矿井瓦斯综合治理

1、矿井瓦斯综合治理第1页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六1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第2页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六21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 狭义第3页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六31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

2、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。第4页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六41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第5页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六51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第6页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六61矿井瓦斯基础理论 1.1 瓦斯的来源与性质1.1.5 煤矿常见气体危害第7页，共13

3、8页，2022年，5月20日，1点13分，星期六71矿井瓦斯基础理论 1.1 瓦斯的来源与性质1.1.5 煤矿常见气体危害第8页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六81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CH4、CO2和H2O。 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

4、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CH4和CO2。 第9页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六91.2.2 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第10页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六101矿井瓦斯基础理论 1. 3 煤层瓦斯赋存1.3.1 瓦斯在煤体内存在状态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

5、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。第11页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六111.4.1 煤的吸附能力主要影响因素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%。 CO2 CH4 N2 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：Xw湿煤的瓦斯吸附量，m3/t；Xd干煤的瓦斯吸附量，m3/t；Mad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矿井瓦斯基础理论 1.

6、4 煤的吸附性质第12页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六121.4.2 煤层瓦斯含量主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

7、。 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矿井瓦斯基础理论 1. 4 煤的吸附性质第13页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六131矿井瓦斯基础理论 1. 5 矿井瓦斯涌出1.5. 1 矿井瓦斯涌出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（CO2）喷出 从煤体或岩体裂隙、孔洞或炮眼中大量瓦斯（CO2）异常

8、涌出的现象。在20m巷道范围内，涌出瓦斯量1.0m3/min，且持续时间在8h以上时，该采掘区即定为瓦斯（CO）喷出危险区域。第14页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六141.5.2 矿井瓦斯涌出量主要影响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

9、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矿井瓦斯基础理论 1. 5 矿井瓦斯涌出第15页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六151.5.3 矿井瓦斯等级划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10m3/t，且矿井绝对瓦斯涌出量小于40 m3/min。 矿井相对瓦斯涌出量

10、大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/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10m3/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矿井瓦斯基础理论 1. 5 矿井瓦斯涌出第16页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六161.5.4 矿井瓦斯等级鉴定1矿井瓦斯基础理论 1. 5 矿井瓦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

11、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。第17页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六171矿井瓦斯基础理论 1. 6 矿井瓦斯的危害1.6.1 矿井瓦斯的危害矿井瓦斯的危害污

12、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%，O2降至12%，人感到呼吸困难；当CH4升至57%，O2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。 CH4是仅次于氟利昂的温室气体，产生的温室效应是CO2的2530倍，时效长达100150年之久。 第18页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六182瓦斯涌出

13、量预测技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。第19页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六19 2.1 矿山统计法 （1） 基本公式 开采实践表明，在一定深度范

14、围内，矿井相对瓦斯涌出量与开采深度呈如下线性关系： 2瓦斯涌出量预测技术2.1 矿山统计法第20页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六20 2.1 矿山统计法（2） 瓦斯测定资料统计分析式中：q为采区或工作面瓦斯涌出量的月平均值，m3/t；Qi、Ci为月内每次测得的回风量(m3/min)和回风流中瓦斯浓度(%)；n为统计月份的测定次数； A为统计月平均日产量，t/d ；Hc为全矿井加权平均开采深度(m)；Hi、Ai为鉴定月份第i采区的采深(m)和产量(t)。2瓦斯涌出量预测技术2.1 矿山统计法第21页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六21 2.1 矿

15、山统计法 （3） 使用条件及要点 生产矿井的延深水平、生产水平的新采区、与生产矿井邻近的新矿井，在应用中必须保证预测区的开采技术条件、地质条件与生产区相同或类似。 工作面从开切眼形成到第一次放顶期间，由于瓦斯涌出尚未达正常状态，在该段时间内的测定数据不能在统计分析中应用； 某些矿井相对瓦斯涌出量与开采深度之间并不呈线性关系，即a值不是常数，此时，应首先根据实际资料确定a值随开采深度的变化规律。 在采煤不正常的情况下测得的瓦斯涌出量，以及地质变化带采区瓦斯涌出量变化很大的情况下测得的瓦斯涌出量，均不能在统计分析中应用。 应用统计预测法时的外推范围一般沿垂深不超过100200m，沿煤层倾斜方向不超

16、过600m。 在实施瓦斯抽放的采区和工作面，还应考虑抽放瓦斯的影响。2瓦斯涌出量预测技术2.1 矿山统计法第22页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六222瓦斯涌出量预测技术2.2 分源预测法 2.2 分源预测法2.2.1 矿井瓦斯涌出的源 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。第23页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六2

17、3 2.2 分源预测法2.2.2 计算方法 （1） 开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量 薄及中厚煤层不分层开采时按下式计算： 厚煤层分层开采时按下式计算： （2） 邻近层瓦斯涌出量2瓦斯涌出量预测技术2.2 分源预测法第24页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六24 2.2 分源预测法2.2.2 计算方法 （3） 掘进巷道煤壁瓦斯涌出量 （4） 掘进落煤的瓦斯涌出量 （5）回采工作面瓦斯涌出量 （6） 掘进工作面瓦斯涌出量2瓦斯涌出量预测技术2.2 分源预测法第25页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六25 2.2 分源预测法2.2.2 计算方法 （7） 生

18、产采区瓦斯涌出量 （8） 矿井瓦斯涌出量 2瓦斯涌出量预测技术2.2 分源预测法第26页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六263 矿井瓦斯爆炸3.1 瓦斯爆炸过程 3.1.1 瓦斯爆炸的化学反应过程 化学反应式为：如果井下空气O2不足，反应的最终式为： 3.瓦斯爆炸的产生与传播过程 爆炸性的混合气体与高温火源同时存在，就将发生瓦斯的初燃（初爆），初燃产生以一定速度移动的焰面，焰面后的爆炸产物具有很高的温度，由于热量集中而使爆源气体产生高温和高压并急剧膨胀而形成冲击波。如果巷道顶板附近或冒落孔内积存着瓦斯，或者巷道中有沉落的煤尘，在冲击波的作用下，它们就能均匀分布，形成新的

19、爆炸混合物，使爆炸过程得以继续下去。 爆炸时由于爆源附近气体高速向外冲击，在爆源附近形成气体稀薄的低压区，于是产生反向冲击波，使已迈破坏的区域再一次受到破坏。如果反向冲击波的空气中含有足够的CH4和02，而火源又未消失，就可以发生第二次爆炸。第27页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六273 矿井瓦斯爆炸3.2 瓦斯爆炸发生条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%。第28页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六283 矿井瓦斯爆炸3.3 瓦斯爆炸的界限瓦斯爆炸的界限第29页，共138页，20

20、22年，5月20日，1点13分，星期六293 矿井瓦斯爆炸3.4 瓦斯爆炸的危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610、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；

21、当氧气浓度减少到10l2%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。第30页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六303 矿井瓦斯爆炸3.5 瓦斯爆炸发生原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 第31页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六313 矿井瓦斯爆炸3.6引起瓦斯积聚的主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

22、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

23、瓦斯喷出、煤与瓦斯突出等第32页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六323 矿井瓦斯爆炸3.7 引起瓦斯爆炸的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。第33页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六333 矿井瓦

24、斯爆炸3.8 瓦斯爆炸的主要影响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。 N2每增加1，下限上升0.017%，上限下降 0.54；CO2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。5g/m3，3爆炸，8g/m3，2.5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3.2518.75n瓦斯浓度与引火火源混合气体

25、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。爆炸性粉尘的混入第34页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六343 矿井瓦斯爆炸3.9 防治瓦斯爆炸措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 第35页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六353 矿井瓦斯爆炸3.10 防治瓦斯爆炸范围扩大措施

26、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0.5mm，其中70以上小于0.075mm。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

27、、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。第36页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六364 煤与瓦斯突出4.1煤与瓦斯突出概述4.1.1煤与瓦斯突出基本概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

28、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。第37页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六374.1.2 国外煤与瓦斯突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

29、，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710m水平主石门揭穿l3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

30、国、波兰、日本突出次数在1000次以上的严重突出国家。4 煤与瓦斯突出4.1煤与瓦斯突出概述第38页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六384.1.3 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K1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

31、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 煤与瓦斯突出4.1煤与瓦斯突出概述第39页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六394.1.3 我国煤与瓦斯突出概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13m处突出，突出煤量1000t，突出瓦斯

32、量约25万m3，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11.2m，突出煤10500t,填堵满巷道总长度796m，涌出瓦斯93.82万m3，瓦斯逆流3120m，死亡14人 。4 煤与瓦斯突出4.1煤与瓦斯突出概述第40页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六404.1.4

33、突出分类及特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 煤与瓦斯突出4.1煤与瓦斯突出概述第41页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六414.1.4 突出分类及特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 煤与瓦斯突出4.1煤与瓦斯突出概述第42页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六424.1.5 煤与瓦斯突出的基本特

34、征4 煤与瓦斯突出4.1煤与瓦斯突出概述 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(CO2)涌出，瓦斯(CO2)涌出量远远超过突出煤的瓦斯(CO2)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

35、瓦斯突出的基本特征第43页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六434.1.5 煤与瓦斯突出的基本特征4 煤与瓦斯突出4.1煤与瓦斯突出概述 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(CO2)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

36、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第44页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六444.1.5 煤与瓦斯突出的基本特征4 煤与瓦斯突出4.1煤与瓦斯突出概述 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(CO2)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

37、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第45页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六454.1.6 煤与瓦斯突出的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 煤与瓦斯突出4.1煤与瓦斯突出概述第46页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六464.1.7 煤与瓦斯突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

38、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。

39、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 煤与瓦斯突出4.1煤与瓦斯突出概述第47页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六474.2.1 煤与瓦斯突出一般规律4.2.1.1 煤层突出危险性随采深增加而增大对同一矿区、同一矿井、同一煤层来说，随着开采深度的增加，煤层突出危险性增大，具体表现为突出次数增多、突出强度增大。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，而转变为突出矿井；一些在浅部开采突出危害较轻的突出矿井，开采到深部后，转变为严重突出矿井。 一般一个矿井

40、或一个煤层有一个开始发生突出的深度，当小于该深度时不会发生突出，当开采大于该深度时，就有发生突出的危险，在煤与瓦斯突出领域，该深度称为始突深度。始突深度一般取决于发生突出的最小瓦斯压力和井田构造状况，一般是瓦斯风化带的深度深一倍以上。 4 煤与瓦斯突出4.2煤与瓦斯突出机理第48页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六484.2.1 煤与瓦斯突出一般规律4.2.1.2 绝大多数突出发生在煤巷掘进工作面 在统计的9845次突出中，煤巷掘进工作面突出7482次，占到76%，石门揭煤工作面突出567次，占5.76%，回采工作面突出1556次，占15.8%。 需要指出的是石门揭煤工作

41、面突出次数少，并不代表石门揭煤突出危险小，危害轻，而是矿井石门揭煤次数少。在防突技术落后的6070年代，几乎每次石门揭煤都要发生煤与瓦斯突出，而且一旦发生突出，往往发生特大型煤与瓦斯突出。我国的特大型突出几乎都是在石门揭煤工作面发生的。 回采面突出次数少，而且回采面突出多数为危害相对较小的压出型煤与瓦斯突出，但采面人员集中，短兵相接，容易造成特大人身伤亡事故，不可忽视。巷道类型平巷上山下山采面石门平均突出强度(t/次)50.049.986.947.8316.5突出次数（次）465224553751556567统计次数98454 煤与瓦斯突出4.2煤与瓦斯突出机理第49页，共138页，2022年

42、，5月20日，1点13分，星期六494.2.1 煤与瓦斯突出一般规律4.2.1.3 石门突出危险性最大 在统计的9845突出中，尽管石门突出次数少，但突出强度大，平均突出强度为316.5t，是平巷平均突出强度50t的6倍以上，瓦斯喷出量超过数万立方米，波及范围广，易造成非常严重的重大事故。而且从石门工作面距煤层2m起至穿过煤层全厚而进入顶板或底板2m止，整个揭穿过程都有危险，也曾发生过仅2m厚煤层在石门揭穿过程中突出两次的实例。在各种突出中，采面突出强度最小 ，平均突出强度为47.8t。 巷道类型平巷上山下山采面石门平均突出强度(t/次)50.049.986.947.8316.5突出次数（次）

43、465224553751556567统计次数98454 煤与瓦斯突出4.2煤与瓦斯突出机理第50页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六504.2.1 煤与瓦斯突出一般规律4.2.1.4 煤层突出危险性随煤厚增加而加大 对同一矿区、同一矿井来说，突出煤层厚度越大，突出危险性也越大，特别是软分层的厚度的增加，突出的次数增多，突出度增大。南桐矿务局三号煤煤层厚度0.30.5m，平均突出强度2吨，最大突出强度5吨；五号煤煤厚0.70.8m，平均突出强度38吨，最大突出强度38吨；六号煤厚1.01.5m，平均突出强度43吨，最大突出强度450吨；而煤层厚度较大的4号层，煤厚为2.53

44、.2m，平均突出强度88吨，最大突出强度5000吨。该局所有特大型突出都发生在该煤层，突出次数占全局突出次数的60%以上。类别三号煤层四号煤层五号煤层六号煤层煤层厚度（m）0.30.52.63.20.70.81.01.5突出次数（次）93258697平均突出强度（t/次）2883843突出最大强度（t/次）550007664504 煤与瓦斯突出4.2煤与瓦斯突出机理第51页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六514.2.1 煤与瓦斯突出一般规律4.2.1.5 突出大多数发生在地质构造带 在有严重突出危险的矿务局的3082次有明确有无地质构造记录的突出中，有2525次突出突出

45、地点有断层、褶曲、火成岩侵入、煤层厚度变化等地质构造，无地质构造的突出有557次，仅占18.1%。需要指出的是，对刚刚开始突出的突出矿井、突出煤层，突出几乎都和地质构造有关，而对突出已有几十年历史的严重突出矿井、突出煤层，当作业地点无地质构造时，也可能发生煤与瓦斯突出。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)48.474.864.7194.9116.847.353.048.0突出次数（次）882342574710035655726425254 煤与瓦斯突出4.2煤与瓦斯突出机理第52页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六

46、524.2.1 煤与瓦斯突出一般规律4.2.1.6 大多数突出前有作业方式诱导 在对我国8480次有明确作业方式记录的突出事例统计表明，有8253次有放炮、支护、落煤、打钻等作业方式诱导了突出，占97.3%,其中放炮作业突出5481次，占64.6%。值得注意的是风镐落煤突出676次，占8%；手镐落煤突出1102次，占13%。尽管风镐落煤和手镐落煤突出强度一般不大，仅1020吨，但施工人员在现场，一旦发生突出，势必造成人身伤亡事故。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)46492.538.031.452.835.835.64

47、0.225.782.661.1突出次数（次）548138583812738358812723584804 煤与瓦斯突出4.2煤与瓦斯突出机理第53页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六534.2.1 煤与瓦斯突出一般规律4.2.1.7 突出前大多有突出预兆 多数煤与瓦斯突出事例发生前，都会出现各种不同的有声或无声预兆。在统计的我国5029次有明确突出预兆记载的突出事例中，有4493次突出发生前有突出预兆，占89.3%，无突出预兆仅有536次，占10.7%。因此，熟悉掌握煤与瓦斯突出，对防止突出造成人身伤亡事故，具有十分重要的现实意义。 突出预兆响煤炮瓦斯异常瓦斯忽大忽小片帮

48、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)55.457. 669.545.054.2128.178.494.856.2突出次数（次）141547110174081918246253630350294 煤与瓦斯突出4.2煤与瓦斯突出机理第54页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六544.2.1 煤与瓦斯突出一般规律4.2.1.8 煤体破坏程度越高突出危险性越大 突出煤层结构特点是是破坏程度高，多为、类煤，煤的坚固性系数f一般小于0.5，煤层瓦斯放散初速度P大，煤层透气性系数小，层理紊乱，多为遭受到地质构造揉皱的构造煤。 随着煤结构破坏程度的增大

49、，煤的空隙体积增大,煤的强度减小，煤的瓦斯解吸和放散初速度增大。煤强度的减小,连结力和内摩擦角减小，使得煤在地压和瓦斯压力作用下更易于破碎，减少了破碎煤所需要的功。解吸速度的提高，使煤的瓦斯能量释放速度加快。以上这些因素都为煤和瓦斯突出创造了有利条件。参数单位 连结力，KMPa2.481.731.050.73内摩擦角，度38.837.534.633.3渗透孔隙体积，Vcm3g0.012060.013050.021550.031360.0825煤的坚固性系数，f0.692.20.251.330.130.520.10.330.1瓦斯放散初速度，P0.52.80.58119.33.821.713.7

50、22.14 煤与瓦斯突出4.2煤与瓦斯突出机理第55页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六554.2.1 煤与瓦斯突出一般规律4.2.1.9 煤层突出危险区常呈区域条带状分布 突出危险区呈带状分布。究其原因，目前的观点是突出危险区受到地质构造控制，而地质构造具有带状分布的特征，如断层、向斜轴部、火成岩侵入地区、煤层扭转地区、煤层产状急剧变化、压性及压扭性断层地带、煤层构造分岔、顶底板阶梯状凸起地区，特别是软分层变厚地区和各种地质构造交汇处都是突出点密集地区，发生大型甚至特大型突出地区。 采掘形成的应力集中带，如采掘工作面邻近煤柱、采止线、两条巷道贯通之前的应力集中带，相向采

51、掘的两工作面互相接近的采煤工作面集中应力带内煤层突出危险性增大。这些地区往往也有带状分布的特点，在这些地带不仅突出频繁，而且极易发生大强度煤与瓦斯突出。 因此，在突出煤层开采过程中，地质部门应随时掌握工作面附近地质构造变化情况，能够针对性地指导防突工作的进行。4 煤与瓦斯突出4.2煤与瓦斯突出机理第56页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六564.2.1 煤与瓦斯突出一般规律4.2.1.10 突出危险性随着有硬而厚的围岩存在而增大 主要是硅质灰岩和砂岩等坚硬岩层的存在，有时造成巷道或工作面支架大面积不接顶，给弹性潜能的积聚创造条件，同时增大工作面前方应力梯度。4 煤与瓦斯突

52、出4.2煤与瓦斯突出机理第57页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六574.2.2 煤与瓦斯突出发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

53、性能。 不均质性条件。4 煤与瓦斯突出4.2煤与瓦斯突出机理第58页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六584.2.3 煤与瓦斯突出发生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

54、体能产生自发连续的破碎，这是突出的发展条件。4 煤与瓦斯突出4.2煤与瓦斯突出机理第59页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六594.2.4 煤与瓦斯突出发展过程 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

55、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 煤与瓦斯突出4.2煤与瓦斯突出机理第60页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六604.3.1 “四位一体”综合防突体系 1、“四位一体”防突产生背景 2、“四位一体”综合防突的必要性、技术发展的必然；、认识上的不确知性；、技术上的不完善性；、保证不发生伤亡事故。4 煤与瓦斯突出4.3

56、“四位一体”综合防体系第61页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六614.3.2 两个 “四位一体”综合防突措施 区域防突措施区域验证区域措施效果检验区域突出危险性预测 石门揭煤工作面采用规定第七十一条、在煤巷掘进工作面第七十四条、回采工作面第七十八条规定的预测方法对无突出危险区进行区域验证。预抽煤层瓦斯、开采解放层和煤层注水可划分出突出危险区和无突出危险区。区域“四位一体”综合防突措施4 煤与瓦斯突出4.3 “四位一体”综合防体系开采保护层的保护效果检验主要采用残余瓦斯压力、残余瓦斯含量、顶底板位移量。预抽煤层瓦斯区域防突措施时，应当以预抽区域的煤层残余瓦斯压力或者残余瓦

57、斯含量 。第62页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六624.3.2 两个 “四位一体”综合防突措施局部防突措施安全防护措施工作面措施效果检验工作面突出危险性预测 震动放炮、超前钻孔、松动爆破等 震动爆破、远距离爆破、避难硐室、反向风门、压风自救系统、自救器等安全防护措施。划分为突出危险和无突出危险工作面。工作面“四位一体”综合防突措施4 煤与瓦斯突出4.3 “四位一体”综合防体系第63页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六634.3.3 “四位一体”综合防突实施局部综合防突措施区域综合防突措施建井期间进行突出煤层、突出矿井鉴定非突出矿井生产矿井突出煤层

58、、突出矿井鉴定有突出煤层无突出煤层：按非突出矿井管理危险区新建矿井突出危险性评估有突出危险：按突出矿井设计无突出危险：按非突出矿井设计突出矿井突出煤层开拓前区域预测：用于指导新水平、新采区设计及开拓工程揭煤区域措施效果检验危险区无危险区每采掘1050m进行区域验证有危险无危险工作面预测突出危险工作面无突出危险工作面工作面措施效果检验执行安全防护措施后采掘作业工作面防突措施突出危险工作面无突出危险工作面执行安全防护措施后采掘作业区域防突措施无危险区开拓后区域预测第64页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六644.4.1 煤与瓦斯突出预测方法分类按预测任务的不同分类单项指标法工

59、作面预测突出预测区域预测地质雷达方法综合指标法瓦斯地质统计法其它方法巷道瓦斯涌出特征法R值指标法复合指标法煤体温度法钻屑瓦斯解吸指标法声发射方法其它经试验证实有效的方法 坑透法动力区划法三维地震法综合指标法瑞利波方法瓦斯地质方法煤体电磁辐射方法4 煤与瓦斯突出4.4煤与瓦斯突出预测第65页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六654.4.1 煤与瓦斯突出预测方法分类按作业地点的不同分类突出矿井和突出煤层的鉴定突出预测平巷掘进工作面预测石门揭煤工作面预测突出煤层内区域预测煤巷掘进工作面预测下山掘进工作面预测上山掘进工作面预测回采工作面预测4 煤与瓦斯突出4.4煤与瓦斯突出预测第

60、66页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六664.4.1 煤与瓦斯突出预测方法分类按预测工艺的不同分类4 煤与瓦斯突出4.4煤与瓦斯突出预测非接触式突出预测接触式地质雷达方法巷道瓦斯涌出特征法R值指标法复合指标法煤体温度法声发射方法煤体电磁辐射方法钻屑指标法第67页，共138页，2022年，5月20日，1点13分，星期六674.4.2矿井和煤层突出危险性鉴定 突出矿井、突出煤层鉴定相关规定 防治煤与瓦斯突出规定（以下简称规定）第12条规定：突出煤层和突出矿井的鉴定由煤矿企业委托具有突出危险性鉴定资质的单位进行。煤矿企业应当将鉴定结果报省级煤炭行业管理部门、煤矿安全监管部门、