石门揭煤突危险性预测技术.ppt

煤与瓦斯突出的球壳失稳机理 煤与瓦斯突出过程的实质是地应力破坏煤 体，煤体释放瓦斯，瓦斯使煤体裂纹扩展并 使形成的球盖状煤壳失稳破坏，将原本具有 一定支撑能力的表面破坏煤体抛向巷道，迫 使地应力峰移向深部，继续破坏后续煤体这 样一个连续发展的过程。这一结论称为煤与 瓦斯突出机理的球壳失稳机理。 压出时的残余煤样 球盖状煤片 煤与瓦斯突出过程中的能量耗散规律 突出过程中，煤体的弹性潜能均转化为煤体的破碎功(即增大煤体的 表面能)和提高煤体质点的温度，为煤体内瓦斯能的释放创造了有利 的条件。 在地应力的作用下煤体被破坏后，从煤体中释放出来的初始释放瓦斯 能中具备做功能力的初始释放瓦斯膨胀能是发动突出的真正的动力及能 源。 煤体中的初始释放瓦斯膨胀能的大小随地应力、瓦斯压力的增高而增 高，但随原始煤体强度的增高而降低。初始释放瓦斯膨胀能综合反映了 地应力、煤体强度及瓦斯压力对突出过程的影响。 初始释放瓦斯能及初始释放瓦斯膨胀能主要来自于与大裂隙沟通良好 的各级孔隙内的游离瓦斯能及吸附瓦斯能，但不包括与大裂隙沟通条件 不好的各级孔隙内的游离瓦斯能及吸附瓦斯能。 突出模拟装置示意图 压力机及突出装置布置 非突出 弱突出(压出) 突出1 突出2 初始释放瓦斯膨胀能测定系统 煤与瓦斯动力现象分类预测 突出动力现象的判别函数 初始释放瓦斯膨胀能指标的测定 从现场采取的煤样中称取一定重量的煤样，放入初始释放瓦斯膨胀能 测定装置的煤样罐中。抽真空8 小时。再充入瓦斯至煤层的原始瓦斯压 力，在恒温条件下稳定8小时(稳定的温度为煤层的温度)。在测定之前，设 置好三个压力传感器的测定速度，各段的切换临界值。打开电磁阀与中压 及微压传感器之间的截止阀，使煤样罐与电磁阀连通。快速打开渐缩喷口 上的球形阀，计算机立即进行测定工作，并将测定各时刻罐内气体的总压 与总温数据记录存盘。 在煤样罐中放置体积与煤样相同的铁块，在同样的条件下进行测试。 由于铁块不吸附瓦斯，因此这时测出的是罐内死空间中涌出的瓦斯总压与 总温的数据。通过数据处理可以计算出两次从喷口中涌出的初始释放瓦斯 膨胀能，两者相减就是从煤样中涌出的初始释放瓦斯膨胀能指标。 弱突出临界值42.98 mj.g-1，突出临界值103.8 mj.g-1 以煤样的初始释放瓦斯膨胀能和煤层厚度作为预测指标 时可以将突出模拟的结果分为三类：非突出、弱突出、突 出，预测的准确率为100%。但试验也表明，预测指标中的软 煤厚度对突出的敏感性远小于初始释放瓦斯膨胀能，仅仅用 初始释放瓦斯膨胀能也能准确预测石门揭煤的突出危险性， 预测的准确率达到96%以上。在石门揭煤突出预测中，初始 释放瓦斯膨胀能指标的突出临界值是：弱突出时，初始释放 瓦斯膨胀能为42.98mj/g；突出时，初始释放瓦斯膨胀能为 103mj/g。 初始释放瓦斯膨胀能与煤层瓦斯压力的关系 国家自然科学基金资助项目 由于突出模拟试验得出发生大型突出与弱突出时初始释放瓦斯膨胀能的 临界值分别为103.8 mJ·g-1和42.98 mJ·g-1，根据图5和图6 可以很容易确定， 河南磴槽煤矿7井的二1煤层要避免出现突出模拟试验中的大型突出和弱突出 ，在石门揭煤前，巷道及巷道周围局部煤层中的瓦斯压力应该降低到0.551 MPa和0.228 Mpa以下。而开滦马家沟煤矿12#煤层在石门揭煤前，瓦斯压力 只需降低到1.2632 MPa以下就可以避免出现弱突出。不过，值得指出的是， 以上的测量结果是针对所采取的煤样来说的。由于在煤矿现场的煤层中，非 均质性特别明显，不同地点不同位置采取的煤样是有差别的。不同地点煤样 的初始释放瓦斯膨胀能及定量的变化规律需要实测才能确定。但以上的测定 结果说明，初始释放瓦斯膨胀能与瓦斯压力之间是一种线性关系。在实际的 石门揭煤过程中，只要在工作面前方采取煤样进行少量的测定，就能确定该 处煤层的初始释放瓦斯膨胀能与瓦斯压力的关系曲线；在瓦斯排放过程中， 根据这种关系曲线，就能依据巷道周围布置的残余瓦斯观测压力表，定量地 依据初始释放瓦斯膨胀能来判断预排瓦斯的防突效果。 上述分析结果给我们提供了一种新的石门揭煤预 排瓦斯前后预测和监测煤层突出危险性的方法。当然 ，在目前《防治煤与瓦斯突出细则》尚未修改的情况 下，为保证安全，实践中最好还是采用较为保守的压 力值为好，如河南磴槽煤矿7井的二1煤层，石门揭煤 前瓦斯压力最好降低到0.228 Mpa以下；而开滦马家沟 煤矿12#煤层，瓦斯压力最好按照《防治煤与瓦斯突出 细则》的规定降低到0.74 Mpa以下。 石门揭煤突出预测指标的试验研究 马家沟矿的瓦斯膨胀能指标Wp可以更 加准确地反映石门揭煤过