1煤和瓦斯突出實(shí)例、機(jī)理及保護(hù)層開采全解

煤和瓦斯突出實(shí)例、機(jī)理

羅虎

工程師

聯(lián)系方式：祁東煤礦

3980381主要內(nèi)容1、煤與瓦斯突出實(shí)例及分析2、煤與瓦斯突出機(jī)理研究

我國(guó)是世界上煤與瓦斯突出最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，至2005年，僅國(guó)有重點(diǎn)煤礦就有突出礦井250多對(duì)，共發(fā)生突出3萬多次，其中煤巷掘進(jìn)工作面突出占所有突出次數(shù)的66.2%。

原有安全技術(shù)已難以適應(yīng)當(dāng)前煤礦安全生產(chǎn)的迫切需求。

地應(yīng)力垂直應(yīng)力(Brown&Hoek,1978)開采深度垂直應(yīng)力:

巖層因自重引起的垂直應(yīng)力隨深度增加呈線性增大。地應(yīng)力水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力之比(Brown&Hoek,1978)開采深度

水平應(yīng)力:

根據(jù)世界范圍內(nèi)116個(gè)現(xiàn)場(chǎng)資料:埋深≤1000m，水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值大約為1.5-5.0埋深≥1000m，水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值逐漸趨于集中，約為0.5-2.0圖2.1

－石門揭煤的突出實(shí)例：實(shí)例一圖2.2

－石門揭煤的突出實(shí)例：實(shí)例二圖2.3－石門揭煤的突出實(shí)例：實(shí)例三圖2.4－煤巷突出實(shí)例：實(shí)例四圖2.5－掘煤層上山突出實(shí)例：實(shí)例五圖2.6－掘煤層下山突出實(shí)例：實(shí)例六圖2.7－回采工作面的突出實(shí)例：實(shí)例七圖2.8－鉆進(jìn)大直徑鉆孔時(shí)的突出實(shí)例：實(shí)例八圖2.9－鉆進(jìn)大直徑鉆孔時(shí)的突出實(shí)例：實(shí)例九煤與瓦斯突出實(shí)例及分析煤與瓦斯突出在采掘過程中，突然從煤（巖）壁內(nèi)部向采掘空間噴出煤巖和瓦斯的現(xiàn)象，稱為煤與瓦斯突出，簡(jiǎn)稱突出。自行沖破巖柱突出實(shí)例煤與瓦斯突出實(shí)例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t煤與瓦斯突出實(shí)例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t煤與瓦斯突出實(shí)例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t煤與瓦斯突出實(shí)例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t煤與瓦斯突出實(shí)例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t煤與瓦斯突出實(shí)例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t煤與瓦斯突出實(shí)例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t煤與瓦斯突出實(shí)例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t煤與瓦斯突出實(shí)例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t煤與瓦斯突出實(shí)例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t1969.7.13在深710m主石門揭L3煤層,突出煤1.45萬t,煤堵滿主石門長(zhǎng)度550m副石門長(zhǎng)270m，瓦斯25萬m3,突出孔面積超過1.1萬m2;煤層傾角67。，瓦斯含量20m3/t，瓦斯壓力5Mpa，注水75m3

后為瓦斯壓力降至2.4~3.9MPa，煤厚1.03m，構(gòu)造煤厚0.4m。1、注水措施無效,煤濕潤(rùn)角>90o,構(gòu)造煤未濕潤(rùn)；2、受逆斷層、巖漿侵入、構(gòu)造及構(gòu)造應(yīng)力影響（水平應(yīng)力系數(shù)3倍）；3、石門保護(hù)煤柱集中應(yīng)力；4、注水后瓦斯壓力2.4~3.9MPa>始突值。煤與瓦斯突出實(shí)例及分析頓巴斯加加林礦特大突出1975.08.08突出12780t（煤60%，矸石40%），瓦斯140萬m3；1977.07.05突出2807t，瓦斯60萬m3；1983.01.14突出5000t，瓦斯44.5萬m3。煤與瓦斯突出實(shí)例及分析三匯壩一、二礦主平硐三次特大突出1975.8.8突出點(diǎn)情況：突出點(diǎn)煤厚（構(gòu)造煤）南幫>5.0m;北幫0.1m；瓦斯壓力0.7MPa；,距地表500m；位于F34-4逆斷層下盤；煤巖破壞嚴(yán)重。震動(dòng)性放炮揭煤，人員全部撤至地面，無其它防突措施。煤與瓦斯突出實(shí)例及分析三匯壩一礦主平硐突出

1988.10.16突出情況：突出點(diǎn)距地表垂深445m;瓦斯壓力超過3.7MPa;受向斜與扭轉(zhuǎn)構(gòu)造影響以及開采應(yīng)力疊加作用;大面積構(gòu)造煤。南桐魚田堡礦石門自行破巖突出

2002.4.7突出情況：突出點(diǎn)：二水平818-3#溜煤斜巷突出煤巖8729t,瓦斯93.82萬m3突出點(diǎn)8、9煤合層厚9.5m;全搓揉成構(gòu)造煤;瓦斯壓力>2.65Mpa;該巷恰位于小向斜軸部;區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力較活躍,其方向恰與煤層走向垂直;突出后打鉆確定出一個(gè)斷距3m走向逆斷層;受開采應(yīng)力疊加影響。煤與瓦斯突出實(shí)例及分析蘆嶺礦自行破巖突出煤與瓦斯突出實(shí)例及分析蘆嶺礦自行破巖突出煤巖分布圖煤與瓦斯突出實(shí)例及分析

蘆嶺礦自行破巖突出瓦斯涌出量隨時(shí)間的變化

煤與瓦斯突出實(shí)例及分析南桐魚田堡礦

1406煤巷突出1968.1.20.在非爆破作業(yè)時(shí)突出，5000t煤,瓦斯350萬m3。堵塞巷道549m。瓦斯逆流1621m直至進(jìn)風(fēng)量3600m3/min的進(jìn)風(fēng)井井口,波及全礦井，抽風(fēng)井防爆門被沖開,工人前來關(guān)門時(shí)被瓦斯熏倒.突出點(diǎn)垂深315m，煤厚2.83m,傾角30o,在保護(hù)范圍內(nèi)掘進(jìn)時(shí),作業(yè)正常安全,但距保護(hù)層采止線7.15m時(shí),巷道煤壁變松,迎頭和兩幫發(fā)生三次片幫,距采止線2.85m時(shí),發(fā)生這次強(qiáng)烈突出.突出點(diǎn)位于一向斜軸與一潛伏斷層交會(huì)地區(qū)。煤與瓦斯突出實(shí)例及分析南桐魚田堡礦1406煤巷突出煤與瓦斯突出實(shí)例及分析紅衛(wèi)礦坦井二石門與1269-1煤巷突出1972.2.20.二石門放炮揭煤突出突出4500t煤，138.5萬m3瓦斯。瓦斯沖開風(fēng)井口風(fēng)門進(jìn)入信號(hào)室并被爐子點(diǎn)燃，火焰高數(shù)十米，燒毀井口設(shè)施。瓦斯逆流到進(jìn)風(fēng)井地面工業(yè)廣場(chǎng)的瓦斯?jié)舛冗_(dá)0.7%,

主井井口瓦斯?jié)舛纫欢冗_(dá)到15%,較長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在9%。1989.3.27.1269-1煤巷突出

兩突出點(diǎn)僅相距17m，突出2800t煤。突出點(diǎn)距地表202m，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤層頂板傾角8o，底板傾角38o，瓦斯壓力1.65Mpa，水平厚度45m，煤搓揉嚴(yán)重，硬度低。煤巷掘進(jìn)打鉆噴孔、頂鉆、響煤炮。中梁山煤礦一次突出過程的考察中梁山煤礦k10煤層是突出危險(xiǎn)煤層。1977年11月4日進(jìn)行了首次石門震動(dòng)性放炮揭開該煤層發(fā)生突出過程的考察。1研究區(qū)的簡(jiǎn)要礦山地質(zhì)特征：考察地點(diǎn)在南礦+290m水平西2#1/2抬高石門，k10煤厚2m，傾角65。，距地表垂深320m，瓦斯壓力1.85mpa。中梁山煤礦一次突出過程的考察研究方法利用四參數(shù)儀遙測(cè)與記錄煤層瓦斯壓力、流量、濃度、溫度以及聲響。兩個(gè)瓦斯壓力孔，一個(gè)流量孔，一個(gè)溫度孔，其布置如圖：中梁山煤礦一次突出過程的考察突出過程研究人員先測(cè)得1#孔瓦斯壓力1.85Mpa,2#孔1.65Mpa,3#孔瓦斯流量0.7L/min,4#孔煤層溫度21。，在完成了一系列嚴(yán)密準(zhǔn)備工作之后，于1977年11月4日14時(shí)在地面遙控放炮揭煤，炮聲后又聽到幾響沖擊聲和隨后的風(fēng)暴吹掃聲以及后期多響沖擊聲，總回瓦斯?jié)舛葟?.5%直線上升到20%(總風(fēng)量6000m3/min),瓦斯涌出量最大達(dá)1200m3/min,突出煤817t,瓦斯3.9萬m3。突出過程歷經(jīng)39s。中梁山煤礦一次突出過程的考察聲響記錄震動(dòng)炮聲響后1.5s出現(xiàn)第一響沖擊聲,隨即在2.5s,3.5s,4.0s又出現(xiàn)三響沖擊聲。第一響沖擊聲時(shí)，瓦斯壓力、濃度、流量和溫度等均無變化。從第9s到19.5s出現(xiàn)風(fēng)暴吹掃聲第23.5s又一次沖擊聲。中梁山煤礦一次突出過程的考察瓦斯與溫度記錄:距自由面最近（5m）的2#瓦斯壓力孔在1.5~2.5s沖擊聲后開始下降,距2#孔水平距離14m的1#壓力孔在第6s開始下降,頭3s下降緩慢,以后陡降,至0.6和0.4Mpa持續(xù)數(shù)秒又上升。流量孔在炮后2.5s出現(xiàn)劇增,超過量程時(shí)間恰與風(fēng)暴吻合。煤溫度孔第5s出現(xiàn)升降達(dá)十度以上的變化。中梁山煤礦一次突出過程的考察幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)震動(dòng)爆破誘導(dǎo)突出也不是炮后立刻發(fā)生的，也有一短暫準(zhǔn)備期。炮后1.5s出現(xiàn)與放炮振幅同能量級(jí)的沖擊聲,第2.5s3.5s和4.0s三響沖擊聲,表明在地應(yīng)力、瓦斯和爆炸波作用下,煤巖發(fā)生破壞激起突出;煤內(nèi)瓦斯?jié)撃艿尼尫攀菑木嘧杂擅娼臏\部向深部擴(kuò)展的,其速度約3~4m/s;煤體破壞先于瓦斯壓力下降;承壓瓦斯—碎煤流的靜壓可達(dá)0.3~0.6Mpa;參與突出的瓦斯量不僅來自突出煤本身還包含突出孔洞周圍煤體的卸壓瓦斯,從而強(qiáng)化了瓦斯風(fēng)暴和增大了瓦斯涌出量。突出過程破壞煤體伴有溫度升高現(xiàn)象，這促進(jìn)了瓦斯解吸和瓦斯能的釋放。保護(hù)層開采及其效果考察《煤礦安全規(guī)程》有關(guān)規(guī)定：礦井首次開采保護(hù)層時(shí)，必須進(jìn)行保護(hù)效果及保護(hù)范圍的實(shí)際考察，并不斷積累、補(bǔ)充和完善資料，以便得出保護(hù)效果及保護(hù)范圍的參數(shù)。（第189條）對(duì)于有突出危險(xiǎn)煤層，應(yīng)采取開采保護(hù)層區(qū)域性防治突出措施。（第192條）在突出礦井開采煤層群時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇保護(hù)層防治突出措施。開采保護(hù)層后，在被保護(hù)層中受到保護(hù)的區(qū)域可按無突出危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行采掘作業(yè)；在未受到保護(hù)的區(qū)域，必須采取綜合防治突出措施（第193條）保護(hù)層開采及其效果考察對(duì)于有突出危險(xiǎn)煤層，應(yīng)采取開采保護(hù)層區(qū)域性防治突出措施。（第192條）在突出礦井開采煤層群時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇保護(hù)層防治突出措施。開采保護(hù)層后，在被保護(hù)層中受到保護(hù)的區(qū)域可按無突出危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行采掘作業(yè)；在未受到保護(hù)的區(qū)域，必須采取綜合防治突出措施（第193條）保護(hù)層開采及其效果考察保護(hù)層開采及其效果考察保護(hù)層開采及其效果考察保護(hù)層開采及其效果考察保護(hù)層開采及其效果考察保護(hù)層開采及其效果考察保護(hù)層開采及其效果考察保護(hù)層開采及其效果考察礦井首次開采保護(hù)層時(shí)，必須進(jìn)行保護(hù)效果及保護(hù)范圍的實(shí)際考察，并不斷積累、補(bǔ)充和完善資料，以便得出保護(hù)效果及保護(hù)范圍的參數(shù)。（第189條）保護(hù)層開采及其效果考察選擇保護(hù)層應(yīng)遵循下列原則：優(yōu)先選擇無突出危險(xiǎn)的煤層作為保護(hù)層。礦井中所有煤層都有突出危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)選擇危險(xiǎn)程度較小的煤層作保護(hù)層。應(yīng)優(yōu)先選擇上保護(hù)層；選擇下保護(hù)層開采時(shí)，不得破壞被保護(hù)層的開采條件。（第194條）保護(hù)層開采及其效果考察開采保護(hù)層時(shí)，采空區(qū)內(nèi)不得留有煤（巖）柱；特殊情況需留煤（巖）柱時(shí)，必須將煤（巖）柱的位置和尺寸準(zhǔn)確地標(biāo)在采掘平面圖上。每個(gè)被保護(hù)層的瓦斯地質(zhì)圖上，應(yīng)標(biāo)出煤（巖）柱的影響范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行采掘工作時(shí)，必須采取綜合防治突出措施（第197條）。保護(hù)層開采及其效果考察被保護(hù)范圍的劃定方法及有關(guān)參數(shù)，應(yīng)根據(jù)對(duì)礦井實(shí)際考察的結(jié)果確定。正在開采的保護(hù)層采煤工作面，必須超前于被保護(hù)層的掘進(jìn)工作面，其超前距離不得小于保護(hù)層與被保護(hù)層之間法線距離的2倍，并不得小于30m。（第195條）1)、煤與瓦斯突出的發(fā)展過程及各因素的作用（1）煤與瓦斯突出的發(fā)展過程煤與瓦斯突出的發(fā)生必須具備一定的能量，為了達(dá)到一定的能量水平，突出的煤體經(jīng)歷著能量的積聚過程，使之逐漸發(fā)展到臨界破壞甚至過載的脆弱平衡狀態(tài)。突出的發(fā)展過程一般可劃分為四個(gè)階段，即：準(zhǔn)備階段：該階段的特點(diǎn)是在工作面附近的煤壁內(nèi)形成高的地應(yīng)力與瓦斯壓力梯度。激發(fā)階段：該階段的特點(diǎn)是地應(yīng)力狀態(tài)突然改變發(fā)展階段：該階段具有兩個(gè)互相關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)，一是突出從激發(fā)點(diǎn)起向內(nèi)部連續(xù)剝離并破碎煤體，二是破碎的煤在不斷膨脹的承壓瓦斯風(fēng)暴中邊運(yùn)送邊粉碎。終止階段：瓦斯突出機(jī)理（2）煤與瓦斯突出過程中各因素的作用煤與瓦斯突出是地應(yīng)力、瓦斯壓力和煤的物理力學(xué)性質(zhì)綜合作用的結(jié)果。在通常情況下，突出的激發(fā)階段，破碎煤體的主導(dǎo)力是地應(yīng)力；而在突出的發(fā)展階段，剝離煤體靠地應(yīng)力與瓦斯壓力的聯(lián)合作用，運(yùn)送與粉碎煤炭是靠瓦斯內(nèi)能；煤的物理力學(xué)性質(zhì)直接關(guān)系到上述瓦斯突出是否能夠?qū)崿F(xiàn)。瓦斯突出機(jī)理

2)煤巷卸壓帶對(duì)煤與瓦斯突出的作用機(jī)理巷道煤層區(qū)域中應(yīng)力分布狀態(tài)及其劃分(1)卸壓區(qū)(2)集中應(yīng)力區(qū)(3)原始應(yīng)力區(qū)

卸壓區(qū)

集中應(yīng)力區(qū)原始應(yīng)力區(qū)瓦斯突出機(jī)理突出預(yù)兆大體可分為三個(gè)方面：地壓顯現(xiàn)方面的預(yù)兆有，煤炮聲、支架聲響、掉碴、巖煤開裂、底鼓、巖與煤自行剝落，煤壁外鼓、來壓、煤壁顫動(dòng)、鉆孔變形、垮孔頂鉆、夾鉆桿、鉆粉量增大、鉆機(jī)過負(fù)荷等；瓦斯涌出方面的預(yù)兆有，瓦斯涌出異常、瓦斯?jié)舛群龃蠛鲂?、煤塵增大、煤塵增大、氣溫與氣味異常、打鉆噴瓦斯、噴煤、哨聲等；煤力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)方面的預(yù)兆有，層理紊亂、煤強(qiáng)度松軟或軟硬不均、煤暗淡無光澤、煤厚變化大、傾角變陡、波狀隆起、褶曲、頂、底板階狀凸起、斷層、煤干燥等等。瓦斯突出機(jī)理突出預(yù)測(cè)可分為區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)（簡(jiǎn)稱區(qū)域