1、煤與瓦斯突出預測及防治第1頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四煤與瓦斯突出預測及防治煤與瓦斯突出機理煤與瓦斯突出分類煤與瓦斯突出特征與規律煤與瓦斯突出預測方法煤與瓦斯突出防治措施第2頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四煤與瓦斯突出機理單因素假說綜合假說流變假說（周世寧，何學秋）球殼失穩理論（蔣成林，俞啟香）固流偶合失穩理論（章夢濤，梁冰）第3頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四煤與瓦斯突出機理綜合作用假說 該類假說最早由前蘇聯的.聶克拉索夫斯基教授在50年代提出，他認為煤與瓦斯突出是由于地壓和瓦斯的共同作用引起的。到50年代中期

2、，.斯科欽斯基院士根據開采突出危險煤層的經驗，以及當時的科研工作成果，提出突出是由于下列因素綜合作用的結果： （1）地壓； （2）包含在煤體中的瓦斯； （3）煤的物理力學性質，煤的微結構和宏觀結構及煤層結構； （4）在急傾斜煤層中，煤層工作面附近的煤的自重。這些為綜合假說奠定了基礎。 綜合作用假說認為：煤與瓦斯突出是由地應力、包含在煤體中的瓦斯以及煤體自身物理力學性質三者綜合作用的結果。持綜合作用假說觀點的學者都承認，煤與瓦斯突出是綜合因素作用的結果。第4頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四煤與瓦斯突出分類1、按動力現象的力學(能量)特征分類 根據動力現象的力學(能源)特

3、征不同，煤與瓦斯突出可分為突出、壓出與傾出三類。（1）發動突出的主要作用力是地應力和瓦斯壓力的聯合作用，通常以地應力為主，瓦斯壓力為輔，重力不起決定作用；實現突出的基本能源是煤內積蓄的高壓瓦斯潛能。（2）發動與實現壓出的主要作用力是地應力，瓦斯壓力與煤的自重是次要因素，壓出的基本能源是煤巖所積蓄的彈性變形能。（3）發動傾出的主要因素是地應力，即結構松軟、含有瓦斯致使內聚力降低的煤，在較高地應力作用下，突然破壞、失去平衡，為其位能的釋放創造了條件，實現傾出的主要力是失穩煤的自重。 這三類力現象的發動都以地應力為主，所以它們的預兆相似(如有聲響預兆等)，對震動以及引起應力集中的各因素都非常敏感，在

4、應力 集中地帶、地質構造帶、軟煤帶等處都易發生這三類現象。第5頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四煤與瓦斯突出分類2、按動力現象的強度分類 （1）小型突出：強度1000t次（突出后，經過長時間排放瓦斯，回風系統瓦斯濃度才恢復正常）。第6頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四煤與瓦斯突出特征與規律根據我國主要突出礦區如天府、南桐、里王廟、焦作、六枝等的統計資料表明，突出發生的一般規律有：（1）突出發生在一定的深度上，開始發生突出的最淺深度稱為始突深度，一般它比瓦斯風化帶的深度深一倍以上。（2）突出的次數和強度隨著煤層厚度特別是軟分層的厚度的增加而增多。突

5、出最嚴重的煤層一般是最厚的主采煤層。 （3）突出的氣體種類主要是甲烷，個別礦井(吉林營城、甘肅窯街)突出二氧化碳。（4）突出煤層的特點是煤的力學強度低，而且變化大；透氣性差(透氣性系數10m2(Mpa2.d)；瓦斯故散初速度高；濕度小；層理紊亂、遭受過地質構造力嚴重破壞的“構造煤”。第7頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四煤與瓦斯突出特征與規律（5）突出危險區呈帶狀分布，這是因為影響突出的主要因素受地質構造控制的緣故，而地質構造具有帶狀分布的特征。 （7）采掘工作往往可激發突出，特別是落煤與震動作業，不僅可引起應力狀態的變化，而且可使動載荷作用在新暴露煤體上造成煤的突然破

6、碎。 （8）絕大多數突出都有預兆。（9）煤與瓦斯突出主要發生在掘進工作面，但石門突出強度最大。第8頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四煤與瓦斯突出預測方法煤層突出危險性預測區域突出危險性預測工作面突出危險性預測防治煤與瓦斯突出細則、煤礦安全規程、煤與瓦斯突出鑒定方法、煤與瓦斯突出礦井鑒定規范第9頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四煤與瓦斯突出預測方法1、煤層突出危險性預測（1）突出煤層（2）非突出煤層（3）預測指標A、動力現象：在采掘過程中發生過煤與瓦斯突出的煤層。B、單項指標：煤的破壞類型、瓦斯放散初速度指標、煤的堅固性系數和煤層瓦斯壓力。 煤層突

7、出危險性煤的破壞類型瓦斯放散初速度指標煤的堅固性系數f煤層瓦斯壓力，MPa突出危險、100.50.74第10頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四煤與瓦斯突出預測方法2、區域突出危險性預測（1）預測指標A、瓦斯地質統計法 B、綜合指標法 ：D、K（2）預測結果A、突出危險區B、突出威脅區C、無突山危險區。第11頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四煤與瓦斯突出預測方法3、工作面突出危險性預測（1）接觸式預測方法：q、S、h2 、K1（2） 非接觸式連續動態預測方法：AE、瓦斯涌出量、T、電磁輻射等第12頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，

8、星期四煤與瓦斯突出防治措施1、區域性防突措施2、局部性防突措施防突措施的作用：減少瓦斯、降低應力第13頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四煤與瓦斯突出防治措施1、區域性防突措施（1）開采保護層（2）預抽煤層瓦斯（3）煤體濕潤第14頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四煤與瓦斯突出防治措施2、局部性防突措施（1）水力松動（2）水力壓裂（3）卸壓縫（4）卸壓槽（5）卸壓腔（6）超前鉆孔（7）水力爆破第15頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四局部性防突措施（1）水力松動機理：水力松動的實質是在回采工作面或準備巷道工作面施工鉆孔，通過鉆孔

9、向煤層壓入特殊狀態的水溶液，通過水對煤體結構的破壞作用改變工作面附近煤層的瓦斯動力狀態和應力應變狀態 ，在工作面附近煤層形成裂隙帶，導致煤層失去支撐能力，引起集中應力帶向煤體深部轉移。由于煤層失去支撐能力，在工作面附近形成卸壓帶時，同時伴有瓦斯向外排放。第16頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四局部性防突措施（1）水力松動 水力松動時裂隙發育圖1煤層工作面；2封孔器；3鉆孔充水部分；裂隙發育階段第17頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四局部性防突措施（1）水力松動水力松動參數鉆孔深度，m611鉆孔直徑，m4245鉆孔封孔深度，m48鉆孔間距，m612

10、鉆孔超前距離，m23噸煤設計注水量，L.20注水壓力，MPa第18頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四局部性防突措施（2）水力壓裂機理：借助于鉆孔向煤層注入高壓水，將工作面附近煤層強制壓出。由于水力壓裂造成工作面附近煤層向采掘空間推出，使煤層發生松動、形成裂隙。此時在水力作用區應力嚴重減小，煤層透氣性大大提高，煤層局部卸壓和濕潤，壓出煤體的機械強度和支撐能力降低，應力重新分布，因此最大支承應力點向煤體深部轉移。 第19頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四局部性防突措施（2）水力壓裂水力壓裂過程注水開始階段，水經鉆孔注水部分進入鉆孔周圍的卸壓區。隨著注

11、水壓力增高，沿鉆孔軸向的垂直和平行方向，密封彈性膨脹元件向鉆孔壁傳遞不斷升高的載荷。第一保證了鉆孔及其附近煤體的可靠密封，其次在密封端頭向采掘空間方向傳遞壓力，保證在鉆孔封孔深度處產生拉應力，形成煤層破壞弱面。注水壓力達到最大值時，在煤層中封孔深度處，沿弱面形成一條平行于工作面煤壁的斷裂裂縫。隨著向煤層繼續注水，在幾乎所有情況下，斷裂縫向工作面方向發生偏移。在此期間，煤層中可聽到特殊的劈裂聲。在形成斷裂縫的同時，作用于裂縫壁的注水壓力使該部分煤體應力升高，產生彈性變形，即發生能量積聚。 當斷裂縫中存在最大注水壓力時，煤層的這部分附加潛能將一直保存。隨著水力裂縫面積的擴大和附加潛能的積聚，工作面

12、附近煤層的總絕對應力達到極限值，水力處理區域的煤層開始破壞和推出。在水力處理區域水向工作面噴出時，停止水力壓裂。 第20頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四局部性防突措施（2）水力壓裂水力壓裂參數鉆孔深度封孔深度鉆孔間距a煤角至鉆孔距離b超前距離最大注水壓力和最終壓力注水時間t和注水速度v 第21頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四局部性防突措施（3）卸壓縫機理：煤層卸壓和排放瓦斯是防治煤與瓦斯突出的基本原則。沿工作面全長形成的卸壓縫，使煤層邊緣卸壓，由此提高了煤層透氣性，煤層瓦斯得到排放，增大了卸壓排放帶。第22頁，共35頁，2022年，5月20日

13、，14點39分，星期四局部性防突措施（3）卸壓縫卸壓縫工藝卸壓縫的連續性和其幾何參數的均勻性。使用專門在煤層中開縫槽的割縫機 第23頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四局部性防突措施（3）卸壓縫卸壓縫參數卸壓縫的位置高度深度割縫速度卸壓縫煤角部分底部的形狀 上述參數不但要保證在割縫過程中的突出防治，而且要保證隨后回采過程中的突出防治。 第24頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四局部性防突措施（4）卸壓槽機理：沿煤層全厚垂直于煤層頂底板，在巷道邊壁處沿巷道掘進方向切割兩條卸壓槽，卸壓槽是兩個附加的暴露面，不但有助于巷道方向的拉應變，而且也有利于卸壓槽方

14、向的拉應變。這些變形決定了由工作面和卸壓槽圈定煤層的卸壓和瓦斯有效排放，這種形狀和范圍的安全卸壓帶的形成，使下一循環的安全進尺成為可能。第25頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四局部性防突措施（4）卸壓槽卸壓槽參數根據頓涅茨克礦區突出危險煤層的開采經驗，并考慮到安全性，卸壓槽的深度應不超過2.5m，寬度為6080mm。卸壓槽有效卸壓距離為2m，故卸壓槽之間的距離不應大于4m。對于卸壓槽長度的允許進尺深度，即最小超前距取0.5m。第26頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四局部性防突措施（5）卸壓腔機理：保護層開采適用條件：半煤巖工作面在突出危險緩傾斜煤

15、層上方卸壓腔（縫）形成示意圖利用掘進機工作機構；利用割縫裝置1卸壓縫；2保護巖柱；3一個掘進循環允許的巷道工作面進尺第27頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四局部性防突措施（5）卸壓腔卸壓腔參數（1）卸壓縫高度（2）卸壓縫寬度（3）無論在掘進方向，還是在巷道側壁的最小超前距，以及卸壓縫到煤層的距離都不應小于0.5m。 （4）卸壓縫長度增量采用40 cm 第28頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四局部性防突措施（6）超前鉆孔機理：在沿煤層打的鉆孔周圍出現塑性帶，在塑性帶內煤層應力和瓦斯含量嚴重下降。由于在鉆孔周圍煤體應力減小，煤層透氣性增加，煤層瓦斯自

16、然排放，導致其突出危險性消除。 第29頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四局部性防突措施（6）超前鉆孔特點（1）鉆孔直徑的增加 ，突出深度減小（2）隨著采礦深度、鉆孔深度和直徑、打鉆速度的增大，在打煤層鉆孔過程中突出發生的概率將增加 （3）塑性帶尺寸隨鉆孔半徑的增加而增大，隨各向壓縮應力的增加即采礦深度的增加而減小 第30頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四局部性防突措施（6）超前鉆孔參數（1）鉆孔直徑（2）鉆孔深度（3）鉆孔有效作用半徑（卸壓和排放作用半徑）（4）鉆孔最小超前距（5）鉆孔之間的距離第31頁，共35頁，2022年，5月20日，14點3

17、9分，星期四局部性防突措施（7）水力爆破機理：水力爆破可以理解為炸藥在充水鉆孔中的爆破。在煤層水力爆破處理時，通過煤的松動和由此引起的工作面附近煤層應力重新分布和瓦斯排放，達到防治煤與瓦斯突出。 第32頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四局部性防突措施（7）水力爆破參數（1）鉆孔深度.11m（2）鉆孔直徑.60mm（3） 炸藥類型.1巖石硝銨炸藥（4）炸藥質量.8.4Kg炮泥長度:（5）水封.4.5m（6）砂質粘土.0.5m炸藥結構為單列圓柱第33頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四局部性防突措施（7）水力爆破裝藥工藝 鉆孔裝藥工藝圖炸藥包結構；具有螺紋接頭的金屬送藥桿；送藥；鉆孔炸藥包在鉆孔中的位置；1炸藥卷；2導爆索；3大麻繩；4本色粗平紋布；5細繩；6砂質粘土炮泥；7水第34頁，共35頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四各種防突措施效果比較 防突措施回采工作面準備工作面突出次數工