煤與瓦斯突出機(jī)理課件.ppt

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1、煤與瓦斯突出及其防治技術(shù)程遠(yuǎn)平教授、博導(dǎo)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)煤礦瓦斯治理國(guó)家工程研究中心煤與瓦斯突出及其防治技術(shù)講座第二講煤與瓦斯突出機(jī)理目錄一、煤與瓦斯突出分類二、煤與瓦斯突出機(jī)理三、煤與瓦斯突出的條件四、煤與瓦斯突出現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定一、煤與瓦斯突出分類1、按突出動(dòng)力現(xiàn)象分類煤的突然傾出：主要由重力引起，瓦斯在一定程度上參與傾出過程。煤的突然壓出：由構(gòu)造應(yīng)力或開采集中引起，瓦斯起次要作用。按形式不同，壓出分為兩類：突然移動(dòng)，煤體整體移動(dòng)，不拋出煤、不形成孔洞突然擠出，發(fā)生在構(gòu)造應(yīng)力大，有軟分層等條件下煤與瓦斯突出：地應(yīng)力和瓦斯壓力共同參與。小型突出：強(qiáng)度<50t/次中型突出：強(qiáng)度

2、50～99t/次次大型突出：強(qiáng)度100～499t/次大型突出：強(qiáng)度500～999t/次特大型突出：強(qiáng)度>1000t/次2、按動(dòng)力現(xiàn)象強(qiáng)度分類煤巷掘進(jìn)突出：平巷、上山、下山石門揭煤突出：次數(shù)不多，但強(qiáng)度最大回采工作面突出豎井突出巖巷突出3、按作業(yè)地點(diǎn)分類分類二、煤與瓦斯突出機(jī)理1、煤與瓦斯突出機(jī)理煤與瓦斯突出機(jī)理：是煤與瓦斯突出的原因、條件及發(fā)生、發(fā)展過程。目前的突出機(jī)理理論大部分是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)資料及實(shí)驗(yàn)室研究提出的各種假說(shuō)，主要有以下幾種：瓦斯為主導(dǎo)作用的假說(shuō)地壓為主導(dǎo)作用的假說(shuō)化學(xué)本質(zhì)說(shuō)綜合假說(shuō)瓦斯為主導(dǎo)作用的假說(shuō)主要有：瓦斯包說(shuō)；粉煤帶說(shuō)；煤透氣性不均勻說(shuō)；突出

3、波說(shuō)；裂縫堵塞說(shuō)；閉合裂隙瓦斯釋放說(shuō)；瓦斯膨脹應(yīng)力說(shuō)；火山瓦斯說(shuō)；瓦斯解吸說(shuō)；瓦斯水化物說(shuō)；瓦斯—煤溶體說(shuō)2、瓦斯為主導(dǎo)作用的假說(shuō)地壓為主導(dǎo)作用的假說(shuō)主要有：巖石變形潛能說(shuō)；應(yīng)力集中說(shuō)；剪應(yīng)力說(shuō)；振動(dòng)波說(shuō)；沖擊式移近說(shuō)；頂板位移不均勻說(shuō)；應(yīng)力疊加說(shuō)3、地壓為主導(dǎo)作用的假說(shuō)化學(xué)本質(zhì)說(shuō)主要有：“爆炸的煤”說(shuō)；重煤說(shuō)；地球化學(xué)說(shuō)；硝基化合物說(shuō)4、化學(xué)本質(zhì)說(shuō)綜合假說(shuō)有：能量說(shuō)；應(yīng)力分布不均勻說(shuō)；分層分離說(shuō)；破壞區(qū)說(shuō)5、綜合假說(shuō)三、煤與瓦斯突出的條件1、突出發(fā)生的條件煤與瓦斯突出是在地應(yīng)力、瓦斯及煤結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)綜合作用下產(chǎn)生的。地應(yīng)力、瓦斯壓力是突出的動(dòng)力，煤結(jié)構(gòu)及力學(xué)性質(zhì)是

4、阻礙突出發(fā)生的因素。2、地應(yīng)力條件地應(yīng)力作用有3個(gè)：圍巖或煤層彈性變形潛能做功，使煤體破壞和位移；地應(yīng)力控制瓦斯瓦斯壓力場(chǎng)；地應(yīng)力控制著煤層透氣性。3、瓦斯條件瓦斯作用有3個(gè)：壓縮煤的骨架，使煤體產(chǎn)生潛能；吸附在微孔表明瓦斯，起楔子作用，降低煤強(qiáng)度；形成瓦斯壓力梯度。4、煤結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)條件煤體和煤的強(qiáng)度性質(zhì)(抵抗破壞的能力)、瓦斯解吸和放散能力、透氣性等對(duì)突出的發(fā)動(dòng)和發(fā)展都有重要的作用。四、煤與瓦斯突出現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定1、中梁山煤礦石門揭煤突出中梁山煤礦于1977年11月4日現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)到一次石門突出，突出817t煤(矸)，瓦斯38540m3，瓦斯涌出量最大時(shí)1200m3/m

5、in，全過程延續(xù)39s。1.1試驗(yàn)地點(diǎn)及煤層參數(shù)地點(diǎn)：南井＋290m水平南西二半抬高石門煤層：K10煤層垂深：320m1、中梁山煤礦石門揭煤突出1.2突出測(cè)點(diǎn)布置采用四參數(shù)儀對(duì)瓦斯?jié)舛?、溫度、瓦斯流量和瓦斯壓力進(jìn)行遙測(cè)。西小茅口灰?guī)r巷西二半抬高石門瓦斯流量瓦斯壓力煤層溫度1、中梁山煤礦石門揭煤突出1.3初始測(cè)定參數(shù)一號(hào)孔瓦斯壓力1.85MPa，二號(hào)孔為1.55MPa，三號(hào)孔瓦斯流量0.7L/min，四號(hào)孔煤層溫度21℃。西小茅口灰?guī)r巷西二半抬高石門瓦斯流量瓦斯壓力煤層溫度1、中梁山煤礦石門揭煤突出1.4揭煤突出過程實(shí)測(cè)結(jié)果1、中梁山煤礦石門揭煤突出1.4揭煤突出過程

6、實(shí)測(cè)結(jié)果1、中梁山煤礦石門揭煤突出1.5對(duì)突出過程的認(rèn)識(shí)震動(dòng)放炮誘導(dǎo)突出不是炮后立刻發(fā)生，有一個(gè)短暫的準(zhǔn)備期；瓦斯?jié)撃艿尼尫攀菑淖杂擅娴臏\部向煤體深部擴(kuò)展，擴(kuò)展速度約3～4m/s，突出過程中煤體的破壞先于瓦斯壓力下降；參與突出的瓦斯量不僅來(lái)自突出煤本身，還包括突出孔周圍的卸壓部分的煤體；突出過程的總時(shí)間一般幾十秒。2、紅色國(guó)際工會(huì)礦煤巷突出2.1研究區(qū)礦山地質(zhì)特征“紅色國(guó)際工會(huì)”礦K3煤層是頓巴斯突出最危險(xiǎn)的煤層。自1915到1959年，該煤層共突出221次，選擇西翼突出最嚴(yán)重區(qū)進(jìn)行研究。k3煤層在537m水平產(chǎn)狀穩(wěn)定，傾角65～70°，厚度1.35～1．75m，平

7、均l.5m；煤層為復(fù)雜結(jié)構(gòu)，由五個(gè)分布較穩(wěn)定不同厚度的分層組成，揉皺煤分層呈帶狀。煤層頂板為1.0m的泥巖和0.5m的細(xì)砂巖，再往上是20m的細(xì)、粗粒砂巖。底板主要是6m左右的砂巖。區(qū)內(nèi)無(wú)其它地質(zhì)構(gòu)造。2、紅色國(guó)際工會(huì)礦煤巷突出2.2研究方法沿不突出的，厚度僅0.3m的查洛塔爾卡煤層布置考察平巷，該巷距K3突出煤層底板10m。考察巷道長(zhǎng)90m，考察范圍75m，從考察巷沿走向每隔2~4m向K3煤層打3個(gè)穿層鉆孔，共布置40個(gè)鉆孔（直徑為45～50mm）測(cè)瓦斯壓力、16個(gè)鉆孔（直徑為54～56mm）測(cè)量煤層壓縮變形、在距煤層0.5m底板內(nèi)安設(shè)儀器記錄震動(dòng)、在突出層巷