张庆文论文618打印版 1.docx
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张庆文论文618打印版1
学校代码：
11517
学号：
201010104117
HENANINSTITUTEOFENGINEERING
毕业论文
题目杨柳矿10414工作面防
突技术及应用
学生姓名张庆文
专业班级安全工程1041班
学号201010104117
院（部）安全工程学院
指导教师（职称）常绪华（讲师）
完成时间2014年5月26日
河南工程学院论文版权使用授权书
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作者签名：
年月日
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所呈交的论文，是本人在指导教师指导下，进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。
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本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。
作者签名：
年月日
河南工程学院
毕业论文任务书
题目杨柳矿10414工作面防突技术及应用
专业安全工程学号201010104117姓名张庆文
一、主要内容
深入了解防突技术，结合现场地质构造及煤层情况，针对突出问题进行分析、评价、治理、检验。
具体如下：
（1）总结防突技术现状，论述研究内容意义；
（2）采用一定方法进行突出危险性评价；
（3）瓦斯参数测定；
（4）从开采前、开采后及邻近层等采用不同的防突技术进行瓦斯治理并对治理效果进行检验；
（5）论文总结及展望。
二、基本要求
（1）查阅文献资料不少于35篇（列入参考文献中），其中外文文献不少于5篇。
根据查阅的文献资料情况，写出文献综述，字数不少于3000字；翻译外文文献一篇，译文字数不少于3000字，并分别单独装订成册。
（2）第8学期第3周，完成“开题报告”。
（3）论文篇幅2万字左右。
三、主要参考文献
[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京:
煤炭工业出版社,2001.
[2]王佑安.“四位一体”综合防突措施[J].煤矿安全,2003,34（增刊）:
61-63.
[3]仵自连,张玉华.矿井瓦斯治理[M].徐州:
中国矿业大学出版社,2009.
[4]曹庆贵.安全系统工程[M].北京:
煤炭工业出版社,2010.
[5]国家安全生产监督管理总局.安全评价[M].北京:
煤炭工业出版社,2005.
[6]刘頔.煤层瓦斯压力测定中的注浆封孔工艺分析[J].科技信息,2007,11（4）:
29-30.
[7]张国枢.通风安全学[M].徐州:
中国矿业大学,2011.
[8]何国益.矿井瓦斯治理实用技术[M].北京:
煤炭工业出版社,2011.
[9]李建铭.煤与瓦斯突出防治技术手册[M].徐州:
中国矿业大学出版社,2004.
[10]国家安全生产监督管理总局.煤矿瓦斯抽采基本指标（AQ1026-2006）[M].北京:
煤炭工业出版社,2007.
[11]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京:
煤炭工业出版社,2001.
[12]宋宜波.高瓦斯综采工作面瓦斯综合治理实践[J].煤炭技术,2008,1（27）:
65-67.
完成期限：
指导教师签名：
专业负责人签名：
年月日
目录
摘要Ⅰ
AbstractⅡ
1前言1
1.1背景及意义1
1.2国内外研究概况及存在问题2
1.2.1国外防突技术研究概况2
1.2.2国内防突技术研究概况3
1.2.3瓦斯涌出规律研究现状5
1.2.4防突技术存在问题5
1.3本论文的研究方向和技术路线6
2煤与瓦斯突出危险性评价7
2.1进行突出评价的必要性7
2.2事故树分析方法简介7
2.3事故树编制过程及求解8
2.3.1事故树编制过程8
2.3.2最小割集、最小径集计算8
2.3.3结构重要度分析9
2.3.4事故树分析结论10
3瓦斯压力及含量测定11
3.1煤层瓦斯压力统计11
3.1.1煤层瓦斯压力测定原理及工艺11
3.1.2瓦斯压力测定结果12
3.2工业分析及吸附常数测定13
3.3煤层瓦斯含量测定15
4工作面防突技术17
4.1矿井概况17
4.1.1矿井地理位置概况17
4.1.2地质构造17
4.1.3煤层与煤质18
4.1.4瓦斯概况19
4.1.5通风系统20
4.1.6水文地质20
4.2瓦斯抽放必要性与原则20
4.2.1瓦斯抽放的必要性20
4.2.2选择抽放瓦斯的原则21
4.3抽放瓦斯方法的选择21
4.3.1工作面回采前瓦斯抽放方法22
4.3.2工作面回采期间瓦斯抽放方法24
4.3.3采空区埋管抽放25
4.3.4中组煤层瓦斯抽放方法25
4.4设备选型及管路敷设27
4.5防突技术效果28
5结论29
致谢30
参考文献31
杨柳矿10414工作面防突技术及应用
摘要
瓦斯灾害作为矿井五大自然灾害之首，一直制约着煤矿生产效率的提高，严重威胁日常生产和井下工人的生命安全。
瓦斯灾害中煤与瓦斯突出事故最为严重，因此防治突出是治理瓦斯的重点。
杨柳矿10414工作面在掘进和生产期间出现了瓦斯非正常涌出、瓦斯超限及突出的现象，严重制约着煤炭安全生产。
论文首先对影响煤与瓦斯突出的煤体特征、地质构造、瓦斯等因素按照事故树的编制规程编制事故树，进行了突出危险性评价，求出了最小割集、最小径集及基本事件的结构重要度，找出了影响突出的主要因素及防治突出最有效最快捷的方法。
其次，论文对瓦斯基本参数进行测定，确定了瓦斯含量及瓦斯压力。
最后，为了充分利用时间与空间，实现立体化、多元化的抽放，最大限度地增加瓦斯抽放量、提高瓦斯抽放率，论文采取了顺层钻孔与穿层钻孔相结合、顶板高位走向钻孔、采空区埋管抽放、高位穿层拦截钻孔、地面钻井抽放瓦斯，最大限度降低了煤层瓦斯含量和瓦斯压力，从而降低了发生煤与瓦斯突出事故的可能性，确保了工作面安全掘进、回采。
关键词煤与瓦斯突出；突出危险性评价；瓦斯抽采
OutburstPreventionTechnologyandApplication
ofYangliuMine10414MechanizedMiningFace
Abstract
Gasdisaster,asthemostimportantoneoffivenaturaldisasters,hasbeenrestrictingtheefficiencyofcoalmineproductionallthetime,andseriouslythreatensthedailyproductionandthesafetyofundergroundworkers.Coalandgasoutburstaccidentmostseriousingasdisaster,socoalandgasoutburstpreventionisthekeyofgascontrol.Phenomenonofmethaneabnormalemission,gasexceedinglimitandoutburstwasappearedin10414mechanizedminingfaceofYangliucoalmineintheprocessofexcavationandproduction.Itwasseriouslyrestrictingthesafeproductionincoalmines.Firstly,basedonthecoalandgasoutburstinfluencefactorofcoalcharacteristics,geologicalstructure,methaneandotherfactors,faulttreewascompletedbyauthorizedregulationoffaulttree.Outburstdangerwasevaluatedandstructureimportanceofminimalcutset,minimalradiussetandbasiceventswascalculated.Themainfactorsofaffectingoutburstandmosteffectiveandshortcutmethodofmanagingoutburstwereobtained.Secondly,basicparametersofmethanecontentandmethanepressureweremeasuredandconfirmed.Finally,inordertofullusethetimeandspace,achievethree-dimensionalanddiversifiedmethanedrainageandmaximizeincreasemethanedrainagevolumeandimprovemethanedrainagerate,drainagemeasuresofcombiningbeddingboringandwearlayerdrilling,buriedtubedrainageingoaf,highwearlayerinterceptdrillingandgrounddrillingdrainagegaswereused.Coalseammethanecontentandpressurewasgreatestdegreetoreduceandpossibilityofgasoutburstaccidentwasdecreased.Theresearchresultisbeneficialtosafetunnellingandcoalminingofface.
KeyWordsCoalandgasoutburst;Evaluationontheoutburstdanger;Gasextraction
1前言
1.1背景及意义
我国是以煤炭为主要能源的国家，煤炭开采与国家的发展与人民的福祉紧密相连。
但受到开采技术、管理水平、煤炭赋存条件以及职工的素质等影响，在煤矿事故频发，带来了巨大经济损失和人员伤亡。
在政府、技术人员和广大职工的共同努力之下，应对煤矿事故的安全措施越来越成熟，煤炭产业由粗放型向集约型转变，煤矿事故的发生在逐步减少。
据初步统计，2012年煤矿事故779起，死亡1384人，百万吨死亡率0.374。
2013年全国共发生各类煤矿事故589起，死亡和失踪1049人，同比分别下降24.4%和24.2%；其中较大以上事故61起，死亡和失踪468人，同比分别下降29.9%和25%；煤矿百万吨死亡率为0.293，比上年下降21.7%，煤矿安全生产形势稳定好转[1]。
虽然如此，与南非、波兰、德国等煤炭大国仍然有很大的差距。
据不完全统计，2001~2012年来在煤矿安全事故中，瓦斯事故1035起，死亡人数8463人，顶板事故3805起，死亡人数为5108人，中毒窒息事故667起，死亡人数1566人，水灾事故473起，造成2744人死亡，火灾事故152起，死亡人数930人[2-4]。
从中可以看出，瓦斯事故造成的人员伤亡最大，它严重威胁着井下工作人员的生命安全，并制约着煤矿的安全生产，我国一向重视瓦斯灾害的防治，不断加大治理力度，取得了一系列的成果，缓解了瓦斯事故的发生，但瓦斯治理问题依然严峻，采深增加和综采设备的运用给煤矿安全生产带来了新的挑战。
防治瓦斯超限、集聚等问题依然是我国煤炭安全的迫切需要[5]。
工作面的瓦斯来源有煤壁、采落煤炭、采空区，开采单一薄煤层或中厚煤层瓦斯主要来源于煤层暴露面和采落煤炭，煤层瓦斯含量越高，开采时瓦斯涌出量也越大[6]。
在开采层附近赋存有瓦斯含量大的煤层时，受采动影响，采空区上下形成大量裂隙，瓦斯就会流向采空区，进入生产空间。
综采机械化设备的普遍应用，使煤炭的产量大大提高，但综采推进速度快，开采强度大，瓦斯涌出量随之加大，当顶板周期来压，采空区瓦斯大量涌入工作面，常常导致工作面局部瓦斯超限，严重制约着煤矿的安全生产。
煤层开采深度不断加大，使煤层中的瓦斯向地表运移距离越长，煤层透气性降低，瓦斯散失越困难，瓦斯含量增加，使有煤与瓦斯突出危险的矿井增多[7]。
因此继续开展瓦斯防治技术的研究与应用，完善措施，创新方法，降低煤与瓦斯突出的频率，减少突出事故的危害，解决不断面临的新问题仍然具有深远意义。
1.2国内外研究概况及存在问题
1.2.1国外防突技术研究概况
前苏联、波兰、德国等国采用瓦斯抽放、开采保护层区域性的消除了突出危险性；局部性措施有：
金属骨架、超前钻孔、卸压槽等。
总体来讲区域性防突措施的范围较大效果也比局部性措施好。
如果煤层没有保护层可以开采则采用的瓦斯防治措施主要是瓦斯抽放。
在瓦斯抽放钻孔布置方面，前苏联研究表明下向钻孔、水平钻孔和上向孔三种方式的瓦斯抽放之比为1:
1.2:
1.35，且上向孔抽放在薄煤层及自然透气性低的煤层中使用效果最好。
针对低透气性煤层抽放困难的问题，前苏联采用了交叉钻孔强化预抽煤层瓦斯的方法使透气性低的煤层瓦斯抽放率得到显著提高，其抽放率比平行钻孔高1~3倍，因此这种方法得到了广泛的应用。
研究表明，在开采深度大的条件下，采用直径较大的钻孔可以有效地提高抽放效果[8]。
日本赤平矿采用增大钻孔直径的方法（65mm到120mm）瓦斯抽放量增大了2.5倍，加大钻孔直径是发展的趋势。
在顺槽打钻抽放时，由于其与回采工作相互干扰造成抽放时间较短，瓦斯抽放量不高。
集中抽放系统最先在捷克和德国使用使抽放时间得到了有效的延长，即利用石门布置集中抽放站，向煤层打放射状钻孔。
如：
捷克2MP煤矿、德比扬斯克煤矿和斯特里克煤矿都采用了这种集中抽放系统。
封孔质量的好坏直接影响到抽放瓦斯量和抽放率，是实现高效瓦斯抽放必不可少的重要环节。
德国、日本采用聚氨酯封孔，美国用水泥及其他机械装置封孔，俄罗斯用橡胶圈封孔器、快干水泥封孔，英国采用树脂及橡胶圈封孔。
为提高瓦斯抽放量在不断完善综合抽放方式的基础上，均研究和采用了强化抽放瓦斯的方式，研制出了强力钻机，以提高钻进速度和钻进深度。
日本研究成功了在高瓦斯长壁工作面顶板打水平钻孔抽放采空区瓦斯的工艺和相应的装备，单孔抽放率达2~3m3/min[9]。
改善煤层透气性方面。
通常的方法是利用盐酸处理和水力压裂方法改善煤层透气性，但其作用范围限于500m，超过此深度效果逐渐降低。
乌克兰采用腐植酸钠和水力压裂处理煤层。
在煤层中的渗透作用强扩散距离大，并有方向性地改变了煤层的结构和物理特征。
实验表明，采用新药剂的综合抽放法克提高抽采率60%~75%。
成为一种产业加以发展。
德国、苏联等国家也相继开始了煤层气的研究与开发。
煤与瓦斯突出防治。
突出预测：
前苏联顿涅茨克工学院研究利用煤体变性指标来确定煤层突出危险性；波兰采用钻粉法测定瓦斯解吸量来判断突出倾向；美国从20世纪30代开始微震监测研究，近年来使用了突出自动监测系统，起到了良好的效果。
突出防治：
当开采煤层群时，开采解放层是预防突出最有效的方法，前苏联的顿巴斯矿区多年来开采解放层，形成了一些列的完整措施。
原联邦德国认为刨煤机比滚筒采煤机安全，有50%的长壁工作面使用刨煤机开采[10]。
上隅角瓦斯治理。
国外采用压风引射器引排法、小型液压风机吹散法、钻孔及埋管抽放等。
前苏联、原西德、波兰等国除了加强瓦斯抽放外，主要是通过改变回采工作面通风系统来维持安全生产，如Z型、Y型、H型等通风系统。
1.2.2国内防突技术研究概况
我国煤矿防突技术自20世纪50年代开始，经历了漫长曲折的研究与实践。
以煤与瓦斯突出规律为起点，引进学习国外煤与瓦斯突出的成果及经验，并结合中国煤炭开采的特点研究适合我国的煤与瓦斯突出预测、防治方法[11]。
60年代使用保护层开采防突技术使全国突出次数明显下降。
70年代，中国矿业大学、煤科院和天府矿务局对远距离上保护层开采，使下方被保护层透气性系数增加300多倍，是我国最早统地对保护层开采效果的考察研究[12]。
1975~1976年，中国矿业大学和天府矿务局进行了石门预排煤层瓦斯消除揭煤区域突出危险性的机理研究，在运用中使瓦斯压力由4.0MPa降至0.25MPa，煤层透气性增大50倍，预排煤层瓦斯区域排放率为75%，区域性的消除了突出危险性[13]。
随后中国矿业大学和中梁山煤矿研究并应用了大面积预抽煤层瓦斯区域性地消除了煤与瓦斯突出[14]。
1994~1995年，煤炭科学研究总院抚顺分院与焦作煤业集团进行了交叉钻孔预抽本煤层瓦斯的研究，平行钻孔和交叉钻孔相间布置。
结果表明，在钻孔数量及质量相同时，采用交叉钻孔比传统的平行钻孔提高瓦斯抽放量0.46~1.02倍。
1998~2002年，中国矿业大学和淮南矿业集团进行了远距离下保护层开采及卸压瓦斯强化抽采试验，使煤层透气性系数大幅度增加，同时也提高了瓦斯的抽采率，不仅使瓦斯得到合理利用，而且大大降低了煤与瓦斯突出的危险性[15]。
进入21世纪后，区域防突又有了进一步的发展，2005~2006年中国矿业大学和阳泉煤业集团开展了超远距离下保护层开采及卸压瓦斯强化抽采试验研究，在应用中使被保护层抽采率大于70%。
中国矿业大学和淮北矿业集团在淮北祁南矿开展网格式穿层钻孔孔群增透瓦斯抽采技术，利用该技术在钻孔施工过程中采用水压诱导控制喷孔，提高了孔群范围内煤体的透气性，通过抽采使煤层巷道具备了综合机械化的掘进条件。
经过几十年的研究发展已经形成了比较完善的瓦斯防治技术。
最为有效且实施效果较好的措施有区域性防突措施、“四位一体”综合防突措施[16]。
其中区域性防突措施可使煤层一定区域消除突出危险性属于该类的措施有开采保护层、预抽煤层瓦斯和煤层注水。
在突出矿井中先开采保护层可使其上下相邻的有突出危险性的煤层受到采动影响而减少或丧失突出危险的煤层[17]。
预抽煤层瓦斯是在采用通风方式不能解决瓦斯问题时时采用，它分为开采层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放、围岩瓦斯抽放。
区的优点在于施工不与采掘工作冲突，防突措施和正常的生产工作可同时进行“四位一体”综合防突措施包括突出危险性预测、防治突出措施、防治突出措施的效果检验、安全防护措施四个方面。
从预测、防治、检验、防护措施较为全面综合地防治煤与瓦斯突出，其效果显著。
总体来讲，为保障安全生产，必须因地制宜，把采前抽采与边抽边采等措施结合起来，采取综合的瓦斯抽放技术。
利用时间与空间，实现立体化、多元化的抽放，能够最大限度地增加瓦斯抽放量、提高瓦斯抽放率，在工艺和方式方面，采取井下抽放与地面抽放相结合、垂直钻孔抽放与水平长钻孔抽放相结合、短钻孔抽采与长钻孔抽采相结合、常规抽放与强化抽放相结合、邻近层与本煤层抽采相结合的技术措施，综合使用优势互补。
其最终目的是矿井瓦斯抽放能力要与采掘布局相协调、相匹配，使采掘生产活动始终在安全容许范围内。
另外，在没有条件采用区域防突措施时，可采用局部防突措施：
松动爆破、钻孔排放瓦斯、水力冲孔、金属骨架、超前钻孔、超前支架、卸压槽、煤体固化。
此措施可使工作面前方局部失去突出危险性，但局部防突不能与采掘工艺并行且受到地质因素影响较大，所以仅作为区域防突措施的补充[18]。
1.2.3瓦斯涌出规律研究现状
大量资料表明，突出是有规律可循的[19]。
了解这些规律对于制定合理的防突方案具有重要作用。
瓦斯涌出普遍有如下规律：
（1）当采掘深度达到一定值后才会诱发突出，不同地质条件、开采方式发生突出的深度也大相径庭。
总体来讲突出的强度是随着开采深度增加而加强的，突出次数也会随之增加。
（2）有地质构造的区域如：
褶曲、断层等是突出最多的地带，据南桐矿务局统计，扭转、断层、褶曲等地质构造附近是突出事故高发地带，除石门突出外，达到95%以上。
（3）巷道上隅角、相向掘进工作面接近时，煤层煤柱的相对应上下方煤层处，回采工作面的集中应力区内掘进时容易诱发突出。
上山掘进时由于煤自重的影响会比下山掘进突出的可能性大。
（4）煤层厚度特别是软分层厚度的增加会导致突出次数和强度增加，硬而厚的围岩存在、煤层倾角大，都会导致突出的危险性增大。
（5）煤层瓦斯含量和瓦斯压力对突出有重要影响，但由于突出是多种因素诱发的结果，煤层的瓦斯含量和压力两项指标并不能完全成为衡量突出的标准。
但我国瓦斯含量超过20m3/t的特大突出矿井就有30个，此两项在突出中的地位仍不容忽视。
（6）突出煤层都具有一定的特点：
软硬相间、强度低、透气性差，煤的原生结构遭到破坏，无明显节理、光泽暗淡等，放炮和落煤工序引发突出的可能性最大。
（7）突出的发生往往有征兆，支架和煤层的压力增大，煤壁膨胀鼓包掉渣，煤层内会有破裂声、煤炮声，瓦斯涌出量不稳定，煤尘增加，打钻时会有夹钻喷孔等现象。
1.2.4防突技术存在问题
目前，防治煤与瓦斯突出的措施主要有开采保护层和瓦斯抽采。
对具有保护层开采条件的煤层优先开采可起到煤体卸压和消突的作用。
不具备开采保护层条件的煤层，可采用瓦斯抽采技术降低煤层瓦斯含量。
而在瓦斯抽采的过程中暴露出了一系列的问题。
瓦斯抽采需要与煤炭开采保持协调，煤炭高效开采就受到了限制，工作面的接替问题也很突出，而且很多抽采技术都有局限性，例如：
井下顺煤层长钻孔抽采的优点是高效率低成本，但在钻孔施工的时候可能会遇到夹钻、卡钻等现象。
穿层钻孔抽采效率高，但抽采设备需要专门设置巷道进行抽采布置和施工，耗时且成本高。
保护层卸压抽采的施工和措施的效果存在着一定的风险。
煤矿在防治瓦斯灾害方面存在的问题主要表现在以下几方面[20]：
（1）对瓦斯灾害认识上存在定位不准、认识不清的问题。
（2）瓦斯的管理方面问题多亟待解决，防突依然是煤矿安全生产的薄弱环节。
（3）突出理论还没有实现重大突破，不能为突出事故的预防提供理论上的必然保障。
（4）煤层瓦斯抽采效率偏低。
（5）目前的防突技术的发展主要是放在如何提高抽采率上，防突技术的创新较少。
1.3本论文的研究方向和技术路线
本文针对杨柳矿10414工作面瓦斯突出的问题进行研究。
用事故树对煤与瓦斯突出进行危险性评
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