矿井瓦斯综合治理hunderbirdCafe

矿井瓦斯综合治理,主讲:,蔡成功,教授,河 南 理 工 大 学,二,O O,九 年,九 月,1,讲授主要内容,1矿井瓦斯基础理论,3 矿井瓦斯爆炸,4 煤与瓦斯突出,5煤矿瓦斯抽放,2 矿井瓦斯涌出量预测,6事故案例分析,2,1,矿井瓦斯基础理论,1.1,瓦斯的来源与性质,1.1.1 矿井瓦斯概论,矿井瓦斯概念,井下有害气体的总称,广 义,专指甲烷,狭义,3,1,矿井瓦斯基础理论,1.1,瓦斯的来源与性质,1.1.2 矿井瓦斯来源,矿井瓦斯来源,煤、岩层和地下水释放出来的天然气。,化学及生物化学作用产生的。,如坑木腐烂、煤氧化的气态产物。,煤炭生产过程中产生的。,如井下作、比人员呼吸、火药爆破、充电等。,4,1,矿井瓦斯基础理论,1.1 瓦斯的来源与性质,1.1.3 矿井瓦斯性质,瓦斯性质,甲烷,重烃,氢气,甲烷,二氧化碳,氮气,一氧化碳,硫化氢,二氧化硫,二氧化氮,可燃性,室息性,有毒性,甲烷,氢气,爆炸性,5,1,矿井瓦斯基础理论,1.1 瓦斯的来源与性质,1.1.,4,煤矿常见有害气体最高允许浓度,6,1,矿井瓦斯基础理论,1.1 瓦斯的来源与性质,1.1.,5,煤矿常见气体危害,7,1,矿井瓦斯基础理论,1.1 瓦斯的来源与性质,1.1.,5,煤矿常见气体危害,8,1,矿井瓦斯基础理论,1. 2 煤层瓦斯生成及分带,1.2.1 瓦斯成因,瓦 斯 成 因,在植物沉积成煤初期的泥炭化过程中，有机物在隔绝外部氧气进入和温度不超过65的条件下，被厌氧微生物分解为,CH,4,、CO,2,和,H,2,O。,泥炭时期埋深不大，生成的瓦斯通过渗滤和扩散排放到大气中，因此，生物化学作用产生的瓦斯一般不会保留在煤层内。,生物化学成气时期,煤化变质作用时期,随着煤系地层的沉降及所处压力和温度的增加，泥炭转化为褐煤.有机物在高温、高压作用下，处于变质造气时期，挥发分减少，固定碳增加，生成的气体主要为,CH,4,和,CO,2,。,9,1.2.2 煤层瓦斯垂向分带各带气体组分,1,矿井瓦斯基础理论,1. 2 煤层瓦斯生成及分带,10,1,矿井瓦斯基,础,础理论,1. 3,煤,煤层瓦,斯,斯赋存,瓦,瓦斯在,煤,煤体内存在,状,状态,1 瓦斯在煤体内存在状态,吸附瓦斯,游离瓦斯,吸收状态,吸着状态,以自由气体分子存在于煤体或围岩的较大裂隙、孔隙和空洞之中。,在与颗粒固体在分子之间引力作用下，被吸着在煤体孔隙的内表面上。,图例 瓦斯在煤层内存在状态,1 - 游离瓦斯；2 - 吸收瓦斯；3 - 吸着瓦斯,瓦斯分子进入煤体颗粒结构内部，与煤体固体分子相结合。,11,煤,煤的,吸,吸附能力主,要,要影响因素,1 瓦斯压力,煤的吸附能力主要影响因素,5 煤中水分,4 变质程度,温度每升高1度，吸附瓦斯的能力要降低8%。,CO,2, CH,4, N,2,在给定温度下，吸附量与瓦斯压力呈双曲线变化。,艾琴格尔经验公式：,式中：,X,w,湿煤的瓦斯吸附量，,m,3,/t；X,d,干煤的瓦斯吸附量，,m,3,/t；M,ad,煤中水分含量，%。,变质程度和孔隙结构和比表面积及化学成份有关，呈马鞍型变化。,3 温度,2 气体性质,1,矿井瓦斯基,础,础理论,1. 4,煤,煤的吸,附,附性质,12,煤,煤层,瓦,瓦斯含量主,要,要决定因素,煤的变质程度,煤层瓦斯含量主要决定因素,水文地质条件,地质构造,煤层赋存条件,煤层围岩性质,煤层有露头瓦斯易于排放，无露头瓦斯易于保存；,对同一煤层，瓦斯风化带以下，煤层瓦斯含量随深度加大而增大；,在其它条件相同，同一开采深度上，煤层倾角越小，煤层所含瓦斯越多。,围岩致密完整、不透气时，煤层瓦斯易于保存；反之，煤层瓦斯易于逸散。,煤的变质程度越高，生成的瓦斯量越大。当其它条件相同，煤的变质程度越高，煤层瓦斯含量就越大。,地下水交换活跃地区，水能从煤层中带走大量瓦斯，从而使煤层瓦斯含量明显减少。,开放性构造是煤层有利于瓦斯的放散，因此开放性构造发育煤层，瓦斯含量就小；封闭性构造，阻断瓦斯放散通道，相应煤层瓦斯含量大。,1,矿井瓦斯基,础,础理论,1. 4,煤,煤的吸,附,附性质,13,1,矿井瓦斯基,础,础理论,1. 5,矿,矿井瓦,斯,斯涌出,1.5.1 矿,井,井瓦斯涌出,方,方式,矿井瓦斯涌出方式,特殊涌出,一般涌出,煤与瓦斯突出,瓦斯喷出,由采落煤炭和煤层、岩层的新鲜暴露面，通过孔隙、裂隙，缓慢、长时间的涌出。,采掘时，在极短的时间内，瓦斯由煤体、围岩内突然、大量的涌出，有时还伴有煤粉、煤块和岩石等。,瓦斯（,CO,2,）,喷出 从煤体或岩体裂隙、孔洞或炮眼中大量瓦斯（,CO,2,）,异常涌出的现象。在20,m,巷道范围内，涌出瓦斯量,1.0m,3,/min，,且持续时间在8,h,以上时，该采掘区即定为瓦斯（,CO）,喷出危险区域。,14,矿,矿,井,井瓦斯涌出,量,量主要影响,因,因素,煤层瓦斯含量,矿井瓦斯涌出量主要影响因素,采煤方法,开采顺序,厚煤层分层开采时，首分层瓦斯涌出量最大，最后一个分层瓦斯涌出量最小。,开采规模越大，矿井的绝对瓦斯涌出量也就越大；但就矿井的相对瓦斯涌出量来说，情况比较复杂。,是决定因素。瓦斯含量越高，矿井瓦斯涌出量就越大。,陷落法比充填法工作面的瓦斯涌出量大。,采煤方法的回采率越低，瓦斯涌出量就越大，因为丢煤中所含瓦斯的绝大部分仍要涌入巷道。,顶板管理方法,生产工序,通风压力,大气压力变化,负压通风，风压越高瓦斯涌出量越大；正压通风，风压越高瓦斯涌出量越小。,地面大气压的变化对对采空区瓦斯涌出有较大的影响。,落煤时瓦斯涌出量大于其它工序。,开采规模,一般采空区存有大量瓦斯，未封闭或封闭不严，采空区瓦斯大量涌出，矿井瓦斯涌出量增大。,采空区管理方式,1,矿井瓦斯基,础,础理论,1. 5,矿,矿井瓦,斯,斯涌出,15,矿,矿井,瓦,瓦斯等级划,分,分,矿井瓦斯等级划分,高瓦斯矿井,低瓦斯矿井,矿井相对瓦斯涌出量小于10,m,3,/t，,且矿井绝对瓦斯涌出量小于40,m,3,/min。,矿井相对瓦斯涌出量大于10,m,3,/t,或矿井绝对瓦斯涌出量大于40,m,3,/min。,煤与瓦斯突出矿井,发生 煤（岩）与瓦斯突出矿井、鉴定有煤与瓦斯突出危险的矿井。,根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分为：,低瓦斯矿井中，相对瓦斯涌出量大于,10,m,3,/t,或有瓦斯喷出的个别区域（采区或工作面）为高瓦斯区，该区按高瓦斯矿井管理。,1,矿井瓦斯基,础,础理论,1. 5,矿,矿井瓦,斯,斯涌出,16,矿,矿井,瓦,瓦斯等级鉴,定,定,1,矿井瓦斯基,础,础理论,1. 5,矿,矿井瓦,斯,斯涌出,矿井瓦斯等级鉴定,测点选择,鉴定时间和基本条件,在七月或八月上、中、下旬中各取一天（间隔10天），分三个班（或四个班）进行测定工作。被鉴定的矿井、煤层、水平或采区的回采产量应达到该地区设计产量的60。,通风机的风硐、各水平、各煤层和各采区的回风道测风站内。如无测风站，可选取断面规整并无杂物堆积的段平直巷道做测点。,测定内容,测定内容为风量和风流中甲烷、二氧化碳浓度。,生产矿井每年必须进行矿井瓦斯等级鉴定，同时进行二氧化碳涌出量的测定，作为核定和调整风量的依据。,新井没计前，地勘部门根据各煤层的瓦斯含量资料，预测矿井瓦斯等级，作为计算风量的依据。,17,1,矿井瓦斯基,础,础理论,1. 6,矿,矿井瓦斯,的,的危害,矿,矿井瓦,斯,斯的危害,矿井瓦斯的危害,污染环境,瓦斯窒息,煤与瓦斯突出,瓦斯爆炸,瓦斯燃烧,当,CH4,升至43%，,O,2,降至12%，人感到呼吸困难；当,CH4,升至57%，,O,2,降到9%以下，人短时间窒息死亡。,当巷道或采场空气中的瓦斯浓度在515%范围内时，一旦存在点火源，将会引起瓦斯爆炸事故。,当巷道内的瓦斯浓度低于5%或超过15%时，一旦存在点火源，会酿成瓦斯燃烧事故。,当煤层瓦斯压力较高、地质构造复杂、地应力较大、煤体破坏严重时，在该地区采掘作业时易发生煤与瓦斯突出。,CH,4,是仅次于氟利昂的温室气体，产生的温室效应是,CO,2,的2530倍，时效长达100150年之久。,18,2瓦斯涌,出,出量预测技,术,术,预测方法,预测方法,矿山统计法,分源预测法,矿山统计法的实质是根据对本井或邻近矿井实际瓦斯涌出量资料的统计分析得出的矿井瓦斯涌出量随开采深度变化的规律，来推算新井或延深水平的瓦斯涌出量。,井下涌出瓦斯的地点即为瓦斯涌出源。瓦斯涌出源的多少、各涌出源涌出瓦斯量的大小直接决定着矿井瓦斯涌出量的大小。,应用分源预测法预测矿井瓦斯涌出量，是以煤层瓦斯含量、煤层开采技术条件为基础，根据各基本瓦斯涌出源的瓦斯涌出规律，计算回采工作面、掘进工作面、采区及矿井瓦斯涌出量。,19,2.1,矿,矿山统计法,（1） 基,本,本公式,开采实践表,明,明，在一定,深,深度范围内,，,，矿井相对,瓦,瓦斯涌出量,与,与开采深度,呈,呈如下线性,关,关系：,2瓦斯涌,出,出量预测技,术,术,2.1,矿,矿山统计法,20,2瓦斯涌,出,出量预测技,术,术,2.1,矿,矿,山,山统,计,计法,2.1,矿,矿,山,山统,计,计法,（2,）,）,瓦,瓦,斯,斯测,定,定资,料,料统,计,计分,析,析,式中,：,：,q,为采,区,区或,工,工作,面,面瓦,斯,斯涌,出,出量,的,的月,平,平均,值,值，,m,3,/t,；,；Q,i,、C,i,为月,内,内每,次,次测,得,得的,回,回风,量,量(,m,3,/min),和回,风,风流,中,中瓦,斯,斯浓,度,度(%),；,；,n,为统,计,计月,份,份的,测,测定,次,次数,；,；,A,为统,计,计月,平,平均,日,日产,量,量，,t/d,；,；H,c,为全,矿,矿井,加,加权,平,平均,开,开采,深,深度(,m),；,；H,i,、A,i,为鉴,定,定月,份,份第,i,采区,的,的采,深,深(,m),和产,量,量(,t),。,。,21,2,瓦,瓦斯,涌,涌出,量,量预,测,测技,术,术,2.1,矿,矿,山,山统,计,计法,2.1,矿,矿,山,山统,计,计法,（3,）,）,使,使用,条,条件,及,及要,点,点,生,生产,矿,矿井,的,的延,深,深水,平,平、,生,生产,水,水平,的,的新,采,采区,、,、与,生,生产,矿,矿井,邻,邻近,的,的新,矿,矿井,，,，在,应,应用,中,中必,须,须保,证,证预,测,测区,的,的开,采,采技,术,术条,件,件、,地,地质,条,条件,与,与生,产,产区,相,相同,或,或类,似,似。,工,工作,面,面从,开,开切,眼,眼形,成,成到,第,第一,次,次放,顶,顶期,间,间，,由,由于,瓦,瓦斯,涌,涌出,尚,尚未,达,达正,常,常状,态,态，,在,在该,段,段时,间,间内,的,的测,定,定数,据,据不,能,能在,统,统计,分,分析,中,中应,用,用；,某些,矿,矿井,相,相对,瓦,瓦斯,涌,涌出,量,量与,开,开采,深,深度,之,之间,并,并不,呈,呈线,性,性关,系,系，,即,即,a,值不,是,是常,数,数，,此,此时,，,，应,首,首先,根,根据,实,实际,资,资料,确,确定,a,值随,开,开采,深,深度,的,的变,化,化规,律,律。,在,在采,煤,煤不,正,正常,的,的情,况,况下,测,测得,的,的瓦,斯,斯涌,出,出量,，,，以,及,及地,质,质变,化,化带,采,采区,瓦,瓦斯,涌,涌出,量,量变,化,化很,大,大的,情,情况,下,下测,得,得的,瓦,瓦斯,涌,涌出,量,量，,均,均不,能,能在,统,统计,分,分析,中,中应,用,用。,应,应用,统,统计,预,预测,法,法时,的,的外,推,推范,围,围一,般,般沿,垂,垂深,不,不超,过,过100,200,m，,沿煤,层,层倾,斜,斜方,向,向不,超,超过600,m。,在,在实,施,施瓦,斯,斯抽,放,放的,采,采区,和,和工,作,作面,，,，还,应,应考,虑,虑抽,放,放瓦,斯,斯的,影,影响,。,。,22,2,瓦,瓦斯,涌,涌出,量,量预,测,测技,术,术,2.2,分,分,源,源预,测,测法,2.2,分,分,源,源预,测,测法,矿,矿,井,井瓦,斯,斯涌,出,出的,源,源,井下,涌,涌出,瓦,瓦斯,的,的地,点,点即,为,为瓦,斯,斯涌,出,出源,。,。瓦,斯,斯涌,出,出源,的,的多,少,少、,各,各涌,出,出源,涌,涌出,瓦,瓦斯,量,量的,大,大小,直,直接,决,决定,着,着矿,井,井瓦,斯,斯涌,出,出量,的,的大,小,小。,应用,分,分源,预,预测,法,法预,测,测矿,井,井瓦,斯,斯涌,出,出量,，,，是,以,以煤,层,层瓦,斯,斯含,量,量、,煤,煤层,开,开采,技,技术,条,条件,为,为基,础,础，,根,根据,各,各基,本,本瓦,斯,斯涌,出,出源,的,的瓦,斯,斯涌,出,出规,律,律，,计,计算,回,回采,工,工作,面,面、,掘,掘进,工,工作,面,面、,采,采区,及,及矿,井,井瓦,斯,斯涌,出,出量,。,。,23,2.2,分,分,源,源预,测,测法,计,计,算,算方,法,法,（1,）,）,开,开采,煤,煤层,（,（包,括,括围,岩,岩）,瓦,瓦斯,涌,涌出,量,量,薄,薄,及,及中,厚,厚煤,层,层不,分,分层,开,开采,时,时按,下,下式,计,计算,：,：,厚,厚,煤,煤层,分,分层,开,开采,时,时按,下,下式,计,计算,：,：,（2,）,）,邻,邻近,层,层瓦,斯,斯涌,出,出量,2,瓦,瓦斯,涌,涌出,量,量预,测,测技,术,术,2.2,分,分,源,源预,测,测法,24,2.2,分,分,源,源预,测,测法,计,计,算,算方,法,法,（3,）,）,掘,掘进,巷,巷道,煤,煤壁,瓦,瓦斯,涌,涌出,量,量,（4,）,）,掘,掘进,落,落煤,的,的瓦,斯,斯涌,出,出量,（5,）,）回,采,采工,作,作面,瓦,瓦斯,涌,涌出,量,量,（6,）,）,掘,掘进,工,工作,面,面瓦,斯,斯涌,出,出量,2,瓦,瓦斯,涌,涌出,量,量预,测,测技,术,术,2.2,分,分,源,源预,测,测法,25,2.2,分,分,源,源预,测,测法,计,计,算,算方,法,法,（7,）,）,生,生产,采,采区,瓦,瓦斯,涌,涌出,量,量,（8,）,）,矿,矿,井,井瓦,斯,斯涌,出,出量,2,瓦,瓦斯,涌,涌出,量,量预,测,测技,术,术,2.2,分,分,源,源预,测,测法,26,3,矿,矿,井,井瓦,斯,斯爆,炸,炸,3.1,瓦,瓦斯,爆,爆炸,过,过程,瓦,瓦,斯,斯爆,炸,炸的,化,化学,反,反应,过,过程,化学,反,反应,式,式为,：,：,如果,井,井下,空,空气,O,2,不足,，,，反,应,应的,最,最终,式,式为,：,：,3.,瓦,瓦斯,爆,爆炸,的,的产,生,生与,传,传播,过,过程,爆炸,性,性的,混,混合,气,气体,与,与高,温,温火,源,源同,时,时存,在,在，,就,就将,发,发生,瓦,瓦斯,的,的初,燃,燃（,初,初爆,）,），,初,初燃,产,产生,以,以一,定,定速,度,度移,动,动的,焰,焰面,，,，焰,面,面后,的,的爆,炸,炸产,物,物具,有,有很,高,高的,温,温度,，,，由,于,于热,量,量集,中,中而,使,使爆,源,源气,体,体产,生,生高,温,温和,高,高压,并,并急,剧,剧膨,胀,胀而,形,形成,冲,冲击,波,波。,如,如果,巷,巷道,顶,顶板,附,附近,或,或冒,落,落孔,内,内积,存,存着,瓦,瓦斯,，,，或,者,者巷,道,道中,有,有沉,落,落的,煤,煤尘,，,，在,冲,冲击,波,波的,作,作用,下,下，,它,它们,就,就能,均,均匀,分,分布,，,，形,成,成新,的,的爆,炸,炸混,合,合物,，,，使,爆,爆炸,过,过程,得,得以,继,继续,下,下去,。,。,爆,炸,炸,时,时,由,由,于,于,爆,爆,源,源,附,附,近,近,气,气,体,体,高,高,速,速,向,向,外,外,冲,冲,击,击,，,，,在,在,爆,爆,源,源,附,附,近,近,形,形,成,成,气,气,体,体,稀,稀,薄,薄,的,的,低,低,压,压,区,区,，,，,于,于,是,是,产,产,生,生,反,反,向,向,冲,冲,击,击,波,波,，,，,使,使,已,已,迈,迈,破,破,坏,坏,的,的,区,区,域,域,再,再,一,一,次,次,受,受,到,到,破,破,坏,坏,。,。,如,如,果,果,反,反,向,向,冲,冲,击,击,波,波,的,的,空,空,气,气,中,中,含,含,有,有,足,足,够,够,的,的,CH,4,和,0,2,，,而,而,火,火,源,源,又,又,未,未,消,消,失,失,，,，,就,就,可,可,以,以,发,发,生,生,第,第,二,二,次,次,爆,爆,炸,炸,。,。,27,3,矿,矿,井,井,瓦,瓦,斯,斯,爆,爆,炸,炸,3.2,瓦,瓦,斯,斯,爆,爆,炸,炸,发,发,生,生,条,条,件,件,瓦斯爆炸的基本条件,引爆火源,瓦斯浓度,516%瓦斯。,650750的引爆火源。,氧含量,空气中氧含量不低于12%。,28,3,矿,矿,井,井,瓦,瓦,斯,斯,爆,爆,炸,炸,3.3,瓦,瓦,斯,斯,爆,爆,炸,炸,的,的,界,界,限,限,瓦斯爆炸的界限,29,3,矿,矿,井,井,瓦,瓦,斯,斯,爆,爆,炸,炸,3.4,瓦,瓦,斯,斯,爆,爆,炸,炸,的,的,危,危,害,害,瓦斯爆炸的危害,爆炸产生高压,爆炸产生高温,当瓦斯浓度为,9.5,时，爆炸时产,生的瞬间温度可达,1850-2650。,这样高的温度，不仅会烧伤人员、烧坏设备，还可能点燃支架和煤尘，引起井下火灾和煤尘爆炸事故，扩大灾情。,瓦斯爆炸后的气体压力是爆炸前压力的,710倍,。气体压力骤然增大，形成强大的冲击波，推倒支架、损坏设备、使巷道或工作面的顶板坍塌及造成现场人员伤亡将使矿井遭受严重破坏。,爆炸产生大量有害气体,瓦斯爆炸后，不仅氧气减少，且产生大量有害气体。爆炸后氧气,6,10,、,一氧化碳,。而当空气中氧化碳浓度达到,0.4,时，人就会中毒死亡；当氧气浓度减少到,10,l2%,时，人就会失去知觉窒息而死。在瓦斯、煤尘爆炸事故中，死于一氧化碳中毒的人数占死亡总人数的,70,以上。,30,3,矿,矿,井,井,瓦,瓦,斯,斯,爆,爆,炸,炸,3.5,瓦,瓦,斯,斯,爆,爆,炸,炸,发,发,生,生,原,原,因,因,瓦斯积聚,管理不善、人员失职,引爆火源,瓦斯爆炸的引起原因,明火,电火花,放炮火花,撞击、摩擦火花,局扇出现循环风,局部通风机停止运转,风筒断开或严重漏风,采掘面风量不足,瓦斯异常涌出,风流短路,通风系统不合理,采空区或盲巷存在,31,3,矿,矿,井,井,瓦,瓦,斯,斯,爆,爆,炸,炸,3.6,引,引起,瓦,瓦斯积,聚,聚的主,要,要因素,局部通风机停止运转,引起瓦斯积聚的常见主要因素,局扇出现循环风,采掘面风量不足,风筒断开或严重漏风,未按要求配风、巷道堵塞、单台局扇供多头、风筒出口距掘进面太远等,施工人员不爱护，通风人员不及时维修，造成掘进面风量不足而导致瓦斯积聚,包括检修计划停风、机电故障停风、采掘面停工停风、风机管理混乱停风等,打开风门不关闭、巷道贯通后不及时调整通风系统等造成风流短路而导致瓦斯积聚,局扇位置不合规程要求、全风压供给 风量小于局扇的吸入分量等出现循环风,风流短路,通风系统不合理,自然通风、不合规定的串联通风、无回风道的独眼井、通风设施不全等,采空区或盲巷存在,瓦斯异常涌出,采空区或盲巷无风流通过，发生瓦斯突然涌出,裁决通过地质构造、瓦斯富集带，瓦斯涌出异常，发生瓦斯喷出、煤与瓦斯突出等,32,3,矿,矿,井,井瓦斯,爆,爆炸,3.7,引,引,起,起瓦斯,爆,爆炸的,火,火源,电火花,引起瓦斯爆炸的火源,明火,撞击、摩擦火花,放炮火花,主要是炮泥填装不满、最小抵抗线不够、放明炮、放糊炮、接线不良、炸药不符合要求等引起火花。,煤炭自然发火及火区、井下焊接、吸烟等。,照明、机械设备、电器设备的管理不善、操作不当，如矿灯失爆、电钻失爆、带电作业、电缆明头、开关失爆等产生的电火花。,机械设备之间的撞击、截齿与坚硬岩石摩擦、坚硬顶板冒落撞击、金属表面之间摩擦等等产生的火花。,33,3,矿,矿,井,井瓦斯,爆,爆炸,3.8,瓦,瓦斯爆,炸,炸的主,要,要影响,因,因素,可燃气体的混入,瓦斯爆炸的主要影响因素,混合气体的初始温度,惰性气体的混入,惰性气体混入，减少氧浓度，爆炸界限缩小。,N,2,每增加1，下限上升0.017%，上限下降 0.54；,CO,2,每增加1%，下限上升0.0033，上限下降0.26。,粉尘放出可燃气体，爆炸下限降低。5,g/m,3,，3,爆炸，8,g/m,3,，2.5,爆炸。,增大爆炸气体总浓度，降低爆炸下限，扩大爆炸界限。,压力越大，所需引火温度越低。当瓦斯压缩到原来体积1/120时，自身热量就能使其自动爆炸。,初始温度越高，爆炸界限越大。20时瓦斯爆炸界限6.0-13.4；700时为3.2518.75,n,瓦斯浓度与引火火源,混合气体的压力,瓦斯浓度78时，引火温度最低，即浓度为，78时，瓦斯最容易引爆。,爆炸性粉尘的混入,34,3,矿,矿,井,井瓦斯,爆,爆炸,3.9,防,防,治,治瓦斯,爆,爆炸措,施,施,防治瓦斯超限和积聚措施,杜绝火源,防治瓦斯爆炸措施,管理措施,严禁明火,按要求配备防爆设备,使用安全炸药,及时封闭盲巷,防治巷道瓦斯积聚,防治工作面回风瓦斯超限,防治工作面上隅角瓦斯超限,加强通风管理,加强机电防爆管理,加强瓦斯检查管理,加强监察系统管理,提高人员素质,防止撞击、摩擦火花,局部瓦斯排放措施,35,3,矿,矿,井,井瓦斯,爆,爆炸,3.10,防,防治瓦,斯,斯爆炸,范,范围扩,大,大措施,撒步岩粉措施,防治瓦斯爆炸范围扩大措施,当发生瓦斯爆炸时，风流把岩粉和沉积煤尘同时扬起形成岩粉一煤尘混合粉尘云；瓦斯爆炸火焰进入混合尘云区时，岩粉吸收爆炸火焰热量使系统冷却降温，同时岩粉粒子可把煤尘粒子隔开起到屏蔽热辐射、热传导等，可以有效地阻止瓦斯爆炸的发展传播，最终将其扑灭。,规程规定，在所有运输巷和回风巷中必须撒布岩粉。岩粉可燃物的含有率不得超过5；游离二氧化硅含有率不得超过10；不含砷，五氧化二磷含量不超过0.01；岩粉的粒度必须全部小于0.5,mm，,其中70以上小于0.075,mm。,隔爆措施,被动水袋棚,被动岩粉棚,被动水棚,自动隔爆棚,原理：当发生爆炸时，超前于爆炸火焰的冲击波将隔爆棚上装有岩粉、水等抑爆剂的容器被击碎或掀翻，使抑爆剂飞散开，在巷道中形成一高浓度的岩粉云区或水雾区，当滞后于爆风传播的爆炸火焰到达这一区域时被抑爆剂扑灭，阻止了爆炸继续向前传播,。,36,4,煤,煤,与,与瓦斯,突,突出,4.1,煤,煤与,瓦,瓦斯突,出,出概述,煤,煤与瓦,斯,斯突出,基,基本概,念,念,煤与瓦斯突出基本概念,具体表现为在几秒至几十秒极短的时间内，大量的煤和瓦斯由煤体向采场、巷道等采掘空间喷出。喷出的煤从几吨到上万吨，瓦斯量从数米,3,到百万米,3,。突出时常伴有较大的动力效应，如摧毁支架、推倒矿车、破坏通风设施，使风流反向等。突出后，常在煤体中形成楔形、梨形、舌形突出孔洞，堆积的煤常有明显的分选现象，表面含有大量的粒度极细的煤粉。,物理概念,具体表现,煤与瓦斯突出是煤开采过程中严重的自然灾害之一，是井工开采煤矿井下发生的一种复杂的有煤、岩和瓦斯，个别有二氧化碳参与的瓦斯动力现象。,37,4,煤,煤,与,与瓦斯,突,突出,4.1,煤,煤与,瓦,瓦斯突,出,出概述,38,国,国,外,外煤与,瓦,瓦斯突,出,出概况,国外煤与瓦斯突出概况,1879年4月17日 比利时阿格拉波二号井上山掘进时发生了世界上第一例大强度突出，突出煤量420吨，喷出瓦斯量50万米,3,以上，喷出的瓦斯流从提升井冲出地面，距井口23米处的绞车房附近火炉引燃瓦斯，火焰高达50米，井口建筑被烧成一片废墟，突出后连续发生了7次瓦斯爆炸，烧死3人，烧伤11人，整个事故造成124人伤生，是世界上首例特大煤与瓦斯突出事故。,1969年7月13日加加林矿710,m,水平主石门揭穿,l,3,煤层时，煤层厚度仅1.3米突出煤量1.42万吨，喷出瓦斯25万米,3,。是世界上最大的一次煤与瓦斯突出。,1834年法国伊萨克煤矿就发生了世界上第一例煤与瓦斯突出，发生在急倾斜厚煤层平巷掘进工作面。据记载，在支架工架棚子时，发现工作面煤体外移，三人立即逃跑,1人被煤流埋没死亡, 1人被瓦斯窒息, 1人逃生。,到2000年，全世界约发生2.36万次突出, 其中比较严重的国家有我国、独联体、法国、波兰、日本、匈牙利、比利时、澳大利亚、德国、加拿大、英国等19个国家,其中我国、独联体、法国、波兰、日本突出次数在1000次以上的严重突出国家。,4,煤,煤,与,与瓦斯,突,突出,4.1,煤,煤与,瓦,瓦斯突,出,出概述,39,4.1.3 我国煤与瓦斯突出概况,我国煤与瓦斯突出概况,1971年六枝矿务局大用矿突出煤量2000余吨，死亡99人，风流逆转，造成人员窒息，遇害人员多在距离突出地点700800米。,1975年8月8日 天府矿务局三汇坝一井+280米水平(垂深500米)主平硐揭,K,1,煤层时，突出煤(岩)量12700吨，喷出瓦斯量140万米,3,。这是我国所发生的最大的一次煤与瓦斯突出事例，也是世界上第二大突出事例。,最早有记载的突出事例是1950年5月1日 辽源矿务局富国二井在垂深280米煤巷掘进时发生的。,1960年5月14日松藻矿务局松藻二井突出煤量,l000t，,堵塞巷道250多米，全井充满瓦斯，瓦斯和煤尘逆风流900多米冲出平硐口，造成死亡125人、轻伤16人的特大伤亡事故。,4,煤,煤,与,与瓦斯,突,突出,4.1,煤,煤与,瓦,瓦斯突,出,出概述,40,我,我国煤,与,与瓦斯,突,突出概,况,况,我国煤与瓦斯突出概况,我国目前有突出矿井250多个，其中国有重点煤矿130个，地方煤矿 70个，乡镇煤矿50余个。至1988年突出总次数约14300次。,2004年10月20日大平煤矿岩石掘进工作面13,m,处突出，突出煤量1000,t，,突出瓦斯量约25万,m,3,，,波及11、13、15、21四个采区，死亡148人，32人受伤。,1998年12月24日红菱矿石门揭煤时发生特大型煤与瓦斯突出，突出煤量2000吨，瓦斯逆流2000多米，死亡28人，其中包括矿总工程师、,生产副矿长、掘进副矿长、通风副总、掘进副总及局通风处处长,，放炮施工人员外，也多为区队长和矿救护队人员。,2002年4月7日4时芦岭煤矿在石门尚有岩柱11.2,m，,突出煤10500,t,填堵满巷道总长度796,m，,涌出瓦斯93.82万,m,3,，,瓦斯逆流3120,m,，死亡14人,。,4,煤,煤,与,与瓦斯,突,突出,4.1,煤,煤与,瓦,瓦斯突,出,出概述,41,突,突出分,类,类及特,征,征,突出参与突,出物种类,发生成因,和特征,岩石与瓦斯突出,煤与二氧化碳突出,盐与二氧化碳突出,煤,、,岩,、,二氧化碳和瓦斯突出,岩石与二氧化碳突出,煤与瓦斯突出,煤与瓦斯突出 突出,煤与瓦斯压出 压出,煤与瓦斯倾出 倾出,4,煤,煤与,瓦,瓦斯突,出,出,4.1,煤,煤与,瓦,瓦斯突,出,出概述,42,突,突出分,类,类及特,征,征,突出发,生地点,回采工作面突出,上山突出,石门突出,平巷突出,下山突出,突出,强度,中型突出,次大型突出,特大型突出,小型突出,大型突出,4,煤,煤,与,与瓦斯,突,突出,4.1,煤,煤与,瓦,瓦斯突,出,出概述,43,煤,煤与瓦,斯,斯突出,的,的基本,特,特征,4,煤,煤与,瓦,瓦斯突,出,出,4.1,煤,煤与,瓦,瓦斯突,出,出概述, 突出的煤向外抛出距离较远，具有分选现象；, 抛出的煤堆积角小于煤的自然安息角；,抛出的煤破碎程度较高，含有大量的煤块和手捻无粒感的煤粉；, 有明显的动力效应，破坏支架、推倒矿车、破坏和抛出安装在巷道内的设施；, 有大量的瓦斯(,CO,2,),涌出，瓦斯(,CO,2,),涌出量远远超过突出煤的瓦斯(,CO,2,),含量，有时会使风流逆转；, 突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形以及其它分岔形等。,发动突出的主要作用力是地应力和瓦斯压力的共同作用下发生的，通常以地应力为主，瓦斯压力为辅，重力不起决定作用；实现突出的基本能源是煤内积蓄的高压弹性潜能和瓦斯潜能。,突出是三种中危害最大的。,煤与瓦斯突出的基本特征,44,煤,煤与瓦,斯,斯突出,的,的基本,特,特征,4,煤,煤与,瓦,瓦斯突,出,出,4.1,煤,煤与,瓦,瓦斯突,出,出概述, 压出有两种形式，即煤的整体位移和煤有一定距离的抛出，但位移和抛出的距离都较小；, 压出后，在煤层与顶板之间的裂隙中，常留有细煤粉，整体位移的煤体上有大量的裂隙；, 压出的煤呈块状，无分选现象；, 巷道瓦斯(,CO,2,),涌出量增大；, 压出可能无孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞。,发动与实现压出的主要作用力是地应力，尤其是构造应力和开采的集中应力引起的，瓦斯压力与煤的自重应力是次要因素，压出的基本能源是煤岩所积蓄的弹性潜能。,煤与瓦斯压出一般有煤的整体位移和煤有一定距离的抛出两种类型。,煤与瓦斯压出的基本特征,45,煤,煤与瓦,斯,斯突出,的,的基本,特,特征,4,煤,煤与,瓦,瓦斯突,出,出,4.1,煤,煤与,瓦,瓦斯突,出,出概述, 倾出的煤就地按自然安息角堆积，并无分选现象；, 倾出的孔洞呈孔大腔小，孔洞轴线沿煤层倾斜或铅垂方向(厚煤层)发展；, 无明显动力效应；, 倾出常发生在煤质松软的急倾斜厚煤层中；, 巷道瓦斯(,CO,2,),涌出量明显增大。,发动倾出的主要因素是失稳的煤重力，煤的物理力学性质起辅助作用。即结构松软、同时含有瓦斯致使煤体内聚力降低，在较高的地应力和自重应力作用下，突然破坏、失去平衡，为其位能的释放创造了条件。煤的倾出能可能引起和转化为煤与瓦斯突出。,倾出一般多发生急倾斜煤层和厚煤层开采过程中。,煤与瓦斯倾出的基本特征,46,煤,煤,与,与瓦斯,突,突出的,危,危害,煤与瓦斯突出的危害,破坏正常的采掘生产循环，严重制约突出矿井劳动生产率的提高。,我国的突出矿井目前普遍存在吨煤成本高，采掘速度慢，采掘关系紧张，经济效益差等问题。,一是突出物埋人，破坏设施，喷出的瓦斯窒息施工人员，引起瓦斯爆炸。,4,煤,煤与,瓦,瓦斯突,出,出,4.1,煤,煤与,瓦,瓦斯突,出,出概述,47,煤,煤与,瓦,瓦斯突,出,出预兆,其它预兆,煤与瓦斯突出预兆,风流逆转、瓦斯异常、瓦斯浓度忽大忽小、打钻喷孔及出现哨叫声、蜂鸣声等。,统计表明，许多大强度突出前，常常有瓦斯忽大忽小预兆。,煤体结构预兆,声响预兆,矿压显现预兆,瓦斯预兆,如支架来压、煤壁开裂、掉碴、片帮、工作面煤墙外臌、巷道底臌、钻孔顶夹钻、钻孔严重变形垮孔及炮眼装不进炸药等。,煤体发生的闷雷声、爆竹声、机枪声、嗡瓮声。这些由煤体内部发出的声响统称为响煤炮。在统计的5029次事例中，有1415次突出前有响煤炮预兆，是各种预兆中发生最为频繁的。,在一些突出事例发生前，有出现工作面温度降低、煤墙发凉、特除气味等预兆。,煤体结构预兆有层理紊乱、煤体干燥、煤体松软、色泽变暗而无光泽、煤层产状急剧变化、煤层波状隆起以及层理逆转等。尤其是煤层软分层变厚。,统计的2261次的突出事例中，有软分层变厚平均突出强度最大，达194.86吨,4,煤,煤,与,与瓦斯,突,突出,4.1,煤,煤与,瓦,瓦斯突,出,出概述,48,煤,煤,与,与瓦斯,突,突出一,般,般规律,煤,煤层突,出,出危险,性,性随采,深,深增加,而,而增大,对同一,矿,矿区、,同,同一矿,井,井、同,一,一煤层,来,来说，,随,随着开,采,采深度,的,的增加,，,，煤层,突,突出危,险,险性增,大,大，,具体表,现,现为突,出,出次数,增,增多、,突,突出强,度,度增大,。,。,在浅部,开,开采为,高,高瓦斯,矿,矿井，,甚,甚至为,低,低瓦斯,矿,矿井，,开,开采到,深,深部后,，,，由于,煤,煤层赋,存,存条件,的,的变化,，,，煤层,瓦,瓦斯压,力,力增大,，,，而转,变,变为突,出,出矿井,；,；一些,在,在浅部,开,开采突,出,出危害,较,较轻的,突,突出矿,井,井，开,采,采到深,部,部后，,转,转变为,严,严重突,出,出矿井,。,。,一般一个矿,井,井或一个煤,层,层有一个开,始,始发生突出,的,的深度，当,小,小于该深度,时,时不会发生,突,突出，当开,采,采大于该深,度,度时，就有,发,发生突出的,危,危险，在煤,与,与瓦斯突出,领,领域，该深,度,度称为始突,深,深度。,始突深度一,般,般取决于发,生,生突出的最,小,小瓦斯压力,和,和井田构造,状,状况，,一般是瓦斯,风,风化带的深,度,度深一倍以,上,上,。,4 煤,与,与瓦斯突出,4.2煤,与,与瓦斯突出,机,机理,49,煤,煤与,瓦,瓦斯突出一,般,般规律,4.2.1.2 绝大,多,多数突出发,生,生在煤巷掘,进,进工作面,在统计的9845次突,出,出中，煤巷,掘,掘进工作面,突,突出7482次，占到76%，石,门,门揭煤工作,面,面突出567次，占5.76%，,回,回采工作面,突,突出1556次，占15.8%。,需要指出的,是,是石门揭煤,工,工作面突出,次,次数少，并,不,不代表石门,揭,揭煤突出危,险,险小，危害,轻,轻，而是矿,井,井石门揭煤,次,次数少。在,防,防突技术落,后,后的6070年代，,几,几乎每次石,门,门揭煤都要,发,发生煤与瓦,斯,斯突出，而,且,且一旦发生,突,突出，往往,发,发生特大型,煤,煤与瓦斯突,出,出。我国的,特,特大型突出,几,几乎都是在,石,石门揭煤工,作,作面发生的,。,。,回采面突出,次,次数少，而,且,且回采面突,出,出多数为危,害,害相对较小,的,的压出型煤,与,与瓦斯突出,，,，但采面人,员,员集中，短,兵,兵相接，容,易,易造成特大,人,人身伤亡事,故,故，不可忽,视,视。,巷道类型,平巷,上山,下山,采面,石门,平均突出强度(,t/,次),50.0,49.9,86.9,47.8,316.5,突出次数（次）,4652,2455,375,1556,567,统计次数,9845,4 煤,与,与瓦斯突出,4.2煤,与,与瓦斯突出,机,机理,50,煤,煤与,瓦,瓦斯突出一,般,般规律,4.2.1.3 石门,突,突出危险性,最,最大,在统计的9845突出,中,中，尽管石,门,门突出次数,少,少，但突出,强,强度大，平,均,均突出强度,为,为316.5,t，,是平巷平均,突,突出强度50,t,的6倍以上,，,，瓦斯喷出,量,量超过数万,立,立方米，波,及,及范围广，,易,易造成非常,严,严重的重大,事,事故。,而且从石门,工,工作面距煤,层,层2,m,起至穿过煤,层,层全厚而进,入,入顶板或底,板,板2,m,止，整个揭,穿,穿过程都有,危,危险，也曾,发,发生过仅2,m,厚煤层在石,门,门揭穿过程,中,中突出两次,的,的实例。,在各种突出,中,中，采面突,出,出强度最小,，,，平均突,出,出强度为47.8,t。,巷道类型,平巷,上山,下山,采面,石门,平均突出强度(,t/,次),50.0,49.9,86.9,47.8,316.5,突出次数（次）,4652,2455,375,1556,567,统计次数,9845,4 煤,与,与瓦斯突出,4.2煤,与,与瓦斯突出,机,机理,51,煤,煤与,瓦,瓦斯突出一,般,般规律,4.2.1.4 煤层,突,突出危险性,随,随煤厚增加,而,而加大,对同一矿区,、,、同一矿井,来,来说，突出,煤,煤层厚度越,大,大，突出危,险,险性也越大,，,，特别是软,分,分层的厚度,的,的增加，突,出,出的次数增,多,多，突出度,增,增大。,南桐矿务局,三,三号煤煤层,厚,厚度0.3,0.5,m，,平均突出强,度,度2吨，最,大,大突出强度5吨；五号,煤,煤煤厚0.70.8,m，,平均突出强,度,度38吨，,最,最大突出强,度,度38吨；,六,六号煤厚1.01.5,m，,平均突出强,度,度43吨，,最,最大突出强,度,度450吨,；,；而煤层厚,度,度较大的4,号,号层，煤厚,为,为2.53.2,m，,平均突出强,度,度88吨，,最,最大突出强,度,度5000,吨,吨。该局所,有,有特大型突,出,出都发生在,该,该煤层，突,出,出次数占全,局,局突出次数,的,的60%以,上,上。,类别,三号煤层,四号煤层,五号煤层,六号煤层,煤层厚度（,m）,0.30.5,2.63.2,0.70.8,1.01.5,突出次数（次）,9,325,86,97,平均突出强度（,t/,次）,2,88,38,43,突出最大强度（,t/,次）,5,5000,766,450,4 煤,与,与瓦斯突出,4.2煤,与,与瓦斯突出,机,机理,52,煤,煤与,瓦,瓦斯突出一,般,般规律,4.2.1.5 突出,大,大多数发生,在,在地质构造,带,带,在有严重突,出,出危险的矿,务,务局的3082次有明,确,确有无地质,构,构造记录的,突,突出中，有2525次,突,突出突出地,点,点有断层、,褶,褶曲、火成,岩,岩侵入、煤,层,层厚度变化,等,等地质构造,，,，无地质构,造,造的突出有557次，,仅,仅占18.1%。,需要指出的,是,是，对刚刚,开,开始突出的,突,突出矿井、,突,突出煤层，,突,突出几乎都,和,和地质构造,有,有关，而对,突,突出已有几,十,十年历史的,严,严重突出矿,井,井、突出煤,层,层，当作业,地,地点无地质,构,构造时，也,可,可能发生煤,与,与瓦斯突出,。,。,构造类型,断层,褶曲,煤厚,变化,软分层,变厚,煤倾角,变化,火成,岩侵入,无构造,其它,统计,次数,平均突出强度(,t/,次),48.4,74.8,64.7,194.9,116.8,47.3,53.0,48.0,突出次数（次）,882,342,574,7,100,356,557,264,2525,4 煤,与,与瓦斯突出,4.2煤,与,与瓦斯突出,机,机理,53,煤,煤与,瓦,瓦斯突出一,般,般规律,4.2.1.6 大多,数,数突出前有,作,作业方式诱,导,导,在对我国8480次有,明,明确作业方,式,式记录的突,出,出事例统计,表,表明，有8253次有,放,放炮、支护,、,、落煤、打,钻,钻等作业方,式,式诱导了突,出,出，占97.3%,其,中,中放炮作业,突,突出5481次，占64.6%。,值,值得注意的,是,是风镐落煤,突,突出676,次,次，占8%,；,；手镐落煤,突,突出1102次，占13%。尽管,风,风镐落煤和,手,手镐落煤突,出,出强度一般,不,不大，仅1020吨,，,，但施工人,员,员在现场，,一,一旦发生突,出,出，势必造,成,成人身伤亡,事,事故。,作业方式,震动,放炮,放炮,挖柱窝,采煤,机割煤,掘进,机割煤,支护,打钻,手镐,落煤,风镐,作业,无作业,其它,统计,次数,平均突出强度,(,t/,次),464,92.5,38.0,31.4,52.8,35.8,35.6,40.2,25.7,82.6,61.1,突出次数,（次）,5481,38,583,8,127,38,358,8,127,235,8480,4 煤,与,与瓦斯突出,4.2煤,与,与瓦斯突出,机,机理,54,煤,煤与,瓦,瓦斯突出一,般,般规律,4.2.1.7 突出,前,前大多有突,出,出预兆,多数煤与瓦,斯,斯突出事例,发,发生前，都,会,会出现各种,不,不同的有声,或,或无声预兆,。,。在统计的,我,我国5029次有明确,突,突出预兆记,载,载的突出事,例,例中，有4493次突,出,出发生前有,突,突出预兆，,占,占89.3%，无突出,预,预兆仅有536次，占10.7%,。,。,因此，熟悉,掌,掌握煤与瓦,斯,斯突出，对,防,防止突出造,成,成人身伤亡,事,事故，具有,十,十分重要的,现,现实意义。,突出,预兆,响煤炮,瓦斯,异常,瓦斯忽,大忽小,片帮,掉碴,煤结构,变化,喷顶,夹钻,两种以,上预兆,无预兆,其它,统计,次数,平均突出强度,(,t/,次),55.4,57. 6,69.5,45.0,54.2,128.1,78.4,94.8,56.2,突出次数,（次）,1415,471,101,740,819,182,462,536,303,5029,4 煤,与,与瓦斯突出,4.2煤,与,与瓦斯突出,机,机理,55,煤,煤与,瓦,瓦斯突出一,般,般规律,4.2.1.8 煤体,破,破坏程度越,高,高突出危险,性,性越大,突出煤层结,构,构特点是是,破,破坏程度高,，,，多为、,、类煤,，,，煤的坚固,性,性系数,f,一般小于0.5，煤层,瓦,瓦斯放散初,速,速度,P,大，煤层透,气,气性系数小,，,，层理紊乱,，,，多为遭受,到,到地质构造,揉,揉皱的构造,煤,煤。,随着煤结构,破,破坏程度的,增,增大，煤的,空,空隙体积增,大,大,煤的强,度,度减小，煤,的,的瓦斯解吸,和,和放散初速,度,度增大。煤,强,强度的减小,连结力和内,摩,摩擦角减小,，,，,使得煤在地,压,压和瓦斯压,力,力作用下更,易,易于破碎，,减,减少了破碎,煤,煤所需要的,功,功。解吸速,度,度的提高，,使,使煤的瓦斯,能,能量释放速,度,度加快。以,上,上这些因素,都,都为煤和瓦,斯,斯突出创造,了,了有利条件,。,。,参数,单位,连结力，,K,MPa,2.48,1.73,1.05,0.73,内摩擦角，,度,38.8,37.5,34.6,33.3,渗透孔隙体积，,V,cm3g,0.01206,0.01305,0.02155,0.03136,0.0825,煤的坚固性系数，,f,0.692.2,0.251.33,0.130.52,0.10.33,0.1,瓦斯放散初速度，,P,0.52.8,0.58,119.3,3.821.7,13.722.1,4 煤,与,与瓦斯突出,4.2煤,与,与瓦斯突出,机,机理,56,煤,煤与,瓦,瓦斯突出一,般,般规律,4.2.1.9 煤层,突,突出危险区,常,常呈区域条,带,带状分布,突出危险区,呈,呈带状分布,。,。究其原因,，,，目前的观,点,点是突出危,险,险区受到地,质,质构造控制,，,，而地质构,造,造具有带状,分,分布的特征,，,，如断层、,向,向斜轴部、,火,火成岩侵入,地,地区、煤层,扭,扭转地区、,煤,煤层产状急,剧,剧变化、压,性,性及压扭性,断,断层地带、,煤,煤层构造分,岔,岔、顶底板,阶,阶梯状凸起,地,地区，特别,是,是软分层变,厚,厚地区和各,种,种地质构造,交,交汇处都是,突,突出点密集,地,地区，发生,大,大型甚至特,大,大型突出地,区,区。,采掘形成的,应,应力集中带,，,，如采掘工,作,作面邻近煤,柱,柱、采止线,、,、两条巷道,贯,贯通之前的,应,应力集中带,，,，相向采掘,的,的两工作面,互,互相接近的,采,采煤工作面,集,集中应力带,内,内煤层突出,危,危险性增大,。,。这些地区,往,往往也有带,状,状分布的特,点,点，在这些,地,地带不仅突,出,出频繁，而,且,且极易发生,大,大强度煤与,瓦,瓦斯突出。,因此，在突,出,出煤层开采,过,过程中，地,质,质部门应随,时,时掌握工作,面,面附近地质,构,构造变化情,况,况，能够针,对,对性地指导,防,防突工作的,进,进行。,4 煤,与,与瓦斯突出,4.2煤,与,与瓦斯突出,机,机理,57,煤,煤与,瓦,瓦斯突出一,般,般规律,4.2.1.10 突,出,出危险性随,着,着有硬而厚,的,的围岩存在,而,而增大,主要是硅质,灰,灰岩和砂岩,等,等坚硬岩层,的,的存在，有,时,时造成巷道,或,或工作面支,架,架大面积不,接,接顶，给弹,性,性潜能的积,聚,聚创造条件,，,，同时增大,工,工作面前方,应,应力梯度。,4 煤,与,与瓦斯突出,4.2煤,与,与瓦斯突出,机,机理,58,煤,煤与,瓦,瓦斯突出发,生,生条件,煤与瓦斯突出发生必要条件,地应力状态的突然变化,围岩或煤层的弹性潜能释放作功，使煤体产生突然破坏和位移。,地应力场对瓦斯压力场起控制作用。,地应力状态对煤层的透气性起到一定的控制作用。,煤结构和,力学性质条件,瓦斯条件,地应力条件,高压游离瓦斯产生的瓦斯膨胀能；,高压瓦斯分子全面缩煤的骨架，促使煤体中产生弹性潜能,吸附在微孔表面的瓦斯分子降低煤的强度。,工作面前方形成的瓦斯压力梯度，造成作用于压力降低方向的力。,强度条件：煤愈硬，所需的破碎功愈大。,瓦斯解析和放散能力。,煤层透气性能。,不均质性条件。,4 煤,与,与瓦斯突出,4.2,煤,煤与瓦斯,突,突出机理,59,煤,煤与瓦斯,突,突出发生,条,条件,煤与瓦斯突出发生充要条件,形成瓦斯流,诱发因素,能量积聚,放炮落煤、石门揭开煤层、工作面进入地质造带、打钻、架棚、冒顶等使工作面附近应力状态突然改变，导致煤体的突然破坏，这是突出得以发生的激发条件。,工作面前方煤岩体中的积聚发动突出的弹性潜能和瓦斯膨胀能是突出发生的基础条件。,煤体连续破碎,突出的煤体和以破碎的煤能快速涌出瓦斯，足以形成能抛出已破碎煤的瓦斯流，这也是突出得以发展的必要条件。,突出激发后，煤的暴露面处于高地应力和高瓦斯压力区，使煤体能产生自发连续的破碎，这是突出的发展条件。,4,煤,煤与瓦斯,突,突出,4.2,煤,煤与瓦斯,突,突出机理,60,4.2.4 煤,与,与瓦斯突,出,出发展过,程,程,发展阶段的特点是煤体依靠释放的弹性能和游离瓦斯的膨胀能使发生连续破碎，形成破碎波，已破碎的煤岩体在高速瓦斯流的携带下向巷道抛出。,能量积聚过程，即 工作面前方应力集中，形成高的应力梯度；应力增大使煤体透气性降低，煤体内瓦斯压力梯度提高。,准备阶段使工作面处于突出危险状态, 这样的工作面会显现各种的有声或无声的突出预兆。,当出现下列任一情况时，突出即告停止：, 激发突出的能量业已耗尽；, 突出过程中, 继续放出的能量不足以粉碎煤；, 突出孔道受阻碍，不能继续在突出空洞周围建立较大的应力梯度和瓦斯压力等。,煤与瓦斯突出发展过程,即突出的发动阶段。由于外力作用使工作面附近煤岩体应力状态突然改变，岩石和煤中积聚的弹性潜能、瓦斯膨胀能迅速释放，使煤岩体发生突然的位移、破坏, 激发突出。,停止阶段,激发阶段,准备阶段,发展阶段,4,煤,煤与瓦斯,突,突出,4.2,煤,煤与瓦斯,突,突出机理,61,“,“四位,一,一体”综,合,合防突体,系,系,1、“四,位,位一体”,防,防突产生,背,背景,2、“四,位,位一体”,综,综合防突,的,的必要性,、技术,发,发展的必,然,然；,、认识,上,上的不确,知,知性；,、技术,上,上的不完,善,善性；,、保证,不,不发生伤,亡,亡事故。,4,煤,煤与瓦斯,突,突出,4.3,“,“四位一,体,体”综合,防,防体系,62,两,两个 “,四,四位一体,”,”综合防,突,突措施,区域防突,措,措施,区域验证,区域措施,效,效果检验,区域突出,危,危险性预,测,测,石门揭煤,工,工作面采,用,用规定第,七,七十一条,、,、在煤巷,掘,掘进工作,面,面第七十,四,四条、回,采,采工作