第十一章 礦山安全(瓦斯)

1、十一章十一章 礦山安全礦山安全 本章內(nèi)容本章內(nèi)容 1、煤礦生產(chǎn)特點(diǎn)、煤礦生產(chǎn)特點(diǎn) 2、瓦斯防治、瓦斯防治 3、礦塵防治、礦塵防治 4、礦井火災(zāi)防治、礦井火災(zāi)防治 5、礦山壓力防治、礦山壓力防治 6、礦山防治水、礦山防治水 第一節(jié)第一節(jié) 煤礦生產(chǎn)特點(diǎn)煤礦生產(chǎn)特點(diǎn) v煤煤礦礦作作業(yè)現(xiàn)場業(yè)現(xiàn)場的特點(diǎn)的特點(diǎn) o工作空間狹小工作空間狹小 o生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜多變生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜多變 o勞動(dòng)強(qiáng)度大我國煤礦的機(jī)械化程度為勞動(dòng)強(qiáng)度大我國煤礦的機(jī)械化程度為74。 o人員文化知識(shí)水平低人員文化知識(shí)水平低 第一節(jié)第一節(jié) 煤礦生產(chǎn)特點(diǎn)煤礦生產(chǎn)特點(diǎn) v煤煤礦傷礦傷亡事故的特殊性亡事故的特殊性 o地下開采礦井事故高于露天開采礦的事

2、故；地下開采礦井事故高于露天開采礦的事故； o地方小型煤礦事故多于國有大型煤礦；地方小型煤礦事故多于國有大型煤礦； o特大事故的發(fā)生率高于其他行業(yè)；特大事故的發(fā)生率高于其他行業(yè)； o容易由一次事故引發(fā)二次連鎖事故，擴(kuò)大事故范圍；容易由一次事故引發(fā)二次連鎖事故，擴(kuò)大事故范圍； o受地下條件所限，發(fā)生事故后救災(zāi)困難。受地下條件所限，發(fā)生事故后救災(zāi)困難。 第一節(jié)第一節(jié) 煤礦生產(chǎn)特點(diǎn)煤礦生產(chǎn)特點(diǎn) v煤煤礦職業(yè)礦職業(yè)危害的特性危害的特性 煤礦的職業(yè)危害主要有：高溫、噪聲、振動(dòng)、有害煤礦的職業(yè)危害主要有：高溫、噪聲、振動(dòng)、有害 氣體、粉塵、缺氧等。其中高溫及粉塵危害的治理難度氣體、粉塵、缺氧等。其中高溫及

3、粉塵危害的治理難度 較大，有害氣體的種類多較大，有害氣體的種類多(包括瓦斯、一氧化碳、二氧化包括瓦斯、一氧化碳、二氧化 碳、硫化氫、二氧化硫、二氧化氮、氨氣、氫氣等碳、硫化氫、二氧化硫、二氧化氮、氨氣、氫氣等)，而，而 煤礦塵肺病的發(fā)病率較高。煤礦塵肺病的發(fā)病率較高。 第二節(jié)第二節(jié) 瓦斯防治瓦斯防治 1 1、礦井瓦斯及成因、礦井瓦斯及成因 1.1 礦井瓦斯礦井瓦斯 “瓦斯瓦斯”音譯自日文音譯自日文“（瓦斯）（瓦斯）” 廣義廣義： 井下涌向采礦空間的各種有毒、有害氣體的總稱。井下涌向采礦空間的各種有毒、有害氣體的總稱。 狹義狹義： 煤礦生產(chǎn)過程中從煤、巖內(nèi)涌出的，以甲烷為主要煤礦生產(chǎn)過程中從煤、

4、巖內(nèi)涌出的，以甲烷為主要 成份的混合氣體總稱。成份的混合氣體總稱。 如何理解？如何理解？ 、瓦斯成分復(fù)雜瓦斯成分復(fù)雜 （CH 4、 、CO2 、 、N2、 、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷 乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、H2、CO、SO2、H2S） 、一定深度后，主要成分為甲烷一定深度后，主要成分為甲烷 煤礦術(shù)語中的瓦斯，通常是指煤礦術(shù)語中的瓦斯，通常是指甲烷。甲烷。 瓦斯來源？瓦斯來源？ p放射性元素蛻變過程生成（放射性元素蛻變過程生成（RnRn、HeHe等）等） 1.1 礦井瓦斯礦井瓦斯 礦井瓦斯來源礦井瓦斯來源 煤（巖）層和地煤（巖）層和地 下水釋放出來的下水釋放出來的 化學(xué)及生物化化學(xué)及生物化 學(xué)作

5、用產(chǎn)生的學(xué)作用產(chǎn)生的 煤炭生產(chǎn)過煤炭生產(chǎn)過 程中產(chǎn)生的程中產(chǎn)生的 （CO2、H2S、SO2）（ （CO2、NO2、H2） p 1.1.1 礦井瓦斯來源礦井瓦斯來源 1.1 礦井瓦斯礦井瓦斯 危害：危害： 1.可造成瓦斯窒息事故可造成瓦斯窒息事故(43%呼吸短促，呼吸短促，57%即刻昏迷即刻昏迷 2.可釀成瓦斯燃燒事故可釀成瓦斯燃燒事故(16%存在火源存在火源) 3.引起瓦斯爆炸事故引起瓦斯爆炸事故(5%-16%存在火源存在火源) 4.產(chǎn)生煤與瓦斯突出事故產(chǎn)生煤與瓦斯突出事故 5.污染環(huán)境污染環(huán)境 p 1.1.2 礦井瓦斯的危害及用途礦井瓦斯的危害及用途 用途：用途： 1.用城鎮(zhèn)煤氣用城鎮(zhèn)煤氣

6、2.用作鍋爐和窯爐燃料用作鍋爐和窯爐燃料 3.瓦斯發(fā)電瓦斯發(fā)電 4.作為機(jī)動(dòng)車燃料作為機(jī)動(dòng)車燃料 5.用作化工原料和化工產(chǎn)品用作化工原料和化工產(chǎn)品 1.2 礦井瓦斯的成因礦井瓦斯的成因 有機(jī)源氣體有機(jī)源氣體-腐植有機(jī)物（高等植物）成煤過程。腐植有機(jī)物（高等植物）成煤過程。 煤層瓦斯是腐植型有機(jī)物（植物）在成煤過程中生成的煤層瓦斯是腐植型有機(jī)物（植物）在成煤過程中生成的 生物化學(xué)階段生物化學(xué)階段 特點(diǎn)特點(diǎn)：埋藏淺，覆蓋層膠結(jié)不好，煤層保存氣體少：埋藏淺，覆蓋層膠結(jié)不好，煤層保存氣體少 煤化變質(zhì)階段煤化變質(zhì)階段 特點(diǎn)特點(diǎn)：1）炭化過程生成大量氣體。）炭化過程生成大量氣體。 2）覆蓋層增厚，生成氣體

7、得以保存。但煤層瓦斯）覆蓋層增厚，生成氣體得以保存。但煤層瓦斯 含量遠(yuǎn)小于生產(chǎn)量。含量遠(yuǎn)小于生產(chǎn)量。 煤層瓦斯主要成分煤層瓦斯主要成分：CHCH4 4、COCO2 2、N N2 2。 形成原因形成原因：當(dāng)煤層直達(dá)地表或直接為透氣性較好的：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(shí)，由于煤層中瓦斯向上運(yùn)移和地第四系沖積層覆蓋時(shí)，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。帶特征。 瓦斯瓦斯 空氣空氣 -1000m -800m -600m -400m -200m CO2-N2 N2 N2-CH4 CH

8、4 1.3 煤層瓦斯賦存的垂直分帶煤層瓦斯賦存的垂直分帶 在瓦斯壓力在瓦斯壓力 和濃度差下和濃度差下 四帶四帶： COCO2 2- N- N2 2帶、帶、N N2 2帶、帶、N N2 2CHCH4 4帶、帶、CHCH4 4帶?，F(xiàn)場實(shí)帶。現(xiàn)場實(shí) 際過程中，將前三帶總稱為際過程中，將前三帶總稱為瓦斯風(fēng)化帶瓦斯風(fēng)化帶。 1.3 煤層瓦斯賦存的垂直分帶煤層瓦斯賦存的垂直分帶 吸附瓦斯吸附瓦斯 游離瓦斯游離瓦斯 吸收狀態(tài)吸收狀態(tài) 吸著狀態(tài)吸著狀態(tài) p 煤層的吸附性煤層的吸附性 類似于溶質(zhì)溶解于溶劑中類似于溶質(zhì)溶解于溶劑中 瓦斯在煤層瓦斯在煤層 中賦存狀態(tài)中賦存狀態(tài) p 瓦斯吸附與解吸瓦斯吸附與解吸 (1

9、) 吸附瓦斯與游離瓦斯處于動(dòng)平衡狀態(tài)；吸附瓦斯與游離瓦斯處于動(dòng)平衡狀態(tài)； (2) 外界壓力、溫度變化，原平衡破壞；外界壓力、溫度變化，原平衡破壞； (3) 這種瓦斯由吸附狀態(tài)轉(zhuǎn)化為游離狀態(tài)的現(xiàn)象，稱為解吸；這種瓦斯由吸附狀態(tài)轉(zhuǎn)化為游離狀態(tài)的現(xiàn)象，稱為解吸； (4) 吸附態(tài)瓦斯無內(nèi)能，游離態(tài)分子熱運(yùn)動(dòng)具有內(nèi)能；吸附態(tài)瓦斯無內(nèi)能，游離態(tài)分子熱運(yùn)動(dòng)具有內(nèi)能； (5) 煤的解吸瓦斯量：瓦斯壓力從平衡狀態(tài)下過渡到正常標(biāo)準(zhǔn)煤的解吸瓦斯量：瓦斯壓力從平衡狀態(tài)下過渡到正常標(biāo)準(zhǔn) 大氣壓下，煤體釋放的瓦斯量大氣壓下，煤體釋放的瓦斯量。 v瓦斯的另一種存在形式，瓦斯水化物晶體。即瓦斯和瓦斯的另一種存在形式，瓦斯水化

10、物晶體。即瓦斯和 水所形成的類冰狀固態(tài)化合物。水所形成的類冰狀固態(tài)化合物。 v存在于海底或陸地凍土帶內(nèi)的瓦斯水化物，習(xí)慣被稱存在于海底或陸地凍土帶內(nèi)的瓦斯水化物，習(xí)慣被稱 為天然氣水化物，白色，形似冰雪，可以像酒精一樣為天然氣水化物，白色，形似冰雪，可以像酒精一樣 直接被點(diǎn)燃。直接被點(diǎn)燃。 瓦斯固溶態(tài)（瓦斯水化物）瓦斯固溶態(tài)（瓦斯水化物） v據(jù)新華社報(bào)道，據(jù)新華社報(bào)道，2007-6-172007-6-17， 我國在南海北部成功鉆獲的我國在南海北部成功鉆獲的 天然氣水化物實(shí)物樣品天然氣水化物實(shí)物樣品“可可 燃冰燃冰”在廣州亮相。在廣州亮相。 難以尋找難以尋找 (1) 瓦斯壓力瓦斯壓力 t=con

11、st , P X (2) 溫度溫度 P = const t X 溫度每升高溫度每升高1，吸附瓦斯的能力降低約，吸附瓦斯的能力降低約8%。 (3) 瓦斯的性質(zhì)瓦斯的性質(zhì) 對于特定的煤，在對于特定的煤，在t、P一定時(shí)，一定時(shí)， CO2的吸附量的吸附量 CH4的吸附量的吸附量 N2的吸附量的吸附量 (4) 煤的變質(zhì)程度煤的變質(zhì)程度 變質(zhì)程度反映了煤的表面積與化學(xué)組成。變質(zhì)程度反映了煤的表面積與化學(xué)組成。 變質(zhì)程度越高（變質(zhì)程度越高（Vr ） X 6）影響煤與瓦斯吸附量的主要因素）影響煤與瓦斯吸附量的主要因素 (5) 煤中的水份煤中的水份 水份的增加使煤的吸附能力降低。水份的增加使煤的吸附能力降低。

12、艾琴格爾經(jīng)驗(yàn)式：艾琴格爾經(jīng)驗(yàn)式： 式中：式中：Xch-含有水份時(shí)瓦斯吸附量；含有水份時(shí)瓦斯吸附量； Xg-不含有水份時(shí)瓦斯吸附量；不含有水份時(shí)瓦斯吸附量； W-水份含量。水份含量。 (6) 煤中的灰份（煤中的灰份（Ac） 灰份不吸附瓦斯，我國習(xí)慣于用可燃基作單位?；曳莶晃酵咚梗覈?xí)慣于用可燃基作單位。 W XX gch 31. 01 1 100 100 0 wA XX 瓦斯壓力和瓦斯含量及測定瓦斯壓力和瓦斯含量及測定 2.1 煤層瓦斯壓力及測定方法煤層瓦斯壓力及測定方法 2.1.1 有關(guān)煤層瓦斯壓力的幾個(gè)概念有關(guān)煤層瓦斯壓力的幾個(gè)概念 p 瓦斯壓力瓦斯壓力 p 煤層原始瓦斯壓力煤層原始瓦斯

13、壓力 p 煤層殘存瓦斯壓力煤層殘存瓦斯壓力 瓦斯壓力瓦斯壓力 -煤層孔隙或裂隙內(nèi)氣體分子自由運(yùn)動(dòng)撞擊所產(chǎn)生的作用力，煤層孔隙或裂隙內(nèi)氣體分子自由運(yùn)動(dòng)撞擊所產(chǎn)生的作用力， 它在某一點(diǎn)上各向大小相等，方向與孔隙壁壘垂直。它在某一點(diǎn)上各向大小相等，方向與孔隙壁壘垂直。 是決定是決定煤層瓦斯含量煤層瓦斯含量、瓦斯流動(dòng)動(dòng)力高低瓦斯流動(dòng)動(dòng)力高低以及以及瓦斯動(dòng)力現(xiàn)瓦斯動(dòng)力現(xiàn) 象象的基本參數(shù)。的基本參數(shù)。 煤層原始瓦斯壓力煤層原始瓦斯壓力 當(dāng)煤層未受采動(dòng)影響而處于原始賦存狀態(tài)時(shí)，煤中平衡瓦斯當(dāng)煤層未受采動(dòng)影響而處于原始賦存狀態(tài)時(shí)，煤中平衡瓦斯 壓力稱之為煤層原始瓦斯壓力，其物理單位為壓力稱之為煤層原始瓦斯壓力

14、，其物理單位為MPaMPa。 煤層殘存瓦斯壓力煤層殘存瓦斯壓力 當(dāng)煤層受采動(dòng)影響涌出一部分瓦斯后，此時(shí)煤層中殘留瓦當(dāng)煤層受采動(dòng)影響涌出一部分瓦斯后，此時(shí)煤層中殘留瓦 斯的壓力大小稱之為煤層殘存瓦斯壓力，單位為斯的壓力大小稱之為煤層殘存瓦斯壓力，單位為MPaMPa。煤層的殘。煤層的殘 存瓦斯壓力總小于原始瓦斯壓力。存瓦斯壓力總小于原始瓦斯壓力。 2.1.1 有關(guān)煤層瓦斯壓力的幾個(gè)概念有關(guān)煤層瓦斯壓力的幾個(gè)概念 2.1.2 煤層瓦斯壓力分布的一般規(guī)律煤層瓦斯壓力分布的一般規(guī)律 p沿深度沿深度( (沿煤層傾向沿煤層傾向) ) 未受采動(dòng)影響的煤層內(nèi)的瓦斯壓未受采動(dòng)影響的煤層內(nèi)的瓦斯壓 力，隨深度的增加

15、而有規(guī)律地增加力，隨深度的增加而有規(guī)律地增加 存在：存在： n HHPP)()( 1 212 1）在未受采動(dòng)影響煤層內(nèi)）在未受采動(dòng)影響煤層內(nèi) n- 系數(shù)常取系數(shù)常取1。 故存在：故存在： gp-煤層瓦斯壓力梯度，煤層瓦斯壓力梯度，Mpa/m 12 12 HH PP g p （H1,P1） (H2,P2) (H,P) H(m) P(MPa) p沿走向沿走向 在地質(zhì)條件相近的塊段內(nèi)，相同深度的同一煤層，具在地質(zhì)條件相近的塊段內(nèi)，相同深度的同一煤層，具 有大體相同的瓦斯壓力。有大體相同的瓦斯壓力。 條件：條件： A A）孔隙、裂隙互相連通，形成一個(gè)統(tǒng)一的體系；）孔隙、裂隙互相連通，形成一個(gè)統(tǒng)一的體系

16、； B B）等量的瓦斯處于）等量的瓦斯處于孔隙容積相同孔隙容積相同的不同體系內(nèi)。的不同體系內(nèi)。 C C）不等量的瓦斯處于）不等量的瓦斯處于孔隙容積按同比例孔隙容積按同比例的不同體系內(nèi)的不同體系內(nèi) 實(shí)際上，只能實(shí)際上，只能“大體相同大體相同”，而且可能差別。，而且可能差別。 2.1.2 煤層瓦斯壓力分布的一般規(guī)律煤層瓦斯壓力分布的一般規(guī)律 2）采動(dòng)影響煤層）采動(dòng)影響煤層 孔隙、含量發(fā)生變化，所以瓦斯壓力發(fā)生變化，十分孔隙、含量發(fā)生變化，所以瓦斯壓力發(fā)生變化，十分 復(fù)雜，一般隨深度增加瓦斯壓力逐漸增大。復(fù)雜，一般隨深度增加瓦斯壓力逐漸增大。 2.1.2 煤層瓦斯壓力的測定煤層瓦斯壓力的測定 p 瓦

17、斯壓力測定步驟：瓦斯壓力測定步驟：打孔打孔- -封孔封孔- -測壓測壓 u打孔打孔 要求：要求：測定地點(diǎn)無大裂隙，不位于破壞帶，含水小。測定地點(diǎn)無大裂隙，不位于破壞帶，含水小。 注意：注意：鉆孔到位后，用壓氣清渣鉆孔到位后，用壓氣清渣 1 1）直接測定法）直接測定法 v被動(dòng)測壓法被動(dòng)測壓法 v主動(dòng)測壓法主動(dòng)測壓法 上行孔上行孔 下行孔下行孔 水平孔水平孔 2.2.1 有關(guān)煤層瓦斯含量的幾個(gè)概念有關(guān)煤層瓦斯含量的幾個(gè)概念 p瓦斯含量瓦斯含量 p煤層原始瓦斯含量煤層原始瓦斯含量 p煤層殘存瓦斯含量煤層殘存瓦斯含量 2.2 煤層瓦斯含量及測定方法煤層瓦斯含量及測定方法 瓦斯含量：瓦斯含量： 單位質(zhì)量

18、或體積的煤中含有的瓦斯量。單位質(zhì)量或體積的煤中含有的瓦斯量。m3/m3，m3/t 煤層原始瓦斯含量：煤層原始瓦斯含量： 當(dāng)煤層未受采動(dòng)影響而處于原始賦存狀態(tài)時(shí)，單位重當(dāng)煤層未受采動(dòng)影響而處于原始賦存狀態(tài)時(shí)，單位重 量煤中所含有的換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（量煤中所含有的換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（0，0.1MPa）的瓦）的瓦 斯體積稱之為煤層原始瓦斯含量，它常用斯體積稱之為煤層原始瓦斯含量，它常用m3/t和和cm3/g作作 計(jì)量單位。計(jì)量單位。 煤層殘存瓦斯含量：煤層殘存瓦斯含量： 當(dāng)煤層受采動(dòng)影響而涌出一部分瓦斯后，單位重量煤當(dāng)煤層受采動(dòng)影響而涌出一部分瓦斯后，單位重量煤 中所含有的換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的瓦斯體積稱

19、之為煤層殘中所含有的換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的瓦斯體積稱之為煤層殘 存瓦斯含量。存瓦斯含量。 2.2.1 有關(guān)煤層瓦斯含量的幾個(gè)概念有關(guān)煤層瓦斯含量的幾個(gè)概念 2.2.2 煤層瓦斯含量測定煤層瓦斯含量測定 1 1）直接測定法）直接測定法勘探鉆孔煤芯解吸法勘探鉆孔煤芯解吸法 2.2.2 煤層瓦斯含量測定煤層瓦斯含量測定 2.2.2 煤層瓦斯含量測定煤層瓦斯含量測定 0.02 () 0.993 0.07 1100 110.31100 s tt p abpA W Xe bpW TP VPT VX g 0 0 0 )( 11 . 0 00 TTMPaP 2 2）間接測定計(jì)算法）間接測定計(jì)算法 p 游離態(tài)瓦斯游

20、離態(tài)瓦斯 粗略計(jì)算，假設(shè)：粗略計(jì)算，假設(shè)： PVX g 10 式中：式中：P-煤層瓦斯壓力，煤層瓦斯壓力，Mpa； V-煤的孔容。煤的孔容。 則：則： p 吸附態(tài)瓦斯吸附態(tài)瓦斯 p 煤層瓦斯含量煤層瓦斯含量 X = Xg + X m3/t （馬略特定律（馬略特定律+ +朗格繆爾方程）朗格繆爾方程） 2.2.2 煤層瓦斯含量測定煤層瓦斯含量測定 中國礦業(yè)大學(xué)周世寧提出：中國礦業(yè)大學(xué)周世寧提出： 式中：式中：X 煤層瓦斯含量，煤層瓦斯含量，m3/t； p 煤層瓦斯壓力，煤層瓦斯壓力，MPa； 煤的瓦斯含量系數(shù)，煤的瓦斯含量系數(shù)， m3/(m3.MPa1/2) 2 2）間接測定計(jì)算法）間接測定計(jì)算法

21、（含量系數(shù)法）（含量系數(shù)法） pX 2.2.3 影響煤層瓦斯含量的因素影響煤層瓦斯含量的因素 煤層瓦斯含量主要取決于：煤層瓦斯含量主要取決于： 瓦斯生成量；瓦斯生成量； 瓦斯向煤層運(yùn)移條件；瓦斯向煤層運(yùn)移條件； 煤層貯存瓦斯的性能。煤層貯存瓦斯的性能。 影響因素影響因素 地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造 水文地質(zhì)水文地質(zhì) 條件條件 煤層變質(zhì)煤層變質(zhì) 程度程度 煤層賦存煤層賦存 條件條件 煤層圍巖煤層圍巖 性質(zhì)性質(zhì) p煤的變質(zhì)程度煤的變質(zhì)程度 在煤化作用過程中，不在煤化作用過程中，不 斷地產(chǎn)生瓦斯，煤化程度越斷地產(chǎn)生瓦斯，煤化程度越 高，生成的瓦斯量越多。因高，生成的瓦斯量越多。因 此，在其它因素相同的條件此，

22、在其它因素相同的條件 下，下，煤的變質(zhì)程度越高，煤煤的變質(zhì)程度越高，煤 層瓦斯含量越大層瓦斯含量越大。 煤的變質(zhì)程度不僅影響煤的變質(zhì)程度不僅影響 瓦斯的生成量，還在很大程瓦斯的生成量，還在很大程 度上決定著煤對瓦斯的吸附度上決定著煤對瓦斯的吸附 能力。能力。 2.2.3 影響煤層瓦斯含量的因素影響煤層瓦斯含量的因素 p煤層的賦存條件煤層的賦存條件 （1 1）露頭）露頭 成煤的地質(zhì)年代中，若有露頭長時(shí)間與大氣相通，瓦成煤的地質(zhì)年代中，若有露頭長時(shí)間與大氣相通，瓦 斯沿煤層流動(dòng)，煤層瓦斯往往沿煤層露頭排放，瓦斯含斯沿煤層流動(dòng)，煤層瓦斯往往沿煤層露頭排放，瓦斯含 量大為減少。量大為減少。 （2 2）

23、煤層傾角）煤層傾角 煤層傾角愈大，煤層瓦斯含量愈低。煤層傾角愈大，煤層瓦斯含量愈低。 Exp:芙蓉礦，北翼：芙蓉礦，北翼：40 80 , 南翼：南翼：6 12 ， 2.2.3 影響煤層瓦斯含量的因素影響煤層瓦斯含量的因素 平行垂直 KK tmqCH/20 3 4 tmq CH /150 3 4 （3 3）埋藏深度）埋藏深度 在瓦斯風(fēng)化帶以下，煤層瓦斯含量、瓦斯壓力和瓦斯在瓦斯風(fēng)化帶以下，煤層瓦斯含量、瓦斯壓力和瓦斯 涌出量都與深度的增加有一定的比例關(guān)系。涌出量都與深度的增加有一定的比例關(guān)系。 一般情況下，煤層中的瓦斯壓力隨著埋藏深度的增加一般情況下，煤層中的瓦斯壓力隨著埋藏深度的增加 而增大。

24、隨著瓦斯壓力的增加，煤與巖石中游離瓦斯量所而增大。隨著瓦斯壓力的增加，煤與巖石中游離瓦斯量所 占的比例增大，同時(shí)煤中的吸附瓦斯逐漸趨于飽和。因此占的比例增大，同時(shí)煤中的吸附瓦斯逐漸趨于飽和。因此 從理論上分析，從理論上分析，在一定深度范圍內(nèi)，煤層瓦斯含量亦隨埋在一定深度范圍內(nèi)，煤層瓦斯含量亦隨埋 藏深度的增大而增加。但是如果埋藏深度繼續(xù)增大，瓦斯藏深度的增大而增加。但是如果埋藏深度繼續(xù)增大，瓦斯 含量增加的速度將要減慢。含量增加的速度將要減慢。下表是前蘇聯(lián)學(xué)者黎金作的一下表是前蘇聯(lián)學(xué)者黎金作的一 個(gè)計(jì)算實(shí)例。個(gè)計(jì)算實(shí)例。 2.2.3 影響煤層瓦斯含量的因素影響煤層瓦斯含量的因素 p煤層圍巖性質(zhì)

25、煤層圍巖性質(zhì) 煤層圍巖煤層圍巖是指煤層直接頂、老頂和直接底板等在內(nèi)的是指煤層直接頂、老頂和直接底板等在內(nèi)的 一定厚度范圍的層段。煤層圍巖對瓦斯賦存的影響，決定一定厚度范圍的層段。煤層圍巖對瓦斯賦存的影響，決定 于它的隔氣、透氣性能。于它的隔氣、透氣性能。 當(dāng)煤層頂板巖性為致密完整的巖石，如頁巖、油母頁當(dāng)煤層頂板巖性為致密完整的巖石，如頁巖、油母頁 巖時(shí)，煤層中的瓦斯容易被保存下來；巖時(shí)，煤層中的瓦斯容易被保存下來； 頂板為多孔隙或脆性裂隙發(fā)育的巖石，如礫巖、砂巖頂板為多孔隙或脆性裂隙發(fā)育的巖石，如礫巖、砂巖 時(shí)，瓦斯容易逸散。時(shí)，瓦斯容易逸散。 exp:exp:北京京西煤礦，不論是下侏羅統(tǒng)或是

26、石炭二疊系北京京西煤礦，不論是下侏羅統(tǒng)或是石炭二疊系 的煤層，盡管煤的牌號為無煙煤，由于煤層頂板為的煤層，盡管煤的牌號為無煙煤，由于煤層頂板為1212 16m16m的厚層中粒砂巖，透氣性好，因此煤層瓦斯含量小，的厚層中粒砂巖，透氣性好，因此煤層瓦斯含量小， 礦井瓦斯涌出量低。礦井瓦斯涌出量低。 2.2.3 影響煤層瓦斯含量的因素影響煤層瓦斯含量的因素 p 地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造 - -是影響煤層瓦斯含量的主要因素之一。是影響煤層瓦斯含量的主要因素之一。 表現(xiàn)表現(xiàn)：一方面是造成了瓦斯分布的不均衡，另一方面：一方面是造成了瓦斯分布的不均衡，另一方面 是形成了有利于瓦斯賦存或有利于瓦斯排放的條件。是形成了

27、有利于瓦斯賦存或有利于瓦斯排放的條件。 (1) (1) 褶皺構(gòu)造褶皺構(gòu)造 褶皺的類型、封閉情況和復(fù)雜程度，對瓦斯賦存均褶皺的類型、封閉情況和復(fù)雜程度，對瓦斯賦存均 有影響。有影響。 當(dāng)煤層頂板巖石透氣性差，當(dāng)煤層頂板巖石透氣性差， 且未遭構(gòu)造破壞時(shí)，且未遭構(gòu)造破壞時(shí)，背斜有利背斜有利 于瓦斯的儲(chǔ)存于瓦斯的儲(chǔ)存，是良好的儲(chǔ)氣，是良好的儲(chǔ)氣 構(gòu)造，背斜軸部的瓦斯會(huì)相對構(gòu)造，背斜軸部的瓦斯會(huì)相對 聚集，瓦斯含量增大。聚集，瓦斯含量增大。形成形成“氣頂氣頂”。 2.2.3 影響煤層瓦斯含量的因素影響煤層瓦斯含量的因素 在向斜盆地構(gòu)造的礦區(qū)，頂在向斜盆地構(gòu)造的礦區(qū)，頂 板封閉條件良好時(shí)，瓦斯沿垂直板封閉

28、條件良好時(shí)，瓦斯沿垂直 地層方向運(yùn)移是比較困難的，大地層方向運(yùn)移是比較困難的，大 部分瓦斯僅能沿兩翼流向地表。部分瓦斯僅能沿兩翼流向地表。 地質(zhì)構(gòu)造作用煤包、地地質(zhì)構(gòu)造作用煤包、地 壘、壘、 地塹都為高瓦斯區(qū)。地塹都為高瓦斯區(qū)。 （2 2）斷層）斷層 斷層破壞了煤層的連續(xù)完整性，使煤層瓦斯運(yùn)移斷層破壞了煤層的連續(xù)完整性，使煤層瓦斯運(yùn)移 條件發(fā)生變化。有的斷層有利于瓦斯排放，也有的斷條件發(fā)生變化。有的斷層有利于瓦斯排放，也有的斷 層對瓦斯排放起阻擋作用，成為逸散的屏障。前者稱層對瓦斯排放起阻擋作用，成為逸散的屏障。前者稱 開放型斷層開放型斷層，后者稱，后者稱封閉型斷層封閉型斷層。 2.2.3 影

29、響煤層瓦斯含量的因素影響煤層瓦斯含量的因素 p水文地質(zhì)條件水文地質(zhì)條件 地下水與瓦斯共存于煤層及圍巖之中，其共性是均為地下水與瓦斯共存于煤層及圍巖之中，其共性是均為 流體，運(yùn)移和賦存都與煤、巖層的孔隙、裂隙通道有關(guān)。流體，運(yùn)移和賦存都與煤、巖層的孔隙、裂隙通道有關(guān)。 由于地下水的運(yùn)移，由于地下水的運(yùn)移，一方面驅(qū)動(dòng)著裂隙和孔隙中瓦斯的運(yùn)一方面驅(qū)動(dòng)著裂隙和孔隙中瓦斯的運(yùn) 移；另一方面又帶動(dòng)溶解于水中的瓦斯一起流動(dòng)。移；另一方面又帶動(dòng)溶解于水中的瓦斯一起流動(dòng)。盡管瓦盡管瓦 斯在水中的溶解度僅為斯在水中的溶解度僅為1 14%4%，但在地下水交換活躍的地，但在地下水交換活躍的地 區(qū)，水能從煤層中帶走大量

30、的瓦斯，使煤層瓦斯含量明顯區(qū)，水能從煤層中帶走大量的瓦斯，使煤層瓦斯含量明顯 減少。同時(shí)，水吸附在裂隙和孔隙的表面，還減弱了煤對減少。同時(shí)，水吸附在裂隙和孔隙的表面，還減弱了煤對 瓦斯的吸附能力。因此，地下水的活動(dòng)有利于瓦斯的逸散。瓦斯的吸附能力。因此，地下水的活動(dòng)有利于瓦斯的逸散。 地下水和瓦斯占有的空間是互補(bǔ)的，這種相逆的關(guān)系，常地下水和瓦斯占有的空間是互補(bǔ)的，這種相逆的關(guān)系，常 表現(xiàn)為水大地帶瓦斯小，反之亦然。表現(xiàn)為水大地帶瓦斯小，反之亦然。 2.2.3 影響煤層瓦斯含量的因素影響煤層瓦斯含量的因素 p巖漿活動(dòng)巖漿活動(dòng) 巖漿活動(dòng)對瓦斯賦存的影響比較復(fù)雜。巖漿侵入含煤巖巖漿活動(dòng)對瓦斯賦存的

31、影響比較復(fù)雜。巖漿侵入含煤巖 系或煤層，在巖漿熱變質(zhì)和接觸變質(zhì)的影響下，煤的變質(zhì)程系或煤層，在巖漿熱變質(zhì)和接觸變質(zhì)的影響下，煤的變質(zhì)程 度升高，增大了瓦斯的生成量和對瓦斯的吸附能力。度升高，增大了瓦斯的生成量和對瓦斯的吸附能力。 (1)(1)在無隔氣蓋層、封閉條件不好的情況下，巖漿的高溫作在無隔氣蓋層、封閉條件不好的情況下，巖漿的高溫作 用可以強(qiáng)化煤層瓦斯排放，使煤層瓦斯含量減小。用可以強(qiáng)化煤層瓦斯排放，使煤層瓦斯含量減小。 (2)(2)巖漿巖體有時(shí)使煤層局部被覆蓋或封閉，成為隔氣蓋巖漿巖體有時(shí)使煤層局部被覆蓋或封閉，成為隔氣蓋 層。但在有些情況下，由于巖脈蝕變帶裂隙增加，造成風(fēng)化層。但在有些

32、情況下，由于巖脈蝕變帶裂隙增加，造成風(fēng)化 作用加強(qiáng)，可逐漸形成裂隙通道，而有利于瓦斯的排放。作用加強(qiáng)，可逐漸形成裂隙通道，而有利于瓦斯的排放。 巖漿活動(dòng)對瓦斯賦存既有生成、保存瓦斯的作用，在某巖漿活動(dòng)對瓦斯賦存既有生成、保存瓦斯的作用，在某 些條件下又有使瓦斯逸散的可能性。些條件下又有使瓦斯逸散的可能性。 2.2.3 影響煤層瓦斯含量的因素影響煤層瓦斯含量的因素 3 瓦斯噴出及其預(yù)防瓦斯噴出及其預(yù)防 - 大量承壓狀態(tài)的瓦斯從煤、巖裂隙中迅速噴出的現(xiàn)象。大量承壓狀態(tài)的瓦斯從煤、巖裂隙中迅速噴出的現(xiàn)象。 特點(diǎn)特點(diǎn)：時(shí)間突然，空間上集中，動(dòng)力效應(yīng)。：時(shí)間突然，空間上集中，動(dòng)力效應(yīng)。 危害危害：造成局

33、部地區(qū)、采區(qū)、一翼充滿高濃度瓦斯；：造成局部地區(qū)、采區(qū)、一翼充滿高濃度瓦斯； 窒息、遇火燃能引起瓦斯爆炸、火災(zāi)。窒息、遇火燃能引起瓦斯爆炸、火災(zāi)。 根據(jù)瓦斯噴出裂隙呈現(xiàn)原因不同分根據(jù)瓦斯噴出裂隙呈現(xiàn)原因不同分： （1）地質(zhì)來源；）地質(zhì)來源； （2）采掘地壓形成。）采掘地壓形成。 一、瓦斯沿原生地質(zhì)構(gòu)造洞縫噴出一、瓦斯沿原生地質(zhì)構(gòu)造洞縫噴出 發(fā)生地點(diǎn)發(fā)生地點(diǎn)：地質(zhì)破壞帶、石灰溶洞裂隙區(qū)、背斜軸部儲(chǔ)：地質(zhì)破壞帶、石灰溶洞裂隙區(qū)、背斜軸部儲(chǔ) 瓦斯區(qū)、斷層、斷裂區(qū)。瓦斯區(qū)、斷層、斷裂區(qū)。 3.1 瓦斯噴出的分類及其特點(diǎn)瓦斯噴出的分類及其特點(diǎn) 3 瓦斯噴出及其預(yù)防瓦斯噴出及其預(yù)防 特點(diǎn)特點(diǎn)：瓦斯流量大，

34、持續(xù)時(shí)間長，無明顯地壓呈現(xiàn)預(yù)兆。瓦斯流量大，持續(xù)時(shí)間長，無明顯地壓呈現(xiàn)預(yù)兆。 二、瓦斯沿采掘地壓生成的裂縫噴出二、瓦斯沿采掘地壓生成的裂縫噴出 發(fā)生地點(diǎn)發(fā)生地點(diǎn)：往往與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，在地質(zhì)破壞區(qū)，原來往往與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，在地質(zhì)破壞區(qū)，原來 處于封閉狀態(tài)的構(gòu)造裂隙容易被利用，即在采掘地壓和瓦斯處于封閉狀態(tài)的構(gòu)造裂隙容易被利用，即在采掘地壓和瓦斯 壓力聯(lián)合作用下會(huì)突然張開，成為瓦斯噴出通道。壓力聯(lián)合作用下會(huì)突然張開，成為瓦斯噴出通道。 特點(diǎn)特點(diǎn)：噴出時(shí)有地壓顯現(xiàn)，有顯著的預(yù)兆（工作面來壓、噴出時(shí)有地壓顯現(xiàn)，有顯著的預(yù)兆（工作面來壓、 支架響、掉碴、支架折斷），持續(xù)時(shí)間較短。噴出瓦斯量與支架響、掉碴

35、、支架折斷），持續(xù)時(shí)間較短。噴出瓦斯量與 卸壓區(qū)的面積、瓦斯壓力和瓦斯含量大小等因素有關(guān)。卸壓區(qū)的面積、瓦斯壓力和瓦斯含量大小等因素有關(guān)。 一、第一類瓦斯噴出的防治一、第一類瓦斯噴出的防治 1、加強(qiáng)地質(zhì)工作、加強(qiáng)地質(zhì)工作 采取打前探鉆孔查明采掘區(qū)域前方地質(zhì)構(gòu)造、溶洞裂縫采取打前探鉆孔查明采掘區(qū)域前方地質(zhì)構(gòu)造、溶洞裂縫 的位置分布及其瓦斯儲(chǔ)量。的位置分布及其瓦斯儲(chǔ)量。 2、根據(jù)瓦斯壓力、瓦斯量和地質(zhì)采掘條件制訂防治瓦斯噴出、根據(jù)瓦斯壓力、瓦斯量和地質(zhì)采掘條件制訂防治瓦斯噴出 的設(shè)計(jì)與安全措施。的設(shè)計(jì)與安全措施。 3、利用封堵縫口、利用封堵縫口（瓦斯量小，裂縫不大時(shí)）（瓦斯量小，裂縫不大時(shí)），引排

36、瓦斯、加，引排瓦斯、加 強(qiáng)通風(fēng)等綜合措施治理噴出瓦斯。強(qiáng)通風(fēng)等綜合措施治理噴出瓦斯。 3 瓦斯噴出及其預(yù)防瓦斯噴出及其預(yù)防 3.3 瓦斯噴出的防治瓦斯噴出的防治 引排瓦斯引排瓦斯 二、第二類瓦斯噴出的防治二、第二類瓦斯噴出的防治 1、加強(qiáng)地質(zhì)工作、加強(qiáng)地質(zhì)工作 掌握層間巖性與厚度變化，鄰近層的瓦斯壓力與瓦斯含掌握層間巖性與厚度變化，鄰近層的瓦斯壓力與瓦斯含 量，地壓大小，頂?shù)装宓幕顒?dòng)規(guī)律。量，地壓大小，頂?shù)装宓幕顒?dòng)規(guī)律。 2、根據(jù)初期卸壓面積估算卸壓瓦斯量，以確定抽放卸壓鉆孔的、根據(jù)初期卸壓面積估算卸壓瓦斯量，以確定抽放卸壓鉆孔的 數(shù)量及孔位。數(shù)量及孔位。 3、加強(qiáng)職工業(yè)務(wù)培訓(xùn)、加強(qiáng)職工業(yè)務(wù)培

37、訓(xùn) 4、搞好頂板管理、搞好頂板管理 5、加強(qiáng)通風(fēng)管理。、加強(qiáng)通風(fēng)管理。 3 瓦斯噴出及其預(yù)防瓦斯噴出及其預(yù)防 3.3 瓦斯噴出的防治瓦斯噴出的防治 4 4 煤與瓦斯突出及其防治煤與瓦斯突出及其防治 煤與瓦斯突出是礦井開采中危險(xiǎn)性最大的災(zāi)害，是世界各煤與瓦斯突出是礦井開采中危險(xiǎn)性最大的災(zāi)害，是世界各 主要產(chǎn)煤國突出礦井共同面臨的技術(shù)難題。主要產(chǎn)煤國突出礦井共同面臨的技術(shù)難題。 Exp:1834年年3月月22日，法國魯阿煤田，伊薩克礦井（日，法國魯阿煤田，伊薩克礦井（世界世界 上第一次有記錄的突出上第一次有記錄的突出）。）。 1950年，遼源富國西二井（年，遼源富國西二井（我國第一次有記錄突出我國

38、第一次有記錄突出）。）。 最大的突出最大的突出：前蘇聯(lián)前蘇聯(lián)（1969.7.19）：加加林礦，石門揭煤，）：加加林礦，石門揭煤， 14200t,250萬萬m3瓦斯瓦斯 。 中國中國（1975.8.8） ：三匯壩一井：三匯壩一井,12780t,140萬萬m3瓦斯瓦斯. 4.1 煤與瓦斯突出概況煤與瓦斯突出概況 4 4 煤與瓦斯突出及其防治煤與瓦斯突出及其防治 危害：危害： 1、產(chǎn)生的高壓瓦斯流，能摧毀巷道，造成風(fēng)流逆轉(zhuǎn)、破壞、產(chǎn)生的高壓瓦斯流，能摧毀巷道，造成風(fēng)流逆轉(zhuǎn)、破壞 礦井通風(fēng)系統(tǒng)。礦井通風(fēng)系統(tǒng)。 2、井巷充滿瓦斯，造成人員窒息，引起瓦斯燃燒或爆炸。、井巷充滿瓦斯，造成人員窒息，引起瓦斯燃

39、燒或爆炸。 3、噴出的煤巖，造成煤流埋人。、噴出的煤巖，造成煤流埋人。 4、猛烈的動(dòng)力效應(yīng)可能導(dǎo)致冒頂和火災(zāi)事故的發(fā)生。、猛烈的動(dòng)力效應(yīng)可能導(dǎo)致冒頂和火災(zāi)事故的發(fā)生。 至至20062006年底年底，我國共發(fā)生突出，我國共發(fā)生突出1500015000余次，占世界突出余次，占世界突出 總數(shù)總數(shù)40%40%。 我國現(xiàn)有各類礦井我國現(xiàn)有各類礦井2800028000處處，其中，高瓦斯、煤與瓦斯，其中，高瓦斯、煤與瓦斯 突出礦井占礦井總數(shù)的突出礦井占礦井總數(shù)的50%50%以上以上，突出礦井大約，突出礦井大約20002000個(gè)個(gè)。 定義定義：在很短時(shí)間內(nèi)（數(shù)分鐘），從煤（巖）壁內(nèi)部向采掘在很短時(shí)間內(nèi)（數(shù)分鐘

40、），從煤（巖）壁內(nèi)部向采掘 工作面空間突然噴出煤（巖）和瓦斯的現(xiàn)象。工作面空間突然噴出煤（巖）和瓦斯的現(xiàn)象。 突出機(jī)理復(fù)雜：突出地點(diǎn)、突出強(qiáng)度、突出時(shí)間很難預(yù)測突出機(jī)理復(fù)雜：突出地點(diǎn)、突出強(qiáng)度、突出時(shí)間很難預(yù)測 特點(diǎn)特點(diǎn)：伴有聲響和猛烈的力能效應(yīng)（：伴有聲響和猛烈的力能效應(yīng)（摧毀井巷設(shè)施、破摧毀井巷設(shè)施、破 壞礦井通風(fēng)系統(tǒng)壞礦井通風(fēng)系統(tǒng)），窒息、煤流埋人，可能引起瓦斯燃燒和），窒息、煤流埋人，可能引起瓦斯燃燒和 爆炸。爆炸。 4 4 煤與瓦斯突出及其防治煤與瓦斯突出及其防治 4.2 煤與瓦斯突出的定義煤與瓦斯突出的定義 4.3 煤與瓦斯突出征兆煤與瓦斯突出征兆 1.1.聲響征兆聲響征兆 如悶雷

41、聲、爆竹聲、機(jī)槍聲、嗡嗡聲。如悶雷聲、爆竹聲、機(jī)槍聲、嗡嗡聲。 2.2.瓦斯征兆瓦斯征兆 如風(fēng)流逆轉(zhuǎn)瓦斯異常、瓦斯?jié)舛然ゴ蠡バ　⒋蜚@噴孔、哨如風(fēng)流逆轉(zhuǎn)瓦斯異常、瓦斯?jié)舛然ゴ蠡バ　⒋蜚@噴孔、哨 叫聲、蜂鳴聲。像平頂山有瓦斯忽大忽小平均突出強(qiáng)度最大叫聲、蜂鳴聲。像平頂山有瓦斯忽大忽小平均突出強(qiáng)度最大 3.3.煤體結(jié)構(gòu)征兆煤體結(jié)構(gòu)征兆 層理紊亂、煤體干燥、煤體松軟、色澤變暗無光澤、煤層層理紊亂、煤體干燥、煤體松軟、色澤變暗無光澤、煤層 產(chǎn)狀急劇變化、煤層波狀隆起、層理逆轉(zhuǎn)等。產(chǎn)狀急劇變化、煤層波狀隆起、層理逆轉(zhuǎn)等。 4.4.礦壓征兆礦壓征兆 支架來壓、煤壁開裂、掉砸、片幫、工作面煤墻外鼓、底支架來壓

42、、煤壁開裂、掉砸、片幫、工作面煤墻外鼓、底 鼓、鉆孔夾頂鉆、鉆孔嚴(yán)重變形、炮眼裝不進(jìn)藥等。鼓、鉆孔夾頂鉆、鉆孔嚴(yán)重變形、炮眼裝不進(jìn)藥等。 5.5.其它征兆其它征兆 有些工作面溫度降低、煤墻發(fā)涼、特殊氣味等預(yù)兆。有些工作面溫度降低、煤墻發(fā)涼、特殊氣味等預(yù)兆。 4.4 煤與瓦斯突出機(jī)理煤與瓦斯突出機(jī)理 一、突出原因假說一、突出原因假說 怎樣發(fā)生？原因何在？過程如何？怎樣發(fā)生？原因何在？過程如何？ 1、瓦斯作用說、瓦斯作用說 認(rèn)為煤內(nèi)存在認(rèn)為煤內(nèi)存在高壓瓦斯高壓瓦斯是突出中起主要作用的因素。是突出中起主要作用的因素。 “瓦斯包瓦斯包”： “多聚甲烷多聚甲烷”：CH4在煤中形成不穩(wěn)定的多聚甲烷在煤中形

43、成不穩(wěn)定的多聚甲烷 （ CH4 ）n）或結(jié)晶水合物（）或結(jié)晶水合物（ ），當(dāng)煤層），當(dāng)煤層 揭開后，揭開后，T升高或升高或P降低降低 促使它們急劇分解，從而放出大促使它們急劇分解，從而放出大 量瓦斯并夾帶大量煤炭而噴出。量瓦斯并夾帶大量煤炭而噴出。 OHCH 24 6 4 4 煤與瓦斯突出及其防治煤與瓦斯突出及其防治 2、地應(yīng)力作用說、地應(yīng)力作用說 突出主要是突出主要是高地應(yīng)力高地應(yīng)力作用結(jié)果。作用結(jié)果。 3、綜合作用說、綜合作用說 突出主要是突出主要是地應(yīng)力、瓦斯、煤的力學(xué)性質(zhì)地應(yīng)力、瓦斯、煤的力學(xué)性質(zhì)等因素等因素 綜合作用結(jié)果綜合作用結(jié)果。 1）能量說）能量說 前蘇聯(lián)前蘇聯(lián)B.B.霍多特提

44、出，突出是霍多特提出，突出是煤的變形能煤的變形能（w） 和和瓦斯內(nèi)能瓦斯內(nèi)能突然釋放引起工作面煤體的高速破碎。突然釋放引起工作面煤體的高速破碎。 )集中應(yīng)力(采掘面前方 構(gòu)造應(yīng)力自重應(yīng)力 地應(yīng)力 4 4 煤與瓦斯突出及其防治煤與瓦斯突出及其防治 2）地應(yīng)力分布不均說）地應(yīng)力分布不均說 前蘇聯(lián)馬可耶夫研究所巴甫洛夫等人提出。前蘇聯(lián)馬可耶夫研究所巴甫洛夫等人提出。 突出機(jī)理（原因）突出機(jī)理（原因）： 突出煤層的圍巖具有增高的和不均勻的應(yīng)力分布；突出煤層的圍巖具有增高的和不均勻的應(yīng)力分布； 產(chǎn)生圍巖的不均勻位移；產(chǎn)生圍巖的不均勻位移； 頂?shù)装褰咏捻數(shù)装褰咏摹巴焙秃汀叭尤印钡男纬?，產(chǎn)生

45、一種的形成，產(chǎn)生一種 脆弱的平衡；脆弱的平衡； 靠近工作面的破碎帶的尺寸降低，同時(shí)在近工作面范靠近工作面的破碎帶的尺寸降低，同時(shí)在近工作面范 圍內(nèi)部保持著較高的瓦斯壓力。圍內(nèi)部保持著較高的瓦斯壓力。 采掘工作破壞圍巖脆弱平衡時(shí)，造成急劇的位移和搓采掘工作破壞圍巖脆弱平衡時(shí)，造成急劇的位移和搓 揉，產(chǎn)生沖擊和煤的破碎，發(fā)生突出。揉，產(chǎn)生沖擊和煤的破碎，發(fā)生突出。 4 4 煤與瓦斯突出及其防治煤與瓦斯突出及其防治 發(fā)生突出的條件：發(fā)生突出的條件： a、突出煤層具有不同的地質(zhì)構(gòu)造與煤的結(jié)構(gòu)；、突出煤層具有不同的地質(zhì)構(gòu)造與煤的結(jié)構(gòu)； b、突出區(qū)：瓦斯壓力大，煤層透氣性低，煤質(zhì)松軟，、突出區(qū)：瓦斯壓力大

46、，煤層透氣性低，煤質(zhì)松軟， 地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。 c、突出煤層，地應(yīng)力處于緊張狀態(tài)；、突出煤層，地應(yīng)力處于緊張狀態(tài)； d、突出主要發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)；、突出主要發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)； e、圍巖地應(yīng)力不均是突出危險(xiǎn)性的一種標(biāo)志。、圍巖地應(yīng)力不均是突出危險(xiǎn)性的一種標(biāo)志。 因此，圍巖的應(yīng)力狀態(tài)變化和能量的釋放是造成因此，圍巖的應(yīng)力狀態(tài)變化和能量的釋放是造成 突出的首要原因，瓦斯是突出的基本能源之一，瓦斯突出的首要原因，瓦斯是突出的基本能源之一，瓦斯 壓力決定了突出的強(qiáng)度。壓力決定了突出的強(qiáng)度。 4.5 區(qū)域性防突措施區(qū)域性防突措施 防突措施分類：防突措施分類： v按作用范圍劃分按作用范圍劃分：

47、區(qū)域性防突措施、局部性防突措施區(qū)域性防突措施、局部性防突措施。 v按作用效果劃分按作用效果劃分：防止突出發(fā)生的措施、突出時(shí)保證人：防止突出發(fā)生的措施、突出時(shí)保證人 員生命安全的措施。員生命安全的措施。 v按作用的技術(shù)性劃分按作用的技術(shù)性劃分：技術(shù)措施、組織管理措施。：技術(shù)措施、組織管理措施。 區(qū)域性防突措施區(qū)域性防突措施：實(shí)施以后可使較大范圍煤層消除突出：實(shí)施以后可使較大范圍煤層消除突出 危險(xiǎn)性的措施，稱為危險(xiǎn)性的措施，稱為區(qū)域性防突措施區(qū)域性防突措施； 局部防突措施局部防突措施：實(shí)施以后可使局部區(qū)域：實(shí)施以后可使局部區(qū)域(如掘進(jìn)工作面如掘進(jìn)工作面) 消除突出危險(xiǎn)性的措施稱為消除突出危險(xiǎn)性的措

48、施稱為局部防突措施局部防突措施。 本節(jié)主要內(nèi)容：開采保護(hù)層、預(yù)抽煤層瓦斯、煤層注水本節(jié)主要內(nèi)容：開采保護(hù)層、預(yù)抽煤層瓦斯、煤層注水。 一、開采保護(hù)層一、開采保護(hù)層 保護(hù)層保護(hù)層：在突出礦井中，預(yù)先開采的、能使其它相鄰有在突出礦井中，預(yù)先開采的、能使其它相鄰有 突出危險(xiǎn)的煤層受到采動(dòng)影響而減少或喪失突出危險(xiǎn)的突出危險(xiǎn)的煤層受到采動(dòng)影響而減少或喪失突出危險(xiǎn)的 煤層稱為煤層稱為保護(hù)層保護(hù)層。 被保護(hù)層被保護(hù)層：后開采的煤層稱為：后開采的煤層稱為被保護(hù)層被保護(hù)層。保護(hù)層位于被。保護(hù)層位于被 保護(hù)層上方的叫保護(hù)層上方的叫上保護(hù)層上保護(hù)層，位于下方的叫，位于下方的叫下保護(hù)層下保護(hù)層。 保護(hù)層保護(hù)層 被保護(hù)

49、層被保護(hù)層 被保護(hù)層被保護(hù)層 保護(hù)層開采是預(yù)防突出保護(hù)層開采是預(yù)防突出最有最有 效、最經(jīng)濟(jì)效、最經(jīng)濟(jì)的區(qū)域性預(yù)防突的區(qū)域性預(yù)防突 出的技術(shù)措施，幾乎所有發(fā)出的技術(shù)措施，幾乎所有發(fā) 生突出的國家都采用該措施，生突出的國家都采用該措施， 我國我國1958年年成功使用此技術(shù)，成功使用此技術(shù)， 目前開采保護(hù)層的礦井占突目前開采保護(hù)層的礦井占突 出礦井總數(shù)的出礦井總數(shù)的26%。 1、保護(hù)作用分析、保護(hù)作用分析 為什么保護(hù)層開采后，能有為什么保護(hù)層開采后，能有 效消除煤層突出危險(xiǎn)性？效消除煤層突出危險(xiǎn)性？ 覆巖破壞移動(dòng)分帶示意圖覆巖破壞移動(dòng)分帶示意圖 I冒落帶 II斷裂帶 III彎曲帶 a豎向裂隙 b離層

50、裂隙 v保護(hù)作用過程保護(hù)作用過程： （a）保護(hù)層開采后，巖體中形成自由空間，破壞了原）保護(hù)層開采后，巖體中形成自由空間，破壞了原 巖應(yīng)力平衡，地應(yīng)力重新分布，上覆巖體向采空區(qū)方巖應(yīng)力平衡，地應(yīng)力重新分布，上覆巖體向采空區(qū)方 向移動(dòng)，發(fā)生頂板冒落下沉，底板鼓起，同時(shí)產(chǎn)生大向移動(dòng)，發(fā)生頂板冒落下沉，底板鼓起，同時(shí)產(chǎn)生大 小不等的裂隙。小不等的裂隙。 （b）被保護(hù)層：）被保護(hù)層： 產(chǎn)生產(chǎn)生“卸壓增流效應(yīng)卸壓增流效應(yīng)”。 （c) 被保護(hù)層瓦斯排放后，煤層瓦斯壓力降低，瓦斯?jié)摫槐Ｗo(hù)層瓦斯排放后，煤層瓦斯壓力降低，瓦斯?jié)?能降低。能降低。 4 CH Q v開采保護(hù)層的作用開采保護(hù)層的作用 (1) 地壓減少

51、，彈性潛能得以緩慢釋放。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)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)，采空區(qū)內(nèi)，瓦斯含量和瓦斯壓力都將明顯下降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。煤層瓦斯涌出后，煤的強(qiáng)度增加。據(jù)測定，開據(jù)測定，開 采保護(hù)層后，被保護(hù)層的煤硬度系數(shù)由采保護(hù)層后，被保護(hù)層的煤硬度系數(shù)由0.30.5增加到增加到 1.01.5。 所以，保護(hù)層開采后，不但消除或減少了引起突出的所以，保護(hù)層開采后，不但消除或減

52、少了引起突出的 兩個(gè)重要因素：兩個(gè)重要因素：地壓和瓦斯地壓和瓦斯，而且增加了抵御突出的，而且增加了抵御突出的 能力因素煤的能力因素煤的機(jī)械強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度。這就使得在卸壓區(qū)范圍內(nèi)。這就使得在卸壓區(qū)范圍內(nèi) 開采被保護(hù)層時(shí)，不再會(huì)發(fā)生煤與瓦斯突出開采被保護(hù)層時(shí)，不再會(huì)發(fā)生煤與瓦斯突出。 二、預(yù)抽煤層瓦斯二、預(yù)抽煤層瓦斯 應(yīng)用應(yīng)用：無保護(hù)層可采、單一突出煤層開采。經(jīng)過試驗(yàn)預(yù)：無保護(hù)層可采、單一突出煤層開采。經(jīng)過試驗(yàn)預(yù) 抽瓦斯有效果時(shí)。抽瓦斯有效果時(shí)。 我國實(shí)施此措施的礦井占突出礦井總數(shù)的我國實(shí)施此措施的礦井占突出礦井總數(shù)的21%以上以上。 1、防突機(jī)理、防突機(jī)理 通過向突出煤層內(nèi)打大量的密集鉆孔，達(dá)到：

53、通過向突出煤層內(nèi)打大量的密集鉆孔，達(dá)到： 鉆孔造成煤層局部卸壓；鉆孔造成煤層局部卸壓； 通過鉆孔排放瓦斯，釋放煤層瓦斯?jié)撃?；通過鉆孔排放瓦斯，釋放煤層瓦斯?jié)撃埽?通過長時(shí)間抽放瓦斯，進(jìn)一步降低煤層瓦斯涌通過長時(shí)間抽放瓦斯，進(jìn)一步降低煤層瓦斯涌 出壓力和瓦斯含量；出壓力和瓦斯含量； 引起煤層收縮變形、地應(yīng)力下降、煤層透氣性引起煤層收縮變形、地應(yīng)力下降、煤層透氣性 和煤的堅(jiān)固性系數(shù)增加。和煤的堅(jiān)固性系數(shù)增加。 三、煤層注水三、煤層注水 應(yīng)用應(yīng)用：主要應(yīng)用于回采工作面。：主要應(yīng)用于回采工作面。 1、注水防突機(jī)理、注水防突機(jī)理 2、注水工藝、注水工藝 打鉆、封孔、注水打鉆、封孔、注水 力降低煤層瓦斯含

54、量和壓注水鉆孔排放煤層瓦斯 速度降低煤層的瓦斯放散初 及其應(yīng)力分布改變煤的物理力學(xué)性質(zhì) 機(jī)理 ,) ) ) c b a 4.7 巖石井巷揭穿突出煤層預(yù)防突出措施巖石井巷揭穿突出煤層預(yù)防突出措施 包括包括：石門、豎井、斜巷石門、豎井、斜巷。 特點(diǎn)特點(diǎn)：突出強(qiáng)度大。：突出強(qiáng)度大。 Exp: 我國，我國，70多次大型突出中，多次大型突出中，80%發(fā)生在巖巷揭煤發(fā)生在巖巷揭煤 過程中。過程中。 一、概述一、概述 1）在）在 10m ，進(jìn)入頂（底）板，進(jìn)入頂（底）板2m范圍內(nèi)，全部作業(yè)中，范圍內(nèi)，全部作業(yè)中， 都必須采取防突措施。都必須采取防突措施。 2）揭開突出煤層前，應(yīng)進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。）揭開突出煤層前

55、，應(yīng)進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。 3）巖石井巷揭穿突出煤層前應(yīng)遵守以下規(guī)定：）巖石井巷揭穿突出煤層前應(yīng)遵守以下規(guī)定： a) 進(jìn)行探測孔和測壓孔的設(shè)計(jì)；進(jìn)行探測孔和測壓孔的設(shè)計(jì)； B）打至少兩個(gè)穿透煤層全厚的探測孔；）打至少兩個(gè)穿透煤層全厚的探測孔；10m C）測定煤層瓦斯壓力；）測定煤層瓦斯壓力；5m D）進(jìn)行煤層突出危險(xiǎn)預(yù)測；）進(jìn)行煤層突出危險(xiǎn)預(yù)測； E）有突出危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)采取防突措施；）有突出危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)采取防突措施； F）進(jìn)行煤層突出危險(xiǎn)性檢驗(yàn)；）進(jìn)行煤層突出危險(xiǎn)性檢驗(yàn)； G）揭開突出危險(xiǎn)煤層。）揭開突出危險(xiǎn)煤層。 10m 5m 石門 被揭煤層 二、水力沖孔二、水力沖孔 可控地、緩慢地排放突出煤層瓦斯。可

56、控地、緩慢地排放突出煤層瓦斯。 1、防突機(jī)理、防突機(jī)理 以以巖柱巖柱為為安全屏障安全屏障， 利用打鉆和高壓水射流利用打鉆和高壓水射流 沖擊煤體沖擊煤體，激發(fā)激發(fā)煤體發(fā)煤體發(fā) 生生可控可控的的噴煤和噴瓦斯噴煤和噴瓦斯， 煤和瓦斯排出，使被揭煤和瓦斯排出，使被揭 煤層地應(yīng)力降低，煤層透氣性增大，煤層瓦斯壓力和煤層地應(yīng)力降低，煤層透氣性增大，煤層瓦斯壓力和 煤層瓦斯含量降低，煤的機(jī)械強(qiáng)度增加，煤的彈性變煤層瓦斯含量降低，煤的機(jī)械強(qiáng)度增加，煤的彈性變 形能和瓦斯?jié)撃茚尫?，從而使鉆孔一定范圍內(nèi)煤的喪形能和瓦斯?jié)撃茚尫牛瑥亩广@孔一定范圍內(nèi)煤的喪 失突出能力。失突出能力。 5m 石門 被揭煤層 2、適用條

57、件、適用條件 有自噴能力的突出危險(xiǎn)煤層。有自噴能力的突出危險(xiǎn)煤層。 3、施工工藝、施工工藝 4、參數(shù)、參數(shù) 水壓水壓 3 5 Mpa，水流量，水流量 40 50 m3/h。 三、排放鉆孔三、排放鉆孔 預(yù)定揭穿煤層的斷面輪廓外布置預(yù)定揭穿煤層的斷面輪廓外布置多排扇形穿層鉆孔多排扇形穿層鉆孔， 鉆取煤炭與排放瓦斯。鉆取煤炭與排放瓦斯。 5m 石門 被揭煤層 1、防突機(jī)理、防突機(jī)理 石門揭煤前，由巖巷或煤巷向突出危險(xiǎn)煤層打一石門揭煤前，由巖巷或煤巷向突出危險(xiǎn)煤層打一 定數(shù)量呈定數(shù)量呈網(wǎng)格排列的鉆孔網(wǎng)格排列的鉆孔，鉆取煤炭，并將煤層中的鉆取煤炭，并將煤層中的 瓦斯經(jīng)過鉆孔長時(shí)間自然排放，使石門周圍一定

58、范圍瓦斯經(jīng)過鉆孔長時(shí)間自然排放，使石門周圍一定范圍 內(nèi)煤體瓦斯含量和瓦斯壓力降低，煤體發(fā)生收縮變形，內(nèi)煤體瓦斯含量和瓦斯壓力降低，煤體發(fā)生收縮變形， 煤的彈性能和瓦斯?jié)撃艿玫结尫牛瑥亩T揭煤煤的彈性能和瓦斯?jié)撃艿玫结尫?，從而消除石門揭煤 的突出危險(xiǎn)。的突出危險(xiǎn)。 2、基本要求、基本要求 巖柱厚度巖柱厚度5m，范圍，范圍 輪廓線外輪廓線外 7 8 m。 孔距孔距：決定于煤層煤層透氣性。決定于煤層煤層透氣性。 要求要求：煤層瓦斯壓力降低到：煤層瓦斯壓力降低到 0.74 MPa 以下以下 3、適用條件、適用條件 煤層透氣性較高，有足夠的排放時(shí)間。特別適用煤層透氣性較高，有足夠的排放時(shí)間。特別適

59、用 于急斜煤層。于急斜煤層。 四、金屬骨架四、金屬骨架 1、工藝、工藝 巷道頂、兩幫上部打巷道頂、兩幫上部打75100mm鉆孔，進(jìn)入巖層鉆孔，進(jìn)入巖層 0.5m，孔距，孔距0.2m，插入，插入鋼管或鋼軌鋼管或鋼軌。 (23)m 石門 被揭煤層 石門 煤層 金屬骨架 2、作用機(jī)理、作用機(jī)理 預(yù)先加固煤體，預(yù)先加固煤體，增加煤的穩(wěn)定性增加煤的穩(wěn)定性；骨架孔排放一；骨架孔排放一 定量的瓦斯，鉆取煤炭。從而降低了煤層的應(yīng)力狀態(tài)，定量的瓦斯，鉆取煤炭。從而降低了煤層的應(yīng)力狀態(tài)， 增加了煤的堅(jiān)固性，揭煤過程中金屬骨架支承上方煤增加了煤的堅(jiān)固性，揭煤過程中金屬骨架支承上方煤 體重量，阻止煤體突然破壞與離層，

60、抑制突出的發(fā)動(dòng)。體重量，阻止煤體突然破壞與離層，抑制突出的發(fā)動(dòng)。 3、要求、要求 巖柱厚度巖柱厚度：2.0m（硬巖），（硬巖），3.0m（松軟巖層）（松軟巖層） 范圍范圍：巷道上部和兩側(cè)外：巷道上部和兩側(cè)外 0.5 1.0 m 孔距孔距： 0.2 m（單排）（單排） 0.3m（雙排）（雙排） 4、適用條件、適用條件 45的薄及中厚煤層。的薄及中厚煤層。 五、震動(dòng)放炮五、震動(dòng)放炮 震動(dòng)放炮是采用震動(dòng)放炮是采用增加炮眼數(shù)增加炮眼數(shù)和和裝藥量裝藥量，一次爆破揭，一次爆破揭 開煤層并成巷的爆破方法。開煤層并成巷的爆破方法。 1、作用機(jī)理、作用機(jī)理 因爆破震動(dòng)，圍巖應(yīng)力和瓦斯壓差急劇變化，創(chuàng)因爆破震動(dòng)，