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1、2019年8月 煤与瓦斯突出基本知识 概述 煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿安全生产的自然灾害之一 我国是一个煤与瓦斯突出比较严重的国家 每年都会有事故发生 造成大量人员伤亡 2018年8月6日 贵州省盘州市石桥镇梓木戛煤矿发生一起煤与瓦斯突出事故 共造成13人死亡 概述 煤与瓦斯突出 以下简称突出 是采掘过程中发生的严重自然灾害之一 随着矿井开采深度的增加 生产过程中的突出事故越来越多 目前突出事故给煤矿带来的危害已超过瓦斯爆炸事故 成为煤矿各类灾害之首 化学式 CH4分子量 16 042kg kmol密度 0 7168kg m3沸点 161 7 0 1MPa下 液态密度 415kg m3水中的溶
2、解度 55 6l m3发热量 8568大卡 m3 瓦斯的形成是腐植型有机物在成煤过程中经历生物化学成气 煤化作用成气两个阶段形成的 新的研究认为存在次生物成气阶段 从腐植型有机物沉积在沼泽相和三角洲相环境中开始 在不超过65oC的适当温度还原条件下 腐植型有机物经厌氧微生物的化学降解作用生成甲烷 二氧化碳和水 纤维素 微生物作用 类烟煤 在泥炭至褐煤阶段生成的瓦斯 因为成气时埋深浅 大多都排放到古大气中去 一般不易保留下来 随着泥炭层的下沉 上覆盖层越来越厚 压力和温度也随之增 生物化学产气作用逐渐减弱直至结束 煤化产气作用越来越强 煤与瓦斯突出的相关知识 瓦斯的定义 煤与瓦斯突出的相关知识
3、1 污染环境 加剧大气 温室效应 2 可造成瓦斯窒息事故 瓦斯浓度 43 时 呼吸短促 瓦斯浓度达 57 时 即刻昏迷 3 可酿成瓦斯燃烧事故 瓦斯浓度低于 5 或 15 4 引起瓦斯爆炸事故 瓦斯浓度在5 15 5 产生煤与瓦斯突出事故 瓦斯的危害 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
4、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 煤与瓦斯突出的相关知识 突出类型的划分 煤与瓦斯突出的相关知识 煤与瓦斯突出的相关知识 一 煤与瓦斯突出定义 在煤矿井下采掘过程中 在极短的时间内 几秒或几十秒 在瓦斯和地应力的作用下 突然从煤岩体内喷出大量的煤岩与瓦斯的现象 称为煤与瓦斯突出 是一种伴有声响和猛烈力能效应的动力现象 是煤矿最为严重的灾害之一 突出的表现形式 1 突出过程短2 具有轮回性3 突出的孔洞形状各异4 伴随有声音 煤与瓦斯突出历史 国外情况 根据资料记载 世界上突出已有17
5、0多年的历史 1834年3月22日 法国鲁阿雷煤田依萨克煤矿 在急倾斜厚煤层平巷掘进工作面发生了世界上第一次煤与瓦斯突出 到目前为止 世界19个主要产煤国家发生突出次数在4万次左右 世界第一大突出 1969年7月13日前苏联顿巴斯 加加林矿 石门揭煤 1 03m 突出煤 岩 14000t 瓦斯25万m3 煤与瓦斯突出历史 国外情况 1879年4月17日 比利时 阿拉波二号井 发生一次强度420t 瓦斯50万m3的突出 瓦斯逆流从提升井冲至地面 距井口23m的绞车房附近的火炉引燃了瓦斯 火焰高达50m 井口建筑烧成一片废墟 2h后 火焰快要熄灭时 井下又连续发生7次瓦斯爆炸 井下209人 死亡1
6、21人 地面3人烧死 11人烧伤 煤与瓦斯突出历史 国内情况 第一次煤与瓦斯突出 1950年11月20日 辽源矿务局 富国二矿 建国以来 先后有300多座矿井发生了煤与瓦斯突出20000次以上 死亡数千人 现有突出矿井900余座 其中国有重点煤矿176座 煤与瓦斯突出历史 国内情况 我国最大的一次突出 世界第二 1975年8月8日 天府矿务局 三汇一矿 280m水平 平峒揭开K1煤层时 突出煤岩12780t 瓦斯140万m3炮响3 4s后发生突出 峒口一阵狂风 将小碎石卷起 吹到50m以外 大量瓦斯携带煤粉涌出 呈黑浓烟状 持续40min才逐渐下降 距突出点700多m远的三道风门被毁 风门外装
7、有钎子和矸石的矿车冲出30多m远 1t多重的一块巨石被冲走120多m 另一块重达3t的巨石冲出60余m 拐两个90 的急弯进入变电所 煤与瓦斯突出历史 我国最大的一次突出 突出煤矸堆积情况距突出点110m 煤矸基本封顶堆积高度缓慢下降 整个堆积长度1170m 直到峒口南茅口大巷 堆积60m 20m封顶 北茅口大巷 堆积250m 约100m 煤与瓦斯突出历史 国内事故 1 2004年10月20日22时许 河南省郑州煤电 集团 大平矿发生瓦斯爆炸事故 造成148名工人死亡 2 2007年11月12日 在河南平顶山市平煤集团公司十矿一综采工作面发生一起煤与瓦斯突出事故 12人遇难 3 2008年8月
8、1日1时3分 河南省平煤集团平禹煤电有限责任公司四矿发生煤与瓦斯突出事故 死亡23人 4 2010年10月16日 平禹煤电四矿发生煤与瓦斯突出事故 37人遇难 煤与瓦斯突出历史 5 2010年3月31日 河南省伊川县某矿发生煤与瓦斯突出事故 突出的瓦斯冲出井口后遇到明火 在井口发生瓦斯爆炸和燃烧 导致近50人死亡 二 煤与瓦斯突出的危害 突出的危害主要有 1 突出煤流充塞巷道 摧毁巷道设施 破坏通风统 2 突出煤流埋人造成人员伤亡 高浓度瓦斯造成人员窒息死亡 3 遇火源引发瓦斯燃烧和爆炸 4 破坏正常的采掘生产 二 煤与瓦斯突出的危害 案例 1879年4月17日 比利时曾发生一次突出 突出强度
9、为420吨 涌出瓦斯50万立方米 瓦斯喷出时 逆风流从提升井冲到地面 距井口23米的炉火导致瓦斯燃烧 火焰高达50米 井口建筑物烧成废墟 两小时后 火焰将熄灭时 又引起瓦斯连续爆炸7次 每隔7分钟爆炸一次 当时井下有209人 死亡121人 地面烧死3人 11人被烧伤 二 煤与瓦斯突出的危害 案例 1971年六枝矿务局大用煤矿突出煤量2000余吨 死亡99人 风流逆转 造成人员窒息 遇害人员在距离突出地点700 800米 1972年2月20日 湖南红卫煤矿石门揭煤远距离放炮时发生了突出 突出强度为4500吨 涌出瓦斯138 5万立方米 高浓度瓦斯从主井口喷出 井口附近瓦斯浓度高达15 较长时间稳
10、定在9 从北翼风井口 喷出瓦斯被信号房内的炉火引燃 火柱高达30米 井口房和主扇被烧毁 二 煤与瓦斯突出的危害 案例 1999年12月26日沈阳矿务局红菱矿揭煤时发生特大型突出 突出煤量2000吨 瓦斯逆流2000多米 死亡28人 遇害多为局矿级和基层单位领导 其中包括矿总工 副总 局通风处处长5名处级干部 其他人员除放炮施工人员外 也多为区队长和矿救护人员 2002年4月7日 安徽省淮北矿业集团公司芦岭煤矿发生了一次煤与瓦斯突出事故 突出煤量5000余吨 涌出瓦斯30余万立方米 突出的煤充填巷道700多米 其中400多米巷道被填实 造成13人死亡 三 煤与瓦斯突出特点及规律 始突深度不一我国
11、各煤矿由于受地质条件和其它一些因素的影响 开始发生煤与瓦斯突出的深度差别很大 有的矿井距地表垂深50 60米就开始发生突出 如在湖南省的邵阳地区距地表垂深50米就开始发生突出 而一次1300T的特大突出 垂深仅为95米 表现为南方始突深度较浅 北方较深 中小型突出占绝大多数 近年来煤与瓦斯突出强度呈增大趋势 三 煤与瓦斯突出特点及规律 突出煤层的特点强度低 软硬相间 透气性系数小 瓦斯的放散速度高 煤的原生结构遭到破坏 层理紊乱 无明显节理 光泽暗淡 易粉碎 如果煤层的顶板坚硬致密 则突出危险性增大 三 煤与瓦斯突出特点及规律 1 煤层突出危险性随采深增加而增大随着开采深度的增加 突出的危险性
12、增大 其主要表现为突出次数增多 突出强度增大 突出煤层增加 突出危险区域扩大 同一煤层 突出次数随开采深度增加而增加 突出强度随开采深度增加而显著增大 在浅部开采为高瓦斯矿井甚至为低瓦斯矿井 开采到深部后 由于煤层赋存条件的变化 煤层瓦斯压力增大 因而转变为突出矿井 三 煤与瓦斯突出特点及规律 2 突出多发生在地质构造带根据瓦斯地质理论 地质构造复杂程度控制着煤与瓦斯突出的危险性 特别是压扭性构造断裂带 向斜轴部 背斜倾伏端 扭转构造 帚状构造收敛部位 煤层倾角突变 煤层厚度变化地带 突出并不直接发生在断裂破坏处 而只是发生在断裂破坏处的两翼 国内统计数据表明 93 的突出发生在距地质破坏带5
13、m的范围内 大约13 的突出发生在褶皱破坏带 三 煤与瓦斯突出特点及规律 煤与瓦斯突出之所以多发生在地质构造带 是由于煤层结构遭到破坏 抵抗突出的强度降低 同时 在构造带煤层 储存瓦斯和排放瓦斯的条件发生了变化 加上较高的地应力 使煤层透气性能降低 一旦采掘活动破坏了瓦斯储存的平衡条件 将会加速煤层瓦斯解吸 并触发工作面前方应力突变 从而导致突出发生 3 突出多发生在集中应力区如邻近层煤柱上下 相向掘进的工作面接近时 在工作面集中应力区内掘进时 两巷贯通之前的煤柱内等 三 煤与瓦斯突出特点及规律 4 突出煤层大多具有软分层软分层又称构造煤 是地质构造挤压剪切破坏作用的产物 所有的煤与瓦斯突出动
14、力现象均发生在构造煤分布区 构造煤的存在是突出的一个必要条件 煤体破坏越严重 突出危险性越大 当煤层厚度 倾角 软分层厚度 层理突然发生变化时 容易发生突出 构造煤层理紊乱 煤质松软 透气性低 瓦斯含量高 瓦斯放散速度快 因软分层强度低 易于破碎 突出时消耗矿压和瓦斯压力的能量较小 因此软分层厚度越大 突出的危险性也愈大 三 煤与瓦斯突出特点及规律 5 突出煤层大都具有较高的瓦斯压力和瓦斯含量突出煤层具有瓦斯压力高 瓦斯含量高 解吸速度快 强度低 渗透性低的特点 正是这些特点控制着煤与瓦斯突出的发生 也影响着瓦斯的治理 根据重庆地区的资料显示 一般情况下突出煤层的瓦斯压力大于0 75MPa 瓦
15、斯含量大于6m3 t 但突出与煤层瓦斯含量及压力之间没有固定的关系 瓦斯压力低 含量小的煤层可能发生突出 瓦斯压力高 含量大的煤层也可能不发生突出 因为突出是多种因素综合作用的结果 三 煤与瓦斯突出特点及规律 6 大多数突出发生在爆破和落煤工序例如 焦作九里山煤矿53次突出中 爆破引起突出33次 占突出总数的63 重庆地区132次突出中 有124次发生在落煤时 占95 爆破后没有立即发生的突出称延期突出 延迟的时间由几分钟到十几小时 它的危害性更大 突出危险因煤体震动而增加的现象 说明了除地应力和瓦斯压力潜能外 外力作用也是促使突出发生的一个条件 即在其他条件相同时 外力作用越大 突出的危险性
16、越大 三 煤与瓦斯突出特点及规律 7 突出主要发生在各类巷道掘进中如安阳龙山煤矿自建井到2006年5月1日发生的111次煤与瓦斯突出 都发生在掘进工作面 其中平巷突出76次 上山突出25次 下山突出7次 石门突出3次 三 煤与瓦斯突出特点及规律 8 石门揭煤发生突出的强度和危害性最大在统计国内近年来的9845次突出中 煤巷掘进出作面突出7482次 占到76 石门揭煤工作面突出567次 占6 76 尽管石门突出次数少 但突出强度大 平均突出强度为316 5t 是煤巷平均突出强度50t的6倍以上 瓦斯喷出量超过数万立方米 波及范围广 易造成非常严重的事故 如重庆地区35次特大型突出中 有32次发生在石门揭穿煤层过程中 三 煤与瓦斯突出特点及规律 9 煤层突出危险区常呈条带状分布前苏联统计资料表明 在突出煤层中 突出危险区仅占突出煤层区域总面积的10 我国统计资料表明 在突出煤层中 突出危险区仅占突出煤层区域总面积的10 15 这是因为影响突出的主要因素受地质控制的缘故 而地质构造具有带状分布的特征 经突出矿井现场实测证实 在进行突出危险性指标测定时 测定的指标超限也不一定发生突出 而突出危
