煤与瓦斯突出预测及防治

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河南理工大学瓦斯地质研究所 魏风清

煤与瓦斯突出预测及防治

煤与瓦斯突出预测及防治 煤与瓦斯突出机理 煤与瓦斯突出分类 煤与瓦斯突出特征与规律 煤与瓦斯突出预测方法 煤与瓦斯突出防治措施

煤与瓦斯突出预测及防治

煤与瓦斯突出机理 单因素假说 综合假说 流变假说(周世宁，何学秋) 球壳失稳理论(蒋成林，俞启香) 固流偶合失稳理论(章梦涛，梁冰)

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煤与瓦斯突出机理 综合作用假说 该类假说最早由前苏联的Я.Э.聂克拉索夫斯基教授在50年代提出， 他认为煤与瓦斯突出是由于地压和瓦斯的共同作用引起的。到50年代 中期，А.А.斯科钦斯基院士根据开采突出危险煤层的经验，以及当时 的科研工作成果，提出突出是由于下列因素综合作用的结果： (1)地压； (2)包含在煤体中的瓦斯； (3)煤的物理力学性质，煤的微结构和宏观结构及煤层结构； (4)在急倾斜煤层中，煤层工作面附近的煤的自重。 这些为综合假说奠定了基础。 综合作用假说认为：煤与瓦斯突出是由地应力、包含在煤体中的瓦 斯以及煤体自身物理力学性质三者综合作用的结果。持综合作用假说 观点的学者都承认，煤与瓦斯突出是综合因素作用的结果。

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煤与瓦斯突出分类 1、按动力现象的力学(能量 特征分类 、按动力现象的力学 能量 能量)特征分类根据动力现象的力学(能源)特征不同，煤与瓦斯突出可分为突出、 压出与倾出三类。 (1)发动突出的主要作用力是地应力和瓦斯压力的联合作用，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瓦斯潜能。 (2)发动与实现压出的主要作用力是地应力，瓦斯压力与煤的自重 是次要因素，压出的基本能源是煤岩所积蓄的弹性变形能。 (3)发动倾出的主要因素是地应力，即结构松软、含有瓦斯致使内 聚力降低的煤，在较高地应力作用下，突然破坏、失去平衡，为其位 能的释放创造了条件，实现倾出的主要力是失稳煤的自重。 这三类力现象的发动都以地应力为主，所以它们的预兆相似(如有 声响预兆等),对震动以及引起应力集中的各因素都非常敏感，在应 力 集中地带、地质构造带、软煤带等处都易发生这三类现象。

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煤与瓦斯突出分类 2、按动力现象的强度分类 、 (1)小型突出：强度<50t/次(突出后，经过几十分钟瓦 斯浓度可恢复正常); (2)中型突出：强度50~99t/次(突出后，经过一个工 作班以上瓦斯浓度可逐步恢复正常); ) (3)次大型突出：强度100~499t/次(突出后，经过一 天以上瓦斯

浓度可逐步恢复正常); (4)大型突出：强度500—999t/次(突出后，经过几 天回风系统瓦斯浓度可逐步恢复正常); (5)特大型突出：强度>1000t/次(突出后，经过长 时间排放瓦斯，回风系统瓦斯浓度才恢复正常)。

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煤与瓦斯突出特征与规律 根据我国主要突出矿区如天府、南桐、里王庙、焦作、六 枝等的统计资料表明，突出发生的一般规律有： (1)突出发生在一定的深度上，开始发生突出的最浅深 度称为始突深度，一般它比瓦斯风化带的深度深一倍以上。 (2)突出的次数和强度随着煤层厚度特别是软分层的厚 2 度的增加而增多。突出最严重的煤层一般是最厚的主采煤 层。 (3)突出的气体种类主要是甲烷，个别矿井(吉林营城、 甘肃窑街)突出二氧化碳。 (4)突出煤层的特点是煤的力学强度低，而且变化大； 透气性差(透气性系数〈10m2/(Mpa2.d)〉;瓦斯故散初 速度高；湿度小；层理紊乱、遭受过地质构造力严重破坏 的“构造煤”。

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煤与瓦斯突出特征与规律 (5)突出危险区呈带状分布，这是因为影响突出 的主要因素受地质构造控制的缘故，而地质构造 具有带状分布的特征。 (7)采掘工作往往可激发突出，特别是落煤与 震动作业，不仅可引起应力状态的变化，而且可 使动载荷作用在新暴露煤体上造成煤的突然破碎。 (8)绝大多数突出都有预兆。 (9)煤与瓦斯突出主要发生在掘进工作面，但石 门突出强度最大。

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煤与瓦斯突出预测方法 煤层突出危险性预测 区域突出危险性预测 工作面突出危险性预测 《防治煤与瓦斯突出细则》、《煤矿安 全规程》、《煤与瓦斯突出鉴定方法》、 《煤与瓦斯突出矿井鉴定规范》

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煤与瓦斯突出预测方法 1、煤层突出危险性预测 (1)突出煤层 (2)非突出煤层 (3)预测指标 A、动力现象：在采掘过程中发生过煤与瓦斯突出 的煤层。 B、单项指标：煤的破坏类型、瓦斯放散初速度指 标、煤的坚固性系数和煤层瓦斯压力。煤层突出危险性 突出危险 煤的破坏类型 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 瓦斯放散初速度指标 ≥10 煤的坚固性系 数f ≤0.5 煤层瓦斯压力， MPa ≥0.74

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煤与瓦斯突出预测方法 2、区域突出危险性预测 (1)预测指标 A、瓦斯地质统计法 B、综合指标法 ：D、K (2)预测结果 A、突出危险区 B、突出威胁区 C、无突山危险区。

K =

P f

D = (0.0075H f 3)( P 0.074)

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煤与瓦斯突出预测方法 3、工作面突出危险性预测 (1)接触式预测方法：q、S、 h2 、K1 (2) 非接触式连续动态预测方法：AE、 瓦斯涌出量

、T、电磁辐射等

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煤与瓦斯突出防治措施 1、区域性防突措施 2、局部性防突措施 防突措施的作用：减少瓦斯、降低应力

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煤与瓦斯突出防治措施 1、区域性防突措施 (1)开采保护层 (2)预抽煤层瓦斯 (3)煤体湿润

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煤与瓦斯突出防治措施 2、局部性防突措施 (1)水力松动 (2)水力压裂 (3)卸压缝 (4)卸压槽 (5)卸压腔 (6)超前钻孔 (7)水力爆破

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局部性防突措施 (1)水力松动 机理：水力松动的实质是在回采工作面或准备巷 道工作面施工钻孔，通过钻孔向煤层压入特殊状 态的水溶液，通过水对煤体结构的破坏作用改变 工作面附近煤层的瓦斯动力状态和应力应变状态 ， 在工作面附近煤层形成裂隙带，导致煤层失去支 撑能力，引起集中应力带向煤体深部转移。由于 煤层失去支撑能力，在工作面附近形成卸压带时， 同时伴有瓦斯向外排放。

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局部性防突措施 (1)水力松动

水力松动时裂隙发育图 1—煤层工作面；2—封孔器；3—钻孔充水部分；Ⅰ~Ⅳ—裂隙发育阶段 煤层工作面； 封孔器 封孔器； 钻孔充水部分 钻孔充水部分； 煤层工作面 裂隙发育阶段

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局部性防突措施 (1)水力松动 ) 水力松动参数 钻孔深度，m………………………………………………6~11 钻孔直径，m………………………………………………42~45 钻孔封孔深度，m…………………………………………4~8 钻孔间距，m………………………………………………6~12 钻孔超前距离，m…………………………………………2~3 吨煤设计注水量，L………………………………………..20 注水压力，MPa……………………………………………

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局部性防突措施 (2)水力压裂 ) 机理：借助于钻孔向煤层 注入高压水，将工作面附 近煤层强制压出。由于水 力压裂造成工作面附近煤 层向采掘空间推出，使煤 层发生松动、形成裂隙。 此时在水力作用区应力严 重减小，煤层透气性大大 提高，煤层局部卸压和湿 润，压出煤体的机械强度 和支撑能力降低，应力重 新分布，因此最大支承应 力点向煤体深部转移。

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