煤矿瓦斯灾害及防治技术Word格式文档下载.docx
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在欧洲,波兰的下西里西亚和法国的塞外纳煤田的煤层中含有的大量CO2,则是由于火山活动使碳酸盐类岩石分解生成的CO2气体侵入的结果。
但是,一般来说,世界各国煤田中含瓦斯均以
甲烷为主。
在某些煤层中还含有C2H6,C3H8等重碳氢气体。
2、煤层瓦斯的赋存
瓦斯在煤层中的赋存状态一般有两种,即吸附状态和游离
状态;
而煤层瓦斯含量实际上是指吸附瓦斯量和游离瓦斯量之和,其值的大小往往是评价煤层瓦斯储量和是否具有抽放价值的重要指标,在煤的瓦斯含量中,一般吸附瓦斯占80~90%。
1.煤的游离瓦斯量
一般情况下,煤的游离瓦斯含量是按气体状态方程(马略特
定律)进行计算,即:
XY=
VPT。
TP。
ξ
(4-1)
2.煤的吸附瓦斯含量Xx=abPen(t.-t)·
1+bP
1·
(100-A-W)
(4-2)
1+0.3W
100
影响煤层瓦斯含量的主要因素。
煤层瓦斯含量的多少主要取决于保存瓦斯的条件,而不是生成瓦斯量的多少;
也就是说不仅取决于煤的变质程度,而更主要的是取决于储存瓦斯的地质条件。
根据目前的研究成果认为,影响煤层瓦斯含量的主要因素有:
煤层的埋藏深度、煤层和围岩的透气性、煤层倾角、煤层露
头、地质构造、煤化程度、煤系地层的地质史、水文地质条件。
1、瓦斯突出机理
1)、煤与瓦斯突出的发展过程及各因素的作用
(1)煤与瓦斯突出的发展过程
煤与瓦斯突出的发生必须具备一定的能量,为了达到一定的能量水平,突出的煤体经历着能量的积聚过程,使之逐渐发展到临界破坏甚至过载的脆弱平衡状态。
突出的发展过程一般可划分为四个阶段,即:
准备阶段:
该阶段的特点是在工作面附近的煤壁内形成高的地应力与瓦斯压力梯度。
激发阶段:
该阶段的特点是地应力状态突然改变
发展阶段:
该阶段具有两个互相关联的特点,一是突出从激发点起向内部连续剥离并破碎煤体,二是破碎的煤在不断膨胀的承压瓦斯风暴中边运送边粉碎。
终止阶段:
(2)煤与瓦斯突出过程中各因素的作用
煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力和煤的物理力学性质综合作用的结果。
在通常情况下,突出的激发阶段,破碎煤体的主导力是地应力;
而在突出的发展阶段,剥离煤体靠地应力与瓦斯压力的联合作用,运送与粉碎煤炭是靠瓦斯内能;
煤的物理力学性质直接
关系到上述瓦斯突出是否能够实现。
2)、煤巷卸压带对煤与瓦斯突出的作用机理
巷道煤层区域中应力分布状态及其划分
原始应力区
卸压区
集中应力区
(1)卸压区
(2)集中应力区
(3)原始应力区
如何准确测定卸压区
的长度?
突出预兆大体可分为三个方面:
地压显现方面的预兆有,煤炮声、支架声响、掉碴、岩煤开裂、底鼓、岩与煤自行剥落,煤壁外鼓、来压、煤壁颤动、钻孔变形、垮孔顶钻、夹钻杆、钻粉量增大、钻机过负荷等;
瓦斯涌出方面的预兆有,瓦斯涌出异常、瓦斯浓度忽大忽小、煤尘增大、煤尘增大、气温与气味异常、打钻喷瓦斯、喷煤、哨声等;
煤力学性能与结构方面的预兆有,层理紊乱、煤强度松软或
软硬不均、煤暗淡无光泽、煤厚变化大、倾角变陡、波状隆起、褶曲、顶、底板阶状凸起、断层、煤干燥等等。
利用突出预兆进行突出危险性预测?
2、瓦斯突出危险性预测
突出预测可分为区域突出危险性预测(简称区域
预测)和工作面突出危险性预测(简称工作面预测)两类。
在平顶山和邢台等开展
1、区域突出危险性预测
单项指标法
了这方面的研究工作
预测煤层突出危险性单项临界指标值[10]表4-14
煤层突出危险性
煤的破坏类型
瓦斯放散初速度
△p
煤的坚固性系数f
煤层瓦斯压力p(MPa)
突出危险
Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ
≥10
≤0.5
≥0.74
2、综合指标D与K法
用综合指标D和K来预测煤层的突出危险性。
D=(0.0075
--3)(p--0.74)
H
关键问题:
临界
指标的确定?
f
K=△P
用综合指标D和K预测煤层区域突出危险性的临界值[10]表4-17
煤层突出危险性综合指标D
煤的突出危险性综合指标K
无烟煤
其它煤种
≥0.25
≥20
≥15
Techniqueofoutburstpredictionandforecasting
工作面突出危险性预测
目前采用的预测方法主要有:
钻屑指标法,钻孔瓦斯涌出初速度法和R值综合指标法。
1、钻屑指标法
用钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性的临界值[10]表4-18
△h2
最大钻屑量
K1
危险性
Pa
kg/m
L/m
mL/(g·
min1/2)
≥200
≥6
≥5.4
≥0.56
突出危险工作面
〈200
〈6
〈5.4
〈0.5
无突出危险工作面
Predictionofoutburstincoalminingface
2、钻孔瓦斯涌出初速度
钻孔瓦斯涌出初速度的突出危险临界值[10]表4-19
煤的挥发分Vf(%)
5~15
15~20
23~30
〉30
(L/min)
5.0
4.5
4.0
3.5
3、R值综合指标法
R=(Smax-a)(qmax-b)
a=4,b=4
原煤炭工业部制定的《防突细则》中,提出的R值临界指标为6。
开滦预测
指标法
3、瓦斯突出防治措施
煤(岩)瓦斯突出的预防措施(以下简称预防突
出措施)按作用范围来划分,有区域性措施和采掘工作面防突措施。
1、区域性防突措施
目前采用的区域性防突措施主要有:
开采保护层、预抽煤层瓦斯和煤层注水三种。
2、采掘工作面的防突措施
在突出危险煤层中,平巷掘进可采用大直径钻孔、超前钻孔、
松动爆破、前探支架、水力冲孔或其它经试验证实有效的防突措施。
弯曲
下沉带
弯曲下沉带
断裂
带
断裂带
垮落
垮落带
▪
理论基础:
采动的造缝作用
在采空区上方的纵(垂)向上存在“三带”:
垮落(贯通采场洞缝)带、断裂(层向、垂向裂缝网)带、弯曲下沉
(层向裂隙)带
初始卸
压增透
增流带
卸压充分高透
高流带
地压恢复减透减流带
采动卸压增透增流效应
在采空区上方的断裂带内,横向上存在“三带”:
初始卸压增透增流带、卸压充分高透高流带和地压恢复减透减流带
煤矿瓦斯抽放
☑瓦斯抽放不仅是治理矿井瓦斯灾害的根本措施,也是利用这种清洁能源的重要途径。
但是,由于深部煤层在高应力作用下,煤层透气性较低,瓦斯抽放更为困难。
因此需要研究和开发新的理论与技术。
瓦斯抽放参数的确定?
Gasreliefbore-holesindrivingcrosscutthroughoutburstseams
Preventivemeasureofoutburstwithbore-holeunder-washing
Preventivemeasureofoutburstwithboreholeunderwashing
瓦斯爆炸实验系统示意图
Dataacquisition
and
analysissystem
Ignitiondevice
Gasexplosiontube
explosionpressuremeasuringdevice
Flamespeedmeasuringdevice
图2-7:
采面基本数据的输入界面
图2-6软件启动时的主界面
图2-8:
专家评分数据输入界面
图2-9工作面统计计算出的结果
图2-10:
工作面统计计算的预测结果
图2-11:
全矿井预测前的数据
图2-12:
全矿井预测的结果
图2-13:
采煤面评价决策界面
图2-14:
全矿井评价决策
图2-15:
全矿井评价决策预测的结果
瓦斯灾害事故是可以防治
瓦斯又是一种洁净能源,在不久的将来一定能够变害为宝,加以利用。
衷心感谢各位
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- 煤矿 瓦斯 灾害 防治 技术