煤与瓦斯突出防治技术-哈尔滨

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1、煤与瓦斯突出防治技术中煤科工集团重庆研究院胡千庭（13808358720）2013.8于哈尔滨一、煤与瓦斯突出的基本情况煤与瓦斯突出现象历史上中国、日本、前苏联、波兰、法国、德国、英国、澳大利亚、美国等20多个采煤国家都发生过煤与瓦斯突出，其中尤为严重的要数中国、日本、前苏联等国家；突出矿井开采成本高、事故风险大、有效控制突出成为世界性难题，1990年后，日本煤矿基本关闭，英法德等国煤矿也急剧减少，前苏联的突出矿井也大多予以关闭，美、澳等开采煤层自然条件远比中国好，开采突出煤层少;露天开采占主体；一、煤与瓦斯突出的基本情况我国2012年有1191对突出矿井，有史以

2、来已发生近3万次突出，最大一次突出发生在1975年8月8日重庆天府矿务局三汇一矿，突出煤量12780t，涌出瓦斯140万m3；涌出瓦斯量最多的一次突出发生于1968年1月20日南桐矿务局鱼田堡煤矿+150m的1406大巷，涌出瓦斯量3.50×106m3，突出吨煤涌出瓦斯量达700m3/t；北票、阜新、营城、窑街、铜川、永荣等矿区也发生过岩石与瓦斯突出。窑街突出的瓦斯气体主要是CO2。年突出次数最多的1100多次、死亡近400人，多次引发特大型死亡百人以上的瓦斯爆炸事故；最近十年高瓦斯突出矿井平均开采深度由460m增加到635m，突出矿井数量也由不足250对增加到1

3、191对，净增3.8倍。一、煤与瓦斯突出的基本情况煤与瓦斯突出的统计特征突出多发生于构造破坏带突出多发生于软煤层内煤与瓦斯突出煤炭具有明显的堆积分选性，孔洞多呈口小腔大的倒梨形，突出吨煤涌出瓦斯量多在50m3/t以上；压出型突出分选性不明显，孔洞多呈口大腔小的锥形、有时看不到孔洞，但周围较大范围煤体产生裂纹松动，突出吨煤涌出瓦斯量30m3/t以上，否则不属于突出研究范畴。二、煤与瓦斯突出演化过程一维粉化破坏实验突出事故现场遗留的层裂破坏痕迹瓦斯作用的粉化层裂破坏实验现场监测到的多次循环突出发展二、煤与瓦斯突出演化过程依据实验室和现场事故案例分析表明：应力瓦斯作用的

4、层裂破坏实验二、煤与瓦斯突出演化过程典型煤与瓦斯突出经历准备、发动、发展、终止四个演化过程突出具有如下演化流程：突出力学条件的孕育采掘活动使一部分煤岩体失去承载能力，形成支承压力；采掘空间使煤体内瓦斯压力逐步下降，形成压力梯度。二、煤与瓦斯突出演化过程准备阶段支承压力准备阶段瓦斯压力采掘应力集中，使煤岩体形成应力卸压区、集中区和原始区，在煤壁到峰值区进入塑性变形状态，形成剪切破坏裂纹，使煤体外移，孕育了突出条件。二、煤与瓦斯突出演化过程二、煤与瓦斯突出演化过程突出的激发煤岩体承载超过极限强度时发生应变软化，剪破坏产生裂纹微裂纹在应力和瓦斯作用下尖端形成拉破坏，促使

5、裂纹扩展采掘开挖出现应力转移，应力转移过程中出现短时增压现象。二、煤与瓦斯突出演化过程外加振动循环载荷或反复加卸载使煤岩体破坏失稳，（风镐、顶板断裂等）煤岩体蠕变加剧使之失稳岩体（延期突出）。以上都是激发突出的力学机理二、煤与瓦斯突出演化过程粉化破坏突出的激发使深部煤岩体径向受力状态瞬间改变，瓦斯压力梯度迅速增加，煤壁附近承受短时高拉应力受拉破坏。拉应力位于法线方向，无规则拉破坏定义为粉化破坏。发动阶段σ=σr-p二、煤与瓦斯突出演化过程层裂破坏粉化破坏突出煤体堆积于孔洞内，堆积煤和升压瓦斯对孔洞壁产生支撑力，孔洞壁前方煤体拉应力减小或消失，煤体在压应力和瓦斯作用

6、下裂纹扩展，裂隙扩展方向平行孔洞壁面，形成层裂；继而在应力和瓦斯作用下破坏壳层，转为层裂破坏。突出激发后，煤壁水平应力突然卸载，卸载波在煤体中传播，使煤体产生拉应力将煤层拉破坏形成初始层裂。二、煤与瓦斯突出演化过程二、煤与瓦斯突出演化过程对低瓦斯条件，激发形成新暴露面，但形不成高瓦斯梯度的拉应力，因而仅压应力和瓦斯作用下裂纹扩展形成层裂，发生层裂破坏。二、煤与瓦斯突出演化过程暂停和终止孔洞煤体堆积量增加、洞内瓦斯压力升高，孔壁支撑力加强，壳层仅可移动而不能被破坏，进入突出暂停阶段或终止阶段；随着瓦斯进一步释放，孔内瓦斯压力进一步升高到冲出堆积物时，再次发生粉化和层

7、裂破坏。能量条件和初始失稳条件构成了突出激发的条件能量条件和破坏的连续进行条件构成了突出发展的条件能量条件是必要条件二、煤与瓦斯突出演化过程——突出发生的条件18煤与瓦斯突出的能量计算模型以进尺L新增塑性区作为计算对象计算了突出前煤体的弹性势能W1、瓦斯内能W2、煤体破碎功A1和抛出功A2，忽略移动功。二、煤与瓦斯突出演化过程这里破碎功是通过大量实验室冲击实验和突出事故现场实测资料得到的关系式。19运用能量计算模型分析突出各因素的关系突出时地应力、瓦斯压力和坚固性系数关系二、煤与瓦斯突出演化过程单位体积煤体的弹性能单位体积煤体的瓦斯内能由此得到有突出危险的条件：f

8、≤0.3、