矿井瓦斯与矿尘防治技术课件第4章.ppt

第4章 煤与瓦斯突出及其防治,煤与瓦斯突出是矿井开采中危险性最大的灾害，是世界各主要产煤国突出矿井共同面临的技术难题。Exp:1834年3月22日，法国鲁阿煤田，伊萨克矿井（世界上第一次有记录的突出）。1950年，辽源富国西二井（我国第一次有记录突出）。最大的突出：前苏联（）：加加林矿，石门揭煤，14200t,250万m3瓦斯。中国（）：三汇坝一井,12780t,140万m3瓦斯.,4.1 煤与瓦斯突出概况,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,危害：1、产生的高压瓦斯流，能摧毁巷道，造成风流逆转、破坏矿井通风系统。2、井巷充满瓦斯，造成人员窒息，引起瓦斯燃烧或爆炸。3、喷出的煤岩，造成煤流埋人。4、猛烈的动力效应可能导致冒顶和火灾事故的发生。至2006年底，我国共发生突出15000余次，占世界突出总数40%。我国现有各类矿井28000处，其中，高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井占矿井总数的50%以上，突出矿井大约2000个。,定义：在很短时间内（数分钟），从煤（岩）壁内部向采掘工作面空间突然喷出煤（岩）和瓦斯的现象。突出机理复杂：突出地点、突出强度、突出时间很难预测 特点：伴有声响和猛烈的力能效应（摧毁井巷设施、破坏矿井通风系统），窒息、煤流埋人，可能引起瓦斯燃烧和爆炸。,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,4.2 煤与瓦斯突出的定义,4.3 煤与瓦斯突出预兆,1.声响预兆 如闷雷声、爆竹声、机枪声、嗡嗡声。2.瓦斯预兆 如风流逆转瓦斯异常、瓦斯浓度互大互小、打钻喷孔、哨叫声、蜂鸣声。像平顶山有瓦斯忽大忽小平均突出强度最大3.煤体结构预兆 层理紊乱、煤体干燥、煤体松软、色泽变暗无光泽、煤层产状急剧变化、煤层波状隆起、层理逆转等。4.矿压预兆 支架来压、煤壁开裂、掉砸、片帮、工作面煤墙外鼓、底鼓、钻孔夹顶钻、钻孔严重变形、炮眼装不进药等。5.其它预兆 有些工作面温度降低、煤墙发凉、特殊气味等预兆。,一、按力学特征分类1、煤（岩）与瓦斯突然喷出-突出主要特点：突出物的搬运特征：形成固体与气体两相混合流，可以流动到很远处。突出物的堆积特征：分选、沉积轮回，堆积角安息角（35-40）突出物的破碎特征：产生大量手捻无颗粒的微尘。,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,4.4 矿井瓦斯动力现象及分类,4.4 矿井瓦斯动力现象及分类,瓦斯量：突出瓦斯量（m3/t煤）瓦斯含量；喷孔孔形状：口小内大的犁形，倒瓶形（与应力分布一致）作用力：地应力（弹性变形能）瓦斯压力（瓦斯潜能）重力。,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,2、煤（岩）突然压出并涌出大量瓦斯-压出主要特点：突出物的搬运特征：煤呈整体外移，碎体抛出一定距离。突出物的堆积特征：就地堆积（or很近距离）、无分选性、无沉积轮回，安息角（35-40）突出物的破碎特征：大小不同的块体与碎末混杂。瓦斯量：瓦斯量（m3/t煤）瓦斯含量；喷孔孔形状：口大内小、外宽内窄、楔形作用力：地应力（围岩弹性位能突然释放），开采集中压力,4.4 矿井瓦斯动力现象及分类,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,3、煤（岩）突然倾出并涌出大量瓦斯-倾出主要特点：突出物的搬运特征：煤沿倾斜下落，碎体抛出不远距离；突出物的堆积特征：就地堆积（or很近距离）、无分选性、无沉积轮回，安息角（3540）突出物的破碎特征：大小不同的块体与碎末混杂。瓦斯量：瓦斯量（m3/t煤）瓦斯含量；,4.4 矿井瓦斯动力现象及分类,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,喷孔孔形状：口小内大、舌形作用力：地应力（围岩弹性变形能）、重力。多发生于急倾斜煤层，低强度时，易与冒落和突出混淆。三类动力现象的发生都以地应力为主，所以它们的预兆相似，但三者的基本能源不同。人们习惯上将三类现象统称为煤与瓦斯突出。,二、按强度分类 强度-每次动力现象抛出的煤（岩）数量（t or m3为单位）和瓦斯量(m3)。1、小型突出：强度50t/次（突出后几十min，瓦斯浓度恢复正常）；2、中型突出：5099 t/次（突出后几小时，瓦斯浓度恢复正常）；3、次大型突出：100499 t/次（突出后一天，瓦斯浓度恢复正常）；4、大型突出：500999 t/次（突出后几天，瓦斯浓度恢复正常）；5、特大型突出：1000 t/次（突出后，很长时间，瓦斯浓度恢复正常）。,4.4 矿井瓦斯动力现象及分类,三、突出危险程度划分 1、突出矿井和突出煤层：矿井在采掘过程中，只要发生过1次煤（岩）与瓦斯突出（简称突出，下同），该矿井即为突出矿井，发生突出的煤层即为突出煤层。2、突出危险区和无突出危险区：突出煤层经区域预测可划分为突出危险区和无突出危险区。3、突出危险工作面和无突出危险工作面：突出危险区进行工作面煤与瓦斯突出预测。四、防突措施的规定 在突出危险区工作前，应采取防突措施，采取措施之后应进行检验，有效后方可进行作业；在无突出危险区，每推进一个工作面预测循环，都必须进行工作面预测，根据预测结果采取措施。-“四位一体”,4.4 矿井瓦斯动力现象及分类,4.5 采掘工作面瓦斯动力现象的特点 采掘面的类型对突出诸因素的边界条件及在煤内空间与时间上的分布产生重大影响，因此各类工作面的动力现象具有不同的特点。Exp:石门突出：突出危险性最大，突出强度大，概率高，典型突出次数最多。,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,一、石门突出 类型：（1）放炮揭开煤层时的突出；（2）过煤门时的突出；（3）自行冲破岩柱的突出。其中，放炮揭开煤层时的突出所占的比例最大。1、揭煤与过煤门时的突出 exp1：exp2：原因：采掘应力叠加。,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,2、自行冲破岩柱的突出 原因：一般都存在于有利的地质构造条件。例如：断层、褶曲、扭转等地质构造处。3、延期突出 突出过程：准备、发动、发展、终止。延期时间：几十分钟 几十小时,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,延期突出的实质：放炮后，突出的准备阶段沿未结束，在此期间煤层内发生不稳定的蠕变，新暴露面附近煤内产生能量积累。新暴露煤壁支承能力较大，能承受爆破时已升高的载荷和瓦斯压力作用，并继续积蓄弹性能。当震动放炮不规范时，煤壁的稳定性降低，使地应力大大升高，直至处于过载应力状态。煤体突然破碎，瓦斯压力的推力也因煤体破碎裂隙增加而成倍增加，导致突出的发生。,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,二、平巷突出（煤巷掘进面）与石门突出相比，突出平均强度低。原因：地应力方面：缺少像石门那样硬岩约束条件，即无能量积累的过程条件。限制了合成和 增大。瓦斯方面：工作面前方煤体的CH4和平 远低于石门工作面前方煤体。因为瓦斯排放时间长。三、上山突出 倾出所占比例增多。煤的自重在动力现象中起作用。,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,四、下山突出 主要是突出和压出。煤的自重在动力现象中起阻力作用。五、采煤工作面突出 煤层倾角越小，突出危险性越大。采煤工作面突出表现出明呈的区域性，在地质构造上有如下几种类型：向斜轴部附近；地质构造交汇处；主向斜轴部的局部隆起区域；小断层群及顶底板凹陷或凸起群区域；煤厚及倾角突然变化区。,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,4.6 煤与瓦斯突出机理一、突出原因假说 怎样发生？原因何在？过程如何？1、瓦斯作用说 认为煤内存在高压瓦斯是突出中起主要作用的因素。“瓦斯包”：“多聚甲烷”：CH4在煤中形成不稳定的多聚甲烷（CH4）n）或结晶水合物（），当煤层揭开后，T升高或P降低 促使它们急剧分解，从而放出大量瓦斯并夹带大量煤炭而喷出。,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,2、地应力作用说 突出主要是高地应力作用结果。3、综合作用说 突出主要是地应力、瓦斯、煤的力学性质等因素综合作用结果。1）能量说 前苏联B.B.霍多特提出，突出是煤的变形能（w）和瓦斯内能突然释放引起工作面煤体的高速破碎。,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,激发突出的第一条件 对于回采 对于掘进 对于石门揭煤式中 W-煤的变形能；-顶板岩石动能；Q-煤内游离瓦斯所含的内能；F-煤向巷道移动功；U-煤的破碎功。激发突出的第二条件 式中 Vp-煤的破碎速度；Vx-煤裂隙中瓦斯压力下降速度。,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,激发突出的第三条件式中 P-瓦斯压力；s-煤破碎区段的横断面积；f-煤沿某一表面移动时，该面的摩擦系数；-煤沿某一表面移动时，该面与水平面所成倾角；g-重力加速度；m-煤的质量；a-为了将煤抛出必须给煤的加速度；+，-煤移动方向，向上抛出取“+”，反之取“-”。在瓦斯矿井，激发突出的第二与三条件实际上总是可以满足，因此，第一条件便成为发生突出的主要而必需条件。,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,2）地应力分布不均说 前苏联马可耶夫研究所巴甫洛夫等人提出。突出机理（原因）：突出煤层的围岩具有增高的和不均匀的应力分布；产生围岩的不均匀位移；顶底板接近的“停滞”和“塞子”的形成，产生一种脆弱的平衡；靠近工作面的破碎带的尺寸降低，同时在近工作面范围内部保持着较高的瓦斯压力。采掘工作破坏围岩脆弱平衡时，造成急剧的位移和搓揉，产生冲击和煤的破碎，发生突出。,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,发生突出的条件：a、突出煤层具有不同的地质构造与煤的结构；b、突出煤与非突出煤层的特性不同；c、突出区：瓦斯压力大，煤层透气性低，煤质松软，地质构造复杂。d、突出煤层，地应力处于紧张状态；e、突出主要发生在地质构造带内；f、围岩地应力不均是突出危险性的一种标志。因此，围岩的应力状态变化和能量的释放是造成突出的首要原因，瓦斯是突出的基本能源之一，瓦斯压力决定了突出的强度。,二、力能计算 1、地应力 煤体内存在着地应力（自重应力、地质构造力和采动集中应力）、瓦斯压力和煤的自重重力。自重应力：铅垂方向 水平方向 地质构造应力：水平方向 采动集中应力：铅垂方向 煤的自重力：铅垂方向,一般地，通常地应力在数值上为瓦斯压力的几倍到几十倍，突出过程中破碎煤体的主导力是地应力，特别是存在地质构造应力时，尤其如此。2、煤体弹性潜能 单向应力状态：三向应力状态：式中 wt-煤的弹性变形潜能，Mj/m3；-煤的平均应力,Mpa；1、2、3-分别为三个方向的主应力，Mpa；、E-分别为煤的泊松比和弹性模量。,3、瓦斯内能 作用：破碎煤体；搬运突出物；使突出不断向煤体深部扩展。热力学变化过程：突出瞬间，膨胀瓦斯属于等温过程；破碎煤脱离煤体后，属于多变过程；最后接近绝热过程。根据热力学，可推得一吨煤瓦斯膨胀内能计算式为：式中 v1-吨煤瓦斯涌出量；P0、P1-突出前后，煤层瓦斯压力；n-过程指数。,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,三、突出过程及特点1、突出发生过程（1）准备阶段-能量积蓄 由于地质、采矿原因，煤体内的能量积聚逐渐发展到临界破坏，或过载的脆弱平衡状态。特点：工作面煤壁内形成高 和，呈现出多种有声或无声的预兆。时间有长，有短。（2）激发阶段 特点：地应力状态突然改变。表现为：极限应力状态的部分煤体突然破坏；发生巨响和冲击；向巷道方向作用的瓦斯压力的推力由于煤体的破裂，大大增加；膨胀瓦斯流形成，大量瓦斯解吸。引发原因：落煤、打钻、修整工作面等。,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,（3）发展阶段特点：a）突出从激发点起向内部连续剥离并破碎煤。（由地应力和瓦斯压力共同作用）b）破碎的煤在不断膨胀的承压瓦斯风暴中边运送，边粉碎，此过程主要是瓦斯内能作功的过程。c）煤的剥离与破碎具有脉冲特性，存在多轮回过程。,（4）终止阶段 两种情况突出可能终止：a）在剥离与破碎煤体的扩展中遇到较硬的煤体；或地应力和瓦斯压力降低不足以破坏煤体。b）突出孔道被堵塞，突出物支撑建立起新的拱平衡；孔洞内瓦斯压力因堵塞而升高，和 下降，不足以破坏煤体。2、地应力和瓦斯压力在突出过程中的作用地应力的作用：a）激发突出；b）发展阶段与瓦斯压力共同作用，对煤体进行剥离、破碎；,c）影响煤体内部裂隙系统的闭合程度和生成新的裂隙。瓦斯压力的作用：a）当瓦斯压力梯度很大时，能独立激发突出；b）发展与实现突出的主要因素；c）膨胀瓦斯破碎，搬运煤岩，孔壁附近保持较高的地应力梯度和瓦斯压力梯度为连续剥离煤体创造必要条件。,4.7 突出发生的一般规律,1、突出发生在一定深度以后。始突深度：矿井开始发生突出的最浅深度。不同矿区差别很大，最小，50m，（郴州罗卜安矿）最大，640m，（抚顺老虎台矿）一般地，矿井始突深度均大于瓦斯风化带深度；随着开采深度增加，煤层突出危险性增高。2、突出的次数和强度随着煤层厚度，特别是软分层厚度的增加而增加。,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,3、突出需具有一定的瓦斯含量和瓦斯压力 同一煤层，其瓦斯压力越高，突出危险性越大。安全规程：取 0.74 MPa。可按下式估算：式中：f-软分层坚固性系数；V-软分层挥发份含量；A、B-系数。所以，f 愈小，煤变质程度愈高（V愈小），Pmin越小。4、突出煤层的力学强度低，而且变化大。5、突出危险区呈带状分布。地质构造呈带状；采动形成集中应力带,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,6、上山掘进比下山掘容易突出，突出次数随着煤层倾角增大而增多。7、采掘工作往往可以激发突出。8、突出大多有预兆。地压呈现：煤炮声、支架声响、掉碴、巷道底鼓、煤壁外鼓、等。瓦斯涌出：瓦斯涌出异常、瓦斯浓度忽大忽小，使煤尘增大，工作面气温下降，气味异常。煤的力学性能与结构：层理紊乱、煤强度松软、煤质暗淡无光，煤厚变化，煤干燥等。9、突出危险性随着有硬而厚的围岩存在而增高。10、石门突出危险性最高。,第4章 煤与瓦斯突出及其防治,4.8 区域性防突措施,防突措施分类：按作用范围划分：区域性防突措施、局部性防突措施。按作用效果划分：防止突出发生的措施、突出时保证人员生命安全的措施。按作用的技术性划分：技术措施、组织管理措施。区域性防突措施：实施以后可使较大范围煤层消除突出危险性的措施，称为区域性防突措施；局部防突措施：实施以后可使局部区域(如掘进工作面)消除突出危险性的措施称为局部防突措施。本节主要内容：开采保护层、预抽煤层瓦斯、煤层注水。,一、开采保护层 保护层：在突出矿井中，预先开采的、能使其它相邻有突出危险的煤层受到采动影响而减少或丧失突出危险的煤层称为保护层。被保护层：后开采的煤层称为被保护层。保护层位于被保护层上方的叫上保护层，位于下方的叫下保护层。,保护层开采是预防突出最有效、最经济的区域性预防突出的技术措施，几乎所有发生突出的国家都采用该措施，我国1958年成功使用此技术，目前开采保护层的矿井占突出矿井总数的26%。1、保护作用分析 为什么保护层开采后，能有效消除煤层突出危险性？,覆岩破坏移动分带示意图 I冒落带 II断裂带 III弯曲带a竖向裂隙 b离层裂隙,保护作用过程：（a）保护层开采后，岩体中形成自由空间，破坏了原岩应力平衡，地应力重新分布，上覆岩体向采空区方向移动，发生顶板冒落下沉，底板鼓起，同时产生大小不等的裂隙。（b）被保护层：产生“卸压增流效应”。（c)被保护层瓦斯排放后，煤层瓦斯压力降低，瓦斯潜能降低。,开采保护层的作用(1)地压减少，弹性潜能得以缓慢释放。(2)煤层膨胀变形，形成裂隙与孔道，透气系数增加。所以被保护层内的瓦斯能大量排放到保护层的采空区内，瓦斯含量和瓦斯压力都将明显下降。(3)煤层瓦斯涌出后，煤的强度增加。据测定，开采保护层后，被保护层的煤硬度系数由0.30.5增加到1.01.5。所以，保护层开采后，不但消除或减少了引起突出的两个重要因素：地压和瓦斯，而且增加了抵御突出的能力因素煤的机械强度。这就使得在卸压区范围内开采被保护层时，不再会发生煤与瓦斯突出。,2、保护范围划分 保护范围：指保护层开采后，在空间上使危险层丧失突出危险的有效范围。一般通过现场实测。（1）保护层与被保护层之间的有效层间距 下保护层影响范围大于上保护层，且与保护层的厚度、层间岩性、煤层倾角等因素有关。,（2）沿倾斜的保护范围 确定沿倾向的保护范围就是沿倾向划定被保护层的上、下边界。为岩石卸压角，查表得出。,保护线,（3）沿走向的保护范围-超前距 超前距一般不得小于两个煤层之间垂直距离的两倍，至少不小于30m。目的：使被保护层能充分卸压和排放瓦斯。,（4）煤柱的影响 保护层开采后，在采空区上、下形成卸压区，而煤柱上方则产生集中应力区，在集中应力区内，增加了突出危险性。影响范围根据考察结果确定，否则，按以下角度确定。,3、抽放卸压瓦斯扩大保护范围 随着开采深度的增加，地应力、瓦斯压力、瓦斯含量增高，为了提高保护层的保护效果、可靠程度和保证被保护层顺利开采，抽放卸压瓦斯是可以对被保护层卸压作用起到补充和深化作用。作用：（1）降低被保护层残余瓦斯压力；（2）扩大保护层间距。因为，随着层间距增大，突出煤层卸压程度减弱，瓦斯自然排放条件差。根据前苏联经验，开采保护层，如结合抽放被保护层瓦斯，可使有效层间距增大1.4 1.6倍。,4、选择保护层的原则（1）首先选择无突出危险的煤层作为保护层；（2）当所有煤层均有突出危险时，选择突出危险性小的煤层作为保护层；（3）优先选择上保护层。选择下保护层时，其最小层间距应满足下式：式中 Hmin-允许采用的最小层间距；M-保护层厚度；k-系数。,（4）所有可采煤层均有严重突出危险时，可选择不可采煤层作为保护层。5、开采保护层应注意的几个问题（1）尽量不在保护层采空区留煤柱；（2）保护层采高小于0.5m时，必须检查其保护效果，否则要采取其它防突补充措施；（3）开采保护层，具有瓦斯抽放系统的矿井，应同时抽放卸压瓦斯。保护作用实质：卸压和排放瓦斯，其中卸压作用是首要的、决定性的。,二、预抽煤层瓦斯 应用：无保护层可采、单一突出煤层开采。经过试验预抽瓦斯有效果时。我国实施此措施的矿井占突出矿井总数的21%以上。,1、防突机理 通过向突出煤层内打大量的密集钻孔，达到：钻孔造成煤层局部卸压；通过钻孔排放瓦斯，释放煤层瓦斯潜能；通过长时间抽放瓦斯，进一步降低煤层瓦斯涌出压力和瓦斯含量；引起煤层收缩变形、地应力下降、煤层透气性和煤的坚固性系数增加。,2、适用条件与考察指标适用条件：突出煤层，4.010-2 m2/(MPa2.d)。要求指标：（1）瓦斯抽放率 30%；（2）PCH4(残余)0.8 PCH4 或 XCH4(残余)0.8 XCH4；（3）钻孔控制区，煤厚的收缩变形 2。3、钻孔布孔原则 采用：穿层钻孔或沿层钻孔。,穿 层钻 孔,（1）钻孔数量穿层钻孔：沿层钻孔：式中：L-沿走向钻孔控制范围；H-沿斜向钻孔控制范围；R-钻孔有效抽放瓦斯半径；K-系数，1.2 1.3。,L,沿层钻孔,（2）钻孔间距 一般根据现场考察确定。无考察数据时可根据煤层瓦斯涌出规律，采用下式计算：对于沿层上向或水平平行钻孔：对于穿层钻孔：,三、煤层注水应用：主要应用于回采工作面。1、注水防突机理2、注水工艺 打钻、封孔、注水,3、注水防突指标 保证煤层充分湿润，且煤体湿润均匀，水份5%，注水量 0.02 0.04 m3/t煤。4、钻孔布置 单排平行沿层钻孔。5、钻孔参数 1）孔径 42100mm。2）孔长，决定于阶段斜长及煤层地质变化。3）封孔长度 钻孔湿润半径的 1.11.2 倍。4）注水压力 过高：使煤沿弱面破裂，造成水流失。过低：注不进水，达不到湿润效果。应做到：“压而不裂，注而不漏”,水平钻孔：倾斜钻孔：式中：Pg-煤层瓦斯压力；Pw-注水压力；H-孔口至地表深度；-钻孔与水平面的夹角；-覆岩的平均密度；l-钻孔长度；-“+”表示下向孔，“-”表示上向孔。,6、注意事项（1）对于湿润性差的煤，注水中可加一定浓度的湿润剂。（2）注水泵尽量采用排量大的高压泵；（3）保证封孔质量；（4）孔数应根据注水区与注水有效半径确定；（5）对于难注水煤层，尽量采用“间歇注水”。,4.7 岩石井巷揭穿突出煤层预防突出措施,包括：石门、竖井、斜巷。特点：突出强度大。Exp:我国，70多次大型突出中，80%发生在岩巷揭煤过程中。一、概述 1）在10m，进入顶（底）板2m范围内，全部作业中，都必须采取防突措施。2）揭开突出煤层前，应进行专门设计。3）岩石井巷揭穿突出煤层前应遵守以下规定：a)进行探测孔和测压孔的设计；,B）打至少两个穿透煤层全厚的探测孔；10mC）测定煤层瓦斯压力；5mD）进行煤层突出危险预测；E）有突出危险时，应采取防突措施；F）进行煤层突出危险性检验；G）揭开突出危险煤层。,二、水力冲孔 可控地、缓慢地排放突出煤层瓦斯。1、防突机理 以岩柱为安全屏障，利用打钻和高压水射流 冲击煤体，激发煤体发 生可控的喷煤和喷瓦斯，煤和瓦斯排出，使被揭 煤层地应力降低，煤层透气性增大，煤层瓦斯压力和煤层瓦斯含量降低，煤的机械强度增加，煤的弹性变形能和瓦斯潜能释放，从而使钻孔一定范围内煤的丧失突出能力。,2、适用条件 有自喷能力的突出危险煤层。3、施工工艺 4、参数 水压 3 5 Mpa，水流量 40 50 m3/h。三、排放钻孔 预定揭穿煤层的断面轮廓外布置多排扇形穿层钻孔，钻取煤炭与排放瓦斯。,1、防突机理 石门揭煤前，由岩巷或煤巷向突出危险煤层打一定数量呈网格排列的钻孔，钻取煤炭，并将煤层中的瓦斯经过钻孔长时间自然排放，使石门周围一定范围内煤体瓦斯含量和瓦斯压力降低，煤体发生收缩变形，煤的弹性能和瓦斯潜能得到释放，从而消除石门揭煤的突出危险。2、基本要求 岩柱厚度5m，范围 轮廓线外 7 8 m。孔距：决定于煤层煤层透气性。要求：煤层瓦斯压力降低到 0.74 MPa 以下,3、适用条件 煤层透气性较高，有足够的排放时间。特别适用于急斜煤层。四、金属骨架 1、工艺 巷道顶、两帮上部打75100mm钻孔，进入岩层0.5m，孔距0.2m，插入钢管或钢轨。,2、作用机理 预先加固煤体，增加煤的稳定性；骨架孔排放一定量的瓦斯，钻取煤炭。从而降低了煤层的应力状态，增加了煤的坚固性，揭煤过程中金属骨架支承上方煤体重量，阻止煤体突然破坏与离层，抑制突出的发动。3、要求 岩柱厚度：2.0m（硬岩），3.0m（松软岩层）范围：巷道上部和两侧外 0.5 1.0 m 孔距：0.2 m（单排）0.3m（双排）4、适用条件 45的薄及中厚煤层。,五、震动放炮 震动放炮是采用增加炮眼数和装药量，一次爆破揭开煤层并成巷的爆破方法。1、作用机理 因爆破震动，围岩应力和瓦斯压差急剧变化，创造了最有利的突出条件。所以震动放炮基本上是一种人为的诱使突出的措施，而不是防止突出的方法。2、要求(1)震动放炮时，应将井下人员撤至地面。为了少影响生产，一般在交接班时放炮；(2)放炮时应将放炮区或全井断电，进风系统内不得有火源存在，以免引燃瓦斯；,(3)放炮半小时后由救护队进入检查。具有延期突出的矿井，进入的时间还要加长；(4)为了限制突出的波及范围，可在距离工作面45m处，垒起高不小于1.5m的矸石堆或高至顶板的木垛。有人提出，采用延发雷管分次爆破，使一部分岩石落在工作面附近，起到限制突出的作用。,4.8 煤层采掘工作面预防突出措施,特点：突出次数多（约占总突出次数94%）;突出强度小（为50 60t/次）。一、一般规定 1、突出煤层进行采掘工作，应进行突出危险性预测；2、在集中应力影响范围内，不得布置相对掘（推）工作面。3、采掘工作接近或进入地质构造复杂、煤层厚度和倾角急剧变化地带时，应进行防突效果检验。,二、平巷掘进防突措施 主要包括：大直径钻孔、超前钻孔、松动爆破、前探支架、水力冲孔等。1、超前钻孔（包括大直径钻孔）掘进工作面或回采面前方，形成三个应力带：卸压带：地应力和瓦斯压力均较原始值小，阻止突出；集中应力带：地应力较原始值高，煤层透气性急剧降低，阻止瓦斯排放，此带内保持着较高的瓦斯压力梯度和瓦斯压力值，是发动突出的策源地。,超前距,作用机理：是在煤巷掘进工作面前方始终保持一定数量的排放瓦斯钻孔。它的作用是排放瓦斯，增加煤的强度，在钻孔周围形成卸压区，使集中应力区移向煤体深部，人为地造成并保持在工作面前方有一个较长的卸压带，以防止突出发生。注意（1）最小超前距 L5m；（2）防止打钻过程中，出现顶钻现象和喷孔；（3）确定合理的钻孔排放半径。,2、深孔松动爆破-在工作面前方存在有 5m 卸压煤体防护下，在前方 5.5m 以外引爆几个深炮眼形成煤体松动的爆破方法。作用原理：向掘进工作面前方应力集中区，打几个钻孔装药爆破，使煤炭松动，集中应力区向煤体深部移动，同时加快瓦斯的排出，从而在工作面前方造成较长的卸压带，以预防突出的发生。,破碎圈,松动圈,松动爆破方法：深孔和浅孔两种。适用条件：煤质较硬，突出强度较小的煤层。技术要求：（1）孔长大于8m；（2）孔数根据实测松动爆破有效半径确定；（3）每次爆破保持不小于5m安全距；（4）松动爆破作业，必须采取有效的防护措施。,8m,5m,4.9 煤与瓦斯突出预测技术优选,一、突出预测的意义与分类 突出是呈条带性分布。突出危险性预测是防治煤与瓦斯突出综合措施的第一步。1、意义 预测的目的是确定突出危险区域和地点，为采取合理的防突措施提供科学依据。减少防突工程量和时间，提高采掘速度。为在突出危险带内采取有效措施提供保证与条件，主动及早采取措施，保证安全生产和计划的完成。,2、分类：突出危险性预测包括：区域性预测和工作面预测。区域预测（长期预测），其任务是确定矿井、煤层和煤层区域的突出危险性。区域预测应在地质勘探、新井建设、新水平和新采区开拓或准备时进行。工作面预测（日常预测或点预报），包括石门和竖、斜井揭煤工作面、煤巷掘进工作面和采煤工作面的突出危险性预测。其任务是预测工作面附近煤体的突出危险性，即该工作面继续向前推进时有无突出的危险。区域预三个层次：确定矿井有无突出危险 确定煤层有无突出危险，程度如何？确定突出煤层水平、翼、区段和采区突出危险。,二、区域性突出预测指标1、单项指标法,各指标判断突出危险的临界值，应根据矿井的实测资料确定。无实测数据时，可参考上表所列数据预测煤层的突出危险性。,单项指标法预测煤与瓦斯突出是在新井田、新水平、即在井筒和巷道揭露煤层前进行。,2、综合指标法（1）七因素综合预测法 七因素：等深线及始突深度、地质构造线、煤层瓦斯压力线与含量等值线、煤厚与软分层厚度等线，坚硬厚层等厚线、煤层底板等高线、邻近煤层煤柱对该煤层影响范围线。方法：将上述七因素以等量线的方法绘制在煤层采掘工程平面图上，并将实际突出点也填在该图上绘制成突出预测图。（2）D、K综合指标法,三 点预测（工作面预测）,4.9 煤与瓦斯突出预测技术优选,4.9 煤与瓦斯突出预测技术优选,4.9 煤与瓦斯突出预测技术优选,钻孔瓦斯涌出初速度法,钻孔瓦斯涌出初速度测定示意图,4.9 煤与瓦斯突出预测技术优选,防治煤与瓦斯突出规定第76条,当至少有一个钻孔R值有R6，或者至少有一个钻孔有R0且Smax5.4L/m（或6Kg/m），或者至少有一个钻孔有R0且qmax6L/min，或者发现有异常情况时，该工作面预测为突出危险工作面。,四 煤与瓦斯突出预测新技术,4.9 煤与瓦斯突出预测技术优选,四 煤与瓦斯突出预测新技术,四 煤与瓦斯突出预测新技术,四 煤与瓦斯突出预测新技术,本章结束,