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1、煤与瓦斯突出防治技术 湖南安全技术职业学院 赵铁桥 Tel 0 E mail 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 2 防突技术术的发发展 四位一体 综综合防突措施体系 突出危险险性预测预测 防突措施 防突措施效果检验检验 安全防护护措施 日常防突技术管理 防突技术术研究动动向 煤与瓦斯突出防治技术 1 防突技术的发展阶段 我国防突技术大致可分为四个发展阶段 第一阶段 在20世纪50年代以前 以安全防护措施为主 避 免人员伤亡 主要措施是采取震动性放炮 第二阶段 20世纪50至70年代 以防止突出措施为主 普遍 采取防突措施 区域和局部措施 辅以安全防护措施 第三阶段 工作面综
2、合防突措施 增加了突出预测和措施效 果检验内容 形成了包括突出危险性预测 防突措施 措施效果 检验和安全防护措施的 四位一体 综合防突措施 第四阶段 区域综合和局部综合 两个 四位一体 防突 煤与瓦斯突出防治技术 2 四位一体 为主综合防突 体系 突出危险性预测 防突措施 防突措施效果检验 区域验证 安全防护措施 合理采掘部署 五步配套 综合防突措施 四位一体 综合防突措施 煤与瓦斯突出防治技术 3 突出危险性预测 预测的目的和意义 预测方法概述 预测方法分类 预测技术的研究重点 煤与瓦斯突出防治技术 3 1 目的和意义 保障安全生产 判识区域或工作面突出危险性 为预防突出事故提 供依据 同时
3、提高安全管理效率 确定防突措施的有效 性 为作业人员进行突出预警 定性 定量 提高经济效益 提高防突措施的针对性 减少防突措施工程量 减 少防突成本 提高采掘进度 从而在安全的前提下解放 生产力 提高矿井经济效益 四位一体 综合防突体系的重要组成突出危险 性预测和防突效果检验2个重要环节 煤与瓦斯突出防治技术 3 2 突出危险性预测概述 预测分类 煤与瓦斯突出防治技术 区域预测 两个阶段 工作面预测 地质勘探时期 矿井生产时期 三个层次 矿井 煤层 煤层区域 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 8 矿井的突出危险性预测 突出矿矿井 矿矿 井 区域预测 非突出矿矿井 进一步确定
4、哪些煤 层具有突出危险性 煤与瓦斯突出防治技术 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 9 煤层突出危险性预测 突出煤层层 煤层层 区域预测 非突出煤层层 水平 翼 采区 区段 区域预测 无突出危险险区 突出危险险区 工作面预测 日常预测 突出危险险工作面 无突出危险险工作面 可不采取防治突出措施 采掘工作面每推进10 50m 应用工 作面预测方法连续进行不少于两次区域 预测验证 其中任何一次验证为有突出 危险时 该区域应改划为突出危险区 只有连续两次验证都为无突出危险 时 该区域仍定为无突出危险区域 必须采取防治突出措施 措施效果检验 有效后 安全防护措施 采掘作业 每执行一次
5、防治突出措施作业循环后 再进行工作面预测 如预测为无突出危险时 还必须再执行防治突出的措施 只有连续 2次预测为无突出危险时 该工作面方可视 为无突出危险工作面 可不采取防治突出措施 但 必须采取安全防护措施 煤层突出危险性鉴定 规定 十三条 单项预测指标及参考临界值 只有上述全部指标达到或超过临界值时方可划分为突出煤层 指标瓦斯压力P煤的破坏类型煤的坚固性系数f瓦斯放散初速度 P 临界值0 74 MPa 0 510 突出煤层区域预测 1 瓦斯地质统计法 确切掌握煤层赋存 地 质构造等与突出分布规律时划分 根据瓦斯地质分析划分突出危险区域示意图 l 断层 2 突出点 3 上部区域突出点在断层两
6、侧的最远距离界线 4 推测下部区域断层两侧的突出危险区边界线 5 推测的下部区域 突出危险区上边界线 6 突出危险区 阴影部分 突出煤层区域预测 2 综合指标法 D 0 0075H f 3 P 0 74 K P f 参考临界值 D 0 25 K 20 无烟煤 15 其它煤种 工作面预测方法 分类 接触式预测 传统预测法 通过打钻孔测定钻屑 瓦斯解析指标 K1 h2 钻粉量 钻孔瓦斯涌出初速度 及其衰减 钻粉温度等单项指标或综合指标进行突出危险 性预测 这是目前被广泛使用且成熟的预测方法和指标 缺点是要占用一定的作业时间和需要一定的工程量 不能 连续预测 无法预测延期突出等 非接触式预测 通过安
7、装在工作面后方的各种传感 器和主机对采掘过程中产生的各种信息进行处理 根据处 理结果进行实时连续预测 方法主要有瓦斯涌出动态指标 法 声发射检测法 电磁辐射法等 工作面预测 检验 方法 石门工作面 综合指标 D K 指标及临界值同前 钻屑瓦斯解吸指标K1值和 h2 其它经试验验证有效的方法 煤巷掘进 采煤工作面 钻屑指标 钻屑瓦斯解吸指标 钻粉量 钻孔瓦斯涌出初速度 R值指标 其它经试验验证有效的方法 温度 V30等 煤巷掘进工作面预测钻孔布置示意 缓倾斜煤层钻孔布置示意 急倾斜煤层钻孔布置示意 2 4m 说明 预测孔一般应布置在软分层中 孔径一般为 42mm 预测孔深度一般 8 10m 检验
8、孔一般布置在措施孔之 间 或在措施应控制范围内的未控地带 预测 检验 钻孔布置 10 15m 采煤工作面预测钻孔布置示意 说明 预测孔一般应布置在软分层中 孔径一般为 42mm 预测孔深度一般 8 10m 检验孔一般布置在措施孔之 间 或在措施应控制范围内的未控地带 应不小于3m 1 2 3 4 1 3 2 4 石门工作面检验钻孔布置示意 测定仪器 MD 2型解析仪示意图 测定仪器 瓦斯解吸指标参考临界值 煤样 K1 mL g min0 5 h 2 mmH2O 干煤 0 5 200 湿煤 0 4 160 h2最大钻钻屑量k1 危险险性 Pakg ml mml g min1 2 200 6 5
9、4 0 5突出危险险工作面 200 6 5 4 0 5无突出危险险工作面 用钻屑瓦斯指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性的临界值 煤壁封孔胶囊测杆钻孔 测量室控制杆 高压胶管 压力表 打气筒 流量计 钻孔瓦斯涌出初速度测定示意 瓦斯涌出初速法指标参考临界值 煤的挥发挥发 分 5 1515 2020 30 30 qm临临界值值 L min 5 04 54 04 5 R值指标法 R Smax 1 8 qmax 4 综合反映了瓦斯 应力 煤的力学性质等参数 R越大突出危险性 越大 R 6时 用单项指标判断 1 巷道 2 预测钻孔 瓦斯涌出动态指标 几种指标形式 放炮后30 60 min内吨煤瓦斯涌出量
10、V30 V60 放炮瓦斯浓度峰值与炮前正常瓦斯浓度的比值B 瓦斯涌出变动系数KV 两次放炮瓦斯涌出量峰值差 q 除了放炮的其它作业瓦斯涌出量增减幅度 Q 一些参考指标及其临界值 指 标 V30 KV B q Q m3 t m3 min m3 min 参考临界值 9 0 7 5 0 4 0 21 工作面突出危险性预报 单一指标测定值大于等于其临界值时判定为有突出危险性 存在以下几种情况之一时可直接判定为有突出危险 处于地质构造带 煤层赋存条件急剧变化区 处于应力叠加区 打钻时出现喷孔 顶钻等动力现象 有明显突出预兆 多指标预测时 只要一项指标超标就判定有突出危险 敏感指标及临界值应根据矿井实际考
11、察确定 3 4 预测技术发展方向 区域预测方面 借助各种物探手段的区域预测方法 地质动力区划法 应力计算法等 三维地震法和煤层透 视法 地质坑透及钻孔坑透等 结合统计规律预测区域突出 危险性 非接触式连续预测 声发射预测 电磁辐射预测 瓦斯涌出动态等已进行了 大量的研究 但要达到实用化程度还需进行不懈的研究 突出监测预警 借助矿井安全安全监控系统 计算机技术 信息技术和 网络技术等优势 通过对多种信息的综合分析 实现对瓦斯 突出危险性动态的 系统的监测 评价和警戒 4 防突措施 区域性防突措施 局部防突措施 各种防突措施基本原理 减小或消除地应力 降低煤层瓦斯含量 减少或消除煤层瓦斯潜能 增加
12、煤体机械强度 瓦斯排释后自身强度增加或人工加 固 国内外主要应用的防突措施 采面煤巷 石门区域 局部防突措施区域防突措施 防治突出措施 水 力 冲 刷 水 力 挤 出 预 裂 爆 破 超 前 支 护 松 动 爆 破 超 前 钻 孔 瓦 斯 抽 放 水 力 冲 孔 金 属 骨 架 或 固 化 排 放 钻 孔 煤 层 注 水 预 抽 瓦 斯 保 护 层 开 采 4 1 区域性防突措施 4 1 1 开采保护层 概念 所谓开采保护层 通常是指在煤层群开采中 选择某一不具有危 险或危险性较小的煤层先行开采 从而对具有危险的煤层起到消除突 出危险的效果 先行开采的煤层称为保护层 后开采的煤层称为被保 护层
13、 保护层位于被保护层上方的称为上保护层 反之称为下保护层 迄今为止 开采保护层是防止煤与瓦斯突出最经济 最有效的根 本手段 选择保护层的原则 优先选择上保护层 选择下保护层时不得影响和破坏上部的被保护层 开采保护层防突机理 应力降低 煤层卸压突出的激发作用减小 透气性增加瓦斯压力梯度减小 瓦斯排放突出发展的瓦斯作用减小 煤体强度增高 抵抗破坏的能力增强 消除或降低突出危险性 开采保护层 考察参数的变化 保护层开采后 在卸压范围内 被保护层 瓦斯压力下降 瓦斯 流量增大 煤层变形增大 顶底板岩石应力降低 煤体温度降低 下图为鱼田堡煤矿开采上保护层3 煤层后被保护层4 煤层参数变 化情况 由图中可
14、看出 被保护层参数的变化可大致划分为4个带 即 正常应力带 集中应力带 保护卸压带和应力恢复带 保护层的保护范围 保护层的有效保护层间距 我国根据大量试验资料统计分析认为 在采深小于550 m 回采面长度小于120 m条件下 保护层的有效保护层间垂距为见 下表 煤层类别层类别 最大有效垂直距离 m 上保护层护层下保护层护层 急倾倾斜煤层层 60 80 缓倾缓倾 斜和倾倾斜煤 层层 503月 松软煤层 有自喷 现象 有足够的排放时间石门与煤层面的交 角大于45度的薄及 中厚煤层 实施措施的 岩柱厚度 m 5m 5m 5m 2m 钻孔在煤层 的控制范围 石门周边 两 侧和上部 5m 下部 3m 石
15、门周边外 3 m 石门周边 两侧和 上部 5m 下部 3m 巷顶上部及两侧 0 5 1 0m 钻孔间距或 布孔参数 2 3m 直径75 125mm 布置上 中 下三 排共9个或间隔扩 孔 1 2m 直径75 125mm 单排0 2m 双排 0 3m 骨架进入顶 或底0 5m 轨8kg 管 50mm 要求达到的 指标与效果 瓦斯压力 P 0 74Mpa或效 果检验有效 冲出总煤量 20倍 煤厚度 m 或效果 检验有效 瓦斯压力 P 0 74Mpa或效果 检验有效 施工达到设计要求 水力冲孔 排放钻孔 金属骨架 4 2 2 煤巷掘进防突措施 预抽瓦斯 超前钻孔 深孔松动爆破 水力化措施 注水湿润
16、水力压裂 水力挤出 水力 冲孔 超前支架 超前钻孔 1 适用于煤层透气性 较好 煤质较硬的突出煤 层 2 钻孔直径应一般为 75 120mm 地质条件变化剧 烈地带也可采用直径42mm 的 钻孔 钻孔距不得小于5m 若钻孔直径超过120mm 时 必须采用专门的钻进设备和 制定专门的施工安全措施 10 12m 巷道 5 7m 5 7m 3 钻孔应尽量布置在煤层的软分层中 4 钻孔的控制范围 应控制到巷道断面轮廓线外2 4m 包括巷道断面 内的煤层 5 钻孔孔数应根据钻孔的有效排放半径确定 钻孔的有效排放半径必 须经实测确定 6 超前钻孔施工前应加强工作面支护 打好迎面支架 背好工作面 超前钻孔 深孔松动爆破 1 深孔松动爆破措施 可适用于煤质较硬 突出强度较小的煤 层 2 深孔松动爆破的孔径为42mm 孔深不得小于8m 深孔松动爆 破应控制到巷道轮廓线外3 0m的范围 孔数应根据松动爆破有效半径 确定 采用深孔松动爆破防突措施 在掘进时必须留有不小于5m的超 前距 3 深孔松动爆破的有效影响半径 应进行实测 4 深孔松动爆破孔的装药长度为孔长减去5 5 6 0m每个药卷 特制药卷 长度为
