突出危险煤层区域划分课件

煤与瓦斯突出及其防治技术煤与瓦斯突出及其防治技术中中中中 国国国国 矿矿矿矿 业业业业 大大大大 学学学学煤煤矿矿瓦瓦斯斯治治理理国国家家工工程程研研究究中中心心煤煤矿矿瓦瓦斯斯治治理理国国家家工工程程研研究究中中心心煤与瓦斯突出及其防治技术讲座煤与瓦斯突出及其防治技术讲座煤与瓦斯突出及其防治技术讲座煤与瓦斯突出及其防治技术讲座煤与瓦斯突出及其防治技术中 国 矿 业 大 学1 1第四讲第四讲突出危险煤层的区域性划分突出危险煤层的区域性划分第四讲突出危险煤层的区域性划分2 2目目 录录一、突出区域划分的目的一、突出区域划分的目的二、突出区域划分的原则二、突出区域划分的原则三、突出区域划分的依据三、突出区域划分的依据四、突出区域划分的实例四、突出区域划分的实例目 录一、突出区域划分的目的3 3一、突出区域划分的目的一、突出区域划分的目的一、突出区域划分的目的4 41.1.煤层瓦斯垂向分带煤层瓦斯垂向分带 瓦斯风化带甲烷带N2CO2带N2带N2CH4带CH4带1.煤层瓦斯垂向分带 瓦斯风化带甲烷带N2CO2带N2带N5 51.1.煤层瓦斯垂向分带煤层瓦斯垂向分带 瓦斯风化带的下部边界可按下列条件确定：瓦斯风化带的下部边界可按下列条件确定：甲烷及重烃浓度之和甲烷及重烃浓度之和80（按体积）；（按体积）；瓦斯压力瓦斯压力P0.10.15MPa；相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量23m3/t；煤层的瓦斯含量：煤层的瓦斯含量：1.01.5m3/t可燃物（长焰煤）可燃物（长焰煤）1.52.0m3/t可燃物（气煤）可燃物（气煤）2.02.5m3/t可燃物（肥、焦煤）可燃物（肥、焦煤）2.53.0m3/t可燃物（瘦煤）可燃物（瘦煤）3.04.0m3/t可燃物（贫煤）可燃物（贫煤）5.07.0m3/t可燃物（无煤烟）可燃物（无煤烟）1.煤层瓦斯垂向分带 瓦斯风化带的下部边界可按下列条件确定：6 62.2.甲烷带煤层瓦斯赋存特征甲烷带煤层瓦斯赋存特征 甲烷带内煤层的甲烷带内煤层的瓦斯压力、瓦斯含量瓦斯压力、瓦斯含量随埋藏深度的增加呈有规律的增长。增长的随埋藏深度的增加呈有规律的增长。增长的梯度，与不同煤质梯度，与不同煤质(煤化程度煤化程度)、不同地质构造与赋存条件有所不同。、不同地质构造与赋存条件有所不同。某些矿井从某一深度起，还出现了特殊瓦斯涌出：某些矿井从某一深度起，还出现了特殊瓦斯涌出：瓦斯喷出与煤和瓦斯突出瓦斯喷出与煤和瓦斯突出。因此，突出煤层可能不是煤层全部都具有突出危险性的，其一般可划分为无突出因此，突出煤层可能不是煤层全部都具有突出危险性的，其一般可划分为无突出危险区和突出危险区。危险区和突出危险区。2.甲烷带煤层瓦斯赋存特征 甲烷带内煤层的瓦斯压力、7 7 将突出煤层划分为无突出危险区和突出危险将突出煤层划分为无突出危险区和突出危险区，实现区，实现突出煤层不同区域的区别管理，做到有突出煤层不同区域的区别管理，做到有的放矢的放矢，在保障安全生产的前提下减少防突工程，在保障安全生产的前提下减少防突工程量及工程投资。量及工程投资。3.3.突出危险区域划分的目的突出危险区域划分的目的3.突出危险区域划分的目的8 8二、突出区域划分的原则二、突出区域划分的原则二、突出区域划分的原则9 9地质单元地质单元 指地质特征相近、未受大的地质构造阻隔的整片煤层区指地质特征相近、未受大的地质构造阻隔的整片煤层区指地质特征相近、未受大的地质构造阻隔的整片煤层区指地质特征相近、未受大的地质构造阻隔的整片煤层区域。在同一地质单元内，有基本相同的煤质相近的地质构造复域。在同一地质单元内，有基本相同的煤质相近的地质构造复域。在同一地质单元内，有基本相同的煤质相近的地质构造复域。在同一地质单元内，有基本相同的煤质相近的地质构造复杂程度、煤层破坏程度、软分层厚度等，区内煤层基本连续，杂程度、煤层破坏程度、软分层厚度等，区内煤层基本连续，杂程度、煤层破坏程度、软分层厚度等，区内煤层基本连续，杂程度、煤层破坏程度、软分层厚度等，区内煤层基本连续，瓦斯能够沿煤层在区内顺利流动。瓦斯能够沿煤层在区内顺利流动。瓦斯能够沿煤层在区内顺利流动。瓦斯能够沿煤层在区内顺利流动。井田范围内较大的地质构造井田范围内较大的地质构造井田范围内较大的地质构造井田范围内较大的地质构造(断层、岩浆岩侵蚀区、大面断层、岩浆岩侵蚀区、大面断层、岩浆岩侵蚀区、大面断层、岩浆岩侵蚀区、大面积的无煤区甚至煤厚等值线等积的无煤区甚至煤厚等值线等积的无煤区甚至煤厚等值线等积的无煤区甚至煤厚等值线等)通常天然的将煤层划分为几个通常天然的将煤层划分为几个通常天然的将煤层划分为几个通常天然的将煤层划分为几个具有独立瓦斯赋存特征的具有独立瓦斯赋存特征的具有独立瓦斯赋存特征的具有独立瓦斯赋存特征的地质单元地质单元地质单元地质单元，区划时各地质单元应区别，区划时各地质单元应区别，区划时各地质单元应区别，区划时各地质单元应区别对待。对待。对待。对待。1.1.按起控制作用的地质构造划分按起控制作用的地质构造划分地质单元1.按起控制作用的地质构造划分1010F2F2断层断层无煤区无煤区淮北石台煤矿淮北石台煤矿3 3煤层区域划分煤层区域划分F2断层无煤区淮北石台煤矿3煤层区域划分1111淮南谢一淮南谢一B11bB11b煤层区域划分煤层区域划分F13-8F13-5淮南谢一B11b煤层区域划分F13-8F13-51212淮北海孜煤矿淮北海孜煤矿1010煤层区域划分煤层区域划分淮北海孜煤矿10煤层区域划分1313 在同一地质块段内，煤层瓦斯的赋存规律在同一地质块段内，煤层瓦斯的赋存规律(瓦斯压力、瓦斯含量瓦斯压力、瓦斯含量)通常为由浅及深逐渐增通常为由浅及深逐渐增加。因此，如无特别翔实、可靠的瓦斯赋存及加。因此，如无特别翔实、可靠的瓦斯赋存及地质资料，区域划分的分界线地质资料，区域划分的分界线应严格遵循等高应严格遵循等高线线。2.2.按等高线划分按等高线划分2.按等高线划分1414 在采掘过程中，发生过煤与瓦斯突出动力在采掘过程中，发生过煤与瓦斯突出动力现象及突出的地点，应在突出危险区域以内。现象及突出的地点，应在突出危险区域以内。考虑工程管理的方便，并留有一定的安全系数，考虑工程管理的方便，并留有一定的安全系数，可从始突标高算起，上延一个区段，将此标高可从始突标高算起，上延一个区段，将此标高作为突出危险区域的上边界线。作为突出危险区域的上边界线。3.3.按实际突出情况划分按实际突出情况划分3.按实际突出情况划分1515n在突出煤层的构造破坏带，包括断层、褶曲、在突出煤层的构造破坏带，包括断层、褶曲、火成岩侵入等；火成岩侵入等；n煤层赋存条件急剧变化的区域；煤层赋存条件急剧变化的区域；n采掘应力迭加的区域；采掘应力迭加的区域；n在工作面预测过程个出现喷孔、顶钻等动力现在工作面预测过程个出现喷孔、顶钻等动力现象；象；n工作面出现明显突出预兆。工作面出现明显突出预兆。4.4.规定第规定第7070条要求条要求4.规定第70条要求1616三、突出区域划分的依据三、突出区域划分的依据三、突出区域划分的依据17171 1、瓦斯突出动力现象、瓦斯突出动力现象 n顶钻和喷孔；顶钻和喷孔；n瓦斯异常涌出；瓦斯异常涌出；n煤与瓦斯突出；煤与瓦斯突出；n岩石与瓦斯突出。岩石与瓦斯突出。发生瓦斯突出动力现象的发生瓦斯突出动力现象的始突标高始突标高通常作通常作为突出危险区域划分的依据。为突出危险区域划分的依据。1、瓦斯突出动力现象 顶钻和喷孔；18182.2.瓦斯压力和瓦斯含量瓦斯压力和瓦斯含量 防防治治煤煤与与瓦瓦斯斯突突出出规规定定第第四四十十三三条条:应应当当根根据据煤煤层层瓦瓦斯斯压压力力P P进进行行预预测测。如如果果没没有有或或者者缺缺少少煤煤层层瓦瓦斯斯压压力力资资料料，也也可可根根据据煤煤层层瓦瓦斯斯含含量量W W进进行行预预测测。预预测测所所依依据据的的临临界界值值应应根根据据试试验验考考察察确确定定，在在确确定定前前可可暂暂按按下下表表预测。预测。2.瓦斯压力和瓦斯含量 防治煤与瓦斯突出规定第四十三条:19193.3.单项指标单项指标 根根据据防防治治煤煤与与瓦瓦斯斯突突出出规规定定第第1313条条，预预测测煤煤层层突突出出危危险险性性的的指指标标可可用用煤煤的的破破坏坏类类型型、瓦瓦斯斯放放散散初初速速度度指指标标、煤煤的的坚坚固固性性系系数数和和煤煤层层瓦斯压力。瓦斯压力。只只有有全全部部指指标标达达到到或或超超过过其其临临界界值值时时方方可可划为突出煤层。划为突出煤层。单项指标临界值单项指标临界值3.单项指标 根据防治煤与瓦斯突出规定第13条，预2020煤的破坏类型煤的破坏类型破坏类型光泽构造与构造特征节理性质节理面性 质断 口性 质强 度类(非破坏煤)亮与半亮层状构造，块状构造，条带清晰明显一组或二三组节理，节理系统发达，有次序有充填物(方解石)次生面少，节理、劈理面平整参差阶状，贝状，波浪状坚硬，用手难以掰开类(破坏煤)亮与半亮1尚未失去层状，较有次序2条带明显，有时扭曲，有错动3不规则块状，多棱角4有挤压特征次生节理面多，且不规则，与原生节理呈网状节理节理面有擦纹、滑皮，节理平整，易掰开参差多角用手极易剥成小块，中等硬度类(强烈破坏煤)半亮与半暗1弯曲呈透镜体构造2小片状构造3细小碎块，层理较紊无次序节理不清，系统不发达，次生节理密度大有大量擦痕参差及粒状用手捻之成粉末，硬度低类(粉碎煤)暗淡粒或小颗粒胶结而成，形似天然煤团节理失去意义，成粘块状粒状用手捻之成粉末，偶尔较硬类(全粉煤)暗淡1土状构造，似土似煤2如断层泥状土状可捻成粉末，疏松煤的破坏类型破坏光泽构造与构造特征节理节理面断 口强 度类21214.4.综合指标综合指标 根根据据防防治治煤煤与与瓦瓦斯斯突突出出规规定定第第7272条条的的规规定定，可可采采用用综综合合指指标标对对煤煤层层进进行行突突出出危危险险性性预测。预测。煤层突出危险性综合指标D煤层突出危险性综合指标K无烟煤其它煤种0.252015综合指标临界值综合指标临界值4.综合指标 根据防治煤与瓦斯突出规定第72条的规22225.5.掘进预测指标掘进预测指标 防防治治煤煤与与瓦瓦斯斯突突出出规规定定第第7676条条的的规规定定，可可以以采采用用钻钻孔孔瓦瓦斯斯涌涌出出初初速速度度法法和和钻钻屑屑指指标标法法来来预测煤巷掘进工作面的突出危险性。预测煤巷掘进工作面的突出危险性。钻孔瓦斯涌出初速度钻孔瓦斯涌出初速度qm q qm m的的临临界界值值应应根根据据实实测测资资料料分分析析确确定定；如如无无实实测测资料时，可参照下表的临界值。资料时，可参照下表的临界值。钻孔瓦斯涌出初速度指标临界值钻孔瓦斯涌出初速度指标临界值5.掘进预测指标 防治煤与瓦斯突出规定第76条的规定，可23235.5.掘进预测指标掘进预测指标 最大钻屑量指标最大钻屑量指标Smax SmaxSmax的的临临界界值值应应根根据据实实测测资资料料分分析析确确定定；如如无无实实测资料时，可参照下表的临界值。测资料时，可参照下表的临界值。最大钻屑量指标临界值最大钻屑量指标临界值5.掘进预测指标 最大钻屑量指标Smax Smax的临2424四、突出区域划分实例四、突出区域划分实例祁南煤矿祁南煤矿7 72 2煤层区域划分煤层区域划分四、突出区域划分实例25251 1、矿井概况、矿井概况 n矿井为立井多水平开拓，第一水平标高为矿井为立井多水平开拓，第一水平标高为-550m-550m，第，第二水平标高为二水平标高为-750m-750m；n采区集中运输大巷分区石门开拓。矿井现有的生产采采区集中运输大巷分区石门开拓。矿井现有的生产采区有区有3434下下采区、采区、102102采区、采区、8181采区采区3 3个采区；个采区；n矿井主要采用综采和综采放顶煤采煤方法，采用直接矿井主要采用综采和综采放顶煤采煤方法，采用直接冒落法管理顶板；冒落法管理顶板；n主要可采煤层是主要可采煤层是3 3煤层、煤层、7 7煤层和煤层和1010煤层煤层;其余其余煤层为局部可采；煤层为局部可采；n矿井通风方式为中央分列与中央并列的混合式抽出通矿井通风方式为中央分列与中央并列的混合式抽出通风；风；1、矿井概况 矿井为立井多水平开拓，第一水平标高为-550m26261 1、矿井概况、矿井概况 n矿井瓦斯矿井瓦斯储量比较丰富，储量比较丰富，储量比较丰富，储量比较丰富，2009200920092009年等级鉴定矿井瓦斯年等级鉴定矿井瓦斯年等级鉴定矿井瓦斯年等级鉴定矿井瓦斯绝对涌出量为绝对涌出量为绝对涌出量为绝对涌出量为70.85m70.85m70.85m70.85m3 3 3 3/min/min/min/min；n7 72 2煤层测得的最大瓦斯压力为煤层测得的最大瓦斯压力为3.5MPa(-582m)3.5MPa(-582m)，瓦，瓦斯含量高达斯含量高达12.3m12.3m3 3/t/t；n经鉴定，祁南煤矿为煤与瓦斯突出矿井，经鉴定，祁南煤矿为煤与瓦斯突出矿井，7272煤层为煤层为煤与瓦斯突出煤层。煤与瓦斯突出煤层。1、矿井概况 矿井瓦斯储量比较丰富，2009年等级鉴定矿井瓦27272 2、瓦斯突出动力现象、瓦斯突出动力现象 在在7272煤层及其底板掘进过程中发生过多次煤与瓦煤层及其底板掘进过程中发生过多次煤与瓦斯突出动力现象斯突出动力现象n1997.3.211997.3.21，石门巷道距离，石门巷道距离7272煤层底板法距煤层底板法距5.1m5.1m时，时，从底板裂缝异常涌出瓦斯从底板裂缝异常涌出瓦斯8560m8560m3 3。n1997.3.251997.3.25，8181采区回风石门距离采区回风石门距离7272煤层法距煤层法距6.9m6.9m时，时，发生底鼓，产生纵横裂隙，瓦斯浓度从发生底鼓，产生纵横裂隙，瓦斯浓度从0.20.2升到升到6.76.7。n2002.9.92002.9.9，712712工作面外段机巷切眼工作面外段机巷切眼230m230m，打钻，打钻13m13m深深发生顶钻喷孔，并产生煤与瓦斯压出，突出煤量发生顶钻喷孔，并产生煤与瓦斯压出，突出煤量20t20t。2、瓦斯突出动力现象 在72煤层及其底板掘进过程中发生过多次28282 2、瓦斯突出动力现象、瓦斯突出动力现象 在在7272煤层及其底板掘进过程中发生过多次煤与瓦煤层及其底板掘进过程中发生过多次煤与瓦斯突出动力现象斯突出动力现象n2003.3.22003.3.2，启封提料斜巷密闭发现迎头突出孔洞，孔，启封提料斜巷密闭发现迎头突出孔洞，孔洞形状为袋状，轴线与水平夹角为洞形状为袋状，轴线与水平夹角为4545，突出岩石，突出岩石25t25t，异常涌出瓦斯，异常涌出瓦斯500m500m3 3。n2004.1.22004.1.2，711711里段机巷迎头发生煤岩与瓦斯突出，里段机巷迎头发生煤岩与瓦斯突出，煤岩喷出自迎头向后煤岩喷出自迎头向后20m20m，迎头片帮，突出孔洞位于巷，迎头片帮，突出孔洞位于巷道后侧，瓦斯异常涌出道后侧，瓦斯异常涌出1000m1000m3 3。2、瓦斯突出动力现象 在72煤层及其底板掘进过程中发生过多次29293 3、瓦斯基础参数、瓦斯基础参数 3.1 3.1 瓦斯压力瓦斯压力瓦斯压力及梯度瓦斯压力及梯度3、瓦斯基础参数 3.1 瓦斯压力瓦斯压力及梯度30303 3、瓦斯基础参数、瓦斯基础参数 3.2 3.2 瓦斯含量瓦斯含量煤的工业分析结果3、瓦斯基础参数 3.2 瓦斯含量煤的工业分析结果31313 3、瓦斯基础参数、瓦斯基础参数 3.2 3.2 瓦斯含量瓦斯含量瓦斯含量与埋深的关系3、瓦斯基础参数 3.2 瓦斯含量瓦斯含量与埋深的关系32323 3、瓦斯基础参数、瓦斯基础参数 3.2 3.2 瓦斯含量瓦斯含量瓦斯压力与瓦斯含量推算值3、瓦斯基础参数 3.2 瓦斯含量瓦斯压力与瓦斯含量推算值33333 3、瓦斯基础参数、瓦斯基础参数 3.3 3.3 钻孔瓦斯浓度钻孔瓦斯浓度气气 体体 组组 分分3、瓦斯基础参数 3.3 钻孔瓦斯浓度气 体 组 分34343 3、瓦斯基础参数、瓦斯基础参数 3.3 3.3 钻孔瓦斯浓度钻孔瓦斯浓度瓦斯浓度随埋深的变化关系瓦斯浓度随埋深的变化关系3、瓦斯基础参数 3.3 钻孔瓦斯浓度瓦斯浓度随埋深的变化关35353 3、瓦斯基础参数、瓦斯基础参数 3.4 3.4 突出指标突出指标3、瓦斯基础参数 3.4 突出指标36364 4、突出危险区域划分、突出危险区域划分4.1 4.1 区域划分指标区域划分指标最小突出压力：最小突出压力：4、突出危险区域划分4.1 区域划分指标最小突出压力：37374 4、突出危险区域划分、突出危险区域划分4.1 4.1 区域划分指标区域划分指标 综合考虑突出最小瓦斯压力综合考虑突出最小瓦斯压力1.13MPa1.13MPa、防治煤与、防治煤与瓦斯突出规定要求的瓦斯压力瓦斯突出规定要求的瓦斯压力0.74MPa0.74MPa与瓦斯含量与瓦斯含量8m8m3 3/t/t三个指标，结合矿井三个指标，结合矿井7 7煤层突出危险性大的特点，煤层突出危险性大的特点，选择瓦斯压力指标选择瓦斯压力指标0.74MPa0.74MPa作为作为7 7煤层的区域性突出指煤层的区域性突出指标。标。4、突出危险区域划分4.1 区域划分指标 综合考虑突出最38384 4、突出危险区域划分、突出危险区域划分4.2 4.2 区域划分结论区域划分结论祁南煤矿祁南煤矿7 7煤层突出危险区域性指标选择瓦斯压力煤层突出危险区域性指标选择瓦斯压力0.74MPa0.74MPa，对应标高，对应标高-439.3m-439.3m。综合矿井采掘布置。综合矿井采掘布置的实际，得到区域划分的基准标高为的实际，得到区域划分的基准标高为-435m-435m。区划结论区划结论：-435m-435m以浅，无突出危险区；以浅，无突出危险区；-435m -435m以深，突出危险区。以深，突出危险区。4、突出危险区域划分4.2 区域划分结论祁南煤矿7煤层突出危3939谢谢 谢谢谢 谢4040