《突出防治技术》PPT课件.ppt

煤与瓦斯突出防治技术介绍贵州省煤炭管理局二OO七年十一月,介绍内容,一、瓦斯突出模拟+现场 二、粉尘爆炸演示 三、突出演示 四、瓦斯粉尘爆炸演示 五、煤与瓦斯突出概述 六、煤与瓦斯突出防治技术 七、突出矿井管理 八、突出防治技术研究动态,煤与瓦斯突出概述,一、煤与瓦斯突出概述,突出的概念 突出的危害性 我国的突出特点和一般规律 突出的预兆 突出机理 突出分类,1、突出的概念,煤与瓦斯突出(包括煤与二氧化碳、岩石与二氧化碳突出)是发生在煤矿井下采掘过程中的一种极其复杂的瓦斯动力现象。是在很短时间（几秒到几分钟）内，在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象，并伴随产生不同程度的动力效应，可造成设施破坏和人员伤亡的现象，是煤矿井下最严重的灾害之一。,突出过程演示,2、突出的危害,摧毁巷道设施 破坏通风系统 煤岩掩埋人员 瓦斯窒息人员 引起瓦斯爆炸、燃烧,突出危害示例1,1879年4月17日，比利时“阿拉波二号井”发生一次强度420t，瓦斯50万m3的突出。瓦斯逆流从提升井冲至地面，距井口23m的绞车房附近的火炉引燃了瓦斯，火焰高达50m，井口建筑烧成一片废墟。2h后，火焰快要熄灭时，井下又连续发生7次瓦斯爆炸。井下209人，死亡121人，地面3人烧死，11人烧伤。,突出危害示例2,湖南省娄底市双峰县秋湖矿业公司（原秋湖煤矿），2002年9月3日2时10分左右，324采区3249补充切眼掘进工作面发生了一起特大煤与瓦斯突出事故。突出煤量约为600t，涌出瓦斯量约为7.5万m3。突出的煤炭造成3249切眼的3名工人和32410上山的3名工人被煤炭掩埋而窒息死亡；喷出的瓦斯造成3249工作面、3248工作面及324运输石门内33名工人被瓦斯窒息死亡，另有4人因瓦斯窒息而受伤。同时突出还造成了采区内电缆、风筒和矿车等设备不同程度地破坏。,突出危害示例3,2004年10月20日，河南省郑州煤炭工业集团有限责任公司(简称郑煤集团公司)大平煤矿发生一起特大型煤与瓦斯突出（突出煤岩量为1894 t，瓦斯量约25万m3。）引发的特别重大瓦斯爆炸事故，造成148人死亡，32人受伤（其中重伤5人），直接经济损失3935.7万元。,m,危害示例2大平矿瓦斯爆炸,危害示例2大平矿瓦斯爆炸,危害示例2大平矿瓦斯爆炸,危害示例2大平矿瓦斯爆炸,危害示例2大平矿瓦斯爆炸,危害示例3大平矿瓦斯爆炸,危害示例3大平矿瓦斯爆炸,危害示例3大平矿瓦斯爆炸,危害示例3大平矿瓦斯爆炸,危害示例3大平矿瓦斯爆炸,危害示例3大平矿瓦斯爆炸,危害示例3大平矿瓦斯爆炸,大平煤矿“10.20”事故瓦斯突出及扩散过程演示,21轨道下山岩石掘进工作面,突出煤岩量约1894t,瓦斯量25万m3,瓦斯爆炸传播过程演示,3.1 概况世界上发生的第一次典型的突出 1834年法国鲁阿尔煤田的伊萨克矿井世界上最大的一次突出 前苏联的顿巴斯煤田的加加林矿井石门揭煤时发生的突出,突出强度:1.42万吨，瓦斯25万m3我国的突出矿井数和突出次数 1950年，吉林辽源局富国西二坑发生我国有记载的第一次突出。不完全统计：19501995年，总共16333次；19512004年，在国有重点煤矿中，44个局185对突出矿井，突出11901次。有资料显示，现有突出矿井达911处。我国最大的一次突出 天府矿务局三汇一矿平峒揭煤时发生的突出，强度:1.278万吨(煤岩),瓦斯140万m3,3、我国的突出特点和一般规律,06.2.25 湖南邵阳大园矿，死亡18人；06.3.12 湖南郴州高坪矿发生突出，死亡11人；06.5.10 四川宜宾拗田煤矿，死亡11人；06.7.29 云南白龙山煤矿，死亡11人；06.12.3 湖南涟源市观音一井，死亡12人；06.12.5 重庆南川潼仪煤矿，死亡5人；06.12.13 湖南衡阳裕民煤矿，死亡12人；,3.2 最近2年发生的突出伤亡情况(不完全数据),07.03.27 贵州水城汪家寨煤矿，死亡10人；07.04.01 四川芙蓉白皎煤矿，死亡5人；07.04.06 湖南金竹山平垌，死亡4人；07.04.06 甘肃窑街金河矿，煤与二氧化碳突出，死亡9人；07.04.19 河北峰峰局大树村煤矿，死亡17人；07.04.20 河北邯郸陶二煤矿，死亡11人；07.05.20 山西晋城寺河煤矿，死亡4人；07.05.30 湖南涟源市安平镇新万三矿，死亡6人;07.10.13 江西丰城矿务局建新煤矿,死亡16人;07.11.08 贵州省毕节地区纳雍县阳长镇群力煤矿,死亡35人;07.11.12.河南平顶山市平煤集团公司十矿，12人死亡;,3.2 最近2年发生的突出伤亡情况(不完全数据),3.3 我国最大一次突出发生情况 我国最大的一次突出(世界第2)-1975年8月8日，天府矿务局三汇一矿+280m水平，平峒揭开K1煤层时，突出煤岩12780t，瓦斯140万m3。炮响34s后发生突出，峒口一阵狂风，将小碎石卷起，吹到50m以外，大量瓦斯携带煤粉涌出，呈黑浓烟状，持续40min才逐渐下降。距突出点700多m远的三道风门被毁，风门外装有钎子和矸石的矿车冲出30多m远，1t多重的一块巨石被冲走120多m，另一块重达3t的巨石冲出60余m，拐两个90的急弯进入变电所。,我国最大的一次突出突出煤矸堆积情况距突出点110m，煤矸基本封顶堆积高度缓慢下降，整个堆积长度1170m，直到峒口南茅口大巷，堆积60m(20m封顶)；北茅口大巷，堆积250m(约100m封顶),3.4 我国突出的特点,突出矿井分布广，部分地区较严重 20多个省(区)的一些矿井 四川、重庆、贵州、湖南、江西、辽宁、河南等省 较严重 湖南的突出矿井数和突出总次数，均占全国总数的1/3以上，特大型突出次数占一半以上；突出分布在不同类型的煤层 单一突出煤层的矿井占突出矿井总数的1/3 相当一部份矿井的所有可采煤层均属突出煤层，无保护煤层可采 全国有近一半的突出矿井，需采用本煤层防突措施,3.4 我国突出的特点,始突深度不一 5060m500600m 始突深度浅，特大型突出的深度浅，在南方煤田中是一明显特点中小型突出占绝大多数，大强度突出次数也不少 50t以下的小型突出占73.77%50100t的中型突出占13.45%100500t的次大型突出占11.15%5001000t的大型突出占0.91%1000t的特大型突出占0.7%大型和特大型突出比例虽小，但次数仍有100多次，多数发生在石门揭煤时有少数矿井发生过岩石与二氧化碳突出及岩石与甲烷突出 随着采深的加大，突出矿井不断增多，突出灾害日益严重 延期突出和打钻突出增多,3.5 突出的一般规律,煤层突出危险性随开采深度增加而增大;煤层突出危险性随煤层厚度的增大而增大;大多数突出发生在掘进工作面;掘进面占80%(其中石门占6.75%)以上,采面占15.8%石门突出的平均强度最大;突出前的作业方式多样，但以放炮为最多;放炮占64.6%,手、风镐落煤占21%,其它占12.1%突出多发生在地质构造带和应力集中带;多数突出前有预兆出现。,3.6 突出多发地点,封闭向斜轴附近轴部地带上部压应力下部张应力，受深部地层的阻力，岩层进一步挤压小型层面滑动并出现压性逆断层南桐矿区80%的突出发生在八面山向斜、王家坝向斜、鸦雀岩向斜、甘家坪向斜,3.6 突出多发地点,帚状构造收敛端 收敛端常常是地应力集中的地点 天府三汇一矿处在华莹山帚状构造的收敛端，突出频繁发生。,3.6 突出多发地点,煤层扭转区南桐矿务局原东林矿的79次突出中，有93%集中在南翼黑漆岩扭转带，在突出事例中可清楚看到构造应力的水平挤压作用鱼田堡煤矿东翼的9次突出均分布在压扭性的扭转轴轴部附近,3.6 突出多发地点,压性、压扭性小断层带受水平方向强烈挤压而形成，保持了高的应力集中，同时对瓦斯存储也有利六枝煤矿东二采区，14次突出(占7号层总数的61%)均与压性压扭性小断层有关,3.6 突出多发地点,压性、压扭性小断层带南桐一井5号层一个回采面沿走向32m，连续突出7次与压扭性小断层有关,3.6 突出多发地点,煤层产状变化区南桐一井5号煤层80%的突出(73次)发生在该区域洪山殿蛇形山井4采区，煤层走向倾角变化，是严重突出区，该区突出70次(占总数44%)，该区1442机巷平均1次/11米,3.6 突出多发地点,煤包及煤厚变化带煤层厚度急剧变化带是构造应力集中的地带红卫煤矿的190次突出(占总数85%)发生在煤包地带，全部特大型突出集中在煤包最厚区段,3.6 突出多发地点,煤包及煤厚变化带红卫煤矿的126采区在走向不到70m的薄煤带掘进时，发生7次突出,3.6 突出多发地点,分岔煤处红卫煤矿揭开分岔煤时经常发生突出(最大2000t),3.6 突出多发地点,岩浆岩浸入带岩浆岩浸入引起煤层局部变质力学性质变化应力分布不均白票矿区，25%以上的突出(265次)发生在岩浆岩浸入带,4.煤与瓦斯突出预兆,有声预兆：煤炮声、机枪声、闷雷声、劈裂声、支柱折断声等无声预兆煤层结构变化，层理紊乱，煤变软、光泽变暗，煤层由薄变厚，倾角由小变大工作面煤体和支架压力增大，煤壁外鼓、掉渣等瓦斯增大或忽大忽小，煤壁温度降低,5.突出机理概述,突出机理是对突出发生原因和发动过程的认识是突出预测和防突技术的理论依据；世界上尚未形成完整的公认的突出机理理论；目前机理研究尚停留在各种假说阶段,各种假说可概括为4种类型:应力学说、瓦斯学说、化学学说、综合学说，其中综合学说得到较多支持；何学秋教授提出的“流变”学说和蒋承林教授提出的“球壳失稳”学说是近年来我国在机理研究中的新进展。,（1）煤与瓦斯突出机理归纳瓦斯主导说“瓦斯包”说、“煤粉带”说、“煤空隙结构不均匀”说、“裂隙堵塞”说、“闭合空隙瓦斯释放”说、“瓦斯膨胀”说、“瓦斯解吸”说、“地质破坏带”说、“突出波”说、“火山瓦斯”说、“卸压瓦斯”说等地压主导说“岩石变形潜能”说、“应力集中”说、“剪应力”说、“振动波”说、“冲击移动”说、“顶板位移不均匀”说；“应力叠加”说、“塑性变形”说、“拉应力”说、“放炮突出”说等,（2）煤与瓦斯突出机理归纳化学本质说“瓦斯水化物”说、“爆炸的煤”说、“重煤”说、“地球化学”说、“瓦斯煤固溶体”说、“硝基化合物”说等综合假说 国内外多数研究人员认为，煤与瓦斯突出是由地应力、瓦斯和煤的物理力学性质三者综合作用的结果，在实践中、多数人认为综合假说能比较客观地解释一些突出动力现象，在防突工作中，其效果基本令人满意。,（3）突出的发生和发展过程,准备阶段：能量集聚，形成高的地应力和瓦斯压力梯度，工作面煤体处于临界破坏的脆弱平衡状态。发动阶段：工作面的应力状态突然改变，临界平衡状态被打破，煤岩卸载，伴随着裂隙的生成和扩张，瓦斯大量解吸并参与突出。扩展阶段：在应力和瓦斯压力梯度的作用下，从突发点向煤体内部连续破坏和剥离煤体，破碎的煤在被瓦斯风暴搬运中被粉碎。停止阶段：由于剥离和破碎煤体在扩展过程中遇到较硬的煤体或孔洞被堵塞引起的应力和瓦斯梯度降低，使得地应力和瓦斯压力降低到不足以继续破坏煤体的程度，突出便中止。,6.突出类型划分,按照力学特征分类：倾出、压出和突出按照强度分类：小型（50t）、中型(50100t)、次大型(100500t)、大型(5001000t)、特大型(1000t)按照巷道类型分类：石门突出、采面突出、煤巷突出。,煤与瓦斯突出防治技术,二、煤与瓦斯突出防治技术,防突技术的发展阶段“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,1、防突技术的发展阶段,我国防突技术大致可分为3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：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。,2、四位一体综合防突体系,突出危险性预测 防突措施 防突措施效果检验 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,2、四位一体综合防突体系,3、突出危险性预测,预测的目的和意义 预测方法分类 预测方法概述 预测技术的研究重点,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。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。我国“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,3.2 预测方法分类,区域性预测 煤层、水平、采区、阶段及局部区域预测工作面预测 采掘工作面预测（点预测）,3.3 预测方法概述,（1）区域预测方法和指标 地质勘探时期 和矿井生产时期 的突出危险性预测 煤 层-突出煤层和非突出煤层。突出煤层-突出危险区、突出威胁区、无突出危险区 不同区域的管理制度有所不同。,煤层突出危险性预测 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。,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)3.其它方法：三维地震、井下无线电透视等物探等手段与规律性结合,钻孔之间发射接收图,巷道之间发射接收图,无线电透视法探测区域危险性效果图,（2）工作面预测方法和指标 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。,工作面日常预测（检验）指标,石门工作面 综合指标 D、K 钻屑瓦斯解吸指标 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、钻粉量等）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,预测（检验）钻孔布置 1)层位:一般应布置在软分层中；2)孔径:一般多采用42mm孔径；3)数量:根据不同煤层产状、不同工作面有所不同：在煤巷掘进工作面对于急倾斜煤层布置2个，倾斜及缓倾斜煤层布置3个；采面每隔1015m布置1个；石门工作面一般应布置35个；4)范围:控制巷道轮廓线外一定范围内,（24m）；5)长度:不宜太深，一般为810m（石门工作面除外）；6)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（因为钻孔布置不均导致）,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,10-15m,采煤工作面预测钻孔布置示意,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,几种常用预测指标及测定方法,钻屑瓦斯解吸指标 钻孔瓦斯涌出初速度及其衰减指标 钻粉量S 综合指标R 瓦斯涌出动态指标 其它,钻屑瓦斯解吸指标,指标常见形式:K1值和h2 二者的区别与联系:2点之差与10点拟合；具有一定相关性。钻屑瓦斯解吸规律：有多种表述公式：Q-W=K1t0.5;V=v1t k;等突出预测的基础 大量实验证实：突出危险煤与非突出危险煤的瓦斯解吸特征不同，突出煤具有较大可解吸瓦斯量，具有较快的解吸速度。反映出瓦斯压力、可解吸量、瓦斯放散能力、破坏程度等的差别，也即反映出突出危险性大小。,t,V,瓦斯解吸曲线示意图,测定仪器介绍 ATY、WTC:测定指标:K1、温度、V30、Kf等 构 成:主机、煤样罐、组合筛、秒表、弹簧秤、充电器、打印机、瓦斯监测仪、温度探头等；MD-2、MD-3:测量h2指标,MD-2型解析仪示意图,K1值计算公式及物理意义 Q+W=K1*t0.5 式中：Q测定的瓦斯解吸量 W测定前的瓦斯损失量 t瓦斯解析时间；t=t1+t2+ti t1钻屑从煤体暴露到接粉的时间；t1=L/10 t2从接粉到开始测定的时间;一般为12min ti从开始测定到采集数据的时间；i=1,210,时间间隔为0.5min K1是通过10个测定值拟合计算而得,相当于第1分钟的瓦斯解吸量，K1越大,表明瓦斯压力越高、瓦斯解吸速度越快。,K1指标与突出危险性的关系：K1指标综合反映了瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯放散初速度、煤的孔隙结构等参数。大小与瓦斯、煤的物理力学参数、瓦斯解吸特征及测量工艺、环境条件和测定误差等有关。K1越大，突出危险性越大。操作方法：仪器准备：主机及必备件、充电、精度、气密性等 其它准备：皮尺、粉笔、秒表、瓦检仪 钻孔布置：软分层、孔数、钻孔参数等参照细则 测 定：按使用说明书（下图）记录、显示、预报、打印等,注意事项 钻孔布置必须在软分层且参数合理，避开钻孔影响 电量必须充足，操作快速、减少暴露时间，2min内完成 把握接粉时机、避免卡钻处理后钻进时立即接粉 观察测量中仪器是否漏气 最好采用干粉测定 充分筛分 避开矸石段、观察钻粉中是否混有矸石 控制打钻，禁止先打到预定深度后等待接粉 现象记录、工作面异常描述 预测深度不宜太长等 预测完后最好在井下显示一遍，确定准确值（小数点后3位）定期标定,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,钻孔瓦斯涌出初速度及其衰减指标,指标概念：q，Cq 钻孔瓦斯涌出速度及其衰减规律（见下图）与突出危险性关系：q及Cq指标综合反映了瓦斯压力、应力状态、透气性和瓦斯放散能力。q 越大、Cq越小突出危险性越大；,q及Cq指标的联合使用：一般配合使用，敏感性会提高。q指标大于某一大值或小于某一值时可以不测Cq指标，直接用q指标预报危险性；在某一范围时内时，需要用Cq指标配合预报，当Cq指标小于某一临界值时预报为有危险，否则无危险。,t,q,q=q0t-k,测定方法 测定仪器及其构成：封孔器、测杆、流量计（最好为瞬时流量计）、打气筒、压力表、测量室控制杆、备用胶囊等；钻孔布置：软分层、孔径、孔数、钻孔参数等参照细则；准 备：测量装置、气密性检查、皮尺、粉笔等测 定：按规定进行；记 录：预 报：测定仪器 封孔装置、流量计两大部分构成 重庆分院的TWY预测仪、ZWC-2型初速度测定仪；抚顺分院的多级流量计、转子流量计、煤气表等。,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,参考临界值,注意事项 钻孔布置必须在软分层且参数合理，避开钻孔 操作快速，减少暴露时间，2min内完成 控制打钻，禁止先打到预定深度后等待测量 观察压力表，检查是否漏气 进气端是否堵塞 测量室长度控制 现象记录 不要正对测杆避免人员受伤等 定期检查气密性 要备用胶囊与工具,钻粉量指标,指标概念及表示形式：Kg/m,L/m 与突出危险性关系 钻粉量S综合反映地应力、瓦斯和煤质三因素，但影响最大的是地应力，在以地应力为主导突出的矿井较多应用。一般S比正常排粉量大34倍时认为有危险。细则推荐的临界值为:6kg/m;,测定方法 测定仪器及其构成：弹簧秤、塑料桶或袋等 准 备：测量装置、皮尺、粉笔等 钻孔布置：软分层、孔径、孔数、钻孔参数等参照细则 测 定：按规定每m一次 记录、预报：注意事项 钻孔布置应在软分层且参数合理、钻粉接全、现象记录、控制打钻速度、测量长度控制等。,综合指标,指标公式：R=（Smax-1.8）(qmax-4)与突出危险性关系 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，R0时，用单项指标判断 测定方法 见钻粉量和初速度测定方法 注意事项 钻孔布置必须在软分层且参数合理、钻粉全接、现象记录、控制打钻、测量长度（1m）控制等,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,V30与突出危险性关系 V30指标指工作面炮后30min吨煤瓦斯涌出量。由4部分组成：炮后煤壁表面、巷道顶底煤壁表面新增瓦斯量Vq30、Vdq30和落煤的游历瓦斯量Vp30、解吸瓦斯量Vx30，一般Vdq30和Vp30变化不大。V30指标包含了瓦斯涌出和瓦斯解吸两个方面，和突出的影响因素有关；理论上讲，V30指标一般随着循环放炮的次序由小变大或变化不大，但也有不符合这一规律的情况，当规律异常变化时，表明前方可能存在突出危险。当由小变到很大或由小变到很大然后又大幅变小时，往往前方有异常。,V30测定方法 一般利用矿井环境检测系统或WTC瓦斯突出参数仪测定，利用矿井环境检测系统时需要人为统计计算。统计内容：每一次进尺的落煤量（可通过上报的煤量或根据进尺长度、断面、密度计算）、进尺前瓦斯浓度、进尺30min内平均瓦斯浓度；风量等 注意事项 掌握矿井瓦斯涌出规律、保证瓦斯浓度传感器精度、风量、落煤量应尽量准确；由于各参数均有误差存在,目前多作为辅助预测指标。,其它预测指标简介,电磁辐射 煤岩受力发生变形、位移和微破坏过程中，一些原子的外层电子获得高的动能而逃逸出来，随着破坏的发展，外逸的电子不断增多，裂隙面不断获得静电荷分布，达到一定值时便发生电磁辐射现象。电磁辐射强度可用于预测突出。声发射 煤岩受力发生变形、位移和微破坏过程中，会发射出应力波，利用对该应力波的测定可以预测突出。AE事件数、能量等指标可以作为预测指标。煤体温度,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:卸除地应力 释放煤层瓦斯 增强支护强度（金属骨架或固化）,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 保护层的保护作用随层间距的增大而减小，达到某一临界距离时，保护作用已不明显，该临界距离称之为有效层间距。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：急倾斜煤层上保护层60 m，下保护层80 m；缓倾斜和倾斜煤层，上保护层50m，下保护层100 m。选择保护层时应根据保护层厚度、岩性组合、顶板管理方法，回采工作面长度和开采深度等因素确定有效垂距。,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2倍层间距，并不小于30m。开采保护层的注意事项 不留或少留煤柱；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。,4.1 区域性防突措施4.1.2 预抽煤层瓦斯 预抽防突机理,预抽煤层瓦斯消突原理框图,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,预抽方法 模块化抽放（寺河模式）,预抽方法 穿层抽放（白皎、松藻模式）,预抽方法 穿层顺层抽放（六枝模式）,预抽方法 顺层抽放,预抽效果评价 规程要求：预抽瓦斯后,突出煤层的残存瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量。煤层瓦斯预抽率应大于30%。标准要求（MT）：残存瓦斯压力小于0.74MPa;残存瓦斯含量小于始突深度的原始煤层瓦斯含量；综合指标D,K小于其临界值。,预抽效果评价 部分煤层预抽效果,天府刘家沟矿采用8m8m网格预抽，预抽时间大于36个月方可使抽放率达到25以上。淮北芦岭矿8#煤采用直径为75mm、孔间距4m预抽，预抽6个月即可消除煤层的突出危险性。,提高预抽效果的方法 长时间、密集钻孔强化抽放；预裂爆破；水力扩孔,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）测压或预测突出危险性（5m）采取防突措施（3-5m）进行措施效果检验 远距离放炮或震动性放炮揭开煤层（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-排放钻孔-金属骨架-化学固化,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。,预抽瓦斯（边掘边抽）,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1.52.0m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。,水力冲孔,对于有自喷（喷孔）能力的突出煤层，利用钻孔切割和水射流的打击，破坏煤岩内部应力平衡和瓦斯的不稳定平衡，在人为控制下激发喷孔，随着煤和瓦斯的大量排出，突出潜能被释放，从而起到消除一定范围内突出危险性的作用。,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 震动性放炮 远距离防炮 反向风门 井下避难所 压风自救系统 隔离式自救器,突出矿井管理,三、突出矿井管理,组织管理：1.防突机构及人员 2.防突措施计划（综合防突技术措施、工程、资金等）3.制度及责任制 4.防突装备 5.人员培训,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。,防突技术研究动向,四、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；钻孔施工深度不足；延期突出增多；打钻突出问题；“低指标突出”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,