斯突出的特点及规律,三、影响煤与瓦斯突出的因素,四、煤与瓦斯突出的机理,五、煤与瓦斯突出防治技术的发展,一、煤与瓦斯突出的现状,六、煤与瓦斯突出的综合防治技术措施,七、煤与瓦斯突出的早期辨识与预警技术,一、煤与瓦斯突出的现状,煤与瓦斯突出的概念,一、煤与瓦斯突出的现状,1950年4月20日吉林辽源矿务局富国矿西二坑发生煤与瓦斯，这是我国有记载的最早的一次突出。我国最大的一次突出发生在1975年8月8日，是四川天府矿务局三汇坝一矿在主平酮揭穿煤层时发生的，突出煤（岩）12780t,涌出瓦斯近140万m
2、。,平顶山在1989年之前为非突出矿区。1984年10月13日八矿戊二沿煤皮带下山发生煤与瓦斯突出，是平顶山矿区有文字记载的第一次突出。,2007年平煤十矿己15-1624110采面发生一起由地应力引起的煤与瓦斯突出事故，突出煤量2000t,突出瓦斯量40 000m，突出煤流长度大于280m，造成12人死亡。,一、煤与瓦斯突出的现状,十矿自1988年4月22日在戊9-1020090机川发生第一次煤与瓦斯突出起，截至2007年11月，共发生煤与瓦斯突出51次，突出的主要参数如下表所示：,事故概况：2007年11月12日02时45分，十矿己15-1624110综采工作面发生煤与瓦斯突出事故；突出煤
3、量2000t，突出瓦斯量4万m3；造成12人死亡。,事故工作面概况己15-16-24110采面标高-610-679m，埋深8801039m；煤层厚度1.84.9m，平均3.0m左右；倾角823；采面倾斜长256m，走向长785m；综合机械化采煤；2007年8月28日开始回采，突出时，机巷推进93m，风巷推进84m。,十矿“11.12”事故,一、煤与瓦斯突出的现状,己16-17-24110采面巷道布置及瓦斯抽采示意图,己15-16-24110采面突出孔洞示意图,己15-16-24110风巷上出口14m、65m处变形情况,事故发生后己15-16-24110风巷底臌,2004年10月20日，郑州大平
4、煤矿发生特大型突出，引发瓦斯爆炸，死亡148人。,一、煤与瓦斯突出的现状,大平矿瓦斯突出诱发瓦斯爆炸传播过程演示,：,按动力现象的理学特征分类,一、煤与瓦斯突出的现状,延期突出,不延期突出,小型,中型,大型,特大型,强度小于100t,强度在100t-500t之间,强度在500t-1000t之间,强度在1000t以上,（2）按突出的强度分类,（3）按突出的时间分类,一、煤与瓦斯突出的现状,一般规律,平煤集团的规律,十矿的规律,二、煤与瓦斯突出的特点及规律,二、煤与瓦斯突出的特点及规律,突出危险性随突出煤层厚度的增大而增大,突出与巷道类别有关,突出前作业方式有关,突出前大多数均有预兆,一 般 规
5、律,突出危险性随采掘深度的增加而增大,煤与瓦斯突出的技术措施,突出前大多发生地质构造带,突出强度随深度的增加而增大（略）,突出煤层分类,突出与构造的关系,平 煤 集 团 的 规 律,突出存在较明显的区域性和条带性,突出类型统计分析,生产工序与突出关系,按突出地点统计分析,突出的其他特点与规律,二、煤与瓦斯突出的特点及规律,1.突出存在较明显的区域性和条带性,平顶山煤业集团所属主要矿井突出的次数，煤量和瓦斯量统计如下表所示。在140次突出中，突出主要分布在四矿，五矿，八矿，十矿和十二矿5对矿井，共突出136次，占总数的97%，而其中矿区东路的八矿，十矿和十二矿3个矿井突出112次，占总数的80%
6、，由此可见，突出存在比较明显的区域性。,二、煤与瓦斯突出的特点及规律,3.突出煤层分类,突出煤层主要分布在丁组，戊组，己组三个煤层。其中丁组煤突出39次，占总数的27.86%；戊组突出39次，占总数的27.86%；己组煤突出62次，占总数的44.29%,二、煤与瓦斯突出的特点及规律,4.突出与构造的关系,突出与构造有着密切的关系。平煤集团在140次突出事故中，遇到构造或因构造影响的突出达70%左右。,5.生产工序与突出关系,因爆破引起的突出的次数最多，占总数的47.8%，其次是割煤，占总数的36%,二、煤与瓦斯突出的特点及规律,6.突出类型统计分析,从突出类型来分析，平煤以压出为主，突出动力以
7、地应力为主导因素。,在140次突出中掘进占99次，占总数的70.71%回采突出39次，占总数的27.86%，揭石门时突出2次，占总数的1.43%,7.按突出地点统计分析,二、煤与瓦斯突出的特点及规律,8.突出的其他特点与规律,软分层厚度增加，突出危险越大。如平顶山矿区的突出，60%以上与煤层中的软分层厚度有关。突出的气体主要是甲烷。采掘应力集中区容易发生突出。有以下几种情况：a.相邻巷道的应力叠加；b.采区巷道的应力叠加；c.相邻采场的应力叠加。采场的影响范围比较大，两采场互相接近，产生的应力叠加更加明显，如相向回采和邻近煤层采掘活动引起的应力叠加等。,二、煤与瓦斯突出的特点及规律,历次突出中
8、90%左右有预兆 综上所述，平煤集团公司140次突出事故中，十矿突出次数最多，共突出51次，占总突出次数的37.5%；突出最高标高为230m水平；突出最多的煤层是己组，达61次，占总数的43.6%；突出遇到构造或因构造影响的达81次，占总数的57.86%；突出最多工序为爆破，共68次，占总数的48.57%，突出最多的作业地点为掘进，共99次，占总数的70.71%,二、煤与瓦斯突出的特点及规律,突出大都发生地质构造带,突出事故的煤层分布。在十矿建矿以来共发生51次煤与瓦斯突出，其中丁组煤发生24次，占47.1%戊组煤发生19次，占37.2%，己组煤发生8次，占15.7%丁组突出全部发生在丁5-6
9、合层处，突出标高337至310m，最大突出强度35t，全部发生在采煤工作面。戊组突出全部发生在戊9-10合层区，煤层厚度较大。己组突出全部发生在己15-16合层区，分布在矿井郭庄背斜北翼。瓦斯含量与涌出量，十矿戊9-10煤层在瓦斯含量大于8.5m/t，采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于10m/min的条件下才具有煤与瓦斯突出危险性。,二、煤与瓦斯突出的特点及规律,十矿的规律,工作面从断层的下降盘向上升盘方向推进容易发生突出丁，戊和己组没成的突出的差异性。突出多发生小型断裂构造附近。、突出类型：51次突出事故中，突出6次，占11.8%；倾出3次，占5.9%；压出42次，占82.3%在矿井深部开采时有冲
10、击地压伴生煤与瓦斯突出。,二、煤与瓦斯突出的特点及规律,十矿的规律,三、影响煤与瓦斯突出的因素,三、影响煤与瓦斯突出的因素,1，煤层瓦斯的含量 平煤十矿戊9-10煤层瓦斯含量测定 采用直接法测定和勘探钻孔煤层瓦斯含量，结果如下表所示：,三、影响煤与瓦斯突出的因素,0,100,200,300,400,500,600,20,25,15,10,5,标高（一）/m,瓦斯含量/m。t,戊9-10瓦斯含量与标高关系,三，影响煤与瓦斯突出的因素,己15-16煤层瓦斯含量,三，影响煤与瓦斯突出的因素,0,100,200,300,400,500,600,20,25,15,10,5,标高（一）/m,瓦斯含量/m。
11、t,己15-16瓦斯含量与标高关系,700,三，影响煤与瓦斯突出的因素,600,2.煤层瓦斯压力,平煤十矿戊9-10煤层瓦斯压力测定表,三，影响煤与瓦斯突出的因素,0,100,200,300,400,500,600,2,2.5,1.5,1,0.5,标高（一）/m,瓦斯压力/MPa,戊9-19煤层瓦斯压力与标高关系,三、影响煤与瓦斯突出的因素,600,2.煤层瓦斯压力,平煤十矿己15-16煤层瓦斯压力测定表,三、影响煤与瓦斯突出的因素,0,100,200,300,400,500,600,2,2.5,1.5,1,0.5,标高（一）/m,瓦斯压力/MPa,己15-16煤层瓦斯压力与标高关系,700,
12、800,3,3.5,三、影响煤与瓦斯突出的因素,平煤十矿煤田地势图,三、影响煤与瓦斯突出的因素,3.地质构造,煤与瓦斯突出位置平面分布图,三、影响煤与瓦斯突出的因素,十矿目前主采戊组和己组煤层,两组煤层共发生煤与瓦斯突出27次。戊组煤层开采标高为-320-570m，瓦斯压力1.52.1MPa，瓦斯含量1821m3/t，最大埋深1003m。己组煤层开采标高为-320-679米，瓦斯压力1.92.6MPa，瓦斯含量2027m3/t，最大埋深1079m。戊9.10煤层于1991年经煤科总院重庆分院鉴定为突出煤层，已发生煤与瓦斯突出18次，最大突出煤量76t,瓦斯量7682m3；己15.16煤层于20
13、02年经煤科总院抚顺分院鉴定为突出煤层，已发生煤与瓦斯突出8次，最大突出煤量2000t，瓦斯量40000m3。,三、影响煤与瓦斯突出的因素,“二个断褶带”,“四个构区”,（1）原十一矿逆断层、赵庄逆断层、郭庄背斜断褶带 该断褶带位于井田中 部，由原十一矿逆断层、赵庄逆断层、郭庄背斜三个构造要素组合而成。（2）牛庄逆断层、F2逆断层和十矿向斜断褶带 该断褶带位于井田中偏南部，和原十一矿逆断层、赵庄逆断层、郭庄背斜断褶带相距0.6Km左右，其构造要素有牛庄逆断层、F2逆断层和十矿向斜断褶带。,（1）十矿向斜区 该区是一个宽缓的向斜，位于靠近煤层露头方向的井田浅部，煤层倾角510。（2）地垒区 地垒
14、区是由牛庄逆断层和原十一矿逆断层共同作用控制的隆起区。（3）郭庄背斜北翼区 郭庄背斜是一个在井田中部强烈突起的褶皱构造，在南东端仰起、北西端倾伏，由东到西贯穿整个井田。由背斜轴部向北翼煤层倾角由5增大至27，局部可达30，是构造作用强烈的紧闭褶皱构造区。（4）李口向斜区 李口向斜区南至地层倾角较大带，北至李口向斜核部，大部分属于李口向斜南西翼。,三、影响煤与瓦斯突出的因素,构造煤分布特征 戊9.10煤层构造煤的分布 1）根据统计，戊9.10构造煤分布在煤层柱状方向，紧挨夹矸的戊9构造煤较薄0.20.6米，夹矸下的戊10构造煤相对较厚0.11.0米。2）在标高-350-550区域内的戊9。10煤
15、层合层区，煤层倾角变化较大，戊9.10煤层的中部分布着厚度稳定的 构造煤。一般厚度为1.0米左右，550以下煤层倾角变 缓，戊9.10煤层夹矸逐渐增厚，戊9.10煤层分叉，构造煤逐渐变薄。己15.16煤层构造煤的分布 构造煤在中、东部的己15.16煤层合层区域，平均厚度0.11.2米左右，在西部分层区，紧挨夹矸的己15构造煤厚度0.20.5米，夹矸下的己16构造煤厚度0.10.8米。,三、影响煤与瓦斯突出的因素,十矿瓦斯赋存受地质构造的影响 整个井田受主体构造李口向斜影响，瓦斯赋存主要特征为在靠近向斜轴部和远离背斜轴部瓦斯涌出量明显。同时因井田受地质构造影响而形成的四个构造区(十矿向斜区、地垒
16、区、郭庄背斜北翼区、李口向斜区)在瓦斯赋存上也有所差异。,（1）在十矿向斜区和地垒区：由于该区戊组煤层埋藏浅，所以瓦斯赋存相应较小，并且没有发生过煤与瓦斯突出。但是对于己组煤层埋藏深，在靠近两个构造附近的深部煤层，瓦斯赋存较大，就具有煤与瓦斯突出危险性，曾发生突出1次。（2）郭庄背斜北翼区：该区构造挤压作用明显，煤层倾角变化大，戊、己组煤层发生的绝大多数煤与瓦斯突出（25次）均位于该区，所以该区域瓦斯赋存较大。（3）李口向斜区：此属于李口向斜南西翼，由于埋藏深，又处在向斜轴部，因此该区域瓦斯赋存量大。,三、影响煤与瓦斯突出的因素,煤层顶、底板岩性对瓦斯赋存的影响 井田范围内总体上瓦斯涌出高值区
17、段及异常点绝大多数分布在顶、底板为泥岩的区域。在北翼西北区煤层直接顶、老顶均为砂岩，而且老顶以上又无很厚的泥岩、页岩时，这些区段瓦斯赋存较小。当煤层直接顶为砂岩，但在老顶以上是较厚的泥岩时，反映瓦斯保存条件较好，瓦斯赋存也较大。当煤层直接顶为泥岩，但老顶以上为砂岩时，瓦斯中等至较大。当煤层直接顶、老顶均为泥岩、页岩时，如北翼中部区段，瓦斯赋存则进一步增大。,三、影响煤与瓦斯突出的因素,三、影响煤与瓦斯突出的因素,煤与瓦斯突出位置平面分布图,三、影响煤与瓦斯突出的因素,煤与瓦斯突出带状分布图红色十矿 黄色十二矿 蓝色八矿,煤与瓦斯突出的机理流变机理,认为等于或大于煤的屈服载荷时，煤体流变出现三个
18、阶段，即变形衰减阶段、均匀变形阶段和加速变形阶段，其中变形衰减阶段和均匀变形阶段对应于煤与瓦斯突出的准备阶段，加速变形阶段是煤与瓦斯突出的发生发动阶段，突出是含瓦斯煤体快速流变的结果。,四、煤与瓦斯突出的机理,煤与瓦斯突出的机理球壳失稳机理,认为在突出过程中，地应力首先破坏煤体，使煤体产生裂纹，形成球盖状煤壳。然后煤体向裂隙内释放并积聚高压瓦斯，瓦斯使煤体裂纹扩张并使形成的煤壳失稳破坏并抛向巷道空间，使应力峰值移向煤体内部，继续破坏后续的煤体，形成一个连续发展的突出过程。,四、煤与瓦斯突出的机理,煤与瓦斯突出机理力学作用机理 认为煤与瓦斯突出、冲击地压等煤岩瓦斯动力灾害都是煤岩介质在固气两相力
19、作用下发生突然和连续破坏的过程；这个过程包含准备、发动、发展、终止四个阶段；准备阶段是应力集中并发生弹塑性小变形阶段，发动阶段是暴露面附近煤岩突然失稳并抛出的阶段，发展阶段是继发动阶段后暴露面深部煤岩体连续失稳并抛出的阶段，终止阶段是煤岩停止抛出的阶段；发动阶段的起因主要体现于煤岩应变软化、加速蠕变、介质弱面、震动载荷等，表现为大变形或脆性断裂的破坏形态；发展阶段的起因主要体现于力的梯度的急剧增加，依据气相力作用程度表现为粉化+层裂或层裂破坏的破坏形态。,四、煤与瓦斯突出的机理,经历准备、发动、发展、终止四个演化过程,四、煤与瓦斯突出的机理,传统技术途径：局部瓦斯治理技术,问题：工作人员需长期
20、在突出煤层中作业任一环节出现问题都可能发生突出事故，造成人员伤亡。,五、煤与瓦斯突出防治技术的发展,区域防突措施先行，局部防突措施补充不掘突出头、不采突出面,区域防突措施先行,五、煤与瓦斯突出防治技术的发展,区域防突措施先行,五、煤与瓦斯突出防治技术的发展,六、煤与瓦斯突出的综合防治技术措施,防治突出技术措施,局部防突措施,区域防突措施,水平冲孔,深孔松动爆破,水力冲刷,高压注水,超前钻孔,卸压槽,震动放炮,开采解放层,预抽煤层瓦斯,掩护挡板,超前支架,金属骨架,浅孔松动爆破,浅孔煤层注水,钻孔卸煤,区域,石门,煤巷,辅助,采面,煤与瓦斯突出的常见预兆 声响预兆-响煤炮 瓦斯预兆-瓦斯异常、喷孔 煤结构预兆-煤结构紊乱、煤体发暗、煤厚急剧变化 矿压显现预兆-片帮、煤墙外臌、底臌、顶（夹）钻 温度预兆-温度降低、煤墙发凉,七、煤与瓦斯突出的早期辨识与预警技术,七、煤与瓦斯突出的早期辨识与预警技术,检测瓦斯涌出异常预报突出,用微震技术预报突出,电磁辐射预报突出,声发射现象预报突出,采场压力变化预报突出,检测煤体温度,早期辨别与预警技术,十矿段洪普,感谢大家,
