防治煤与瓦斯突出培训课件.ppt

防治煤与瓦斯突出培训,田 德 彪,2010、10,一、煤与瓦斯突出概况,二、瓦斯动力现象分类,三、煤与瓦斯突出特征,四、煤与瓦斯突出一般规律,五、煤与瓦斯突出机理研究概况,一、煤与瓦斯突出概况,煤矿地下采掘过程中，在很短时间(数分钟)内，从煤(岩)壁内部向采掘工作空间突然喷出煤(岩)和瓦斯的现象，人们称为煤(岩)与瓦斯突出，简称瓦斯突出或突出。它是一种伴有声响和猛烈力能效应的动力现象，它能摧毁井巷设施，破坏矿井通风系统；使井巷充满瓦斯和煤(岩)抛出物，造成人员窒息、煤流埋人，甚至可能引起瓦斯爆炸与火灾事故，导致生产中断等，因此它是煤矿最严重的灾害之一。,1834年3月22日法国鲁阿尔煤田伊萨克矿井在急倾斜厚煤层平巷掘进工作面发生了世界上第一次有记载的突出。支架工在架棚子时，发现工作面煤壁外移，三个工人立即逃跑，巷道煤尘弥漫，一人被煤流埋没死亡，一人被瓦斯窒息牺牲，一人逃跑得救。突出煤沿巷道堆积13m长，煤粉散落15m长，迎头支架倾倒。,自从1834年法国发生世界上第一次煤与瓦斯突出以来，至今发生突出的国家有19个：中国、法国、苏联、波兰、日本、匈牙利、比利时、美国、捷克、保加利亚、土耳其、德国、澳大利亚、荷兰、罗马尼亚、南斯拉夫、加拿大、印度及南非。 迄今为止，据不完全统计，共发生突出次数3万多次，突出的气体有CH4、CO2与CH4CO2，突出在千次以上的国家有中国、原苏联、法国、波兰和日本，世界上最大的一次突出发生在1969年7月13日原苏联顿巴斯矿区的加加宁矿井一710m水平主石门揭穿厚仅1.03m的3煤层，其突出煤量为14000t，瓦斯2.5106m3以上。,我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一。全国国有重点煤矿657个，突出矿井130个，高瓦斯矿井180个。年产量大于30kt的地方国有煤矿中有突出矿井78处，占地方国有煤矿总数的4.7。两项合计共有突出矿井210处，占全国煤矿总数的23.5。若把年产量小于30kt的地方煤矿算在内，则我国发生过突出的矿井总数达282处。,从突出次数分析，煤巷掘进发生突出的次数最多，煤层平巷、煤层上山和煤层下山发生的突出占煤与瓦斯突出总次数的76，但突出强度较小，大多为强度小于百吨的中、小型突出。石门揭穿有突出危险煤层时发生突出的总次数虽然较少但强度最大，我国绝大多数(80以上)的特大型突出均发生在石门揭穿煤层工作面。,采煤工作面发生的突出占煤与瓦斯突出总次数的15.8；但是，近几年来，采煤工作面发生突出的次数有明显增多的趋势，不仅在被保护层采煤工作面发生突出，面且保护层采煤工作面也有突出发生，这在突出矿井已成为制约煤炭生产特别是机采工作面生产发展的一个重要的因素。,不同地点发生突出次数及强度统计表,从发生突出时的作业性质看，有一半以上的突出发生在放炮工序，而且这种突出的强度也大，特别是石门揭煤震动放炮，更容易诱发大强度的煤与瓦斯突出。放炮后的延期突出也有发生。各种落煤工序，如风镐、手稿落煤和机组割煤时发生的突出占总次数的25左右。此外，还发生过数例煤与瓦斯自行冲破岩柱的突出。我国的突出现象主要是煤与瓦斯(甲烷)突出，但是，也有4处矿井曾发生过30多次煤、岩与二氧化碳的突出。,我国不同地区的瓦斯突出具有不同的特点，华南地区突出矿井数多，约占穷出矿井总数的60以上，突出次数占全国突出总次数的60以上，而且突出强度大，全国特大型突出的80是发生在华南地区；我国煤与瓦斯突出的始突深度在不同地区差别也很大，华南地区东部一般为100m左右，最浅的是白沙矿务局里王庙矿，仅50m，华南地区西部一般为100200tn，华北地区一般为300m；东北地区一般在150400m之间，始突深度最大的是抚顺老虎台矿，达640m。,二、瓦斯动力现象分类,1、瓦斯动力现象分类依据的基本特征（1）空洞的位置及形状，空洞中心线与水平面之夹角(空洞倾角)；（2）突出固体物(煤或岩石)的粒度及其分选情况；（3）煤(或岩石)的抛出距离及堆积坡度；（4）强度(突出的煤量及岩石量)；（5）喷出的瓦斯量及瓦斯流运行方向；（6）动力效应；（7）瓦斯动力现象发生前的预兆。,2、瓦斯动力现象分类根据我国的实际情况，可以把瓦斯动力现象分成下列5类： (1)煤的突然倾出，以煤的重力为主，瓦斯在一定程度上也参与了过程； (2)煤的突然压出，以构造应力或放顶时的动应力为主，瓦斯的作用是次要的； (3)煤与瓦斯突出，它在地应力和瓦斯内能的共同参与下发生，其中构造应力则是发动突出的主要动力；,(4)岩石和瓦斯突出，它是发生在岩体中的瓦斯动力现象，不过只发生在放炮时，除地应力和瓦斯作用外，爆破能量也参与作用； (5)瓦斯突然喷出，它是在很高的瓦斯压力作用下发生的，并且只通过裂缝喷出瓦斯，不喷出煤。,三、煤与瓦斯突出分类及特征,1、按动力现象的力学(能量)特征分类 根据动力现象的力学(能源)特征不同，煤与瓦斯突出可分为突出、压出与倾出三类。 （1）发动突出的主要作用力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，重力不起决定作用；实现突出的基本能源是煤内积蓄的高压瓦斯潜能。,（2）发动与实现压出的主要作用力是地应力，瓦斯压力与煤的自重是次要因素，压出的基本能源是煤岩所积蓄的弹性变形能。（3）发动倾出的主要因素是地应力，即结构松软、含有瓦斯致使内聚力降低的煤，在较高地应力作用下，突然破坏、失去平衡，为其位能去平衡，为其位能的释放创造了条件，实现倾出的主要力是失稳煤的自重。,这三类力现象的发动都以地应力为主，所以它们的预兆相似(如有声响预兆等)，对震动以及引起应力集中的各因素都非常敏感，在应力集中地带、地质构造带、软煤带等处都易发生这三类现象。,（2）按动力现象的强度分类 强度是指每次动力现象抛出的煤(岩)的数量(以t或m3为单位)和瓦斯量(以m3为单位)。由于在动力现象发生过程中瓦斯量的计量工作尚存在一些技术问题(如自动记录仪表，统一计算标准等)，现在分类主要依据抛出的煤(岩)重量，据此可分为：,（1）小型突出：强度50t/次（突出后，经过几十分钟瓦斯浓度可恢复正常）； （2）中型突出：强度5099t次(突出后，经过一个工作班以上瓦斯浓度可逐步恢复正常)； （3）次大型突出：强度100499t/次(突出后，经过一天以上瓦斯浓度可逐步恢复正常)；,（4）大型突出：强度500999t/次（突出后，经过几天回风系统瓦斯浓度可逐步恢复正常）； （5）特大型突出：强度1000t次（突出后，经过长时间排放瓦斯，回风系统瓦斯浓度才恢复正常）。,四、煤与瓦斯突出一般规律,根据我国主要突出矿区如天府、南桐、里王庙、焦作、平顶山、六枝等的统计资料表明，突出发生的一般规律有：（1）突出发生在一定的深度上，开始发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。,（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。因此突出对矿井的安全生产与经济效益有重大影响。（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（ ）而且变化大；透气性差(透气性系数10m2(Mpa2.d)；瓦斯故散初速度高( )；湿度小；层理紊乱、遭受过地质构造力严重破坏的“构造煤”。（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。在采掘形成的应力集中地带，例如邻近层留有煤柱、相向采掘的两工作面互相接近、巷道开口或两巷贯通之前在采煤工作面的集中应力带内(特别是当采煤工作面遇断层推不过去而在其前方靠近断层重新掘开切眼时)掘进巷道(上山)等，其危险性倍增，不仅突出次数频繁而且强度也大。,(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。 (7)采掘工作往往可激发突出，特别是落煤与震动作业，不仅可引起应力状态的变化，而且可使动载荷作用在新暴露煤体上造成煤的突然破碎。,据我国7765次突出的统计资料，放炮引起的突出为4 243次，占55；打钻引起的突出为197次，占2.5 %；风动工具引起的突出602次，占7.8；手镐作业的突出为979次，占2.6；水力落煤的突出111次，占1.4；机组采煤的突出62次，占0.8(以上落煤作业总计达6194次,占80)；作业情况记录不详的突出1338次，占17.2%；其它作业的突出177次，占2.3%；突出前没有作业的仅56次，占0.7%。由此可见，采掘作业引起煤体的应力状态变化越剧烈，突出强度就可能越大。,（8）绝大多数突出都有预兆。它是突出准备阶段的外部表现。预兆大体可分为三个方面：地压显现方面的预兆有煤炮声、支架声响、掉砟、岩煤开裂、底鼓、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、底版阶状凸起、断层、煤干燥等等。,例如，据某煤矿统计，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。在预兆中出现煤炮最多，达50次；掉砟20次，底鼓7次，其它地压预兆12次。在瓦斯预兆中以瓦斯浓度变化预兆最多，达14次，喷瓦斯6次，合计20次。,（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，以石门为最危险，见表5。它的平均突出强度都在数百吨以上，瓦斯喷出量超过数万立方米，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。,五、煤与瓦斯突出机理研究概况,煤与瓦斯突出给煤矿安全生产、特别是井下人员的生命财产安全造成了极其严重的威胁。为了防止这类灾害事故的发生，保障煤矿井下安全生产，世界上各主要产煤国均投入了大量的人力、物力研究煤与瓦斯突出机理，以便为突出危险性预测和防突措施的制定与实施提供科学依据。,但是，迄今为止，人们对于突出过程中煤岩体破坏与发展机制的认识还停留在定性与假说性阶段，对于突出过程中哪些因素起主要作用以及与其它因素间的作用机理还把握不准，故而只能对某些突出现象给予解释，还不能形成统一完整的理论体系。,综合作用假说 该类假说最早由前苏联的聂克拉索夫斯基教授在50年代提出，他认为煤与瓦斯突出是由于地压和瓦斯的共同作用引起的。到50年代中期，斯科钦斯基院士根据开采突出危险煤层的经验，以及当时的科研工作成果，提出突出是由于下列因素综合作用的结果： （1）地压； （2）包含在煤体中的瓦斯； （3）煤的物理力学性质，煤的微结构和宏观结构及煤层结构； （4）在急倾斜煤层中，煤层工作面附近的煤的自重。这些为综合假说奠定了基础。,综合作用假说认为：煤与瓦斯突出是由地应力、包含在煤体中的瓦斯以及煤体自身物理力学性质三者综合作用的结果。持综合作用假说观点的学者都承认，煤与瓦斯突出是综合因素作用的结果；但对各种因素在突出中所起的作用却说法不一。,例如，法国学者（J.伯兰、I.耿代尔等）认为瓦斯因素是主要的；而前苏联学者.霍多特及.包布罗夫、日本学者矶部俊郎及英国的鲍来等许多学者则认为地应力是主要的，即地应力是发动突出、发展突出的主要因素，瓦斯是帮助突出发展的因素。目前，具有代表性的综合作用假说主要有：（1）振动说 前苏联的.克利奥鲁奇科认为,煤与瓦斯突出的形成不是一个单独的过程，而是由围岩对煤层的振动作用有关的三个连续阶段组成的：第一阶段，煤受到来自围岩方面的压力作用而破坏，煤的体积缩小，游离瓦斯压力增大，并有一部分转化为吸附瓦斯；,第二阶段，卸压，煤层体积膨胀，瓦斯压力降低，瓦斯解吸；第三阶段，包含粉碎的煤和大量的游离瓦斯的煤层又再次受压，瓦斯压力再次增大。当巷道工作面接近上述破坏带时，处于高压的粉煤和瓦斯混合物就有可能冲破煤壁而发生突出.因此该假说认为,瓦斯是造成突出的主体,而煤粉碎、瓦斯解吸和瓦斯粉煤混合物的喷出所需的能量是由煤层的围岩通过振动来传递的。,（2）分层分离说 前苏联的.彼图霍夫等人认为突出是由地应力和瓦斯共同作用的结果。突出过程分三个阶段： 准备阶段。工作面附近的煤层始终处于地应力的作用下，造成了发生突出的条件，增加了瓦斯向巷道方向渗透的阻力，促使煤层保持高的瓦斯压力，煤体强度降低，煤柱易于从煤体中分离。,颗粒分离波的传播阶段。突出时，颗粒的分离过程是一层一层进行的。当突出危险带表面急剧暴露时，由于瓦斯压力梯度作用使分层承受拉力，当拉力大于分层强度时，即发生分层从煤体上的分离。分层分离是一切突出的重要组成部分，影响着突出的主要特征，但并没有全面反映突出过程的多种形式。例如，分层分离波绕过部分的压碎带，通常决定于地压作用，伴随声响激发此时暴露面上的分层分离。突出常常是重复的破坏组合，一部分是瓦斯参与下的分层分离而破坏，另一部分是地应力破坏。在急倾斜煤层的某些部分，则在自身的重力作用下分离。,瓦斯和颗粒棍合物的运动阶段。从煤体分离的煤颗粒和瓦斯急速冲向巷道，随着混合物运动，瓦斯进步膨胀，速度继续加快。当其遇到阻碍时，速度降低而压力升高，直到增高的压力不能超过破坏条件时，过程才停止。,（3）破坏区说 日本的矾部俊郎等人认为，典型的冲击地压是由于集中应力所造成的破坏现象，而典型的瓦斯突出是瓦斯作用的结果。介于二者之间的现象，称为冲击地压式突出，或叫做突出式的冲击地压。它是瓦斯压力和地应力共同作用的结果。,他们认为：不论是突出还是冲击地压，首先必须破坏煤体。而煤体的破坏过程是一致的，在不均质的煤内，各点的强度不同，在高压力的作用下，由强度最低的点先发生破坏，并在其周围造成应力集中，如邻点的强度小于这个集中应力，就会被破坏成破坏区。在这种破坏区中，煤的强度显著下降，变成弱应力区。此区内的吸附瓦斯由于煤体破坏时释放的弹性能供给热量而解吸，煤粒子间的瓦斯使煤的内摩擦力下降，变成易于流动的状态。当这种粉碎的煤流喷射出来时，便形成了突出。,（4）游离瓦斯压力说 法国的J.耿代尔等认为，突出是煤质、地应力、瓦斯压力综合作用的结果，但瓦斯因素是主要韵，煤体内游离瓦斯压力是发动突出的主要力量，解吸的瓦斯仅参与突出煤的搬运过程。如果工作面在突出危脸区是逐渐推进的,那么工作面前方煤体处于匀速动态的状态；如果工作面前方的过载应力区的围岩突然变化，将出现加速的动态而突出. 有利的突出条件是：煤的结构紊乱，瓦斯压力高,煤和围岩的应力大。,综合假说比前面的单向因素的假说大大进了一步，它们能解释的突出现象也比其它各种单项因素的假说多。但是，还有其它些突出现象不能解释，如： 突出的区域性分布； 石门的自行揭开；过煤门时的大强度突出； 震动放炮揭开煤层时的延期突出； 突出时瓦斯喷出量超过煤层的瓦斯含量几十倍甚至几百倍。,六、基础知识,1什么叫煤与瓦斯突出？其原因是什么？按其力学性质是怎样分类的？1）煤与瓦斯突出指矿井开采过程中在很短时间内，突然从煤（岩）层中以极快的速度向巷道的采掘空间喷出大量煤（岩）和瓦斯，并伴随着强烈的声响和强大机械效应的动力现象。,2）煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力和煤的力学性质等因素综合作用的结果。 3）按煤与瓦斯突出的力学特征分类，将其分为倾出、压出、突出和岩石与二氧化碳突出。,2煤与瓦斯突出有哪些征兆？1）无声征兆：如煤层结构发生变化；工作面压力增大；瓦斯增大或忽大忽小；顶钻或夹钻等；2）有声征兆：如煤体内响煤炮、劈裂声；掉碴、脱落或射出煤块，折断支柱等。,3煤与瓦斯突出有哪些危害？煤（岩）与瓦斯突出能摧毁井巷设施，破坏通风系统，使井巷充满瓦斯与煤粉，造成人员窒息和煤流埋人，甚至引起瓦斯爆炸和火灾。4煤与瓦斯突出防治的“四位一体”原则指什么？“四位一体”指煤与瓦斯突出的预测、煤与瓦斯突出的防治措施、煤与瓦斯突出防治措施的效果检验和个体安全防护措施。,结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best, Failure Is Great, So DonT Give Up, Stick To The End,谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way,演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日,