煤与瓦斯突出防治技术,孙波024-24117159煤炭科学研究总院沈阳研究院2012-1-1,研究室主任 研究员,研究室主任 研究员,20092012年执行的有关规定,防治煤与瓦斯突出规定 2009.8.1 煤与瓦斯突出危险性区域预测方法 GB/T 25216-2010 2011.2.1 煤矿瓦斯等级鉴定暂行办法 2012.3.1 煤矿瓦斯抽采达标暂行规定 2012.3.1,主 要 内 容,一、煤与瓦斯突出现状及防治技术发展 二、煤与瓦斯突出的基本知识 三、防治煤与瓦斯突出规定解读 四、防突技术的一些认识 五、突出预测仪器仪表,第一部分 突出现状及防治技术发展,1、煤与瓦斯突出的现状,我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一，据统计，从1950年吉林辽源富国西二坑在垂深 280 m 煤巷掘进发生第一次有记载突出以来 ,到 2010 年底 ,国有重点煤矿中先后有200多个矿井发生了 上万次煤与瓦斯突出 ,死亡几千人。,2007 - 2010 年间共发生瓦斯类事故214起, 死亡1688人, 其中瓦斯爆炸事故发生98起, 死亡902人, 占瓦斯事故总数的45% , 占瓦斯事故总死亡人数的54%; 瓦斯突出事故共发生87起, 死亡661人, 占瓦斯事故总数的40%, 占瓦斯事故总死亡人数的39%; 瓦斯燃烧事故发生12起, 死亡58人,占瓦斯事故总数的6%, 占瓦斯事故总死亡人数的3% ; 窒息类事故发生19起, 死亡67人, 占瓦斯事故总数的9%, 占瓦斯事故总死亡人数的4%, 如表1所示。,表1 20072010年瓦斯事故统计,根据20012008年度的煤与瓦斯突出现象统计（见图1），突出矿井分布较广，煤矿突出次数较多的省份大多都集中在湖南、贵州、重庆、四川、 云南和江西等南方省份。总的来说, 我国煤矿突出矿井的分布是南多北少, 南重北轻的趋势。,图1 20012008年突出次数区域分布,龙煤集团公司瓦斯灾害简况： 龙煤股份公司现有42个煤矿，总设计生产能力54.15Mt/a，2010年核定生产能力59.39Mt/a，2010年原煤产量52.96Mt。在42个煤矿中，共有煤与瓦斯突出矿井7对、高瓦斯矿井22对、低瓦斯矿井13对，鹤岗分公司是突出严重区域。,表2 龙煤股份公司生产矿井情况统计,下表3为鹤岗分公司煤与瓦斯突出情况统计。截止到2010年末，共发生突出22次，涉及到5个矿井8个煤层，总计突出煤岩量6246t，涌出瓦斯量为22.49万m3，最大突出强度为兴山矿的煤岩量3100t，涌出瓦斯16.67万m3，最浅突出标高为益新矿的-11m，最低标高为峻德矿的-495m。,表3 鹤岗分公司煤与瓦斯突出情况,突出事故频发的原因分析：1）煤与瓦斯突出灾害日趋严重：随着煤矿开采深度的增加 ,煤层瓦斯压力大、瓦斯含量高 ,煤质松软 ,煤层透气性低 ,煤层瓦斯不易在采前抽采 ,但在采掘过程中瓦斯放散量大、放散速度快 ,再加上开采煤层地质条件复杂 ,煤与瓦斯突出灾害日趋严重。,我国煤矿每年以2050m 的速度向深部延深，有约50对矿井开采深度达到8001200m，地应力及瓦斯压力不断增加，突出灾害日趋严重。龙煤集团也不例外，目前最大开采深度已达到1100m（鸡西分公司东山煤矿），鹤岗分公司开采深度已达880m。防突形势不容乐观，必须下大力气防治煤与瓦斯突出。,2）突出矿井防突措施不到位，安全基础薄弱：随着煤炭市场形势好转 ,不少突出矿井急于增加产量 ,致使采掘接替紧张 ,煤炭生产和防突工作的矛盾显得非常突出 ,实施防突技术措施没有足够的抽(排)放瓦斯时间 ,贯彻先抽后采力度不够 ,很难实现“抽、掘、采”协调发展。,3）高素质人才匮乏：防突专业技术人才缺乏 ,煤矿企业不仅没有人力研究矿井的突出动态和规律、总结经验教训 ,而且影响到了日常防突技术管理工作;再加上煤矿用工制度不规范 ,井下一线人员流动性大 ,现有职工队伍整体技术水平明显低于计划经济时期 ,致使煤矿防突工作陷于应付、被动状态，“四位一体”综合防突措施得不到很好地落实 ,更是无力深入探索符合本矿区实际、切实有效的综合防突措施。4) 部分矿井安全投入不够。,2、我国煤与瓦斯突出防治技术的发展,煤与瓦斯突出现象发生已经经历了一个半世纪，我国的煤与瓦斯突出防治技术起步较晚。随着二十世纪五十年代初抚顺煤炭研究所的成立而开始起步，纵观其发展过程，大致可以为四个阶段：第一阶段，即五十年代，以安全防护措施为主的阶段，防突目的即在发生煤与瓦斯突出时，避免发生人身伤亡事故。该阶段提出的防突措施主要有震动性放炮。即在作业人员远离工作面的条件下放震动炮，诱导煤层发生突出，以保证作业人员的安全。第二阶段，即防突措施研究试验阶段，从五十年代末到七十年代初。在该阶段，提出了多种区域性和局部性防突措施，其中防突效果比较成功的的区域性防突措施主要有开采解放层和预抽煤层瓦斯；局部性防突措施有超前钻孔、松动爆破、煤层注水、水力冲孔、水力冲刷以及石门揭煤架设金属骨架等等，其中开采解放层在六、七十年代在北票、中梁山等局得到了最为广泛的应用，技术在运用过程中趋于完善，而松动爆破和超前钻孔措施是目前突出矿井应用最为普遍的局部防突措施，并起到了很好的防突效果。,第三阶段，即突出预测阶段，从七十年代开始到八十年代初。抚顺分院在国内首先与北票矿务局、白沙矿务局合作，从七十年代开始进行煤层区域突出危险性预测，提出了预测煤层突出危险性的单项指标P、瓦斯压力为P，坚固性系数f和综合指标D、K。七十年代末到八十年代初抚顺分院又在国内率先提出了工作面突出危险性预测钻屑解析指标h2、钻屑量S。1984年重庆分院也提出了工作面突出危险性瓦斯解吸指标K1值。第四阶段，即四位一体综合防突阶段。从1988年开始，以防治煤与瓦斯突出细则的颁布为标志，我国的防突技术全面进入以预测、措施、措施效果检验和人身安全防护措施四位一体综合防突阶段。该阶段将突出预测和防突措施效果检验引入到防突工作中来，以法规的形式将预测、防突技术措施、措施效果检验和安全防护措施结合起来在全国突出矿井推广应用。为了贯彻四位一体防突技术，原煤炭部责成抚顺分院和重庆分院组成专家组在全国统配局矿和部分地方煤矿进行技术宣讲，从此我国的防突技术水平有了质的飞跃，突出次数由八十年代初的全国每年上千次下降到目前的200多次。而一些防突技术水平较高局矿，年突出仅几次。随着2009年度8月1日防治煤与瓦斯突出规定的颁布实施，防突理念发生了根本的变化，坚持区域防突措施先行，局部防突措施补充的原则；不掘突出头，不采突出面；未按要求采取区域综合防突措施，严禁采掘；区域措施坚持多措并举、可保必保、应抽尽抽、效果达标的原则。（见下图2）,图2：防治煤与瓦斯突出基本流程参考示意图,第二部分 煤与瓦斯突出概述,煤与瓦斯突出概述 煤与瓦斯动力现象分类及突出预兆 突出现象的发生机理,在煤矿井下采掘过程中，在极短时间内（数秒至几分钟）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，简称突出。世界上首例煤与瓦斯突出事例发生在1843年法国。1879年4月17日比利时阿拉波二号井上山眼掘进时发生了世界上第一例大强度突出，突出强度420吨煤，喷出50万立方米以上的瓦斯。世界上最大的一次突出发生在1969年7月13日苏联顿巴斯加加林矿710m水平主石门揭穿L3煤层时，煤层厚仅1.03m，突出煤量1.42万吨，瓦斯25万立方米。迄今为止，世界各主要产煤国家几乎都发生煤与瓦斯突出，这些国家主要有中国、前苏联、波兰、日本、法国、美国、匈牙利、比利时、德国、英国、澳大利亚等。其中，中国、苏联、法国、波兰、日本是突出在千吨以上的较严重的国家。追溯我国煤矿煤与瓦斯突出的历史，最早有记载的突出是1950年5月2日辽源矿务局富国二井在垂深280m煤巷掘进时发生的。1915年8月8日在天府矿务局三汇坝，一矿主平硐揭6#煤层震动放炮时突出煤岩量12780吨，瓦斯量140万立方米，这是目前为止所发生的的最大的一次突出事例，也是世界上第二大突出事例。尽管我国煤与瓦斯突出历史比较短，但是，是世界上第一个突出次数超万次的国家，因此是世界上突出最严重的国家。突出特点是突出矿井比较多，强度大，突出频繁。,1、煤与瓦斯突出概述,鱼田堡矿+150m水平主石门揭煤第一次突出示意图,4煤,煤厚2.4m,倾角30度,瓦斯压力2.26MPa,震动放炮揭煤,突出煤岩56t,瓦斯4500m3,鱼田堡矿+150m水平主石门揭煤第二次突出示意图,放炮揭煤层底板时,突出煤粉1473t,岩石80m3,瓦斯逆流冲出进风竖井井口到地面,煤厚2.8m,金属骨架及震动放炮措施,揭开石门过煤门时突出,3500t,125万m3。,金属骨架孔12个，插入15kg/m钢轨,南桐局一井三号石门揭开四煤层突出示意图,测压：3.54.4MPa 措施：施工11个排放钻孔及4个松动爆破孔。震动放炮诱导突出，突出煤量5270t，煤抛出280m远，瓦斯逆流2200m以上。,天府局+110水平北六石门对掘揭九煤突出示意图,该次突出是自行冲破岩柱发生的，尽管未进行爆破揭煤，但在应力作用下，岩柱已破坏，具有突出危险的软煤突然暴露，发生了煤与瓦斯突出。,南桐局东林矿+310水平南十石门揭四煤突出示意图,北票三宝一井西一采区反眼延期突出情况示意图,突出煤矸1500t，瓦斯5.44万m3，突出煤充满125m巷道，瓦斯逆流400m以上。,延期突出实例,放炮1820min后听到两声巨响发生了突出,煤与瓦斯突出是煤矿严重的自然灾害之一，是煤、岩和瓦斯参与下的一种复杂的动力现象。具体表现为在数秒至几十秒钟极短的时间内向巷道、采面等采掘空间抛出大量的煤岩，并喷出大量的瓦斯。煤量从几吨到上万吨，瓦斯量从几十立方米到数百万立方米。危害轻的摧毁巷道支架，推倒矿车，破坏通风设施，引起局部地区风流反风，严重的使井巷充满煤岩和瓦斯，造成人员窒息、埋人，甚至可能引起矿井瓦斯爆炸等煤矿恶性伤亡事故。如1879年4月17日比利时阿拉波二号井上山眼掘进时发生了世界上第一例大强度突出，突出强度420吨煤，喷出50万立方米以上的瓦斯，逆流瓦斯从提升井口23m处绞车房附近的火炉引燃瓦斯，火焰高达50m，井口建筑一片废墟，在2小时后火焰将要熄灭时，又连续发生了7次恶性瓦斯爆炸，造成124人丧生，其中地面烧死3人，烧伤11人的特大恶性煤与瓦斯突出事故。,煤与瓦斯突出的危害,1) 煤层突出危险性随采深增加而加大; 2) 突出多发生在地质构造带。如在断层、褶曲和火成岩侵入的地区，受挤压扭曲严重易发生突出。见下面示意图。 3) 突出的气体主要是CH4，少数情况下为CO2。一般情况下，瓦斯压力和瓦斯含量越大，突出危险越严重。 4) 煤体破坏程度越严重，煤的强度越小，突出危险性越大。 5) 采掘工作面应力集中区容易发生突出。 6) 突出常发生于外力冲击作用下。如放炮、支护、落煤等作业方式诱导。 7) 突出多数有突出予兆（有声和无声预兆）。 8) 石门突出危险性最大,发生突出的强度大。 9）煤层突出危险区常呈带状分布。统计表明在突出煤层中，突出危险区占突出煤层总区域面积不到10，即突出煤层并非处处都危险，相反大多数地区无突出危险，这也是突出预测工作的意义所在。,煤与瓦斯突出发生的一般规律,1-不透气性岩层； 2-煤层瓦斯含量增高部位； 3-煤层,几钟常见的储存瓦斯构造图,1-瓦斯流失区；2-瓦斯含量降低区；3-瓦斯含量增高区；4-瓦斯含量正常区；5-地表,断层对煤层瓦斯含量影响示意图,按瓦斯动力现象力学基本特征,可分为：突出、压出和倾出； 按参与突出特种类分为：煤与瓦斯突出、岩石与瓦斯突出、煤与二氧化碳突出、岩石与二氧化碳突出。原在东德发生过岩盐与CO2突出，窑街局三矿发生了特大强度的煤、岩石、CO2和瓦斯突出。 按突出发生地点分为：石门突出、平巷突出、上山突出、下山突出以及回采面突出等。 按突出强度一般可分为：小型突出100t，中型突出100500t，大型突出5001000t，特大型突出大于1000t。,