煤与瓦斯突出的专项研究

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1、1煤与瓦斯突出的问题研究1、煤与瓦斯突出及其危害煤与瓦斯突出（简称突出） ，是一种突发性的、破坏性相当严重的自然现象，往往会导致伤亡惨重的恶性事故，严重威胁煤矿的安全生产。同矿山其它地质现象一样，煤与瓦斯突出也是发生在矿井生产中一种极其复杂的地质动力现象，通常被认为是在地下采掘过程中，在很短的时间内（数分钟） ，从煤（岩）壁内部向采掘工作空间突然喷出煤（岩）和瓦斯的现象。它是一种伴有声响和猛烈力能效应的动力现象，它能摧毁井巷设施、破坏矿井通风系统，使井巷充满瓦斯和煤岩抛出物，造成人员窒息，煤流埋人甚至可引起瓦斯爆炸与火灾事故，导致生产中断等，因此它是煤矿生产中最严重的灾害之一。据有关记载，世界

2、上第一次典型的突出是 1834 年法国鲁阿雷煤田伊萨克矿井发生的。从那时起到现在，全世界已有 20 多个国家和地区发生过此类事故，有俄罗斯、中国、法国、波兰、日本、匈牙利、美国、印度、南非等世界产煤大国，突出总次数超过 4 万次，突出的气体有甲烷、二氧化碳等。突出超过千次的国家有俄罗斯、中国、法国、波兰、日本五国。世界上最大的一次突出发生在 1969 年 7 月 13日顿巴斯加加林矿井 710m 水平主石门揭穿厚仅 1.03m 的煤层时，突出煤量 14 000t，瓦斯 25 万 m3 以上。而突出瓦斯量最大的一次发生在中国，瓦斯为 140 万立方米，此次突出煤量为 12780 吨。我国是煤与瓦

3、斯突出灾害发生最严重的国家之一，高瓦斯和有突出危险的矿井占全国矿井总数的 40%以上。湖南、辽宁、四川、山东、河南、安徽等是突出严重的省份。据不完全统计，从建国到现在，全国已有 260 多个矿井共发生 20000 余次突出，其中强度超过 1000 吨的特大型突出已有 100 多次，最早的记录是 1939 年 11月 20 日发生在辽源矿物局富国二井，突出煤量 7t。近年来，随着开采深度的不断加大，突出的次数不断增多，最大的一次是 1975 年 8 月 8 日四川天府矿物局三江坝一矿主平硐（+280m）震动放炮揭穿 6 号煤层时发生的，突出煤岩 12 780t（煤占60%，矸占 40%） ，CH

4、 4140 万 m3。煤与瓦斯突出事故给我们带来的损失是惨重的，1960 年 5 月 14 日重庆地区松藻矿务局松藻二井+352m 标高石门揭穿 K3 煤层，发生大型煤与瓦斯突出，突出煤量1 000t，堵塞巷道 250m，全井充满瓦斯，瓦斯和煤尘逆风流 900 多米冲出平硐口，造成 125 人窒息死亡，伤 16 人的特大事故，1995 年 6 月，涟邵局利民矿发生突出事故，突出强度为 3200 吨，瓦斯 30 万立方米，死亡 19 人；1998 年 12 月 14 日，沈阳矿务局红阳二矿发生煤与瓦斯突出，造成包括局通风处多名领导和矿主管掘进、通风、安全的多名副总工程师等 14 名领导干部在内共

5、 28 人死亡，给沈阳矿务局和红阳二矿造成了巨大的经济损失和人才损失。到新世纪后，虽然煤与瓦斯突出的预测预报技术有了很大的提高，但仍然发生煤与瓦斯突出事故。2002 年 4 月，淮北煤业集团芦岭矿突出 10000 吨煤，瓦斯 60 多万立方米，死亡 13 人；2002 年 9 月 5 日湖南省娄底市双峰县秋湖煤矿发生瓦斯突出，33 人死亡；2003 年 1 月 25 日焦作煤业集团朱村矿发生煤与瓦斯突出，造成 19 人遇难。我国的岩巷掘进中，曾发声过岩石与二氧化碳突出。1975 年 6 月 13 日，吉林省营城矿五井发生我国第一次岩石与二氧化碳突出，突出沙石，包括砂岩、砂砾岩、安山岩等 100

6、5 吨，喷出二氧化碳 11000 立方米，逆风流运行 420 米。以上仅仅是煤与瓦斯突出和岩石与二氧化碳突出的几个例子，其所造成的损失是巨大的，就我国近几年煤矿突出所造成的损失可达百亿元人民币。因此，如何预防煤与瓦斯突出和岩石与二氧化碳突出，减少经济损失很有必要。2、研究煤与瓦斯突出预测预防的意义2煤与瓦斯突出是一种非常复杂的现象，在不同的区域、不同的地质条件、不同类型的矿井均发生过突出。因其所具有的突发性、难以预测性，会造成巨大的人员损失和巨额财产损失。前述可以看到，世界上各国有记录的煤与瓦斯突出就有 4 万多次，损失量难以计算。但是，煤炭的开采是非常必要的，因为有其非常重要的意义。1） 、

7、煤炭的重要性随着世界经济的快速发展，能源的需求越来越大，随着石油的短缺，煤炭的地位愈加显得重要。从 18 世纪 60 年代的产业革命时开始，煤炭一直占据着世界一次能源的首位，它作为近代欧美各国工业化的燃料动力基础，对世界经济和社会发展起了举足轻重的作用。1913 年世界煤炭产量为 13.2 亿 t，占世界一次能源总产量的92.2%。从上世纪 20 年代开始，世界能源结构逐步由煤炭转向石油，特别是第二次世界大战之后，石油工业进一步崛起，石油以其廉价、高效、低污染的特点，更能满足现代经济发展的需要，并于本世纪 60 年代中期在世界一次能源的生产与消费结构中超过了煤炭，居于首位，煤炭退居第二位。尽管

8、如此，煤炭仍然是世界一次能源的重要组成部分。战后近半个世纪以来，煤炭始终保持着稳步发展的态势，总产量从 50 年代的 18.2 亿 t 增长到 80 年代末的48.66 亿 t，增长 1.67 倍，年平均增长率为 2.55%。 90 年代之后虽然有所下降，但发展仍呈回升趋势。 2） 、煤炭的贡献我们可以从以下几个方面来说明：（1） 、目前，世界电力 45%左右来自燃煤电站，1991 年，美国国家用于发电的煤占煤炭总产量的 87%，英国为 78.3%，加拿大为 96.6%，德国为 63.5%，法国为43.4%，日本为 23.9%；（2） 、钢铁、建材、化工等行业对煤炭的需求继续上升；（3） 、煤

9、炭出口创汇，一些产煤国家把煤炭出口作为重要的创汇来源。据美国全国煤炭协会 1990 年提供的资料，煤炭工业对美国经济的直接贡献为每年 210 亿美元，加上间接贡献，共达每年 810 亿美元。（4） 、煤炭的其它作用，每一个煤炭工业工作岗位可为其它部门提供 7 个就业机会（90 年资料） 。煤炭的衍生物可生产 25000 多种消费品和工业品，在世界经济中占有重要地位。因此，随着国民经济的快速发展，对煤炭的需求越来越大，随之采用延深扩大老矿井的规模，开发新矿区，建设新矿井，以增加煤炭产量，必定是大势所需。2003 年中国的煤炭产量为 15.9 亿吨，而 2004 年为 19 亿吨。采掘规模扩大的同

10、时，突出次数也逐渐增多。今后几年，产量还会增加，开采范围还会增大，开采深度也会加大。这样，煤与瓦斯突出的危险及危害也会增大。因目前对煤与瓦斯突出的机理还未完全清楚，对其预测预防的方法还未完全解决，能否防治煤与瓦斯突出在很大程度上取决于预测的可靠性和准确性，对其进行进一步的研究，寻求解决的新方法、新思路，达到既能够准确预测预报，又能减少经济投入，这对我国煤炭工业的发展、对世界经济的发展均具有重要的意义。3、煤与瓦斯突出解危措施及检测对煤与瓦斯突出危险区进行解危措施，按作用范围来看分区域性措施和局部性措施；按作用效果来看有防止突出发生的措施和突出时保证人员安全的措施；按作用的技术性质看分技术措施和

11、组织管理措施。a.区域性措施1）开采解放层。开采解放层是预防突出最有效、最经济的措施，也是主要的3技术措施。2) 预抽煤层瓦斯。该方法在没有解放层可采，或单一突出煤层中用，也可和采解放层同时合用。b.局部性措施针对不同的突出地点采取不同的措施如：煤层注水、超前钻孔、松动放炮、水利冲孔、多排钻孔、震动放炮等。在防突措施实施以后，还要对防突措施的有效性进行检验，主要检验工作面前方煤体的应力或瓦斯状态的改变程度，判断是否已消除了突出危险性。检验方法主要有：（1）按照瓦斯涌出初速度的绝对值检验防突措施；（2）按照瓦斯涌出动态检验防突措施；（3）按照瓦斯涌出初速度和钻粉量检验防突措施。4、煤与瓦斯突出预

12、测预防技术研究现状1） 、国外煤与瓦斯突出预测研究现状世界各国对突出预测都非常重视，其预测方法以地应力、瓦斯和煤体结构及力学特征为基础，这方面主要有俄罗斯、波兰、澳大利亚、德国、日本等，其中前苏联的预测方法得到了更多的推广。概括起来分为三个方面：（1） 、区域预测在井田的整个勘探阶段和补充勘探阶段，根据研究区域的构造破坏，初步评价煤层和矿井的突出危险性，预测的基础是利用地质和物理资料、煤层和瓦斯资料。预测结果是确定突出矿井和非突出矿井、突出煤层和非突出煤层或突出的危险区域。（2） 、局部预测在综合研究开采煤层的性质和开采地质条件以及所查明的规律性基础上，评价矿井内一条或几条巷道中的煤层突出危险

13、性，预测一个采区煤层的突出危险性。局部预测要求有更精确的区域预测资料，预测结果是确定出突出区和非突出区。（3） 、日常预测在煤层开采过程中有效预测煤层突出危险程度，在局部预测的基础上，加强对煤层瓦斯、地应力、矿井构造、煤体结构的变形规律研究，并利用各种矿井瓦斯监测与管理手段，根据各种矿井动力现象和突出历史资料进行突出带和突出可能性的制定。关于煤与瓦斯突出的日常预测主要是钻孔预测中测钻粉量、瓦斯流量、瓦斯压力等参数，并配合新方法的应用。上世纪 70 年代末，日本、澳大利亚、法国、波兰、苏联等国家，先后研制并开发了地音计算机系统，研究了突出前声发射（AE）发生频率的变化规律和声发射与瓦斯浓度的关系

14、。1983 年英国对南威尔士煤田的煤与瓦斯突出监测结果表明：微震活动与工作面开采活动和回风巷道中检测到的瓦斯涌出量有关，开发系统 1986 年正式用于工作面的突出预测预报。2） 、国内煤与瓦斯突出预测研究现状我国对煤与瓦斯突出预测研究也很重视。根据突出的特征和种类又有针对性的突出预测方法。总的来说分为两大类：区域预测、局部预测。（1） 、区域预测主要方法、七因素综合预测法，该法是把与突出有关的七种因素以等量线的方式绘制在煤层采掘工程图上，并把实际突出点也填在该图上，制成突出预测图。各因素的突出界限指标值以及诸因素的综合指标可根据各矿井实际突出规律经考察确定。这七因素是：等深线及始突深度；地质构

15、造线；煤层瓦斯压力与含量等值线图；煤层4厚度与软分层厚度的等值线图；坚硬厚层直接顶（底）板的等厚线；底板等高线；邻近煤层煤柱对该煤层的影响范围线 1。、D 、 K 综合指标法，该法是抚顺煤炭研究分院提出的，其指标是：（1）)74.0)(3075.(PfH（2）fK式中 D煤的突出危险性综合指标之一；K煤的突出危险性综合指标之二；H开采深度，m；f煤层软分层的平均坚固性系数；P煤层瓦斯压力，取两个侧压孔实测瓦斯压力最大值，MPa； P煤层软分层的瓦斯放散速度指标。D、 K 指标值见表 1表 1 确定煤层区域突出危险性的综合指标 D、 KD K 区域突出危险性0.25 0.250.6无 、 0.5

16、 0.5、等为煤的破坏类型、瓦斯地质单元法，该法是以综合假说为理论基础，以地质分析为依据，以实验模拟为参照，运用可信的瓦斯地质指标综合预测煤与瓦斯突出的重要理论和实践。自“六五”以来，运用该方法在我国华南、西南、华北高瓦斯矿区进行的大量研究和预测取得了非常可喜的成功，同时，预测方法本身也得到了完善和发展，正在逐步实现系统化和标准化。具体就生产矿井的煤与瓦斯突出预测而言，瓦斯地质单元法实际上就是分析煤层、采区、工作面或巷道的地质构造、瓦斯、构造煤等的具体条件，找出它们在时间上和空间上的区别和联系、按照一定的定量指标组合，划分出不同等级的区域或地段，在井田范围内划分出突出煤层或突出区域，在采区或工作面上划分出突出带，进一步确定突出危险点，从而对煤矿生产实行分级管理、区别对待，防止“一刀切”造成人力、物力资源浪费，合理的安排生产进展，保证最大的经济利益。（2） 、局部预测主要方法、石门揭煤突出预测；、煤巷掘进工作面突出预测；5、回采工作面突出预测。目前，对突出危险性的局部预测，包括传统的 D、