第9章礦井瓦斯PPT課件

1、1,第九章 礦井瓦斯,2,第二節(jié) 煤層瓦斯賦存與含量,第一節(jié) 概述,第三節(jié) 礦井瓦斯涌出,第四節(jié) 瓦斯噴出,第五節(jié) 煤（巖）與瓦斯突出及其預(yù)防,第六節(jié) 瓦斯爆炸及其預(yù)防,第七節(jié) 瓦斯抽放,3,本章的主要內(nèi)容： 瓦斯概念、煤層瓦斯賦存與含量、礦井瓦斯涌出、瓦斯噴出與突出、瓦斯爆炸與預(yù)防、瓦斯抽放 本章的難點： 瓦斯含量的概念和影響因素、瓦斯涌出量的概念和影響因素煤與瓦斯突出瓦斯爆炸及其預(yù)防 教學(xué)難點： 突出機(jī)理影響瓦斯爆炸濃度的參數(shù)瓦斯含量及瓦斯涌出量的影響因素,4,第一節(jié) 概述 一、瓦斯的定義 廣義上：礦井瓦斯是煤礦生產(chǎn)過程中，從煤、巖內(nèi)涌出的以甲烷為主的各種有害氣體的總稱。煤礦井下的有害氣體

2、有甲烷（沼氣）、乙烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫、二氧化硫、氮氧化物、氫、氮等，其中甲烷所占比重最大，在80以上。 狹義上：礦井瓦斯單指甲烷。 二、瓦斯的化學(xué)性質(zhì) 瓦斯的化學(xué)名稱叫甲烷(CH4)，是無色、無味、無毒的氣體。瓦斯混合到空氣中后，既看不見，又摸不著，還聞不出來，只能依靠專門的儀器才能檢測到。 甲烷分子的直徑為0.375810-9m，可以在微小的煤體孔隙和裂隙里流動。其擴(kuò)散速度是空氣的1.34倍，從煤巖中涌出的瓦斯會很快擴(kuò)散到巷道空間。甲烷標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時的密度為0.716kgm3，比空氣輕，與空氣相比的相對密度為0.554。瓦斯微溶于水,5,三、瓦斯的“三害一用” 1窒息：甲烷雖然無毒，

3、但其濃度如果超過57，能使空氣中氧濃度降低至10以下。瓦斯礦井通風(fēng)不良或不通風(fēng)的煤巷，往往積存大量瓦斯如果未經(jīng)檢查就貿(mào)然進(jìn)入，因缺O(jiān)2而很快地昏迷、窒息，直至死亡，此類事故在煤礦井不鮮見。 2燃燒爆炸：瓦斯在適當(dāng)?shù)臐舛饶苋紵捅ā?3突出：在煤礦的采掘生產(chǎn)過程中，當(dāng)條件合適時，會發(fā)生瓦斯噴出或煤與瓦斯突出，產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞作用，甚至造成巨大的財產(chǎn)損失和人員傷亡。 4利用：瓦斯可作為燃料和化工原料（碳黑和甲醛）。把煤層中的瓦斯抽到地面可以變害為利。 四、事故案例 湖南省嘉禾縣何家山煤窯糊涂地認(rèn)為瓦斯大時能用鼻子聞出來，他們沒有瓦斯檢測設(shè)備，靠人聞瓦斯，1989年4月28日發(fā)生特大瓦斯爆炸事故，當(dāng)

4、場死亡17人。 自1675年英國茅斯汀礦發(fā)生第一次大型瓦斯爆炸事故以后（我國最早關(guān)于瓦斯爆炸的文獻(xiàn)記載見于1603年），世界各產(chǎn)煤國家都發(fā)生過各種損失程度的瓦斯爆炸事故。 天工開物之燔石章論及豎井采煤在井下安裝巨竹筒以排除瓦斯和巷道支護(hù)的技術(shù),6,第二節(jié) 煤層瓦斯賦存與含量 一、瓦斯的成因與賦存 （一）礦井瓦斯的成因 煤礦并下的瓦斯主要來自煤層和煤系地層，關(guān)于它的成因?qū)W說有多種多樣。但是目前國內(nèi)外多數(shù)學(xué)者認(rèn)為煤中的瓦斯是在成煤的煤化作用過程中形成的即有機(jī)成因說。 有機(jī)成因說認(rèn)為：煤層瓦斯是腐植型有機(jī)物(植物)在成煤過程中生成的。成氣過程可分為兩個階段。 （1）生物化學(xué)成氣時期：從植物遺體到泥炭

5、居于生物化學(xué)成氣時期。在植物沉積成煤初期的泥炭化過程中，有機(jī)物（主要成分纖維素和木質(zhì)素）在隔絕外部氧氣進(jìn)入和溫度不超過65的條件下，被厭氧微生物分解為CH4、CO2和H2O。由于這一過程發(fā)生于地表附近，上覆蓋層不厚且透氣性較好，因而生成的氣體大部分散失于古大氣中。隨泥炭層的逐漸下沉和地層沉積厚度的增加，壓力和溫度也隨之增加，生物化學(xué)作用逐漸減弱并最終停止。 （2）煤化變質(zhì)作用時期：從褐煤到煙煤，直到無煙煤屬于煤化變質(zhì)作用成氣時期。隨著煤系地層的沉降及所處壓力和溫度的增加，泥炭轉(zhuǎn)化為褐煤并進(jìn)入變質(zhì)作用時期，有機(jī)物在高溫、高壓作用下，揮發(fā)分減少，固定碳增加，這時生成的氣體主要為CH4和CO2。這個

6、階段中，瓦斯生成量隨著煤的變質(zhì)程度增高而增多。但在漫長的地質(zhì)年代中，在地質(zhì)構(gòu)造(地層的隆起、浸蝕和斷裂)的形成和變化過程中，瓦斯本身在其壓力差和濃度差的驅(qū)動下進(jìn)行運(yùn)移，一部分或大部分瓦斯擴(kuò)散到大氣中，或轉(zhuǎn)移到圍巖內(nèi)。所以不同煤田，甚至同一煤田不同區(qū)域煤層的瓦斯含量差別可能很大,7,二）瓦斯在煤體內(nèi)存在的狀態(tài) 煤體是一種復(fù)雜的多孔性固體，包括原生孔隙和運(yùn)動形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空間和孔隙表面。 煤層中瓦斯賦存兩種狀態(tài)：游離狀態(tài)、吸附狀態(tài) (1)游離狀態(tài)：也叫自由狀態(tài)， 這種狀態(tài)的瓦斯以自由氣體存在， 存在于煤體或圍巖的裂隙和較大 孔隙(孔徑大于0.01um)內(nèi)。游離瓦 斯量的大小

7、與貯存空間的容積和瓦 斯壓力成正比，與瓦斯溫度成反比,8,二）瓦斯在煤體內(nèi)存在的狀態(tài) （2）吸附狀態(tài)：吸附狀態(tài)的瓦斯主要吸附在煤的微孔表面上（吸著瓦斯）和煤的微粒結(jié)構(gòu)內(nèi)部（吸收瓦斯），吸著態(tài)是在孔隙表面的固體分子引力作用下，瓦斯分子被緊密地吸附于孔隙表面上，形成很薄的吸附層；而吸收狀態(tài)是瓦斯分子充填到幾埃到十幾埃的微細(xì)孔隙內(nèi)，占據(jù)著煤分子結(jié)構(gòu)的空位和煤分子之間的空間，如同氣體溶解于液體中的狀態(tài)（固溶體）。 煤體中的瓦斯含量是一定的，但以游離狀態(tài)和吸附狀態(tài)存在的瓦斯量是可以相互轉(zhuǎn)化的，這取決于溫度和壓力以及煤中水分等條件的變化。例如，當(dāng)溫度降低或壓力升高時，一部分瓦斯將由游離狀態(tài)轉(zhuǎn)化為吸附狀態(tài)，

8、這種現(xiàn)象叫做吸附。反之，如果溫度升高或壓力降低時，一部分瓦斯就由吸附狀態(tài)轉(zhuǎn)化為游離狀態(tài)，這種現(xiàn)象叫做解吸。 在現(xiàn)今開采深度內(nèi)，煤層內(nèi)的瓦斯主要是以吸附狀態(tài)存在，游離狀態(tài)的瓦斯只占總量的10左右,9,二、煤層中瓦斯垂直分帶 形成原因：當(dāng)煤層直達(dá)地表或直接為透氣性較好的第四系沖積層覆蓋時，由于煤層中瓦斯向上運(yùn)移和地面空氣向煤層中滲透，使煤層內(nèi)的瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶特征。 四帶：CO2- N2帶、N2帶、N2CH4帶、CH4帶。前三個帶稱為瓦斯風(fēng)化帶。 在近代開采深度內(nèi)，瓦斯帶內(nèi)煤層的瓦斯含量和涌出量隨深度增加而有規(guī)律地增大，所以確定瓦斯風(fēng)化帶深度，有重要的現(xiàn)實意義。 我國大部分低瓦斯礦井皆是在瓦斯風(fēng)

9、化帶內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)的,10,瓦斯風(fēng)化帶下界深度確定依據(jù)：可以根據(jù)下列指標(biāo)中的任何一項確定。 （1）煤層的相對瓦斯涌出量等于23m3/t處； （2）煤層內(nèi)的瓦斯組分中甲烷及重?zé)N濃度總和達(dá)到80%（體積比）； （3）煤層內(nèi)的瓦斯壓力為0.10.15MPa； （4）煤的瓦斯含量達(dá)到下列數(shù)值處：長焰煤1.01.5 m3/t（C.M.），氣煤1.52.0m3/t（C.M.），肥煤與焦煤2.02.5m3/t(C.M)，瘦煤2.53.0m3/t(C.M.)，貧煤3.04.0m3/t(C.M.)，無煙煤5.07.0m3/t(C.M.)（此處的C.M.是指煤中可燃質(zhì)既固定碳和揮發(fā)分） 瓦斯風(fēng)化帶深度決定于煤層的地質(zhì)

10、條件和賦存情況，變化很大。圍巖透氣性越大、煤層傾角越大、開放性斷層越發(fā)育、地下水活動越劇烈，則瓦斯風(fēng)化帶下部邊界就越深,11,三 影響煤層瓦斯含量的因素 (一)、煤的瓦斯含量是指單位體積或重量的煤在自然狀態(tài)下所含有的瓦斯量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的瓦斯體積），單位為 m3/m3(cm3/cm3)或 m3/t(cm3/g)。 煤的瓦斯含量包括游離瓦斯和吸附瓦斯含量之和。 煤層未受采動影響時的瓦斯含量，稱為原始瓦斯含量，如煤層受采動影響，已部分排出瓦斯，則剩余在煤層中的瓦斯量稱為殘余瓦斯含量。 (二)、主要影響因素： 1、煤的吸附特性(瓦斯保存條件) 煤的吸附性能決定于煤化程度， 一般情況下煤的煤化程度越高，

11、存儲瓦斯的能力越強(qiáng)。主要是物理吸附，煤分子與瓦斯分子間的作用力(范德華力) 2、煤層露頭-長時間與大氣接觸 3、煤層的埋藏深度 -深，瓦斯大 4、圍巖透氣性-泥巖、完整石灰?guī)r低透氣性 5、煤層傾角-大，瓦斯小，小，瓦斯大 6、地質(zhì)構(gòu)造-封閉地質(zhì)構(gòu)造，瓦斯大；開放的地質(zhì)構(gòu)造，瓦斯小 7、水文地質(zhì)條件-水流，帶走瓦斯；水大瓦斯小，水小瓦斯大,12,四、煤層內(nèi)的瓦斯壓力 1定義 是處于煤的裂隙和孔隙中的游離瓦斯分子熱運(yùn)動撞擊所產(chǎn)生的作用力。 2意義 煤層瓦斯壓力是決定煤層瓦斯含量、瓦斯流動動力高低以及瓦斯動力現(xiàn)象的基本參數(shù)。當(dāng)煤的吸附瓦斯能力相同時，煤層瓦斯壓力越高，煤中瓦斯量也就越大。在研究與評價

12、瓦斯儲量、瓦斯涌出、瓦斯流動、瓦斯抽放與瓦斯突出問題時，都要事先掌握準(zhǔn)確的瓦斯壓力數(shù)據(jù)。 規(guī)程規(guī)定，開采有煤與瓦斯突出危險煤層時，必須測定煤層的瓦斯壓力,13,四、煤層內(nèi)的瓦斯壓力 3測定方法 （1）直接測定法 直接測定煤層瓦斯壓力的方法是用鉆機(jī)由巖層巷道或煤層巷道向預(yù)定測量瓦斯壓力的地點打一鉆孔，然后在鉆孔中放置測壓裝置，再將鉆孔嚴(yán)密封閉堵塞并將壓力表和測壓裝置相連來測出瓦斯壓力的。直接測壓法中的關(guān)鍵是封閉鉆孔的質(zhì)量。 （2）間接測定法 一般情況下，未受采動影響的煤層內(nèi)的瓦斯壓力，隨深度的增加而有規(guī)律地增加通過不同深度煤層瓦斯壓力測定，求出該煤層的瓦斯壓力梯度，就可以預(yù)測其他深度的瓦斯壓力。

13、 瓦斯帶內(nèi)瓦斯壓力變化規(guī)律： 末受采動影響的煤層內(nèi)的瓦斯壓力，隨深度的增加而有規(guī)律地增加，可以大于、等于或小于靜水壓。 瓦斯壓力梯度： 或,14,第三節(jié) 礦井瓦斯涌出 瓦斯能夠長時間地、持續(xù)地從煤體中釋放出來，這是瓦斯涌出的基本形式，又叫瓦斯的普通涌出。與其對應(yīng)的瓦斯特殊涌出是指在時間上突然，在空間上集中、大量的瓦斯涌出，稱為特殊涌出，主要有瓦斯噴出和煤與瓦斯突出。 一、瓦斯涌出量 1、含義：礦井建設(shè)或生產(chǎn)過程中從煤與巖石內(nèi)涌出的瓦斯量；礦井瓦斯涌出量或翼、采區(qū)或工作面的瓦斯涌出量。 2、瓦斯涌出量表示方法 絕對瓦斯涌出量- 單位時間涌出的瓦斯體積，單位為m3/d或m3/min： 相對瓦斯涌出

14、量-平均日產(chǎn)一噸煤同期所涌出的瓦斯量，單位是 m3/t。 （對應(yīng)Qg為m3/d,15,注意：瓦斯涌出量與瓦斯含量的大小不相等！因為瓦斯涌出量中除開采煤層涌出的瓦斯外，還有來自臨近層和圍巖的瓦斯，所以相對瓦斯涌出量一般要比瓦斯含量大。礦井瓦斯涌出量是決定礦井瓦斯等級和計算風(fēng)量的依據(jù)。 由于絕對瓦斯涌出量不能反映出礦井瓦斯涌出的嚴(yán)重程度。煤炭生產(chǎn)中通常采用相對瓦斯涌出量。 煤礦井巷和工作面的瓦斯主要有四個來源： （1）從采落下來的煤炭中放出瓦斯： （2）從采掘工作面煤壁內(nèi)放出瓦斯； （3）從煤巷兩幫及頂?shù)装宸懦鐾咚梗?（4）從采空區(qū)及鄰近煤層中放出瓦斯,16,二、影響瓦斯涌出的因素 決定于自然因素

15、和開采技術(shù)因素的綜合影響。 (一) 自然因素 1、煤層和圍巖的瓦斯含量。瓦斯含量越高，瓦斯涌出量越大。當(dāng)前礦井的瓦斯涌出量預(yù)測把煤層瓦斯含量作為主要因素。 2、地面大氣壓變化。當(dāng)?shù)孛娲髿鈮和蝗幌陆禃r，瓦斯積存區(qū)的氣體壓力將高于風(fēng)流的壓力，瓦斯就會更多地涌入風(fēng)流中，使礦井的瓦斯涌出量增大。反之，礦井的瓦斯涌出量將減少。 （二）開采技術(shù)因素 1、開采規(guī)模產(chǎn)量與瓦斯涌出量的關(guān)系復(fù)雜，開采深度、開拓與開采范圍和礦井產(chǎn)量大，礦井瓦斯涌出量也就越大。 2、開采順序與回采方法 -先開采，大；回采率低，大；頂板管理 3、生產(chǎn)工藝-初期大，呈指數(shù)下降；落煤時瓦斯涌出量大 4、風(fēng)量變化-單一煤層，隨風(fēng)量減而增；煤

16、層群隨風(fēng)量增而增 5、采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)-上隅角大 6、采空區(qū)的密閉質(zhì)量-采空區(qū)積存著大量高濃度的瓦斯（可達(dá)6070,17,三、礦井瓦斯涌出來源的分析與分源治理 為了有效地治理瓦斯，每一個礦井都要掌握影響瓦斯涌出的主要因素和各涌出來源在總量中所占的比重，這是礦井風(fēng)量分配和日常瓦斯治理工作的基礎(chǔ)。 按劃分目的不同，對礦井瓦斯來源有三種劃分方式： 按水平、翼、采區(qū)來進(jìn)行劃分，作為風(fēng)量分配的依據(jù)之一； 按掘進(jìn)區(qū)、回采區(qū)和已采區(qū)來劃分，它是日常治理瓦斯工作的基礎(chǔ)； 按開采區(qū)、臨近區(qū)劃分，它是采煤工作面治理瓦斯工作的基礎(chǔ) 一般是將全礦（或冀、水平）的瓦斯來源分為回采區(qū)（包括回采工作面的采空區(qū)）、掘進(jìn)區(qū)和已采區(qū)

17、三部分。其測定方法是同時測定全礦井、各回采區(qū)和各掘進(jìn)區(qū)的絕對瓦斯涌出量。 四、瓦斯涌出不均系數(shù) 正常生產(chǎn)過程中，礦井絕對瓦斯涌出量受各種因素的影響其數(shù)值是經(jīng)常變化的，但在一段時間內(nèi)只在一個平均值上下波動，峰值與平均值的比值稱為瓦斯涌出不均系數(shù)。 礦井瓦斯涌出不均系數(shù)表示為： kg=Qmax/Qa 方法：確定區(qū)域，進(jìn)回風(fēng)量、瓦斯?jié)舛?18,五、礦井瓦斯等級 1.礦井瓦斯等級劃分 規(guī)程第一百三十三條 一個礦井中只要有一個煤（巖）層發(fā)現(xiàn)瓦斯，該礦井即為瓦斯礦井。瓦斯礦井必須依照礦井瓦斯等級進(jìn)行管理。 礦井瓦斯等級，根據(jù)礦井相對瓦斯涌出量、礦井絕對瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式劃分為： （一）低瓦斯礦井：礦

18、井相對瓦斯涌出量小于或等于10m3/t，且礦井絕對瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。 （二）高瓦斯礦井：礦井相對瓦斯涌出量大于10m3/t或礦井絕對瓦斯涌出量大于40m3/min。 （三）煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井。 每年必須對礦井進(jìn)行瓦斯等級和二氧化碳涌出量的鑒定工作，報省（自治區(qū)、直轄市）煤炭管理部門審批，并報?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）煤礦安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)備案。 新礦井設(shè)計文件中，應(yīng)有各煤層的瓦斯含量資料。 礦井在采掘過程中，只要發(fā)生過煤層定為突出煤層,19,2、礦井瓦斯等級鑒定 （1）鑒定時間和基本條件 礦井瓦斯等級的鑒定工作應(yīng)在正常生產(chǎn)的條件下進(jìn)行，選擇礦井瓦斯絕對涌出量較大的月份，

19、一般在七、八月份。 （2）測點選擇和測定內(nèi)容及要求，確定礦井瓦斯等級時，是按每一自然礦井、煤層、一翼、水平和各采區(qū)分別計算相對瓦斯涌出量，并取其中最大值（而不是全礦井的平均值）。所以測點應(yīng)布置在每一通風(fēng)系統(tǒng)的主要通風(fēng)機(jī)的風(fēng)硐、各水平、各煤層和各采區(qū)的回風(fēng)道測風(fēng)站內(nèi)。 （3）礦井瓦斯等級的確定，礦井瓦斯等級以最大的相對瓦斯涌出量和有、無煤與瓦斯突出，按分級標(biāo)準(zhǔn)確定,20,六、礦井瓦斯涌出量預(yù)測 1、瓦斯涌出量的預(yù)測：指根據(jù)某些已知相關(guān)數(shù)據(jù)，按照一定的方法和規(guī)律，預(yù)先估算出礦井或局部區(qū)域瓦斯涌出量的工作。 瓦斯涌出量的預(yù)測的方法： 從目前的研究現(xiàn)狀來看：瓦斯涌出量預(yù)測方法主要可分為兩類： 其一是建

20、立在數(shù)理統(tǒng)計規(guī)律基礎(chǔ)上的統(tǒng)計預(yù)測法，該方法是依據(jù)礦井瓦斯涌出量與開采深度等參數(shù)之間的統(tǒng)計規(guī)律，外推到預(yù)測區(qū)域的瓦斯涌出量；主要用于生產(chǎn)礦井； 其二是以煤層瓦斯含量為基本參數(shù)的分源計算，通過計算井下各瓦斯涌出源的涌出量，得到礦井或某一預(yù)測區(qū)域的相對瓦斯涌出量，主要用于新建礦井，以煤層瓦斯含量為基礎(chǔ)進(jìn)行計算,21,統(tǒng)計預(yù)測法是國內(nèi)外有關(guān)礦井長期以來普遍采用的礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法。該方法的基本原理是：根據(jù)礦井已采區(qū)域歷年測定的相對瓦斯涌出量及相應(yīng)的開采深度，采用數(shù)理統(tǒng)計方法建立二者之間的線性或非線性回歸方程，用于對深部(或條件相同礦井)未采區(qū)域的瓦斯涌出量作出預(yù)測。目前在瓦斯礦井中，最常用、最簡單

21、的預(yù)測方法還是線性回歸法。 2簡易統(tǒng)計法預(yù)測步驟及計算方法 使用這種預(yù)測方法時，一般分為兩步：即首先需將礦井歷年生產(chǎn)過程中積累的實際測定的相對瓦斯涌出量，計算出相對瓦斯涌出量梯度；其次，根據(jù)計算出的瓦斯涌出量梯度，外推至預(yù)測深部區(qū)域，計算出深部待采煤層的相對瓦斯。 3注意事項 使用這種方法預(yù)測時，應(yīng)注意如下幾個方面： （1）該法只適用于甲烷帶，外推(預(yù)測)的深度不宜超過200 m，煤層傾角越小。外推的深度也應(yīng)越小，否則可能會有較大的誤差。 （2）預(yù)測工作的精度決定于原始統(tǒng)計資料的精度和預(yù)測區(qū)同已采區(qū)的采礦及地質(zhì)條件的相似程度。因此要求已采水平和設(shè)計水平的開采條件(包括煤層開采順序、采煤方法、頂

22、板管理方法等)以及地質(zhì)構(gòu)造條件(包括煤層的地層順序、構(gòu)造等)應(yīng)該相似,22,第四節(jié) 瓦斯噴出 瓦斯噴出：大量承壓狀態(tài)的瓦斯從煤、巖裂縫中快速噴出的現(xiàn)象。它是瓦斯特殊涌出中的一種形式。其特點是瓦斯在短時間內(nèi)從煤、巖層的某一特定地點突然涌向采礦空間，而且涌出量可能很大，風(fēng)流中的瓦斯突然增加。由于噴出瓦斯在時間上的突然性和空間上的集中性，可能導(dǎo)致噴出地點人員的窒息、高濃度瓦斯在流動過程中遇高溫?zé)嵩从锌赡馨l(fā)生爆炸、有時強(qiáng)大的噴出還可以產(chǎn)生動力效應(yīng)并導(dǎo)致破壞作用。 一、瓦斯噴出的原因及分類 1原因 產(chǎn)生瓦斯噴出的原因是，天然的或因采掘工作形成的孔洞、裂隙內(nèi)，積存著大量高壓游離瓦斯，當(dāng)采掘工作接近或溝通這

23、樣的地區(qū)時，高壓瓦斯就能沿裂隙突然噴出。 2特點 噴出時的瓦斯涌出量和持續(xù)時間，決定于積存的瓦斯量和瓦斯壓力，從幾m3到幾十萬m3，幾分鐘到幾年，甚至幾十年。瓦斯噴出時并不帶出煤，所以煤體中沒有噴出空洞。一般地，瓦斯噴出前都有明顯的預(yù)兆，如煤層變軟、變濕頂板來壓、支架斷裂和底鼓、工作面風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛仍黾踊蚝龃蠛鲂?，有嘶嘶的瓦斯涌出聲?23,3分類 瓦斯噴出按成因分為兩大類：（1）地質(zhì)來源的：瓦斯噴出一般發(fā)生在能貯存瓦斯的地質(zhì)構(gòu)造破壞帶，如斷層、破裂、褶曲和石灰溶洞附近。（2）采掘卸壓形成的：發(fā)生于煤層頂（底）板、圍巖分層斷裂的回采工作面。 二、瓦斯噴出的預(yù)防 根據(jù)一些礦井的經(jīng)驗，總結(jié)為“探

24、、排、引、堵”。 探探明地質(zhì)構(gòu)造。 在瓦斯噴出可能性大的地區(qū)掘進(jìn)時，可在掘進(jìn)巷道的前方和兩側(cè)打鉆孔，探明是否存在斷層、裂隙和溶洞，以便了解它們的位置、大小和瓦斯賦存情況。 排排放或抽放瓦斯。 如探明斷層、裂隙、溶洞不大或瓦斯量不多時，則可讓它自然排放；如溶洞體積大、范圍廣、瓦斯量大、噴出強(qiáng)度大、持續(xù)時間長，則可插管進(jìn)行抽放。如在掘進(jìn)工作面上噴出瓦斯的裂隙多，而已分布較廣，可暫時停止掘進(jìn)，封閉巷道接管抽放,24,二、瓦斯噴出的預(yù)防 引引導(dǎo)瓦斯到回風(fēng)道。 噴出瓦斯的裂隙范圍較小且瓦斯噴出量不大時，可用風(fēng)筒將瓦斯引到回風(fēng)道或引到距離工作面20米以外的巷道中，以保證工作面能安全放炮。 堵堵塞裂隙。 當(dāng)

25、噴出瓦斯的裂隙范圍較廣，但噴出量很小時，可用黃泥或水泥堵住裂隙，阻止瓦斯噴出，以保證掘進(jìn)工作面的安全。 對于有瓦斯噴出的工作面要有獨立的通風(fēng)系統(tǒng)并加大供風(fēng)量。職工配備隔離式自救器，并熟悉避災(zāi)路線,25,前探鉆孔的要求： (1)立井和石門掘進(jìn)有噴出危險的煤層時，煤層10 m外打鉆，直徑不小于75mm，不少于3個 (2)在有噴出危險的煤層掘巷道時，邊掘邊打超前鉆，超前工作面5 m，不少3個孔，鉆孔控制范圍要超出井巷側(cè)壁23 m ； (3)巷道掘進(jìn)時，如果瓦斯從裂隙、溶洞、破壞帶噴出時，打超前鉆，75mm，2個，超5m,26,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防 一、概述 1定義：煤礦地下采掘過程中，在極短

26、的時間內(nèi)(幾秒到幾分鐘)，從煤、巖層內(nèi)以極快的速度向采掘空間內(nèi)噴出煤（巖）和瓦斯(CH4、CO2)的現(xiàn)象，稱為煤與瓦斯突出。規(guī)程中所指的煤與瓦斯突出是突出、壓出和傾出的總稱。 2危害： （1）它所產(chǎn)生的高速瓦斯流(含煤粉或巖粉)能夠摧毀巷道設(shè)施，破壞通風(fēng)系統(tǒng)，甚至造成風(fēng)流逆轉(zhuǎn)； （2）噴出的瓦斯由幾百到幾萬m3，能使井巷充滿瓦斯，造成人員窒息，引起瓦斯燃燒或爆炸； （3）噴出的煤、巖由幾千噸到萬噸以上，能夠造成煤淹埋人； （4）猛烈的動力效應(yīng)可能導(dǎo)致冒頂和火災(zāi)事故的發(fā)生。 突出的瓦斯主要為甲烷，但在法國、波蘭和我國個別礦井（如營城煤礦）都發(fā)生過煤與CO2突出。突出的固體物主要是煤或煤與巖石，鉀

27、鹽礦井則為鹽或鹽與巖石。煤礦內(nèi)單純的巖石（主要為砂巖）與瓦斯突出發(fā)生于井田深部開采時，近年有逐漸增多的趨勢,27,我國是世界上瓦斯突出災(zāi)害最嚴(yán)重的國家，截至2004年底，累計發(fā)生突出 15600多次，占世界總突出次數(shù)的40以上,28,我國有600多個突出礦井： 國有重點煤礦154個 地方煤礦200多個 鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦300多個 幾乎所有采煤省份都有突出礦井,29,嚴(yán)重突出礦區(qū) 北票、六枝、南桐、天府、芙蓉、松藻、英崗嶺、漣邵、白沙、焦作、雞西、阜新、沈陽,30,國有重點煤礦礦井類型構(gòu)成,低瓦斯礦,瓦斯突出礦,高瓦斯礦,31,32,2001年2004年，我國發(fā)生有人員死亡的瓦斯突出事故185起，死亡7

28、46人，其中，一次死亡10人以上的突出事故12起，死亡334人,33,34,1834年3月22日法國魯阿爾煤田伊薩克礦井在急傾斜厚煤層平巷掘進(jìn)工作面發(fā)生了世界上第一次有記載的突出。支架工在架棚子時，發(fā)現(xiàn)工作面煤壁外移，三個工人立即逃跑，巷道煤塵彌漫，一人被煤流埋沒死亡，一人被瓦斯窒息犧牲，一人逃跑得救。 1879年4月17日比利時阿拉波二號井，向上掘進(jìn)580610 m水平之間的上山眼時，發(fā)生了世界上第一次猛烈的突出，突出強(qiáng)度420t煤，瓦斯50萬m3以上。最初瓦斯噴出量2000m3min以上，瓦斯逆風(fēng)流從提升井沖至地面，距該井口23m處的絞車房附近的火爐引燃了瓦斯，火焰高達(dá)50 m，井口建筑物

29、燒成一片廢墟，2小時后火焰將要熄時，又連續(xù)發(fā)生7次瓦斯爆炸(每隔7分鐘左右1次)，井下209人，死亡121人，地面21人燒死，11人燒傷。目前世界上的各主要產(chǎn)煤國都曾發(fā)生過突出,35,3突出的外部特征 （1）突出的煤、巖在高壓氣流搬運(yùn)過程中，呈現(xiàn)分選性堆積，即從上到下、由近至遠(yuǎn)煤粒度逐漸減小，堆積坡度小于煤的自然安息角(一般為40)；（煤在堆放時能夠保持自然穩(wěn)定狀態(tài)的最大角度） （2）突出過程中煤巖進(jìn)一步被粉碎，產(chǎn)生極細(xì)的粉塵（手捻無粒感的“狂粉”），有時突出的堆積物好似風(fēng)力充填一樣密實； （3）突出孔洞口小肚大，呈梨型、倒瓶型，其軸線往往沿煤層傾斜向上延伸，或與傾向線成不大的夾角； （4）突

30、出的相對瓦斯涌出量可以大于煤層的瓦斯含量。 （5）有明顯的動力效應(yīng)，破壞支架、推倒礦車等,36,二、突出的機(jī)理 突出的機(jī)理是關(guān)于解釋突出的原因和過程的理論。突出是十分復(fù)雜的自然現(xiàn)象，它的機(jī)理還沒有統(tǒng)一的見解，假說很多。多數(shù)人認(rèn)為，突出是地壓、瓦斯、煤的力學(xué)性質(zhì)和重力綜合作用的結(jié)果。概括起來，突出假說大概有三類： 1瓦斯作用說：認(rèn)為煤內(nèi)存儲的瓦斯在突出中起著主要的積極作用。 2地應(yīng)力說：認(rèn)為突出主要是地應(yīng)力作用的結(jié)果。 3綜合作用說：認(rèn)為煤和瓦斯突出是地壓（包括巖層靜壓力、地質(zhì)構(gòu)造力和集中應(yīng)力等）、瓦斯（包括瓦斯壓力、含量和吸附瓦斯瞬時解吸速度等）、重力（急傾斜煤層）和煤的力學(xué)性質(zhì)（包括煤的強(qiáng)度

31、和破壞類型）綜合作用的結(jié)果。 綜合作用說綜合考慮了突出動力（地應(yīng)、瓦斯等）和阻力（煤的強(qiáng)度）兩個方面的因素，因此，該假說得到了國內(nèi)外的普遍承認(rèn),37,突出的發(fā)展過程包括： 1準(zhǔn)備階段：指突出前工作面前方煤體及圍巖中能量的局部積聚過程。在回采和掘進(jìn)工作面前方煤層內(nèi)形成所謂“極限應(yīng)力狀態(tài)區(qū)”，該區(qū)內(nèi)煤層的完整性遭到破壞，但與圍巖還保持著力學(xué)上的聯(lián)系煤層的穩(wěn)定性由煤層內(nèi)部向外逐漸下降，透氣性則逐漸增加，游離瓦斯含量增高，產(chǎn)生了沿巷軸方向的瓦斯壓力梯度，此時的煤壁強(qiáng)度已處于一觸即潰的極限狀態(tài)。 2激發(fā)階段：即發(fā)動階段。當(dāng)工作面瞬間向前推進(jìn)(如震動放炮時)，或煤層、圍巖的強(qiáng)度發(fā)生變化，或煤層突然卸壓、增

32、壓等情況下，處于極限應(yīng)力狀態(tài)的部分煤體突然破碎卸壓，發(fā)出巨響和沖擊，同時突然釋放的高壓瓦斯開始膨脹形成瓦斯流，瓦斯作用在破碎煤體上的推力向巷道自由方向突然增加幾倍至幾十倍，使破碎煤體得以隨高速瓦斯流被搬運(yùn)和拋出,38,突出的發(fā)展過程包括： 3發(fā)展階段：煤體發(fā)生自發(fā)性的連續(xù)破碎，形成破碎波，已破碎的煤在高速瓦斯流的攜帶下向巷道拋出。新暴露煤體所受支撐壓力(包括前期突出所產(chǎn)生的動壓)如果大于煤體強(qiáng)度，煤體將由外向內(nèi)連續(xù)剝離破碎，與此同時進(jìn)一步暴露的煤壁和新破碎的煤體內(nèi)的瓦斯大量涌出補(bǔ)充瓦斯流并運(yùn)走碎煤，使突出得以向煤體深部發(fā)展。 4停止階段：在突出進(jìn)行的過程中，或由于煤、巖力學(xué)性質(zhì)的變化（破碎發(fā)展

33、遇到硬煤段，地應(yīng)力和瓦斯壓力不足以繼續(xù)破壞煤體），或由于噴出物的阻塞作用（突出物將孔洞堵塞），煤層能夠達(dá)到新的力學(xué)平衡時，突出得以終止。但是突出孔周圍煤壁和突出的煤炭中，還能繼續(xù)涌出大量瓦斯,39,三、突出的一般規(guī)律 （1）突出發(fā)生在一定的采掘深度以后。對于一個礦區(qū)、礦井或煤層來說，有一個發(fā)生突出的距地表最小深度，當(dāng)小于該深度時不會發(fā)生突出，該深度簡稱始突深度，一般取為實際發(fā)生突出的最小深度。自此以下，突出的次數(shù)增多，強(qiáng)度增大。因為開采深度越深，發(fā)動突出的兩個因素即瓦斯壓力和地應(yīng)力也相應(yīng)增大。 （2）突出多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造附近，如斷層、褶曲、扭轉(zhuǎn)和火成巖侵入?yún)^(qū)附近。 （3）突出多發(fā)生在集中應(yīng)力區(qū)

34、，如巷道的上隅角，相向掘進(jìn)工作面接近時，煤層留有煤柱的相對應(yīng)上、下方煤層處，回采工作面的集中應(yīng)力區(qū)內(nèi)掘進(jìn)時，等等。 （4）突出次數(shù)和強(qiáng)度，隨煤層厚度、特別是軟分層厚度的增加而增加。突出最嚴(yán)重的煤層一般都是最厚的主采煤層；煤層傾角愈大，突出的危險性也愈大（這是由于煤自重的影響）。 （5）突出與煤層的瓦斯含量和瓦斯壓力之間沒有固定的關(guān)系,40,三、突出的一般規(guī)律 （6）突出煤層的特點是強(qiáng)度低，而且軟硬相同，透氣系數(shù)小，瓦斯的放散速度高，煤的原生結(jié)構(gòu)遭到破壞，層理紊亂，無明顯節(jié)理，光澤暗淡，易粉碎。（突出的阻力?。绻簩拥捻敯鍒杂仓旅?，突出危險性增大。 （7）大多數(shù)突出發(fā)生在放炮和落煤工序。爆破

35、作業(yè)引起的突出次數(shù)最大，突出的平均強(qiáng)度最大。放炮后沒有立即發(fā)生的突出，稱延期突出。廷遲的時間由幾分鐘到十幾小時，它的危害性更大。 （8）突出絕大多數(shù)發(fā)生在掘進(jìn)工作面。其中石門揭穿煤層發(fā)生的突出雖然次數(shù)少，但強(qiáng)度大。采煤工作面發(fā)生突出較少，原因為：當(dāng)前我國突出煤層的絕大多數(shù)采煤工作面機(jī)械化程度低，推進(jìn)速度慢,41,三、突出的一般規(guī)律 （9）突出前常有預(yù)兆發(fā)生: a聲響預(yù)兆：煤體中發(fā)出悶雷聲、爆竹聲、機(jī)槍聲、嗡嗡聲，這些聲響在許多地方統(tǒng)稱為“煤炮”。 b煤結(jié)構(gòu)變化：煤質(zhì)干燥，光澤暗淡，層理紊亂，煤塵增多。 c地壓方面預(yù)兆：煤體和支架壓力增大，煤壁移動加劇，煤壁向外鼓出，掉碴，煤塊進(jìn)出； d. 瓦斯

36、方面預(yù)兆：瓦斯增大或忽大忽小，打鉆時頂鉆或夾鉆。 e其他預(yù)兆：煤壁和工作面溫度降低，特殊氣味等,42,瓦斯預(yù)抽 開采保護(hù)層,四、預(yù)防煤與瓦斯突出的主要技術(shù)措施,43,四、預(yù)防煤與瓦斯突出的主要技術(shù)措施 防突措施分類： 區(qū)域性防突措施：實施以后可使較大范圍煤層消除突出危險性的措施，稱為區(qū)域性防突措施； 局部防突措施：實施以后可使局部區(qū)域(如掘進(jìn)工作面)消除突出危險性的措施稱為局部防突措施。 我國有關(guān)專家學(xué)者和現(xiàn)場工程技術(shù)人員，經(jīng)過幾十年的不斷探索、發(fā)展和完善，使我國的防突技術(shù)走在了世界的前列。有關(guān)部門在系統(tǒng)地總結(jié)我國防突工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，于1995年5月1日制訂并頒發(fā)了防治煤與瓦斯突出細(xì)則，對防

37、治突出的各個環(huán)節(jié)都做出了具體的規(guī)定，將防治突出技術(shù)歸納為“四位一體”的綜合性防突措施，其內(nèi)容包括：突出危險性預(yù)測、防治突出措施、防突措施的效果檢驗和安全防護(hù)措施,44,一)、區(qū)域性防突措施 區(qū)域性防突措施主要有開采保護(hù)層和預(yù)抽煤層瓦斯兩種。 1、開采保護(hù)層 開采保護(hù)層是預(yù)防突出最有效、最經(jīng)濟(jì)的措施。 保護(hù)層：在突出礦井中，預(yù)先開采的、并能使其它相鄰的有突出危險的煤層受到采動影響而減少或喪失突出危險的煤層稱為保護(hù)層。 被保護(hù)層：后開采的煤層稱為被保護(hù)層。保護(hù)層位于被保護(hù)層上方的叫上保護(hù)層，位于下方的叫下保護(hù)層,45,一)、區(qū)域性防突措施 1)、開采保護(hù)層的作用 保護(hù)層開采后，由于采空區(qū)的頂?shù)装鍘r

38、石冒落，移動，引起開采煤層周圍應(yīng)力的重新分布，采空區(qū)上、下形成應(yīng)力降低(卸壓)區(qū)，在這個區(qū)域內(nèi)的未開采煤層將發(fā)生下述變化： （1）地壓減少，彈性潛能得以緩慢釋放。 （2）煤層膨脹變形，形成裂隙與孔道，透氣系數(shù)增加。所以被保護(hù)層內(nèi)的瓦斯能大量排放到保護(hù)層的采空區(qū)內(nèi)，瓦斯含量和瓦斯壓力都將明顯下降。 （3）煤層瓦斯涌出后，煤的強(qiáng)度增加。 所以保護(hù)層開采后，不但消除或減少了引起突出的兩個重要因素：地壓和瓦斯，而且增加了抵御突出的能力因素煤的機(jī)械強(qiáng)度。這就使得在卸壓區(qū)范圍內(nèi)開采被保護(hù)層時，不再會發(fā)生煤與瓦斯突出,46,2).保護(hù)范圍 指保護(hù)層開采后，在空向上使危險層喪失突出危險的有效范圍。 （1）垂直

39、保護(hù)距離： 保護(hù)層與被保護(hù)層間的有效垂距:上：急60m，緩：50m 下：急80m，緩：100m 一般地，（層間距）沿垂直方向下保護(hù)層的影響范圍大于上保護(hù)層。 （2）沿傾斜方向的保護(hù)范圍：確定沿傾向的保護(hù)范圍就是沿傾向劃定被保護(hù)層的上、下邊界。傾斜和緩傾斜煤層按巖石冒落角 (1、2)劃定，急傾斜煤層按煤層的法線向內(nèi)減少7劃定。冒落角又稱卸壓角，影響冒落角的因素主要是煤層傾角。確定沿傾向的保護(hù)范圍就是沿傾向劃定被保護(hù)層的上、下邊界(以冒落角,47,2).保護(hù)范圍 （3）沿走向的保護(hù)范圍 a規(guī)程規(guī)定，保護(hù)層的回采工作面，必須超前于被保護(hù)層的掘進(jìn)工作面，其超前距一般不得小于兩個煤層之間垂直距離的兩倍，

40、至少不小于30m，以便被保護(hù)層能充分卸壓和排出瓦斯。 b保護(hù)層回采工作面始采線兩側(cè)的保護(hù)范圍，必須按實際考察結(jié)果確定。 (4) 煤柱的影響 保護(hù)層開采后，在采空區(qū)上、下形成了卸壓區(qū)，在其附近的煤柱（未采區(qū)）則產(chǎn)生了集中應(yīng)力區(qū)。在集中應(yīng)力區(qū)內(nèi)，增加了突出危險性，對此要有充分的認(rèn)識。統(tǒng)計資料表明，開采保護(hù)層后，被保護(hù)層內(nèi)的突出，大多數(shù)發(fā)生于保護(hù)層煤柱的應(yīng)力集中影響區(qū)內(nèi)。 煤柱附近集中應(yīng)力區(qū)的寬度，隨層間距的增加而加 大，集中應(yīng)力系數(shù)則隨之減小。在這個范圍內(nèi)進(jìn)行采 掘工作時，必須采取預(yù)防突出的措施,48,開采保護(hù)層還必須注意以下幾點： A.如煤層群中有幾個保護(hù)層時，應(yīng)首先考慮上保護(hù)層。不但符合由上向

41、下的開采順序而且突出危險層同水平的巷道能位于保護(hù)范圍內(nèi)。如果不得不開采下保護(hù)層時，要防止采動影響而破壞未采煤層結(jié)構(gòu)。 B.礦井中所有煤層都有突出危險時，可選擇突出危險程度較小的煤層作為保護(hù)層，但在此保護(hù)層的采掘過程中，必須采取防治突出的措施。 C.礦井中所有可采煤層都具有嚴(yán)重突出危險時，也可以選擇不可采的煤層作為保護(hù)層為了減小勞動強(qiáng)度，可使用刨煤機(jī)、鋼絲繩鋸等采煤機(jī)械。 D.開采保護(hù)層時，應(yīng)同時抽放被保護(hù)層的瓦斯。 保護(hù)范圍：指保護(hù)層開采后，在空間和時間上使危險層喪失突出危險的有效范圍,49,2預(yù)抽煤層瓦斯 對于無保護(hù)層或單一突出危險煤層的礦井，可以采用預(yù)抽煤層瓦斯作為區(qū)域性防突措施。這種措施

42、的實質(zhì)是，通過一定時間的預(yù)先抽放瓦斯，降低突出危險煤層的瓦斯壓力和瓦斯含量，并由此引起煤層收縮變形、地應(yīng)力下降、煤層透氣系數(shù)增加和煤的強(qiáng)度提高等效應(yīng)，使被抽放瓦斯的煤體喪失或減弱突出危險性。需要大量的工程，要求預(yù)抽的時間長，一般為一年以上。因此，屬于一般突出危險煤層可考慮局部防突措施,50,預(yù)抽煤層瓦斯措施的穿層布孔方式示意圖,51,二) 局部防突措施(實施以后可使局部區(qū)域(如掘進(jìn)工作面)消除突出危險性的措施) 。 1、松動爆破 作用機(jī)理：松動爆破是向掘進(jìn)工作面前方應(yīng)力集中區(qū)，打幾個鉆孔裝藥爆破，使煤體松動，集中應(yīng)力區(qū)向煤體深部移動，同時加快瓦斯的排出，從而在工作面前方造成較長的卸壓帶，以預(yù)防

43、突出的發(fā)生。松動爆破分為深孔和淺孔兩種深孔松動爆破一般用于煤巷或半煤巖巷掘進(jìn)工作面。 2、鉆孔排放瓦斯3.54.5孔/m2 作用機(jī)理：石門揭煤前，由巖巷或煤巷向突出危險煤層打鉆，將煤層中的瓦斯經(jīng)過鉆孔自然排放出來，待瓦斯壓力降到安全壓力以下時，再進(jìn)行采掘工作鉆孔數(shù)和鉆孔布置應(yīng)根據(jù)斷面和鉆孔排放半徑的大小來確定每m2斷面不得少于3.54.5孔。 此法適用于煤層厚、傾角大、透氣系數(shù)大和瓦斯壓力高的石門揭煤時。也大量用于突出危險煤層的煤巷掘進(jìn)。缺點時打鉆工程量大，瓦斯壓力下降慢，等待時間長,52,二) 局部防突措施 3、水力沖孔-在煤巖柱保護(hù)下，高壓水 作用機(jī)理：是在安全巖(煤)柱的防護(hù)下，向煤層打

44、鉆后，用高壓水射流在工作面前方媒體內(nèi)沖出一定的孔道，加速瓦斯排放。同時，由于孔道周圍煤體的移動變形，應(yīng)力重新分布，擴(kuò)大卸壓范圍。此外，在高壓水射流的沖擊作用下，沖孔過程中能誘發(fā)小型突出。使煤巖中蘊(yùn)藏的潛在能量逐漸釋放，避免大型突出的發(fā)生。 煤巷掘進(jìn)水力沖孔后，由于瓦斯排放和煤炭濕潤，不但預(yù)防了突出煤塵少，煤質(zhì)變硬不易垮落和片幫。 水力沖孔適用于地壓大、瓦斯壓力大、煤質(zhì)松軟的突出危險煤層,53,水力沖刷施工工藝示意圖 1沖刷鉆孔 2沖刷水槍 3支撐柱 4高壓膠管 5高壓水泵 6水管 7水車,1 套管 2三通管 3鉆桿 4鉆機(jī)5 閥門 6高壓水管 7壓力表 8 射流泵 9 排煤水管,54,4、超前

45、鉆孔 作用機(jī)理：它是在煤巷掘進(jìn)工作面前方始終保持一定數(shù)量的排放瓦斯鉆孔。它的作用是排放瓦斯增加煤的強(qiáng)度，在鉆孔周圍形成卸壓區(qū)，使集中應(yīng)力區(qū)移向煤體深部。 急傾斜中厚或厚煤層上山掘進(jìn)時，可用穿透式鉆機(jī)，貫穿全長后，再由上而下擴(kuò)大斷面然后用人工修整到所需斷面。 超前鉆孔適用于煤層賦存穩(wěn)定、透氣系數(shù)較大的情況下。如果煤質(zhì)松軟，瓦斯壓力較大，則打鉆時容易發(fā)生夾鉆、垮孔、頂鉆，甚至孔內(nèi)突出現(xiàn)象,55,二) 局部防突措施 5、金屬骨架 作用機(jī)理：金屬骨架是一種超前支架。當(dāng)石門掘進(jìn)工作面接近煤層時，通過巖柱在巷道頂部和兩幫上側(cè)打鉆，鉆孔穿過煤層全厚，進(jìn)入巖層0.5m?？组g距一般為0.2m左右，孔徑75100

46、mm然后將長度大于孔深0.40.5m的鋼管或鋼軌，作為骨架插入孔內(nèi)，再將骨架尾部固定，最后用震動放炮揭開煤層。 此法適用于地壓和瓦斯壓力都不太大的急傾斜薄煤層或中厚煤層。在傾角小或厚煤層中，金屬骨架長度大，易于撓曲，不能很好地阻止煤體移動，效果較差,56,南桐東林煤礦金屬骨架布置示意圖,57,6、超前支架 作用機(jī)理：用于有突出危險的急傾斜煤層、厚煤層的煤層平巷掘進(jìn)時。為了防止因工作面頂部煤體松軟垮落面導(dǎo)致突出，在工作而前方巷道頂部事先打上一排超前支架，增加煤層的穩(wěn)定性。架設(shè)超前支架的方法是先打孔，孔徑5070 mm，仰角810，孔距200250 mm，深度大于一架棚距，然后在鉆孔內(nèi)插入鋼管或鋼

47、軌，尾端用支架架牢，即可進(jìn)行掘進(jìn)。掘進(jìn)時保持1.01.5m的超前距。巷道永久支架架設(shè)后，鋼材可收回再用。 7、卸壓槽 近年，在采掘工作而推廣使用了卸壓槽的方法，作為預(yù)防煤（巖）與瓦斯突出和沖擊地壓的措施。它的實質(zhì)是預(yù)先在工作面前方切割出一個縫槽，以增加工作面前方的卸壓范圍，如圖959所示。沒有卸壓槽時，工作面前方的卸壓區(qū)很小，巷道兩幫的前方更小。巷道的兩幫切割出卸壓槽1后，卸壓范圍擴(kuò)大，在此范圍內(nèi)掘進(jìn)，并保持定的超前距， 就可避免突出或沖擊地壓的發(fā)生,59,二) 局部防突措施 8、震動放炮 震動放炮是采用增加炮眼數(shù)和裝藥星，一次爆破揭穿煤層并成巷的爆破方法。在此情況下，因爆破震動，圍巖應(yīng)力和瓦

48、斯壓差急劇變化，創(chuàng)造了員有利的突出條件。所以震動放炮基本上是一種人為的誘使突出的措施，而不是防止突出的方法。它使突出發(fā)生在沒有人員在場和采取了預(yù)防瓦斯、煤塵爆炸措施的情況下。 震動放炮的特征： 1）、巖柱厚度1.5m 2）、炮眼數(shù)和炮眼布置，單列三組楔形掏槽 3）、裝藥量：f=34,45kg/m3, f=68,57kg/m3 4）、注意事項 (1)撤人；(2)斷電，(3)30min檢查；(4)防止擴(kuò)大(矸石堆和反向風(fēng)門,60,擴(kuò)孔鉆卸煤措施,擴(kuò)孔鉆具卸煤的工作示意圖 1-收縮狀態(tài)下工作 2-擴(kuò)張狀態(tài)下工作,61,探索快速消突措施，實現(xiàn)采掘平衡,水力擠出快速消突技術(shù),水力擠出 深孔松動爆破 水力

49、切割 淹沒射流 空氣致裂,62,提升軟煤打鉆工藝、技術(shù)與裝備,保壓鉆進(jìn) 干式鉆孔風(fēng)力排渣 定向鉆機(jī)-水平拐彎鉆孔 強(qiáng)力鉆機(jī),63,保壓鉆進(jìn),64,VLD千米定向 鉆機(jī),鉆孔實際軌跡圖,鉆孔實際剖面圖,65,干式鉆孔風(fēng)力排渣系統(tǒng)示意圖 1鉆具 2空口密封器 3孔外除塵器,66,五、瓦斯突出的預(yù)測,區(qū)域預(yù)測,點預(yù)測,煤巷掘進(jìn)工作面,石門揭煤工作面,采煤工作面,綜合指標(biāo)法,鉆屑解吸指標(biāo)法,涌出初速度法,R值指標(biāo)法,鉆屑解吸指標(biāo)法,涌出初速度法,瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計法,單項指標(biāo)法,綜合指標(biāo)法,瓦斯突出預(yù)測,67,五、突出的預(yù)測 (一)、分類 突出危險性預(yù)測是防治煤與瓦斯突出綜合措施的第一步。突出危險性預(yù)測包括

50、區(qū)域性預(yù)測和工作面預(yù)測。 區(qū)域突出危險性預(yù)測，簡稱區(qū)域預(yù)測，用于預(yù)測煤層和煤層區(qū)域(包括井田、新水平和新采區(qū))的突出危險性，并在地質(zhì)勘探、新井建設(shè)、新水平和新采區(qū)開拓或準(zhǔn)備時進(jìn)行。 工作面預(yù)測也叫點預(yù)測、日常預(yù)測。用于工作面煤層的突出危險性預(yù)測，它包括石門揭煤工作面、煤巷掘進(jìn)工作面和回采工作面的突出危險性預(yù)測,68,五、突出的預(yù)測 (二)、預(yù)測指標(biāo) 1、煤的瓦斯放散指數(shù)P 它是表示瓦斯從煤內(nèi)放散出來快慢的相對指標(biāo)，能反映煤的孔隙結(jié)構(gòu)和微觀破壞程度。一般情況下，P1525時有突出危險。 2、煤的堅固系數(shù)f 它也是一個相對指標(biāo)，反映煤的力學(xué)性質(zhì)。當(dāng)f0.60.8時有突出危險；f1.2時，無突出危險

51、。 3.煤層瓦斯壓力： 反映瓦斯含量、瓦斯釋放強(qiáng)度和搬運(yùn)突出物的能力。 4、軟煤比 軟煤分層厚度與煤層總厚度之比稱軟煤比，亦稱揉皺系數(shù)。該值越高，煤層越不穩(wěn)定，突出可能性越大。 5、鉆孔瓦斯涌出量和鉆屑量 這是一種可以在掘進(jìn)工作面即時預(yù)測有無突出危險的方法，它綜合反映了工作面前方煤體滲透性、破壞程度、瓦斯涌出速度和巖層應(yīng)力狀態(tài),69,五、突出的預(yù)測 防治煤與瓦斯突出細(xì)則對預(yù)測指標(biāo)及其臨界值和確定有無突出危險性都做了具體規(guī)定。一些局礦根據(jù)各自的經(jīng)驗制定了適合本礦區(qū)的預(yù)測指標(biāo)和方法。 必須指出，由于突出是多種因素的綜合，任何單一的預(yù)測方法，可靠性都很低。因此，近年來預(yù)測工作向綜合多因素的方向發(fā)展，

52、準(zhǔn)確率有明顯提高，但仍處于探索研究階段,D、K綜合指標(biāo)法,H開采深度；f煤層中軟分層的平均堅固性系數(shù)；p煤層瓦斯壓力MPa；p瓦斯放散初速度。 綜合指標(biāo)D和K的區(qū)域突出危險臨界值，應(yīng)根據(jù)各礦區(qū)的實測數(shù)據(jù)確定,70,五、突出的預(yù)測 突出統(tǒng)計資料表明，絕大多數(shù)突出，在突出前都有預(yù)兆，研究與掌握預(yù)兆的發(fā)生規(guī)律，及時發(fā)出突出警報，撤出人員，就能減輕突出的危害。突出預(yù)兆主要有三個方面： 1.煤層結(jié)構(gòu)、構(gòu)造 預(yù)兆有；層理紊亂，煤軟硬不均或變軟，煤暗淡無光，煤層受擠壓，厚度變大，傾角變陡，煤層干燥等。 2.地壓增大 如來壓聲響，支架折斷，煤炮聲，煤巖開裂，煤壁外鼓，片幫，掉碴，底鼓，打鉆時頂鉆、夾鉆等。 3

53、.瓦斯及其他 主要預(yù)兆有：瓦斯涌出異常，忽大忽小，悶人，煤塵增大，煤或氣溫變冷，頂鉆噴瓦斯、噴煤等。 上述許多預(yù)兆只有比較明顯的顯現(xiàn)時，才能為人們所察覺，而且往往難以判斷是否將要發(fā)生突出。所以國內(nèi)外都在研究、試驗比較可靠的探測突出預(yù)兆的儀器，目前進(jìn)展較快的是微震儀。它的基本原理是探測井記錄煤、巖在受力破壞過程中發(fā)生破裂與震動時產(chǎn)生的震動或聲波。因為展波或聲波的強(qiáng)度和頻串增加到一定數(shù)值時，就可能出現(xiàn)煤的突然破壞，發(fā)生突出,煤與瓦斯突出事故案例分析,煤與瓦斯突出事故案例分析,煤與瓦斯突出事故案例分析,煤與瓦斯突出事故案例分析,煤與瓦斯突出事故案例分析,煤與瓦斯突出事故案例分析,煤與瓦斯突出事故案例

54、分析,淮北蘆嶺煤礦 “4.7”特大煤與瓦斯突出事故,石門巖柱11.2m，突出煤10500t, 瓦斯93.82 萬m3，死亡14人，填堵滿巷道總長度796 m,突出強(qiáng)度,事故經(jīng)過,礦井概況,點 評,事故原因,2002年4月7日4時18分,責(zé)任人處理,煤與瓦斯突出事故案例分析,煤與瓦斯突出事故案例分析,煤與瓦斯突出事故案例分析,煤與瓦斯突出事故案例分析,煤與瓦斯突出事故案例分析,煤與瓦斯突出事故案例分析,煤與瓦斯突出事故案例分析,煤與瓦斯突出事故案例分析,86,第六節(jié) 爆炸及其預(yù)防 礦井瓦斯爆炸是煤礦一種極其嚴(yán)重的災(zāi)害，一旦發(fā)生，不僅造成大量人員傷亡，而且還會嚴(yán)重摧毀礦井設(shè)施、中斷生產(chǎn)。有的還會引

55、起煤塵爆炸、礦井火災(zāi)、井巷垮塌和頂板冒落落等二次災(zāi)害，從而加重了災(zāi)害后果，使生產(chǎn)難以在短期內(nèi)恢復(fù)。 例如，1942年日本帝國主義侵占我國東北時期，在本溪煤礦由電氣火花引起瓦斯爆炸，進(jìn)而導(dǎo)致更嚴(yán)重的煤塵連續(xù)爆炸，共有1549人死亡。在我國煤礦發(fā)生的重大災(zāi)難性事故中，70左右是瓦斯煤塵爆炸所致 根據(jù)中國政府自己的估算，2003年有6700多名礦工在各種礦井事故中喪生，平均每天有18名礦工死去。但專家稱，實際數(shù)字可能超過這個數(shù)字。中國煤礦的事故發(fā)生率是美國和英國的350倍。 一、瓦斯爆炸過程及其危害 物質(zhì)從一種狀態(tài)迅速變成另一種狀態(tài)，并在瞬間放出大量能量的同時產(chǎn)生巨大聲響的觀象稱為爆炸。爆炸可以分為

56、物理性爆炸和化學(xué)性爆炸，前者是由物理變化而引起的，物質(zhì)因狀態(tài)或壓力發(fā)生突然變化而形成的爆炸現(xiàn)象稱為物理性后爆炸，例鍋爐爆炸、液化、氣體起超壓爆炸等。物理性爆炸前后物質(zhì)的性質(zhì)及化學(xué)成分均不改變?；瘜W(xué)性爆炸是由于物質(zhì)發(fā)生迅速的化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)生高溫、高壓而引起的爆炸?；瘜W(xué)爆炸前后物質(zhì)的性質(zhì)成分均發(fā)生了變化，礦井瓦斯爆炸屬于化學(xué)性爆炸,87,瓦斯爆炸的化學(xué)反應(yīng)過程 瓦斯爆炸：瓦斯爆炸是一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在高溫?zé)嵩吹淖饔孟掳l(fā)生激烈氧化反應(yīng)的過程。 最終的化學(xué)反應(yīng)式為：CH4+2O2=CO2+2H2O+88.26Kj/mol 如果O2不足，反應(yīng)的最終式為：CH4+O2=CO+H2+H2O+88.2

57、6Kj/mol 礦井瓦斯爆炸是一種熱鏈反應(yīng)過程(也稱連鎖反應(yīng))。 .瓦斯爆炸的產(chǎn)生與傳播過程 爆炸性的混合氣體與高溫火源同時存在， 初燃(初爆) 焰面 沖擊波 新的爆炸混合物 1995年6月23日零時16分，淮南礦務(wù)局謝一礦發(fā)生特大瓦斯爆炸事故，傷亡共125人，其中死亡76人、傷49人，直接經(jīng)濟(jì)損失327.8萬元，發(fā)生10OO多次瓦斯連續(xù)爆炸,88,瓦斯爆炸的危害 （1）高溫：焰面是巷道中運(yùn)動著的化學(xué)反應(yīng)區(qū)和高溫氣體，其速度大、溫度高。焰面溫度可高達(dá)21502650 ，焰面經(jīng)過之處，人被燒死或大面積燒傷，可燃物被點燃而發(fā)生火災(zāi)。 （2）沖擊波：鋒面壓力由幾個大氣壓到20大氣壓，前向沖擊波疊加和

58、反射時可達(dá)100大氣壓。其傳播速度總是大于聲速，所到之處造成人員傷亡、設(shè)備和通風(fēng)設(shè)施損壞、巷道垮塌。沖擊包括：進(jìn)程沖擊和回程沖擊。 （3）有害氣體：井下發(fā)生瓦斯爆炸以后，將會產(chǎn)生大量的一氧化碳，如果有煤塵參與爆炸，CO的生成量更大。空氣中的一氧化碳濃度，按體積計算達(dá)到0.4時，人在短時間內(nèi)就會中毒死亡。一氧化碳中毒是瓦斯爆炸造成人員傷亡的主要原因,89,二 瓦斯爆炸的主要參數(shù) 1 瓦斯的爆炸濃度 在正常的大氣環(huán)境中，瓦斯只在一定的濃度范圍內(nèi)爆炸，這個濃度范圍稱瓦斯的爆炸界限，其最低濃度界限叫爆炸下限，其最高濃度界限叫爆炸上限，瓦斯在空氣中的爆炸下限為56，上限為1416。 瓦斯?jié)舛鹊陀诒ㄏ孪?/p>

59、時，遇高溫火源并不爆炸，只能在火焰外圍形成穩(wěn)定的燃燒層，濃度高于爆炸上限時，在該混合氣體內(nèi)不會爆炸，也不燃燒，如有新鮮空氣供給時，可以在混合氣體與空氣的接觸面上進(jìn)行燃燒。 原因：可用前面鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論解釋：若瓦斯?jié)舛鹊陀?%，氧化生成的熱量與分解的活化中心都不足，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不能發(fā)展成為爆炸；若瓦斯?jié)舛雀哂?6%時，則氧的濃度不足，不但不能生成足夠的活化中心，而且因為瓦斯吸熱能力比空氣大，氧化生成的熱量同時被瓦斯和周圍介質(zhì)所吸收，當(dāng)然也不能發(fā)展成爆炸。 在正?？諝庵型咚?jié)舛葹?.5時，化學(xué)反應(yīng)量完全，產(chǎn)生的溫度與壓力也最大。瓦斯?jié)舛?8時最容易爆炸，這個濃度稱最優(yōu)爆炸濃度,90,二 瓦斯爆炸的主要參

60、數(shù) 1 瓦斯的爆炸濃度 瓦斯爆炸界限不是固定不變的， 它受到許多因素的影響，其中重要的有： （1） 氧的濃度 正常大氣壓和常溫時，瓦斯 爆炸濃度與氧濃度關(guān)系，如柯瓦 德爆炸三角形所示。它的三個頂 點B、C、E分別是甲院與空氣混 合時的爆炸下限B(5CH4,19.88O2：)、上限C(15CH4,17.7902)和爆炸臨界點E。瓦斯爆炸界限隨著氧氣濃度的降低而縮小。氧濃度低于12時，混合氣體就失去爆炸性。在封閉火區(qū)過程中，由于切斷了向火區(qū)供風(fēng)，火區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛纫蚶^續(xù)有瓦期涌出和煙氣滲入而增大，氧氣濃度降低，當(dāng)瓦斯?jié)舛群脱鯕鉂舛人鶝Q定的坐標(biāo)點落在BCE中，有爆炸危險,91,2）其它可燃?xì)怏w 混合氣體