煤与瓦斯突出危险性预测.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,联系方式：0516-83884695,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,煤与瓦斯突出危险性预测,主讲人：王亮,博士,联系方式：,13952117141,Email,：,liangw1982,主要内容,煤与瓦斯突出的简介,煤与瓦斯突出预测分类,煤与瓦斯突出危险性预测的工作程序,煤与瓦斯突出鉴定程序,区域性预测及效果检验方法,工作面预测及效果检验方法,应用举例,2,联系方式：0516-83884695,第一部分,煤与瓦斯突出,简介,3,联系方式：0516-83884695,煤与瓦斯突出,煤与瓦斯突出,是指大量煤与瓦斯指一个很短的时间内突然的连续的自煤壁抛向巷道空间所引起动力现象。,在煤与瓦斯突出过程中，抛出的煤有的只有几吨、几十吨，有的则达到几百吨，特大型的突出甚至高达几千吨以上，同时涌出大量瓦斯充满整个巷道空间。,引起煤与瓦斯突出的力：地应力和瓦斯的压力,作用介质：软煤和瓦斯,四川三汇坝一矿主平峒突出煤岩,1.27,万吨,瓦斯,140,万立方米,4,联系方式：0516-83884695,按成因和力学特征，将煤与瓦斯突出分为三类：,煤与瓦斯突出（简称为突出）,煤与瓦斯压出（简称为压出）,煤与瓦斯倾出（简称为倾出）,煤与瓦斯突出 分类,5,联系方式：0516-83884695,煤与瓦斯突出基本特征,突出物的搬运特征,：形成固体与气体两相混合流，可以流动到很远处。,突出物的堆积特征,：分选、沉积轮回，堆积角,安息角（,3540,）,突出物的破碎特征,：产生大量手捻无颗粒的微尘。,瓦斯量,：突出瓦斯量（,m,3,/t,煤）瓦斯含量；,喷孔孔形状,：,呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形以及其它分岔形等,（与应力分布一致）,作用力,：地应力（弹性变形能）,瓦斯压力（瓦斯潜能）,重力。,煤（岩）与瓦斯突然喷出,-,突出,6,联系方式：0516-83884695,煤与瓦斯突出基本特征,煤（岩）突然压出并涌出大量瓦斯,-,压出,突出物的堆积特征,：就地堆积（,or,很近距离）、无分选性、无沉积轮回，,安息角（,3540,）,突出物的破碎特征,：大小不同的块体与碎末混杂。,瓦斯量,：瓦斯量（,m,3,/t,煤）瓦斯含量；,喷孔孔形状,：口大内小、外宽内窄、楔形,作用力,：地应力（围岩弹性位能突然释放）,7,联系方式：0516-83884695,煤与瓦斯突出基本特征,煤（岩）突然倾出并涌出大量瓦斯,-,倾出,突出物的搬运特征,：,煤沿倾斜下落，碎体抛出不远距离；,突出物的堆积特征,：就地堆积（,or,很近距离）、,无分选性、无沉积轮回，,安息角,突出物的破碎特征,：,大小不同的块体与碎末混杂。,瓦斯量,：瓦斯量（,m,3,/t,煤）瓦斯含量；,喷孔孔形状,：口小内大、舌形,作用力,：地应力（围岩弹性变形能）、重力。,多发生于急倾斜煤层，低强度时，易与冒落和突出混淆。,8,联系方式：0516-83884695,1,、突出发生在一定深度以后。,始突深度,：矿井开始发生突出的最浅深度。,不同矿区差别很大，一般地，矿井始突深度均大于瓦斯风化带深度；随着开采深度增加，煤层突出危险性增高。,2,、突出的次数和强度随着煤层厚度，特别是软分层厚度的增加而增加。,煤与瓦斯突出的基本规律,9,联系方式：0516-83884695,3,、,突出需具有一定的瓦斯含量和瓦斯压力,同一煤层，其瓦斯压力越高，突出危险性越大。,防治煤与瓦斯突出规定,：取,0.74,MPa,。,可按下式估算：,式中：,f-,软分层厚度；,V-,软分层挥发份含量；,A,、,B-,系数。,所以，,f,愈小，煤变质程度愈高（,V,愈小），,P,min,越小。,4,、突出煤层的强度低，而且变化大。,5,、突出危险区呈带状分布。,地质构造呈带状；,采动形成集中应力带,10,联系方式：0516-83884695,6,、上山掘进比下山掘容易突出，突出次数随着煤层倾角增大而增多。,7,、采掘工作往往可以激发突出。,8,、突出大多有预兆。,地压呈现：,煤炮声、支架声响、掉碴、巷道底鼓、煤壁外鼓、等。,瓦斯涌出：,瓦斯涌出异常、瓦斯浓度忽大忽小，使煤尘增大，工作面气温下降，气味异常。,煤的力学性能与结构：,层理紊乱、煤强度松软、煤质暗淡无光，煤厚变化，煤干燥等。,9,、突出危险性随着有硬而厚的围岩存在而增高。,10,、石门突出危险性最高。,11,联系方式：0516-83884695,第二部分,煤与瓦斯突出,预测,12,联系方式：0516-83884695,煤与瓦斯突出预测分类,突出预测没有一个统一的分类，原,苏联,按预测的时间和范围分成三类：,区域性预测、局部预测和日常预测,。,区域性预测的对象,：新井田、新水平，即在井筒和巷道揭露煤层前进行，预先给出该井田、水平、煤层突出危险性的评价，应在地勘期间进行，预测依据地勘钻孔所获得的地质和地球物理资料。,局部预测的对象,：查明正在开采和准备开采煤层的实际突出危险性，预测依据煤层的矿山地质条件及对其性质的综合研究,结果。,日常预测的对象,：采掘工作面，预测工作要随着采掘工作面的推进而经常进行，贯穿于采掘循环之中，预测依据是对煤层近工作面部分应力变形状态和瓦斯动力参数的测定研究结果，并结合突出预兆进行预测。,13,联系方式：0516-83884695,煤与瓦斯突出预测分类,我国,防治煤与瓦斯突出规定,中，将突出预测分为,区域突出危险性预测,和,工作面预测,。其中区域预测分为,开拓前区域预测,和,开拓后区域预测,。,区域预测的对象,：新水平、新采区。,工作面预测的对象,：包括石门和立井、斜井揭煤工作面、煤巷掘进工作面和采煤工作面的突出危险性预测等。,为采取合理的防突措施提供科学依据，减少防突措施的工程量和时间，提高采掘速度，改善矿井安全技术经济指标；,为在突出危险区域内采取有效的防突措施提供保证与条件，主动及时采取措施，以保证安全生产和计划的完成。,14,联系方式：0516-83884695,第三部分,煤与瓦斯突出,预测工作程序,15,联系方式：0516-83884695,16,联系方式：0516-83884695,区域防突措施先行，局部防突措施补充,不掘突出头、不采突出面,二 煤与瓦斯突出突出危险性预测,区域综合防突措施,区域突出危险性预测,区域防突措施,区域措施效果检验,区域验证,局部综合防突措施,工作面危险性预测,工作面防突措施,工作面措施效果检验,安全防护措施,17,联系方式：0516-83884695,三、基本结构及基本程序,防突规定,的基本程序,开采煤层,突出危险性鉴定,突出煤层,非突出煤层,建井期间评估认为有突出危险,或,满足需要鉴定的条件,18,联系方式：0516-83884695,三、基本结构及基本程序,防突规定,的基本程序,突出煤层,开拓前区域预测,突出危险区,无突出危险区,局部综合防突措施,区域综合防突措施,由,“已知到未知”,，根据已知的技术资料科学外推，获得未知区域的技术资料,用途：,指导新水、平新采区的设计和新水平、新采区开拓工程的揭煤作业,19,联系方式：0516-83884695,三、基本结构及基本程序,防突规定,的基本程序,突出煤层,开拓后区域预测,突出危险区,无突出危险区,工作面预测,方法进行,区域验证,区域综合防突措施并进行区域措施效果检验,增加了煤层瓦斯参数实测资料，验证开拓前区域预测,用途：,指导工作面的设计和采掘生产作业,20,联系方式：0516-83884695,突出危险区,被保护层卸压预抽,区域防突措施,保护层开采,预抽煤层瓦斯,区域措施效果检验,突出危险区,无突出危险区,本煤层预抽瓦斯防突技术,保护层开采及卸压瓦斯预抽技术,实测或者计算残余瓦斯压力和含量,工作面预测方法进行区域验证,继续进行,或,补充实施,区域防突措施,三、基本结构及基本程序,21,联系方式：0516-83884695,无突出危险区,工作面预测,突出危险工作面,无突出危险工作面,工作面,预测方法,安全防护措施，并保留足够超前距,工作面防突措施,四、基本结构及基本程序,22,联系方式：0516-83884695,石门及岩石巷道揭煤工艺流程,23,联系方式：0516-83884695,第四部分,煤与瓦斯突出,矿井鉴定,24,联系方式：0516-83884695,五、突出矿井鉴定,突出矿井鉴定程序,五、突出矿井鉴定,突出矿井鉴定程序,25,联系方式：0516-83884695,采用,煤的破坏类型,、,瓦斯放散初速度,P,、,煤的坚固性系数,f,和,煤层瓦斯压力,P,作为预测指标，各种指标的突出危险临界值应根据实测资料定，无实测资料可参考下表，所列数据。,小于指标值时，煤层无突出危险；等于或大于指标值时，有发生突出的可能。,单项指标法,五、突出矿井鉴定,26,联系方式：0516-83884695,煤的破坏类型,五、突出矿井鉴定,27,联系方式：0516-83884695,瓦斯放散初速度（,P,）是衡量含瓦斯煤体暴露时放散瓦斯,(,从吸附转化为游离状态,),快慢的一个指标。煤放散瓦斯的性能是由煤的物理力学性质决定的，在瓦斯含量相同的条件下，煤的放散初速度越大，煤的破坏程度越严重，越有利于突出的发生和发展。,其表示在,1,个大气压下吸附后用,mmHg,表示的,45,到,60S,的瓦斯放散量与,0,到,10S,放散量的差值。其大小与瓦斯含量、孔隙结构和孔隙表面性质有关，为预测煤与瓦斯突出的一个重要指标。,煤的放散初速度,五、突出矿井鉴定,WT-1,型瓦斯放散速度测试仪器,28,联系方式：0516-83884695,煤的坚固性系数,f,值是标志着煤抵抗外力破坏能力的一个重要指标，它是由煤的物理力学性质决定的，当煤体强度越大，,f,值就越大，发生煤与瓦斯突出时所遇到的阻力也就越大，故发生突出的潜在可能性也就越小。,测定方法采用落锤法，根据煤样经过重锤多次捣碎后的破坏程度确定,f,值的大小。,煤层坚固性系数,坚固性系数测定仪器,29,联系方式：0516-83884695,第五部分,区域预测及效果检验方法,30,联系方式：0516-83884695,区域预测,防突规定,第三十三条,突出矿井应当对突出煤层进行区域突出危险性预测。经区域预测后，,突出煤层划分为突出危险区和无突出危险区,。,未进行区域预测的区域视为突出危险区,。,区域预测分为新水平、新采区,开拓前的区域预测,（开拓前区域预测）,和,新采区开拓完成后的区域预测,（开拓后区域预测）,。,四、区域预测及效果检验方法,31,联系方式：0516-83884695,区域预测的要求,第三十七条第二款,对已确切掌握煤层突出危险区域的分布规律，并有可靠的预测资料的，区域预测工作可由矿技术负责人组织实施；否则，应当委托,有煤与瓦斯突出危险性鉴定资质的单位进行区域预测,。,四、区域预测及效果检验方法,32,联系方式：0516-83884695,区域预测的用途,第三十五条,仅用于指导新水平、新采区的设计和新水平、新采区开拓工程的揭煤作业。,第三十六条,用于指导工作面的设计和采掘生产作业。,区域性危险性预测,开拓前区域预测,开拓后区域预测,四、区域预测及效果检验方法,33,联系方式：0516-83884695,区域综合防突措施的基本程序及要求,第三十八条第二款,采取局部综合防突措施,开拓前区域预测,突出危险,无突出危险,第三十八条第一款,采取区域综合防突措施并达到要求指标,开拓后区域预测,突出危险,第三十九条第一款,采取区域综合防突措施并进行效果检验,无突出危险,第三十九条第二款,采用工作面预测方法进行区域验证,区域性危险性预测,四、区域预测及效果检验方法,34,联系方式：0516-83884695,根据煤层瓦斯参数结合瓦斯地质分析的区域预测方法应当按照下列要求进行：,（,1,）煤层瓦斯风化带为无突出危险区域；,（,2,）根据已开采区域确切掌握的煤层赋存特征、地质构造条件、突出分布的规律和对预测区域煤层地质构造的探测、预测结果，采用瓦斯地质分析的方法划分出突出危险区域。,（,3,）在上述（,1,）、（,2,）项划分出的无突出危险区和突出危险区以外的区域，应当根据煤层瓦斯压力,P,进行预测或瓦斯含量进行预测。,四、区域预测及效果检验,区域预测方法,35,联系方式：0516-83884695,煤层瓦斯垂向分带,煤层瓦斯赋存状态及其垂向分带,风化带,甲烷带,36,联系方式：0516-83884695,煤层瓦斯垂向分带,煤层瓦斯赋存状态及其垂向分带,37,联系方式：0516-83884695,甲烷及重烃浓度之和,80,（按体积）；,瓦斯压力,P,0.1,0.15MPa,；,相对瓦斯涌出量,q,CH4,2,3m,3,/t,煤；,煤层瓦斯含量,x,1.0,1.5m,3,/t,可燃物（长焰煤）,x,1.5,2.0m,3,/t,可燃物（气煤）,x,2.0,2.5m,3,/t,可燃物（肥、焦煤）,x,2.5,3.0m,3,/t,可燃物（瘦煤）,x,3.0,4.0m,3,/t,可燃物（贫煤）,x,5.0,7.0m,3,/t,可燃物（无烟煤）,瓦斯风化带的下部边界可按下列条件确定：,煤层瓦斯垂向分带,煤层瓦斯赋存状态及其垂向分带,38,联系方式：0516-83884695,地质分析方法,四、区域预测及效果检验方法,1,断层；,2,突出点；,3,上部区域突出点在断层两侧的最远距离线；,4,推测下部区域断层两侧的突出危险区边界线；,5-,推测的下部区域突出危险区上边界线；,6,突出危险区（阴影部分）,当突出点及具有明显突出预兆的位置分布与构造带有直接关系时，则根据上部区域突出点及具有明显突出预兆的位置分布与地质构造的关系确定构造线两侧突出危险区边缘到构造线的最远距离，并结合下部区域的地质构造分布划分出下部区域构造线两侧的突出危险区；否则，在同一地质单元内，突出点及具有明显突出预兆的位置以上,20m(,埋深,),及以下的范围为突出危险区,。,39,联系方式：0516-83884695,区域突出危险性预测指标及要求,防突规定,第四十四条,预测所主要依据的煤层瓦斯压力、瓦斯含量等参数应为,井下实测数据,；,测定煤层瓦斯压力、瓦斯含量等参数的测试点,在不同地质单元内根据其范围、地质复杂程度等实际情况和条件分别布置；同一地质单元内沿煤层走向布置测试点不少于,2,个，沿倾向不少于,3,个，并有测试点位于埋深最大的开拓工程部位。,四、区域预测及效果检验方法,40,联系方式：0516-83884695,煤层瓦斯压力是指煤层孔隙中所含游离瓦斯呈现的压力，即瓦斯作用于孔隙壁的压力。,煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量多少、瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力现象的潜能大小的基本参数，在研究与评价瓦斯储量、瓦斯涌出量、瓦斯流量、瓦斯抽采与瓦斯突出问题中，掌握准确可靠的瓦斯压力数据最为重要。,煤层瓦斯压力,煤层瓦斯压力的概念,41,联系方式：0516-83884695,在甲烷带内，煤层的瓦斯压力随深度的增加而增加，多数煤层呈线性增加，瓦斯压力梯度随地质条件而异，在地质条件相近的块段内相同深度的同一煤层具有大体相同的瓦斯压力。,煤层瓦斯压力的分布规律,煤层瓦斯压力,42,联系方式：0516-83884695,可以按下面的公式预测深部煤层的瓦斯压力：,C,瓦斯压力梯度的变化范围为,0.007,0.012MPa/m,，近似于静水压力值。,煤层瓦斯压力的分布规律,煤层瓦斯压力,43,联系方式：0516-83884695,(600,，,3.5),(520,，,1.8),(470,，,0.98),瓦斯压力梯度线的选择,煤层瓦斯压力的分布规律,煤层瓦斯压力,44,联系方式：0516-83884695,填料封孔法；,封孔器封孔；,煤层瓦斯压力测定方法,煤层瓦斯压力,45,联系方式：0516-83884695,填料封孔法,封孔材料包括：,粘土和水泥砂浆,煤层瓦斯压力测定方法,煤层瓦斯压力,46,联系方式：0516-83884695,封孔器封孔法,煤层瓦斯压力测定方法,煤层瓦斯压力,47,联系方式：0516-83884695,煤层的瓦斯含量是指每吨煤或每立方米煤体中所含的瓦斯量，瓦斯在煤体中呈两种状态存在，在渗透空间内的甲烷主要呈自由气态，称为游离瓦斯；另一种在微孔内主要呈吸附状态存在在微孔表面上和在煤的粒子内部占据着煤分子结构的孔穴或煤分子之间的空间。,煤层瓦斯含量就是吸附和游离两种状态瓦斯量的总和。在煤的瓦斯含量中，一般吸附瓦斯占,80%,90%,以上。,煤层瓦斯含量,煤层瓦斯含量的概念,48,联系方式：0516-83884695,煤的游离瓦斯含量按气体状态方程计算：,游离瓦斯量的计算,煤层瓦斯含量,49,联系方式：0516-83884695,煤的吸附瓦斯含量按朗缪尔方程计算并应考虑煤中水分、可燃物百分比、温度的影响系数，见下式：,煤的吸附瓦斯量的计算,煤层瓦斯含量,50,联系方式：0516-83884695,煤的瓦斯含量等于游离瓦斯含量与吸附瓦斯含量之和。,煤的瓦斯含量计算,式中,X,为煤的天然瓦斯含量,m,3,/t,，其它符号意义同前。,煤层瓦斯含量,51,联系方式：0516-83884695,煤的残存瓦斯含量,煤层瓦斯含量,52,联系方式：0516-83884695,当深度不太大时，煤层瓦斯含量随埋深成线性增加，当深度很大时，煤层瓦斯含量趋于常数或实际上已是常数。,煤层瓦斯含量的影响因素,煤层的埋藏深度,煤层瓦斯含量,53,联系方式：0516-83884695,一般情况下，煤层及围岩透气性越大，瓦斯越易流失，瓦斯含量越小；反之，瓦斯易于保存，煤层的瓦斯含量大，比如孔隙与裂隙发育的砂岩、砾岩和灰岩的透气性非常大，它比致密而裂隙不发育的岩石的透气系数高百万倍，在漫长的地质年代中，会排放大量的瓦斯。,煤层和围岩的透气性,煤层瓦斯含量的影响因素,煤层瓦斯含量,54,联系方式：0516-83884695,在同一埋深下，煤层倾角越小，煤层瓦斯含量越高。,例如芙蓉煤矿北翼煤层倾角陡（,40,80,），相对瓦斯涌出量约,20m,3,/t,，无瓦斯突出现象；而南翼煤层倾角缓（,6,12,）相对瓦斯涌出量达,150m,3,/t,，而且发生了煤与瓦斯突出。,煤层倾角,煤层瓦斯含量的影响因素,煤层瓦斯含量,55,联系方式：0516-83884695,煤层露头是瓦斯向地面排放的出口，露头存在时间越长，瓦斯排放越多；反之，地表无露头的煤层，瓦斯含量越高。,例如中梁山煤田，煤层无露头，而且为背斜构造，所以煤层瓦斯含量大。,煤层露头,煤层瓦斯含量的影响因素,煤层瓦斯含量,56,联系方式：0516-83884695,煤系地层为沉积地层，各种岩石的透气性有很大差别，在地层与地质构造的共同作用下，可能形成封闭型地质构造或开放型地质构造。封闭型地质构造有利于瓦斯储存，开放型地质构造有利于瓦斯排放。,地质构造,煤层瓦斯含量的影响因素,煤层瓦斯含量,57,联系方式：0516-83884695,闭合而完整的背斜或穹窿又覆盖有不透气的地层是良好的储存瓦斯构造，其轴部煤层内往往积存高压瓦斯，形成“气顶”。在倾伏背斜的轴部，瓦斯浓度通常也高于翼部。但是当背斜轴顶部因张力形成连通地表的裂隙时，瓦斯易于流失，轴部瓦斯含量反而低于翼部。,向斜构造存在两种情况,:,一种情况下，因轴部受到强力挤压，透气性差，使轴部的瓦斯含量高于翼部,:,另一种情况下，由于向斜轴部瓦斯补给区域缩小，当轴部裂隙发育，透气性好时，有利于瓦斯流失，开采至向斜轴部时，相对瓦斯涌出量反而减少。,受构造影响形成局部变厚的大煤包时，也会出现瓦斯含量增高的现象。这是因为煤包在构造应力作用下，周围煤层被压薄，上下透气性差的岩层形成对大煤包的封闭条件。,地质构造（,褶曲构造,）,煤层瓦斯含量的影响因素,煤层瓦斯含量,58,联系方式：0516-83884695,断层对瓦斯含量的影响，一方面要看断层的封闭性，另一方面要看与煤层接触的对盘岩层的透气性。开放性断层,(,张性、张扭性、导水性,),不论是否与地表直接相通，都会引起附近煤层瓦斯含量的降低；封闭性断层,压性、压扭性、不导水性,与煤层接触的对盘岩层透气性差时，可以阻止瓦斯的排放，可能形成高瓦斯区域。,地质构造（断层）,煤层瓦斯含量的影响因素,煤层瓦斯含量,59,联系方式：0516-83884695,煤是天然吸附体，煤层的煤化程度越高，其存贮瓦斯的能力越强。在甲烷带内，在其它因素相同条件下，煤化程度不同的煤，其瓦斯含量不仅不同，而且随深度增加其瓦斯含量增加也不同；,对于高变质无烟煤（挥发分低于,120mL/g,）其瓦斯含量不服从上述规律。这是因为这种煤的结构发生了质的变化，其瓦斯含量很低，而且与埋深无关，例如湖南煤田矿区的文化村矿，煤变质已接近石墨（挥发分仅,3.14%,）,煤层瓦斯含量很低。,煤化程度,煤层瓦斯含量的影响因素,煤层瓦斯含量,60,联系方式：0516-83884695,矿区,煤牌号,挥发份含,量（,%,）,煤的平均瓦,斯含量,(m,3,/t),低变质阶段,库兹巴斯,佩丘尔,顿巴斯,长焰煤、气煤,长焰煤、气煤,长焰煤、气煤,35,16,35,37,35,37,8,12,10,15,8,12,中变质阶段,库兹巴斯,佩丘尔,顿巴斯,卡拉甘达,气肥煤、肥煤、焦肥煤,焦煤,肥煤,微粘结煤,35,16,35,16,35,16,35,16,16,21,23,28,14,18,18,23,高变质阶段,库兹巴斯,佩丘尔,顿巴斯,贫煤,无烟煤,贫煤、无烟煤,15,17,15,17,15,17,20,30,20,30,20,40,不同变质程度煤的原始瓦斯含量,煤化程度,煤层瓦斯含量的影响因素,煤层瓦斯含量,61,联系方式：0516-83884695,从植物的堆积到煤炭的形成，经历了长期而复杂的变化，这些变化对煤中瓦斯的生成和排放都起着重要的作用。成煤以后地壳的上升将使剥蚀作用加强，从而给煤层瓦斯向地表运移提供了条件,;,当成煤后地表下沉时，煤层被新的覆盖物所覆盖，从而减缓了瓦斯向地表的逸散。,从沉积环境上看，海陆交替相含煤系，聚煤古地理环境属于滨海平原，往往岩性与岩相在横向上比较稳定，沉积物粒度细，煤层地层透气性差，这种煤层瓦斯含量有可能很高。反之，陆相沉积、内陆环境、横向岩性岩相变化大覆盖层多为粗粒破屑岩，不利于瓦斯封存，煤层的瓦斯含量一般都较低。,地层的地质史,煤层瓦斯含量的影响因素,煤层瓦斯含量,62,联系方式：0516-83884695,地下水与瓦斯共存于含煤系与围岩之中，其运移和赋存都与煤层和岩层的孔隙、裂隙通道有关。,由于地下水的运移，一方面驱动着裂隙和孔隙中的瓦斯运移，另一方面又带动了溶解于水中的瓦斯一起流动，因此地下水的活动有利于瓦斯的排放；,同时，水被吸附在裂隙和孔隙的表面后还降低了煤对瓦斯的吸附能力，并增大了瓦斯排放能力；,地下水和瓦斯占有的空间量是互补的，许多矿井所谓“水大瓦斯小、水小瓦斯大”就是这个道理。,水文地质条件,煤层瓦斯含量的影响因素,煤层瓦斯含量,63,联系方式：0516-83884695,采动卸压影响,在煤层群开采时，开采其中的一层煤后，引起煤层顶底板岩层的移动、变形，形成裂隙，使处于顶底板岩层中的邻近煤层产生膨胀卸压作用，煤层透气性增加，煤层瓦斯通过层间裂隙排放或专门的抽采钻孔抽采出来，煤层瓦斯含量得以降低，煤层的突出危险性消除。,煤层瓦斯含量的影响因素,煤层瓦斯含量,64,联系方式：0516-83884695,区域突出危险性预测实例,五、,防突规定,重点解读,祁南煤矿,7,2,煤层瓦斯压力分布规律,65,联系方式：0516-83884695,区域突出危险性预测实例,五、,防突规定,重点解读,祁南煤矿,7,2,煤层瓦斯含量变化规律,66,联系方式：0516-83884695,区域突出危险性预测实例,五、,防突规定,重点解读,祁南煤矿,7,2,煤层瓦斯压力和瓦斯含量分布规律,67,联系方式：0516-83884695,区域突出危险性预测实例,五、,防突规定,重点解读,祁南煤矿,72,煤层区域突出危险性预测结果,68,联系方式：0516-83884695,区域效果检验,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、顶底板位移量及其他经试验证实有效的指标和方法，也可以结合煤层的透气性系数变化率等辅助指标。,四、区域预测及效果检验方法,煤层预抽效果检验：,主要采用残余瓦斯压力、残余瓦斯含量。,穿层钻孔、顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施和穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施进行检验时，,必须依据实际的直接测定值。,其他方式（顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯，地面井预抽煤层瓦斯以及井下穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯）的预抽煤层瓦斯区域防突措施可采用直接测定值或根据预抽前的瓦斯含量及抽、排瓦斯量等参数,间接计算的残余瓦斯含量值。,对穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施也可以采用钻屑瓦斯解吸指标进行措施效果检验。,钻孔按设计施工，均匀布孔,69,联系方式：0516-83884695,当煤层巷道高度与煤层厚度相等，因此测定出的巷道顶底板相对变形量减去由于巷道周围应力引起的变形量就是煤层的膨胀变形量。,用深部基点法测定巷道顶底板相对变形量。,变形钻孔长,3m,，直径,91mm,。在巷道顶板及底板各安装一对钢楔固定深部基点钢楔由钢管和钢板做成，形状如倒楔形锚杆，不过是中空的。巷道顶板的钢楔焊接一根直径为,10mm,钢筋，钢筋长,4m,。巷道底板的钢楔焊有一根直径,15mm,的无缝钢管，管长,4m,，将与顶板钢楔相联的钢筋插入钢管中。用百分表和千分卡尺测定钢管与钢筋的相对位移，然后计算巷道顶底板相对变形量。,四、区域预测及效果检验方法,深部基点法测顶底板变形量,70,联系方式：0516-83884695,煤层透气性系数是煤层瓦斯流动难易程度的标志，是煤层瓦斯抽放的一个重要指标。,煤层透气系数的物理意义是：在,1m,3,煤体的两侧，当其压力的平方差为,0.01MPa,2,时，通过,1m,2,煤面，每日流过的瓦斯量；,透气性系数单位为,m,2,/,（,MPa,2,d,）。,煤层透气性系数,煤层透气性系数概念,Mpa/m,Q=1m,3,/d,S=1m,2,71,联系方式：0516-83884695,中国煤层透气性与美国对比,煤层透气性系数,淮北矿区：,0.00280.01,m,2,/,（,MPa,2,d,）,72,联系方式：0516-83884695,地应力对煤层透气性的影响,地应力越大，煤层渗透性越低；在煤层卸压区域内透气性增加，在集中应力带内透气性降低。,煤层透气性系数,73,联系方式：0516-83884695,不同吸附气体对煤层透气性的影响,1,为,N,2,，,2,为,CH,4,，,3,为,CO,2,对同一煤样，在相同的条件下，煤吸附气体所呈现的吸附性越强，煤样渗透率越低；而且随着孔隙压力的增大，这种关系越加明显。,煤层透气性系数,74,联系方式：0516-83884695,瓦斯压力对煤层透气性的影响,孔隙压力,p,与煤样渗透率,K,之间的关系呈“,V”,形,煤层透气性系数,75,联系方式：0516-83884695,突出煤层对煤层透气性的影响,突出煤层的渗透率小于非突出煤的渗透率，即在同样的条件下，煤样的渗透率随突出的严重性的增加而降低。,煤层透气性系数,76,联系方式：0516-83884695,测定煤层透气性系数在我国广泛采用中国矿业大学的方法，这一方法是在煤层瓦斯向钻孔流动的状态属径向不稳定流动的基础上建立的。测定分以下几步：,打钻测定煤层瓦斯压力；,测定钻孔瓦斯流量；,计算煤的瓦斯含量系数；,计算煤层透气性系数。,煤层透气性系数测定方法,煤层透气性系数,77,联系方式：0516-83884695,煤层透气性系数测定方法,煤层透气性系数,78,联系方式：0516-83884695,煤层透气性系数测定方法,煤层透气性系数,79,联系方式：0516-83884695,煤层透气性系数测定方法,煤层透气性系数,80,联系方式：0516-83884695,我国部分矿井煤层透气性系数,煤层透气性系数,81,联系方式：0516-83884695,第六部分,工作面预测及效果检验方法,82,联系方式：0516-83884695,六、工作面预测及效果检验,工作面突出危险性预测,第五十九条,：工作面突出危险性预测（以下简称工作面预测）是预测工作面煤体的突出危险性，包括石门和立井、斜井揭煤工作面、煤巷掘进工作面和采煤工作面的突出危险性预测等。,工作面预测应当在工作面推进过程中进行。,采掘工作面经工作面预测后划分为,突出危险工作面和无突出危险工作面。,未进行工作面预测的采掘工作面，应当视为,突出危险工作面。,83,联系方式：0516-83884695,工作面地质构造、采掘作业及钻孔等发生的各种现象主要有以下方面：,（一）煤层的构造破坏带，包括断层、剧烈褶曲、火成岩侵入等；,（二）煤层赋存条件急剧变化；,（三）采掘应力叠加；,（四）工作面出现喷孔、顶钻等动力现象；,（五）工作面出现明显的突出预兆。,在突出煤层，当出现上述第（四）、（五）情况时，应判定为突出危险工作面；当有上述第（一）、（二）、（三）情况时，除已经实施了工作面防突措施的以外，应视为突出危险工作面并实施相关措施。,六、工作面预测及效果检验,工作面突出危险性预测,84,联系方式：0516-83884695,工作面突出危险性预测,工作面突出危险性预测可分为石门和岩石井巷揭煤工作面突出预测,以及采掘工作面突出预测。,石门和岩石井巷揭煤工作面突出预测,揭煤工作面的突出危险性预测应当选用,综合指标法、钻屑瓦斯解吸,指标法或其他经试验证实有效的方法进行。,六、工作面预测及效果检验,85,联系方式：0516-83884695,采掘工作面突出预测,煤巷掘进工作面的突出危险性预测可采用下列指标：,（,1,）钻屑指标法；,（,2,）复合指标法；,（,3,）,R,值指标法；,（,4,）其他经试验证实有效的方法。,六、工作面预测及效果检验,86,联系方式：0516-83884695,六、工作面预测及效果检验,钻屑指标法,复合指标法,R,值指标法,87,联系方式：0516-83884695,六、工作面预测及效果检验,综合指标,D,、,K,值法,88,联系方式：0516-83884695,综合指标,D,和,K,能较全面地反映影响突出发生的主要因素，原因如下：,首先，就煤在突出中所起的作用来说，煤的性质主要表现在两个方面：一是煤的强度（用煤的坚固性系数,f,值表示），煤作为突出的受力体，强度愈小，破碎就愈容易；二是煤快速放散瓦斯的能力（用煤的瓦斯放散初速度,P,值表示），在瓦斯含量相同的条件下，煤的放散初速度越大，越有利于突出的发生。,因此，,K,值指标综合反映了与突出直接有关的煤的两种基本性质，它标志着煤本身发生突出的难易程度。,其次，从突出煤层所处的环境及自身物理力学性质来说，,D,值指标综合考虑了地应力（即公式中的开采深度,H,）、瓦斯、煤的结构性能这三个决定突出发生的主要因素，能较好地反映煤层突出的危险性。,六、工作面预测及效果检验,89,联系方式：0516-83884695,K,1,的物理意义是：煤样自煤体脱落暴露于大气之中解吸第一分钟内，每克煤样的瓦斯解吸总量，单位为,mL/(min,0.5,g,）。由重庆煤科分院设计的,WTC,瓦斯突出预测仪测定。,h,2,的物理意义是：煤样（,10g,）自煤体脱落暴露于大气之中第四分钟和第五分钟的瓦斯解吸总量，单位为,Pa,。由抚顺煤科分院设计的,MD,2,型瓦斯解吸仪测定。,钻屑指标法,六、工作面预测及效果检验,钻屑解吸指标法,钻屑量,S,S,的物理意义是：,钻孔每钻进,1m,测定该,1m,段的全部钻屑量,。可以用弹簧秤称重，也可用量袋或量杯计量钻屑容积。,90,联系方式：0516-83884695,WTC,瓦斯突出预测仪,MD,2,型瓦斯解吸仪,钻屑解吸指标测试仪器,六、工作面预测及效果检验,91,联系方式：0516-83884695,设备工作原理图,六、工作面预测及效果检验,92,联系方式：0516-83884695,在实施钻孔法防突措施效果检验时，分布在工作面各部位的检验钻孔应当布置于所在部位防突措施钻孔密度相对较小、孔间距相对较大的位置，并远离周围的各防突措施钻孔或尽可能与周围各防突措施钻孔保持等距离。在地质构造复杂地带应根据情况适当增加检验钻孔。,局部措施效果检验,六、工作面预测及效果检验,钻孔布置要求,效果检验内容,工作面防突措施效果检验必须包括以下两部分内容：,（一）检查所实施的工作面防突措施是否达到了设计要求和满足有关的规章、标准等，并了解、收集工作面及实施措施的相关情况、突出预兆等,(,包括喷孔、卡钻等,),，作为措施效果检验报告的内容之一，用于综合分析、判断,;,（二）各检验指标的测定情况及主要数据。,93,联系方式：0516-83884695,在主要采用敏感指标进行工作面预测的同时，可以根据实际条件测定一些辅助指标（如瓦斯含量、工作面瓦斯涌出量动态变化、声发射、电磁辐射、钻屑温度、煤体温度等），采用物探、钻探等手段探测前方地质构造，观察分析工作面揭露的地质构造、采掘作业及钻孔等发生的各种现象，实现工作面突出危险性的多元信息综合预测和判断,。,六、工作面预测及效果检验,工作面突出危险性预测,94,联系方式：0516-83884695,第七部分,应用举例,95,联系方式：0516-83884695,深井突出煤层竖井安全揭穿煤层技术研究,淮北矿业（集团）公司,中 国 矿 业 大 学,桃园煤矿竖井揭煤防突项目汇报,汇报提纲,一、项目背景,二、桃园矿新副井,及所揭煤层概况,三、,井筒安全揭煤方案,四、现场施工工艺,五、技术标准,六、创新点,97,联系方式：0516-83884695,第一部分,项目背景,淮,北,矿,区,淮,南,矿,区,一、背景,99,联系方式：0516-83884695,华东地区部分新建竖井资料,一、背景,100,联系方式：0516-83884695,桃园煤矿新副井筒距,8,2,煤层法距,10m,处应力及及位移场变化,101,联系方式：0516-83884695,桃园煤矿新副井筒揭穿,8,2,煤层应力及及位移场变化,102,联系方式：0516-83884695,卸压漏斗,应力集中区域,竖井应力分布规律,410m,812m,103,联系方式：0516-83884695,竖井应力分布规律,812m,芦岭新副井,埋深：,484m,直径：,8m,措施前压力,措施前透气性,104,联系方式：0516-83884695,竖井突出,揭开煤层,105,联系方式：0516-83884695,突出危险区域,竖井突出,细则,规定,106,联系方式：0516-83884695,竖井突出,107,联系方式：0516-83884695,竖井突出,108,联系方式：0516-83884695,竖井突出,109,联系方式：0516-83884695,竖井突出,110,联系方式：0516-83884695,竖井突出,111,联系方式：0516-83884695,第二部分,桃园矿新副井及所揭煤层概况,桃园矿井位于安徽省宿州市境内，核定生产 能力,160,万,t/a,，矿井为立井多水平开拓，第一水平标高为,-520m,，第二水平标高为,-800m,；,新副井是桃园煤矿用于矿井通风、提升人员与器材和延深第二水平的关键工程；,其设计坐标为,X,3711855,，,Y,39502948,。,井筒累深,855.55m,，净直径为,6.5m,，荒直径为,7.6m,，井口设计绝对标高为,+25m,。,该井筒目前为淮北矿业集团最深的井筒。,二、井筒及所揭煤层情况,新副井井筒情况,113,联系方式：0516-83884695,二、井筒及所揭煤层情况,新副井所揭煤层情况,根据桃园煤矿新副井检查孔地质报告，新副井在掘进过程中将依次穿过,2,、,3,1,、,3,2,、,4,1,、,5,1,、,5,2,、,6,、,7,2,、,8,2,、,9,共计十层煤。,114,联系方式：0516-83