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1、
突出危险性预测;
2、
防治突出措施;
3、
防治突出措施的效果检验;
4、
安全防护措施。
“四位一体”综合措施,符合当前对突出的理论认识水平和防突技术发展现状。
突出危险性预测是防突综合措施的第一个环节。
预测的目的是确定突出危险的区域和地点,以便使防突措施的执行更加有针对性。
防治突出措施是防突综合措施的第二个环节,它是防止发生突出事故的第一道防线,即防止突出发生。
防突措施仅在预测有突出危险的区域和区段应用。
防突措施的效果检验是防突综合措施的第三个环节,目的是在措施执行后检验预测指标是否降到突出危险值以下,以保证防突措施的防突效果。
安全防护措施防突综合措施的第四个环节,它是防止发生突出事故的第二道防线。
安全防护措施的目的在于突出预测失误或防突措施失效发生突出时,避免人身伤亡事故。
故首先要进行突出区域预测,把煤层划分为突出危险和非突出煤层,再通过区域预测把突出危险煤层划分为突出危险、威胁区和无突出危险区,最后通过工作面突出危险性预测把工作面划分为突出危险和无突出危险工作面。
只有在预测为突出危险的工作面才采用防治突出措施,且在措施执行后进行防突效果检验。
在突出煤层的危险区威胁区,仅采用安全防护措施,但应根据煤层的突出危险程度,采掘工作面每推进30~100m,应用工作面突出危险性预测方法连续进行不少于两次的验证性预测,其中任何一次验证为有突出危险时,该区域即改为突出危险区。
2008年11月4日授课地点:
综采一队安教室
王晓亮
(二)制定防突出措施的基本原则
1、部分卸除煤层区域或采掘工作面前方煤体的应力,使煤体卸压并将集中应力区推移至煤体深部;
2、部分排放煤层区域或采掘工作面前方煤体中的瓦斯,降低瓦斯压力,减少工作面前方煤体中的瓦斯压力梯度;
3、增大工作面附近煤体的承载能力,提高煤体稳定性,如金属骨架、超前支护和注浆加固煤体等;
4、改变煤体的性质,使其不易于突出,如煤体注水后,煤体弹性减小,塑性增大,煤的放散瓦斯初速度降低,使突出不易发生;
5、改变采掘工艺条件,使采掘工作面前方煤体应力和瓦斯压力状态平缓变化。
上述前两个原则是减小发生突出的原能力,是釜底抽薪的办法,如开采保护层、预抽瓦斯、超前钻孔、水力冲孔、松动爆破等。
(三)防止突出措施分类
1、区域性防突措施。
开采保护层、大面积预抽煤层瓦斯和煤层注水等。
(预先采取,不干扰采掘作业,效果好)
2、局部防突措施。
(在预测有突出危险的采掘工作面应用)超前钻孔、松动爆破、水力冲孔、金属骨架等。
2008年11月4日授课地点:
(四)我矿防突措施介绍
略
突出矿井一般有健全的组织机构,较完善的管理制度,必要的技术装备和防突措施,一般说,不应该发生突出事故。
但由于各种因素影响,突出事故仍然时有发生,主要原因是:
①对防突工作思想麻痹,重视不够,没有按规定采取切实可行的措施。
瓦斯、地质、揭煤。
②对防突综合措施贯彻不力。
预测?
准确?
措施?
效检、防护?
③执行防突措施缺乏严肃性。
钻孔布置、超尺等。
④不按《煤矿安全规程》和《细则》规定去认真制定有效的防突措施和建立措施效果检验制度。
⑤防突预测失误。
⑥疏于安全防护措施。
⑦缺乏先进、可靠的超前勘探构造的仪器装备,在一定程度上影响了预测预报效果;
也有的突出矿井当地质条件变化后,原有的防突措施、技术装备、操作工艺已经不适应,但一时未找到新的解决办法。
⑧作业人员缺乏煤与瓦斯突出常识。
例如对突出预兆缺乏认识和了解,又侥幸心理,未加防范。
防治煤与瓦斯突出是一项复杂的系统工程,防突工作任重道远。
在防治煤与瓦斯突出的斗争中,人们一直在两个方面进行着不懈的努力。
其一,研究煤与瓦斯突出的机理,掌握突出的发生发展规律,以便用理论指导实践。
但是由于突出是一种特别复杂的过程,人们尚未在理论上完全认识清楚突出的本质,至今还没有一种直接由突出理论导出的突出预测方法或防治方法用于煤矿现场。
其二,研究煤矿现场使用的突出预测方法和突出防治方法。
这种研究主要以现场的经验为基础,对与突出有关的资料进行总结,形成一些便于现场应用的方法,然后在实践中不断改进。
由于影响突出的因素较多,各矿区的地质条件也不一样,存在着突出预测临界值随矿井的不同而不同,防突措施效果差别较大。
但只要我们牢固树立突出事故是可防可控的思想,坚定必胜信心,采取科学合理的措施,我们一定能够战胜突出这种自然灾害。
2008年11月5日授课地点:
煤矿地质基本知识
第一节矿井概况
1、井田范围
谢桥矿东起F209断层与张集矿井相接;
西至
F5断层与刘庄勘探区为邻;
南部以谢桥向斜轴或17-1煤层-1000水平地面投影为界;
北至1煤露头或张集勘探区三线,东西长11.5千米,南北宽4.3千米,面积38.2Km2
矿井于1983年12月正式开工兴建,1997年5月14日移交生产,设计年生产能力为400万吨,07年核定生产能力700万吨/年。
分两个水平,第一水平标高为-610m,下山到-720m;
第二水平标高为-950m,下山至-1000m,井田原划分为五个采区,即东一、东二、东三、西一、西二采区。
现东三采区-720m以上各煤层由集团公司划给张集矿井,西一、西二采区合并为西翼采区。
东一、东二采区合并为东翼采区。
2008年11月5日授课地点:
李欣
2、矿井地质概况
2.1、矿井地质构造
谢桥煤矿位于淮南复向斜中部,陈桥背斜的南翼、谢桥向斜的北翼。
总体上呈一走向近东西、向南倾斜的单斜构造。
地层倾角一般10°
~15°
,虽局部地段发育有小的褶曲,造成地层起伏,但波幅较小,地层产状总体上变化不大。
单斜构造特征明显。
井田内断层较少,一般规模不大,对煤层的影响、破坏作用较弱,规模较大的主要为井田边界断层或发育在井田深部;
且以北东、北北东向斜切正断层为主,偶见其它走向断层,逆断层发育较少。
井田南部边界F202、F206断层为两条逆冲推覆断层,属阜风推覆构造前缘叠瓦扇的一部分,两断层间夹块一般厚100~200米,有时合二为一,夹块内构造复杂,由其造成井田深部局部地段含煤地层叠置;
发育于井田深部的谢桥向斜的枢纽向东部仰起,向西倾斜,使得井田东段深部近向斜轴部的煤层走向由近东西转向南东。
谢桥井田东二采区发育有2个陷落柱,分别为1#、2#陷落柱,其中1#岩溶陷落柱位于东二采区补Ⅱ勘探线附近。
陷落柱呈上小下大的锥体,陷落柱内11-2,8,6,4-2,1煤层及灰岩顶界面整体下降14~38m。
1#陷落柱的平面形态为近似椭圆形,长轴近南北向,直径252m,短轴近东西向,直径242m。
2#岩溶陷落柱位于东二采区补Ⅲ与七—八勘探线之间,在平面上由3个近椭圆锥的小陷落柱呈串珠状组成,其延展方向为NW~SE,与13118工作面西段斜交,在延展方向长1530米,在延展方向的垂向上宽30~140米。
2.2、矿井资源概况
截止2008年9月底,剔除矿井历年动用储量4856.9万吨,矿井剩余地质储量为61699.7万吨(包括济河闸地质储量4689.6万吨、工广煤柱5867.2万吨、井筒煤柱1916.0万吨、井田边界煤柱254.6万吨、其它煤柱2675.0万吨),可采储量为37733.8万吨(包括济河闸可采储量3416.0万吨)。
一水平剩余地质储量为28622.6万吨,可采储量为18145.7万吨。
其中:
东一采区剩余地质储量为4413.6万吨,可采储量为3313.8万吨;
东二采区剩余地质储量为6847.7万吨,可采储量为5168.2万吨;
东三采区剩余地质储量为364.6万吨,可采储量为240.1万吨;
西翼采区剩余地质储量为12555.4万吨,可采储量为9423.6万吨。
二水平地质储量为33077.1万吨,可采储量为19588.1万吨。
东翼采区地质储量为15182.4万吨,可采储量为11167.9万吨;
西翼采区地质储量为11623.2万吨,可采储量为8420.2万吨。
2008年11月6日授课地点:
第二节煤层
谢桥井田共含定名煤层31层,总厚31.42m,其中可采煤层11层,自下而上依次为1、4-2、5、6、7-1、7-2、8、11-2、13-1、16-1、17-1煤层,可采煤层总厚23.10m,占煤层总厚的73.5%。
13-1、8、4-2、1煤层为主要可采煤层,总厚14.58m,占可采煤层总厚度的63.1%。
稳定煤层:
13-1,8,4-2煤层西段,1煤层东段。
较稳定煤层:
11-2,7-2,6煤层西段,5,4-2煤层东段,1煤层西段。
不稳定煤层:
17-1,16-1,7-1,6煤层东段。
可采煤层间距、煤厚表
层位
17-1
16-1
13-1
11-2
8
7-2
7-1
6
5
4-2
1
C3
煤
厚
最大
2.19
3.72
8.28
4.01
5.87
1.80
2.29
4.75
2.6
4.33
10.74
最小
0.79
1.19
0.47
2.13
平均
0.9
1.07
4.72
1.67
3.25
0.89
0.76
1.05
1.49
4.48
间
距
21.32
106.68
76.46
97.15
12.16
12.72
37.67
25.17
30.85
104.76
21.44
4.27
69.29
55.44
71.55
0.69
9.37
3.47
4.02
74.89
12.08
11.52
90.48
66.95
86.70
4.57
5.11
23.58
18.12
7.50
88.82
16.44
2008年11月6日授课地点:
第三节水文地质
谢桥井田主要含水层由岩溶裂隙含水层、裂隙含水层、孔隙含水层三部分组成。
各类含水层对矿床开采的影响程度,又可分为直接充水含水层和间接充水含水层,各含水层之间均有有效隔水层和相对隔水层间隔,其特征如下:
1、新生界松散层含、隔水层(组)
松散层厚度194.10~485.64m,平均厚度363.26m;
总体呈南薄北厚的趋势。
可大致分为上部含水层(组)、上部隔水层(组)、中部含水层(组)、中部隔水层(组)及底部“红层”等五部分。
2、基岩含、隔水层
1.1二迭系砂岩裂隙含水层(段)
含水分布在煤层和泥岩之间,裂隙局部发育,富水性弱,以储存量为主,补给水源有限。
各含水层之间,均有泥质类岩层间隔,相互之间无水力联系,即使被断层分割,断层破碎带也因泥质类岩屑的重新胶结充填,而具有相对的隔水作用。
1.21煤底板隔水层段:
其厚12.08~21.37m,平均厚度16.44m。
岩性为泥岩,砂岩相间,在自然状态下,对1煤底板太原组灰岩水能起隔水作用。
1.3太原组石灰岩岩溶裂隙含水层(段)
平均厚度103.38m,含灰岩13层,平均累厚56.84m,占组厚55%,其中3、4、12三层灰岩最厚,平均厚度为7.52m,、11.03m、、12.01m,占灰岩总厚的54%,其余均为薄层灰岩。
灰岩之间为泥岩、砂岩及薄煤层,地下水运动以层流为主。
富水性中等,但分布不均一,并处于停滞状态。
1.4本溪组隔水层段
厚3.05~5.40m,平均4.67m,为浅灰色铝质泥岩,分布稳定,起相对隔水作用。
1.5奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层(段)
我矿奥灰隐伏露头分布面积较大,富水性不均一,故水文地质条件不清。
今后在矿井水文地质工作中应加强防范措施。
3、断层及其富水性
区内共有断层38条,据钻孔穿过断点统计,破碎带宽度在1.60~16.00m,一般为泥质充填,钻孔未发现漏水现象,据水209孔对F209断层抽水试验,结果无水。
表明以泥质岩类为主组成的断层破碎带起阻水作用,但是在地下水力均衡失去平衡时,因其抗压强度比正常岩层小,将成为高水头含水层溃入矿坑之途径。
如系坚硬岩层构成的破碎带可能含水,尤其切割1煤及太原组灰岩的断层带,有随时导致底鼓水的危害。
2008年11月7日授课地点:
徐冲
第二章瓦斯地质
第一节瓦斯概述
1、矿井瓦斯定义
瓦斯地质是从地质角度研究煤层和煤与瓦斯突出规律,为煤矿安全和能源开发服务的一门新兴边缘学科。
它主要研究瓦斯的形成、瓦斯的赋存和煤与瓦斯突出的地质条件、以及瓦斯危险性预测等方面的内容。
矿井瓦斯:
是指煤矿生产过程中,由煤层及其围岩释放出来的一种多成分的混合气体,包括CH4,,N2,C2H6(乙烷),H2S,和CO等。
瓦斯中甲烷占绝大多数,其次围N2和CO2,其它成分含量很少。
甲烷俗称沼气,为无色、无嗅、无味、无毒,可以燃烧和爆炸的气体。
当空气中混有5-16%的沼气时,遇高温引起爆炸,同时瓦斯也是一种能源。
煤层气:
煤系地层中的有机物在成煤过程中形成大量的天然气,称为煤层气。
煤层气大部分逸散到空气或围岩中,约有3-24%残存在煤层内。
另有大约1-15%储集在围岩的砂岩和石灰岩中,称为聚煤气。
有人估计,现在世界探明的天然气储量中,煤层气占60-70%
矿井瓦斯和煤层气是有采矿和地质两个学科分划提出的术语,但其所指基本上一个意思,稍微有点不同的是瓦斯泛指涌入井巷工程中的各种有害气体,包括来自煤层顶底板及采空区的气体,成分较复杂;
煤层气是光指储存在固相煤物质中的,成分以甲烷为主,包括多种重烃的气藏。
应当把矿井瓦斯作为一种矿产资源进行研究,并将煤矿安全生产和开发利用层气资源两者紧密结合起来。
2、瓦斯的赋存状态及其影响因素
瓦斯的赋存状态主要有游离和吸附两种。
以分子自由运动于煤层空隙和裂隙中的瓦斯,称为游离瓦斯;
受分子引力,呈薄膜吸附于煤层孔隙或裂隙表面的瓦斯,称为吸附状态瓦斯。
煤内瓦斯以吸附状态为主,游离状态为辅。
实测表明,在开采深度1000-1200m以内,煤层中沼气的吸附量占75-95%,而游离沼气量只占5-30%。
上述两种状态的瓦斯,在一定的压力和温度条件下,处于动平衡状态。
当压力增高、温度降低时,部分游离状态瓦斯可转变为吸附状态,这以过程称为吸附过程。
为放热效应;
反之,当压力降低、温度升高时,部分吸附状态瓦斯又可转化为游离状态,这一过程称为解吸过程,为放热效应。
2008年11月7日授课地点:
第二节煤层瓦斯含量及其影响因素
1、煤层瓦斯含量的定义
煤层瓦斯含量是指单位体积或重量的煤体内,所含瓦斯的体积,单位为m3/t或m3/m3或cm3/g。
由于一定质量的瓦斯气体的体积取决于所处的温度和压力条件,因此在不同温度和压力条件下测得的瓦斯含量是不相同的。
2、影响瓦斯含量的因素
2.1煤的变质程度
煤的变质程度,一方面决定着产气的数量,变质程度越高,产气量越多,瓦斯含量越大;
另一方面决定着煤内微空隙的发育程度,决定着煤对瓦斯的吸附能力。
2.2围岩的透气性
围岩的透气性,决定着瓦斯的储存条件和瓦斯在煤层内的流动特性。
煤和围岩的透气性好,有利于瓦斯的运移和排放,煤层瓦斯含量较小,瓦斯分布较均匀;
反之,煤于围岩的透气性差,不利于瓦斯的运移和排放,有利于瓦斯的保存,煤层瓦斯含量较大,瓦斯分布不均匀。
煤和围岩的透气性于层理、裂隙、孔隙的发育程度有关。
2.3地质构造
地质构造对瓦斯的聚集和排放具有双重作用。
在煤层顶板岩性致密、透气性差的条件下,在未受断裂破坏和严重剥蚀的褶皱地区,由于构造的圈闭,致使瓦斯沿煤层向上运移较易,因此背斜顶部较向斜槽部瓦斯相对聚积,瓦斯含量较大,瓦斯压力较高。
在遭断裂破坏和严重剥蚀的褶皱地区,由于背斜顶部煤层埋藏较浅,通达地区的断裂发育,有利于煤层瓦斯的排放,因此背斜顶部较向斜槽部瓦斯含量较小,瓦斯压力较低。
在遭受断裂构造破坏地区,当张性,张扭性的断裂,或先期虽未压性或压扭,但后期转化为张性或张扭性的断裂等通达地表时,起着排放瓦斯的作用,致使断层附近瓦斯含量减小,而压性,压扭性断裂,尤其是那些局限于煤层附近,尚未通达地表的掩伏式压性,压扭性断裂起着封存瓦斯的作用,致使断裂附近瓦斯含量增大。
煤层倾角大小对于瓦斯排放的难易程度也有影响。
倾角平缓,相对瓦斯涌出量大,煤与瓦斯突出可能性大;
倾角较陡,相对瓦斯涌出量小,煤与瓦斯突出可能性小。
2.4煤层的埋藏深度
在煤层露头附近,一方面由于煤层内的瓦斯逐步向大气排放,造成煤层瓦斯含量和压力由深而浅降低;
另一方面,由于空气和地下水不断向煤层内渗入,改变着瓦斯的原始成分,形成瓦斯分化带。
这种空气和瓦斯的长期缓慢交换,从而引起浅部瓦斯成分的带状分布。
2.5地下水的活动情况
活动在煤层裂隙和孔隙中的地下水,不仅侵占了瓦斯的存储空间,排挤出部分游离瓦斯,而且由于水对煤粒的吸附还削弱了煤对瓦斯的吸附能力,在地下水的不断循环过程中煤内瓦斯逐步地被流水带走。
因此,在其它条件相同的情况下,地下水活动强烈的矿井瓦斯含量较低,地下水活动微弱的矿井瓦斯含量较高。
除了上述诸因素外,煤田的暴露程度、煤层的厚度变化,岩浆的侵入活动,以及地区的地质发展史等都对煤层的瓦斯含量有直接的影响。
在分析煤层瓦斯含量的影响因素时,要注意各因素的异同,从中筛析出差异较大的因素。
只有这样,才能正确阐明不同井田、同一井田不同采区瓦斯含量差异的原因。
2008年11月10日授课地点:
第三节影响煤与瓦斯突出的因素
1、煤层瓦斯含量和瓦斯压力
煤内瓦斯仅游离瓦斯显示压力,它和吸附瓦斯处于动平衡状态。
如果外界压力突然减小,吸附瓦斯可以迅速解吸,产生大量游离瓦斯,瞬时产生高压释放,破碎煤体和岩石。
瓦斯含量高,瓦斯压力大的煤层容易引起突出。
2、地应力
在研究煤与瓦斯突出的范畴内,地应力一般理解为采掘前方某一点所受的各向应力。
它包括地层的重力,由于采动引起的集中应力,以及地壳运动在岩石内积聚的构造应力。
地应力在煤与瓦斯突出中的作用,一方面使煤体产生位移和突然破碎,煤由静态变为动态;
另一方面影响煤体内部结构,特别是煤的吸附性和透气性,控制着瓦斯的赋存和运动。
3、煤体结构破坏程度
煤体结构是指煤层在构造应力作用下所形成的煤的构造结构。
具有构造结构的煤称为构造煤。
目前,我国根据煤的裂隙发育情况、断口、光泽和手拭硬度等特征,将煤体结构按破坏程度大小分为四类:
依次为原生结构煤(Ⅰ类)、破碎结构煤(Ⅱ类)、碎粒结构煤(Ⅲ类)和糜棱结构煤(Ⅳ类)。
综上所述,在影响煤与瓦斯突出的三个主要因素中,高压瓦斯是突出的必要条件。
没有高压瓦斯,即使地应力再大,煤体结构破坏再严重,也不会发生突出。
但是,要保持煤层中的高压瓦斯,又必须有强大的地应力作用于煤层顶底板上才能保持平衡。
因此,地应力是保持高压瓦斯的前提条件。
地层静压力、压性和压扭性的构造应力是适于地层中保持高压瓦斯的地应力;
张性和张扭性的地应力所造成的断裂构造,对附近煤和围岩起卸载作用,有利于高压瓦斯的排放。
因此,压性和压扭性应力曾经集中至今尚未松驰的地段,易于发生突出。
煤体结构遭受破坏是突出的有利条件。
它削弱煤体强度,减少突出所需能量,所以突出常集中出现在地质构造破坏带内。
2008年11月10日授课地点:
第四节煤与瓦斯突出的一般规律
1、突出一般都发生在一定的深度以下。
随着深度的增加,突出次数增加,强度增大,突出煤层数增多,突出危险区扩大。
2、突出次数和强度随着煤层厚度,特别是软煤分层厚度的增加而增加。
突出最严重的煤层往往是最厚的主采煤层。
3、突出与地质构造的性质、型式和部位密切相关,特别是构造应力集中的封闭型构造突出危险性大为增加。
这些构造主要是指向斜轴部、向斜中的局部隆起、向斜与断层或褶皱交汇地区,以及压性或压扭性断裂带、走向拐弯和倾角骤陡及煤层扭转地区、顶底板阶梯状凸起地段等。
4、突出瓦斯的主要成分是沼气,个别为二氧化碳气。
5、突出与围岩的厚层和坚硬性可能有一定的关系。
煤层顶底板层厚大、硬度高时,突出危险性增大。
6、突出煤层通常具有的特点是力学强度低,软硬不均,透气性差,瓦斯放散速度较高,湿度小,煤原生结构遭受强烈构造破坏,
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