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1、煤与瓦斯突出与瓦斯地质工作崔洪庆崔洪庆崔洪庆崔洪庆博士博士博士博士/教授教授教授教授/博导博导博导博导 国家安全生产专家国家安全生产专家国家安全生产专家国家安全生产专家辽宁省煤炭工业专家辽宁省煤炭工业专家辽宁省煤炭工业专家辽宁省煤炭工业专家河南省生产安全应急救援专家河南省生产安全应急救援专家河南省生产安全应急救援专家河南省生产安全应急救援专家河南省安全生产监督管理局专家河南省安全生产监督管理局专家河南省安全生产监督管理局专家河南省安全生产监督管理局专家河南理工大学瓦斯地质研究所副所长河南理工大学瓦斯地质研究所副所长河南理工大学瓦斯地质研究所副所长河南理工大学瓦斯地质研究所副所长 0391-39
2、862970391-3986297139391321651393913216520102010年年1111月月2525日日主要内容煤与瓦斯突出的特点和成因我国防治煤与瓦斯突出的工作流程瓦斯地质工作的主要内容瓦斯地质工作成果介绍一、什么是煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出的定义：在煤矿采掘生产过程中，破碎的煤与大量瓦斯由煤体内突然向采掘空间喷出，或局部煤体突然压出或倾出，并伴有明显的动力显现和大量瓦斯涌出的现象，统称为煤与瓦斯突出。煤与瓦斯突出仿真演示和实例简介 仿真演示 实例1：郑煤大平煤矿2004年10月20日瓦斯突出 （爆炸）事故 实例2：鹤壁六矿2008年10月13日煤与瓦斯突出 事故二、煤与瓦斯
3、突出的分类和基本特征目前较为统一的四种分类煤与瓦斯突出的基本特征煤与瓦斯压出的基本特征煤与瓦斯倾出的基本特征三、煤与瓦斯突出的一般规律煤与瓦斯突出的一般规律 1.煤层突出危险性随采深增加而增大煤层突出危险性随采深增加而增大2.绝大多数突出发生在煤巷掘进工作面绝大多数突出发生在煤巷掘进工作面3.石门突出危险性最大石门突出危险性最大4.煤层突出危险性随煤厚增加而加大煤层突出危险性随煤厚增加而加大5.突出大多数发生在地质构造带突出大多数发生在地质构造带6.大多数突出前有作业方式诱导大多数突出前有作业方式诱导7.突出前大多有突出预兆突出前大多有突出预兆8.煤体破坏程度越高突出危险性越大煤体破坏程度越高
4、突出危险性越大9.煤层突出危险区常呈条带状分布煤层突出危险区常呈条带状分布10.煤与瓦斯突出的危险性可以根据某些临界指煤与瓦斯突出的危险性可以根据某些临界指 标来鉴定和预测标来鉴定和预测四、煤与瓦斯突出预兆四、煤与瓦斯突出预兆 各种突出预兆主要有：声响预兆、瓦斯预兆、煤结构预兆、矿压显现预兆等。1.声响预兆声响预兆2.瓦斯预兆瓦斯预兆3.煤体结构预兆煤体结构预兆4.矿压显现预兆矿压显现预兆5.其它预兆其它预兆 所有上述预兆，有时单独出现，有时同时出所有上述预兆，有时单独出现，有时同时出现。在工作面施工过程中出现上述预兆时，应立现。在工作面施工过程中出现上述预兆时，应立即停止作业，待预兆消失后方
5、可重新恢复作业。即停止作业，待预兆消失后方可重新恢复作业。五、煤与瓦斯突出机理五、煤与瓦斯突出机理（一）瓦斯主导作用假说（一）瓦斯主导作用假说1.“瓦斯包瓦斯包”说说2.粉煤带说粉煤带说3.煤透气性不均匀说煤透气性不均匀说4.突出波说突出波说5.裂缝堵塞说裂缝堵塞说6.闭合孔隙瓦斯释放说闭合孔隙瓦斯释放说7.瓦斯膨胀应力说瓦斯膨胀应力说8.火山瓦斯说火山瓦斯说9.瓦斯解吸说瓦斯解吸说10.地质破坏带说地质破坏带说 11.卸压瓦斯说卸压瓦斯说12.瓦斯水化物说瓦斯水化物说瓦斯主导作用假说存在的问题瓦斯主导作用假说存在的问题 瓦斯主导说能解释突出中的一些现象，但与下面一瓦斯主导说能解释突出中的一些
6、现象，但与下面一些情况不符或不能解释：些情况不符或不能解释：统计表明，突出危险性与煤层瓦斯含量之间没有直接联系；在突出孔洞周围出现过重复突出；岩石错动的强烈声响往往发生在突出之前的煤体深处，不与突出同时发生；打小直径排放钻孔，并不能有效地防治突出；突出点的煤和岩石温度升高，抛出的煤体温度有升高现象；煤层的自行揭开；过煤门时的突出；突出孔洞发生变形(体积缩小)；大多数平巷的突出空洞位于上隅角。五、煤与瓦斯突出机理五、煤与瓦斯突出机理（二）地压主导作用假说（二）地压主导作用假说1.岩石变形潜能说岩石变形潜能说2.应力集中说应力集中说3.剪应力说剪应力说（认为煤在突出前的破碎始于最大剪应力，且是在剪
7、应力作（认为煤在突出前的破碎始于最大剪应力，且是在剪应力作用下发生的。）用下发生的。）4.塑性变形塑性变形5.冲击式移近说冲击式移近说6.拉应力波说拉应力波说7.应力叠加说应力叠加说8.放炮诱导说放炮诱导说9.顶板位移不均匀说顶板位移不均匀说 地压主导作用假说存在的问题地压主导作用假说存在的问题 以地压为主导作用的假说同样也能解释相当一部分突出现象，但也有许多现象不能解释，如：在瓦斯不大的矿井，即使开采深度很深(400500m)，也不会发生突出。二氧化碳参与突出的平均强度比甲烷参与突出的平均强度大。突出前出现风流中的瓦斯浓度增大或忽大忽小的预兆，也出现工作面煤壁或空气温度下降的预兆。煤与瓦斯突
8、出时，从突出煤的分选现象中可见到大量的细尘状粉煤。如果突出的发生是由地压引起的，那么突出的孔洞应该是圆锥形；而实际的突出孔洞常常是一些口小腔大特殊形状的孔洞(如梨形、椭球形)。在一些特大型的突出中，每吨喷出煤的瓦斯涌出量比煤层瓦斯含量高得多，即可以在短时间内涌出数十万以致上百万立方米瓦斯气体，逆风流运行并可充满数千米的巷道。准备巷道中地压显现不如回采巷道明显，但准备巷道的突出次数与强度均比回采巷道工作面的大。在进行工作面支护时，甚至无人作业时，地压作用并不大也有突出发生。当增加煤体水分降低煤体强度时，煤的突出危险性反而降低。五、煤与瓦斯突出机理五、煤与瓦斯突出机理（三）化学本质作用假说（三）化
9、学本质作用假说 1.“爆炸煤爆炸煤”说说 2.重煤说重煤说3.地球化学说地球化学说 4.硝基化合物说硝基化合物说 化学作用假说存在的问题化学作用假说存在的问题 化学本质说没有得到多大的支持和拥护，其原因是迄今为止在矿井中尚未发现瓦斯的水化物的实物。有关化学本质的假说看来还是推测居多，缺乏现场实践或实验室研究。五、煤与瓦斯突出机理五、煤与瓦斯突出机理（四）综合作用假说（四）综合作用假说 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；但对各种因素在突出中所起的作用却说法不一。
10、五、煤与瓦斯突出机理五、煤与瓦斯突出机理（四）综合作用假说（四）综合作用假说 目前，具有代表性的综合作用假说：1.“能量能量”假说假说 2.分层分离说分层分离说 3.破坏区说破坏区说4.游离瓦斯压力说游离瓦斯压力说 综合假说存在的问题综合假说存在的问题 综合假说比前面的单因素假说大大进了一步，它们能解释的突出现象也比其它各种单因素假说多。但是，还有其它一些突出现象不能解释，如：突出的区域性分布；石门的自行揭开；过煤门时的大强度突出；震动放炮揭开煤层时的延期突出；突出时瓦斯喷出量超过煤层的瓦斯含量几十倍甚至几百倍。六、我国防治煤与瓦斯突出工作基本流程六、我国防治煤与瓦斯突出工作基本流程七、瓦斯地
11、质工作的主要内容1.煤与瓦斯突出危险性评估煤与瓦斯突出危险性评估2.编制煤矿三级瓦斯地质图编制煤矿三级瓦斯地质图3.突出煤层超前探测突出煤层超前探测4.地质构造预测和超前探测地质构造预测和超前探测5.区域突出危险性预测区域突出危险性预测6.确定煤层瓦斯风化带确定煤层瓦斯风化带7.预测和探测煤层层间距预测和探测煤层层间距8.预测和探测煤层厚度预测和探测煤层厚度9.为采掘工作面专项防突设计提供地质信息为采掘工作面专项防突设计提供地质信息10.监测采掘工作面位置，临近未保护区时发出通知单监测采掘工作面位置，临近未保护区时发出通知单11.选定测定煤层瓦斯压力、瓦斯含量等参数的测试点选定测定煤层瓦斯压力
12、、瓦斯含量等参数的测试点七、瓦斯地质工作的主要内容其它几项具体工作：其它几项具体工作：（1）石门和立井、斜井工作面从掘进至距突出煤层的最小）石门和立井、斜井工作面从掘进至距突出煤层的最小法向距离法向距离5m开始，必须采用物探或钻探手段边探边掘，保开始，必须采用物探或钻探手段边探边掘，保证工作面到煤层的最小法向距离不小于远距离爆破揭开突出证工作面到煤层的最小法向距离不小于远距离爆破揭开突出煤层前要求的最小距离（煤层前要求的最小距离（1.5-2.0m）（2）采用物探、钻探等手段探测前方地质构造，观察分析）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
13、现象，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。实现工作面突出危险性的多元信息综合预测和判断。（3）及时发现工作面地质构造、采掘作业及钻孔等发生的）及时发现工作面地质构造、采掘作业及钻孔等发生的各种异常现象各种异常现象（4）煤巷掘进工作面在地质构造破坏带或煤层赋存条件急）煤巷掘进工作面在地质构造破坏带或煤层赋存条件急剧变化处，打钻孔查明煤层赋存条件。剧变化处，打钻孔查明煤层赋存条件。（5）超前预测和探测突出煤层煤巷掘进工作面前方落差超）超前预测和探测突出煤层煤巷掘进工作面前方落差超过煤层厚度的断层，以便巷道按石门揭煤的措施跨域断层。过煤层厚度的断层，以便巷道按石门揭煤的措施跨域断层。（6）及时探明煤层赋存状态发生变化情况，以便确定煤巷）及时探明煤层赋存状态发生变化情况，以便确定煤巷掘进工作面采用预抽瓦斯或超前排放钻孔的参数掘进工作面采用预抽瓦斯或超前排放钻孔的参数 八、瓦斯地质工作成果介绍例1：淮南、淮北矿区例2：南桐矿区例3：英国和日本例4：有突出危险的构造部位和巷道布置例5：乌克兰顿涅茨煤田例6：美国匹茨堡例7：美国西弗吉尼亚总结在煤矿安全生产中，构造地质学具有重要的应用领域。