《煤矿瓦斯突防》PPT课件.ppt

瓦斯突防,防突技术的发展“四位一体”综合防突措施体系 突出危险性预测 防突措施 防突措施效果检验 安全防护措施 日常防突技术管理 防突技术研究动向,煤与瓦斯突出防治技术,1、防突技术的发展阶段 我国防突技术大致可分为四个发展阶段 第一阶段：在20世纪50年代以前，以安全防护措施为主，避免人员伤亡。主要措施是采取震动性放炮。第二阶段：20世纪50至70年代，以防止突出措施为主，普遍采取防突措施（区域和局部措施），辅以安全防护措施；第三阶段：工作面综合防突措施，增加了突出预测和措施效果检验内容，形成了包括突出危险性预测、防突措施、措施效果检验和安全防护措施的“四位一体”综合防突措施。第四阶段：区域综合和局部综合（两个“四位一体”）防突。,煤与瓦斯突出防治技术,2、“四位一体”为主综合防突体系,突出危险性预测 防突措施 防突措施效果检验 区域验证、安全防护措施 合理采掘部署,“五步配套”综合防突措施,“四位一体”综合防突措施,煤与瓦斯突出防治技术,3、突出危险性预测,预测的目的和意义 预测方法概述 预测方法分类 预测技术的研究重点,煤与瓦斯突出防治技术,3.1 目的和意义,保障安全生产 判识区域或工作面突出危险性，为预防突出事故提供依据，同时提高安全管理效率。确定防突措施的有效性；为作业人员进行突出预警（定性 定量）。提高经济效益 提高防突措施的针对性，减少防突措施工程量，减少防突成本，提高采掘进度，从而在安全的前提下解放生产力，提高矿井经济效益。“四位一体”综合防突体系的重要组成突出危险性预测和防突效果检验2个重要环节,煤与瓦斯突出防治技术,3.2 突出危险性预测概述,预测分类,煤与瓦斯突出防治技术,区域预测（两个阶段）,工作面预测,地质勘探时期,矿井生产时期（三个层次）,矿井,煤层,煤层区域,矿井的突出危险性预测,突出矿井,矿 井,区域预测,非突出矿井,进一步确定哪些煤层具有突出危险性,煤与瓦斯突出防治技术,煤层突出危险性预测,突出煤层,煤层,区域预测,非突出煤层,水平、翼、采区、区段区域预测,无突出危险区,突出危险区,工作面预测（日常预测）,突出危险工作面,无突出危险工作面,可不采取防治突出措施,采掘工作面每推进1050m，应用工作面预测方法连续进行不少于两次区域预测验证，其中任何一次验证为有突出危险时，该区域应改划为突出危险区。只有连续两次验证都为无突出危险时，该区域仍定为无突出危险区域,必须采取防治突出措施措施效果检验有效后安全防护措施采掘作业 每执行一次防治突出措施作业循环后，再进行工作面预测，如预测为无突出危险时，还必须再执行防治突出的措施，只有连续2次预测为无突出危险时，该工作面方可视为无突出危险工作面。,可不采取防治突出措施，但必须采取安全防护措施,煤层突出危险性鉴定（规定十三条）单项预测指标及参考临界值 只有上述全部指标达到或超过临界值时方可划分为突出煤层,突出煤层区域预测 1.瓦斯地质统计法 确切掌握煤层赋存、地质构造等与突出分布规律时划分。,根据瓦斯地质分析划分突出危险区域示意图l-断层；2-突出点；3-上部区域突出点在断层两侧的最远距离界线；4-推测下部区域断层两侧的突出危险区边界线；5-推测的下部区域突出危险区上边界线；6-突出危险区(阴影部分),突出煤层区域预测 2.综合指标法：D=(0.0075H/（f-3)(P-0.74)K=P/f 参考临界值：D:0.25 K:20(无烟煤)，15(其它煤种),工作面预测方法 分类 接触式预测（传统预测法）：通过打钻孔测定钻屑瓦斯解析指标（K1、h2）、钻粉量、钻孔瓦斯涌出初速度及其衰减、钻粉温度等单项指标或综合指标进行突出危险性预测。这是目前被广泛使用且成熟的预测方法和指标。缺点是要占用一定的作业时间和需要一定的工程量；不能连续预测；无法预测延期突出等。非接触式预测：通过安装在工作面后方的各种传感器和主机对采掘过程中产生的各种信息进行处理，根据处理结果进行实时连续预测。方法主要有瓦斯涌出动态指标法、声发射检测法、电磁辐射法等。,工作面预测（检验）方法,石门工作面 综合指标 D、K（指标及临界值同前）；钻屑瓦斯解吸指标K1值和h2；其它经试验验证有效的方法。煤巷掘进、采煤工作面 钻屑指标（钻屑瓦斯解吸指标、钻粉量）；钻孔瓦斯涌出初速度；R值指标；其它经试验验证有效的方法：温度、V30等。,煤巷掘进工作面预测钻孔布置示意,缓倾斜煤层钻孔布置示意,急倾斜煤层钻孔布置示意,24m,说明：预测孔一般应布置在软分层中；孔径一般为42mm；预测孔深度一般810m。检验孔一般布置在措施孔之间，或在措施应控制范围内的未控地带,预测（检验）钻孔布置,10-15m,采煤工作面预测钻孔布置示意,说明：预测孔一般应布置在软分层中；孔径一般为42mm；预测孔深度一般810m。检验孔一般布置在措施孔之间，或在措施应控制范围内的未控地带,应不小于3m,1、2、3,4,1,3,2、4,石门工作面检验钻孔布置示意,测定仪器,MD-2型解析仪示意图,测定仪器,瓦斯解吸指标参考临界值 煤样 K1(mL/g.min0.5)h 2（mmH2O）干煤 0.5 200 湿煤 0.4 160,用钻屑瓦斯指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性的临界值,煤壁,封孔胶囊,测杆,钻孔,测量室控制杆,高压胶管,压力表,打气筒,流量计,钻孔瓦斯涌出初速度测定示意,瓦斯涌出初速法指标参考临界值,R值指标法,R=（Smax-1.8）(qmax-4)综合反映了瓦斯、应力、煤的力学性质等参数，R越大突出危险性越大，R6时，用单项指标判断,1-巷道；2-预测钻孔,瓦斯涌出动态指标,几种指标形式 放炮后30（60）min内吨煤瓦斯涌出量V30、V60 放炮瓦斯浓度峰值与炮前正常瓦斯浓度的比值B 瓦斯涌出变动系数KV 两次放炮瓦斯涌出量峰值差|q|除了放炮的其它作业瓦斯涌出量增减幅度|Q|一些参考指标及其临界值 指 标 V30 KV B|q|Q|m3/t m3/min m3/min 参考临界值 9 0.7 5 0.4 0.21,工作面突出危险性预报,单一指标测定值大于等于其临界值时判定为有突出危险性存在以下几种情况之一时可直接判定为有突出危险：处于地质构造带 煤层赋存条件急剧变化区 处于应力叠加区 打钻时出现喷孔、顶钻等动力现象 有明显突出预兆多指标预测时，只要一项指标超标就判定有突出危险 敏感指标及临界值应根据矿井实际考察确定,3.4 预测技术发展方向,区域预测方面 借助各种物探手段的区域预测方法：地质动力区划法(应力计算法等)、三维地震法和煤层透视法（地质坑透及钻孔坑透等）结合统计规律预测区域突出危险性；非接触式连续预测 声发射预测、电磁辐射预测、瓦斯涌出动态等已进行了大量的研究，但要达到实用化程度还需进行不懈的研究。突出监测预警 借助矿井安全安全监控系统、计算机技术、信息技术和网络技术等优势，通过对多种信息的综合分析，实现对瓦斯突出危险性动态的、系统的监测、评价和警戒。,4、防突措施 区域性防突措施 局部防突措施 各种防突措施基本原理:减小或消除地应力；降低煤层瓦斯含量，减少或消除煤层瓦斯潜能；增加煤体机械强度（瓦斯排释后自身强度增加或人工加固）。,国内外主要应用的防突措施,（,（,采面,煤巷,石门,区域,局部防突措施,区域防突措施,防治突出措施,水力冲刷,水力挤出,预裂爆破,超前支护,松动爆破,超前钻孔,瓦斯抽放,水力冲孔,金属骨架或固化,排放钻孔,煤层注水,预抽瓦斯,保护层开采,4.1 区域性防突措施4.1.1 开采保护层 概念：所谓开采保护层，通常是指在煤层群开采中，选择某一不具有危险或危险性较小的煤层先行开采，从而对具有危险的煤层起到消除突出危险的效果。先行开采的煤层称为保护层，后开采的煤层称为被保护层，保护层位于被保护层上方的称为上保护层，反之称为下保护层。迄今为止，开采保护层是防止煤与瓦斯突出最经济、最有效的根本手段。选择保护层的原则 优先选择上保护层 选择下保护层时不得影响和破坏上部的被保护层,开采保护层防突机理,应力降低、煤层卸压,突出的激发作用减小,透气性增加,瓦斯压力梯度减小,瓦斯排放,突出发展的瓦斯作用减小,煤体强度增高,抵抗破坏的能力增强,消除或降低突出危险性,开采保护层,考察参数的变化 保护层开采后，在卸压范围内，被保护层：瓦斯压力下降、瓦斯流量增大、煤层变形增大、顶底板岩石应力降低、煤体温度降低。下图为鱼田堡煤矿开采上保护层3#煤层后被保护层4#煤层参数变化情况。由图中可看出，被保护层参数的变化可大致划分为4个带，即：正常应力带、集中应力带、保护卸压带和应力恢复带。,保护层的保护范围,保护层的有效保护层间距 我国根据大量试验资料统计分析认为，在采深小于550 m，回采面长度小于120 m条件下，保护层的有效保护层间垂距为见下表：,保护层的保护范围 由走向卸压角、倾向卸压角和超前距确定。走向卸压角：,保护层的保护范围 倾向卸压角：,保护层的保护范围 超前距：保护层超前于被保护层的距离应不小于3倍层间距，并不小于100m。（注意：原防突细则和现行煤矿安全规程规定为2倍和30m）开采保护层的注意事项 不留或少留煤柱(规程第十七条）见下图；被保护层工作面尽量布置在保护范围内；保护参数要实际考察确定；保护层开采过程中，应进行瓦斯抽放等措施，综合治理保护层的瓦斯涌出，加大被保护层的保护效果。,开采保护层的注意事项,4.1 区域性防突措施（专题介绍）4.1.2 预抽煤层瓦斯 预抽防突机理,施工抽放钻孔,煤体应力降低,预抽煤层瓦斯,消除（或降低）煤与瓦斯突出,释放煤岩弹性能,减少突出的激发作用,煤体强度增高,释放瓦斯潜能,发展突出的瓦斯作用减少,煤体抵抗破坏能力增加,瓦斯压力梯度降低,预抽煤层瓦斯消突原理框图,4.2 工作面防突措施石门揭煤防突措施 石门揭煤程序（MT/T955-2005）探查煤层层位（10m以外）（规定中对地质构造破坏区为20m）测压或预测突出危险性（5m）采取防突措施（5m）进行措施效果检验 远距离放炮放炮揭开煤层（1.52m）穿过煤层并进入顶（底）板岩石(2m),石门揭煤防突措施-预抽瓦斯-水力冲孔、水力疏松（不得用于下山掘进和倾角大于8的上山掘进）。-排放钻孔-金属骨架-化学固化,水力冲孔,排放钻孔,金属骨架,4.2.2 煤巷掘进防突措施-预抽瓦斯-超前钻孔-深孔松动爆破-水力化措施(注水湿润、水力压裂、水力挤出、水力冲孔）-超前支架,超前钻孔,（1）适用于煤层透气性较好、煤质较硬的突出煤层；（2）钻孔直径应一般为75120mm，地质条件变化剧烈地带也可采用直径42mm 的钻孔。钻孔距不得小于5m；若钻孔直径超过120mm 时，必须采用专门的钻进设备和制定专门的施工安全措施；,（3）钻孔应尽量布置在煤层的软分层中；（4）钻孔的控制范围，应控制到巷道断面轮廓线外24m（包括巷道断面内的煤层）；（5）钻孔孔数应根据钻孔的有效排放半径确定，钻孔的有效排放半径必须经实测确定；（6）超前钻孔施工前应加强工作面支护，打好迎面支架，背好工作面。,超前钻孔,深孔松动爆破,(1)深孔松动爆破措施，可适用于煤质较硬、突出强度较小的煤层。(2）深孔松动爆破的孔径为42mm，孔深不得小于8m。深孔松动爆破应控制到巷道轮廓线外3.0m的范围。孔数应根据松动爆破有效半径确定。采用深孔松动爆破防突措施，在掘进时必须留有不小于5m的超前距；(3)深孔松动爆破的有效影响半径，应进行实测；(4）深孔松动爆破孔的装药长度为孔长减去5.56.0m每个药卷（特制药卷）长度为1m，每个药卷装入一个雷管。装药必须装到孔底。装药后，应装入不小于0.4m的水炮泥，水炮泥外侧还应充填长度不小于2m的封口炮泥；(5)在装药和充填炮泥时，应防止折断电雷管的脚线；(6)深孔松动爆破后，必须进行措施效果检验。如果措施无效，必须采取补救措施；(7)深孔松动爆破时，必须执行撤人、停电、设警戒、远距离放炮、反向风门等安全措施。,松动爆破,1-破碎圈；2-松动圈,措施实施后工作面应力向深部转移,蛇形山：装药3kg/孔，雷管3个/孔；破碎半径0.1m；松动半径0.720.75m；影响半径：1.394.52m。,超前支架,4.2.3 回采工作面防突措施-预抽瓦斯-超前钻孔-松动爆破-预裂爆破-煤层注水,5、防突措施效果检验 检验的方法：同预测 检验的时间：措施实施后 检验的位置：措施孔间,6、安全防护措施,远距离防炮 反向风门 井下避难所（救生仓）压风自救系统 隔离式自救器,反向风门,防逆流装置,避难硐室,7、日常防突技术管理,1.尊重客观规律，合理采掘部署和适当控制采掘进度；2.加强管理程序(设计、审批、签字、通知、检查)、操 作和装备维护；3.加强地质测量工作；4.加强通风管理,完善通风系统和安全防护措施；5.电气设备、爆破材料等要符合更高的防爆要求；6.加强支护,防止冒顶垮塌；7.加强爆破工作管理；8.处理好突出孔洞；9.认真收集和分析突出原始资料，总结突出规律。,8、防突技术研究动向,防突中存在的主要问题 防突研究重点和动向,防突中存在的主要问题 无保护层可采；透气性差，瓦斯抽放效果不佳；集约化开采中的防突问题；钻孔施工深度不够；延期突出增多；打钻突出问题；“低指标值突出”问题；地质构造探测问题；特殊条件下防突措施问题等,研究重点和动向 防突技术的发展趋势 防突技术发展的趋势是以区域性防突措施为主、局部性防突措施为辅的防突格局。以区域预测、区域性防突措施、区域性防突措施效果评价、突出危险性连续监测预警、高效的安全防护措施作为新的综合防突体系。加强瓦斯抽采力度将是及其重要的一个环节。,研究重点和动向 地质构造探测技术研究 地面三维地震探测井下地质构造技术研究；井下长距离、高精度地质构造探测技术；地质雷达、无线电透视等技术的完善与提高。,研究重点和动向 煤与瓦斯突出预警技术 针对突出的复杂性，利用煤矿安全监测系统、计算机技术和网络技术的优势，收集井下尽可能多的静态和动态安全信息，在综合分析的基础上，对井下各工作面的突出危险状态和发展趋势进行监测、评价、预测和警戒，实现突出危险性的实时监测、在线分析和智能预警。利用信息技术，从管理和技术方面提高煤与瓦斯突出防治技术的途径，是今后的发展趋势。,研究重点和动向 煤与瓦斯突出预警技术,研究重点和动向 煤与瓦斯突出预警技术 图形编辑系统；瓦斯赋存预测与智能化区域预测系统；,研究重点和动向 煤与瓦斯突出预警技术 监控信息分析系统；防突动态管理系统；工作面突出危险性预警系统；,研究重点和动向 区域预测技术研究 采用物探、瓦斯地质方法、动力区划等方法，采用专用分析软件 对煤层区域突出危险性进行划分。工作面突出危险性连续预测技术 以电磁辐射、声发射、瓦斯涌出动态指标为代表的工作面连续预测技术是近年来的研究热点。,研究重点和动向 煤层增透技术研究 研究并提高预裂爆破技术、水力扩孔技术、交叉钻孔技术等，以提高煤层透气性，增强瓦斯预抽效果。突出煤层钻孔施工技术 针对突出煤层钻孔施工深度浅的难点，研制专用施工钻机、采用合理的排渣工艺和施工参数，使钻孔施工深度达到150m，成孔率达到80以上，重庆分院的研究目前已取得可喜的进展。,研究重点和动向,煤层瓦斯含量快速测定技术 研究井下直接测定煤层瓦斯含量的方法、装备。由井下取芯装备、瓦斯解吸仪、煤芯粉碎装置、色谱分析仪、含量分析软件等组成。解决井下瓦斯含量的快速测定问题，为掌握大量瓦斯含量数据充实瓦斯赋存参数、瓦斯抽采评价、突出危险性预测等提供技术支撑。,研究重点和动向,突出防治基础研究 在国家自然科学基金、973等项目的支持下，研究突出机理、瓦斯赋存、瓦斯流动、超前探测技术基础、地面瓦斯抽采技术基础、突出防治技术基础等，为揭示突出现象本身和防治技术的规律、为防突技术的发展提供理论支撑。防突技术标准研究 技术和管理标准的缺少、贯彻力度的不足等也是影响突出灾害多发的因素之一。近年来，国家加大了行业技术标准的研究和制修订工作。,谢谢大家！,