我国煤矿瓦斯防治新技术介绍PPT课件
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根据瓦斯监控系统测定的数据，煤与瓦斯突出距 瓦斯爆炸有30分钟时间，这期间大平煤矿应急处 置措施不力，安全管理存在漏洞也是导致事故扩 大的重要原因。
报告内容
快速消突新技术 瓦斯抽放新技术 瓦斯爆炸防治知识
一、快速消突新技术
水力挤出钻孔布置
一、快速消突新技术
水力挤出设备
一、快速消突新技术
A—A剖面
二、矿井瓦斯抽放新技术
全封闭采空区瓦斯抽放
密闭巷道抽放
均压密闭抽放（新）
二、矿井瓦斯抽放新技术
回风顺槽
A
A
分
段
走
向
顶
板
岩
运输顺槽
孔
抽
顶板岩石钻场
放
A—A剖面放大图
二、矿井瓦斯抽放新技术
二、矿井瓦斯抽放新技术
三、瓦斯爆炸防治知识
瓦斯爆炸是一个猛烈而复杂的链式化学反应。
CH4+2O2→CO2+2H20+833.28J/mol
火焰锋面，传播速度一般为500--700m/s;
●冲击波
波峰压力可达10kPa--2MPa；正向冲击波叠加或返回时，可形 成高达10MPa的压力。
●改变矿井空气成分
三、瓦斯爆炸防治知识
瓦斯爆炸的条件----瓦斯浓度
火源
正 常 条 件 下 的 弱 火 源 强 火 源
瓦 斯 爆 炸 浓 度
爆 炸 下 限
（三）开采有煤与瓦斯突出危险的煤层。
二、矿井瓦斯抽放新技术
瓦斯抽放方法
邻近层抽放 本煤层抽放 采空区抽放
上邻近层 下邻近层 预抽 边采边抽 边掘边抽 半封闭抽放 全封闭抽放
二、矿井瓦斯抽放新技术
本煤层瓦斯边掘边抽
二、矿井瓦斯抽放新技术
“钻墙”布孔边掘边抽瓦斯（新）
A
钻场
A 钻孔
50-70m
50-70m
我国煤矿瓦斯防治新技术介绍
（王兆丰 研究员）
2006年7月
郑州大平“10.20”事故简介
2004年10月20日22时9分发生特大型煤与瓦 斯突出，突出地点在距地表深612米的21岩石下 山掘进工作面。
煤与瓦斯突出之后，引发瓦斯爆炸。引发爆 炸时间为2004年10月20日22时40分；瓦斯爆 源点在西大巷与11轨道石门交汇点附近的西大 巷内；瓦斯爆炸波及矿井西翼11、13、15采区 和井下爆破材料库。148人死亡，32人受伤。
CH4+2(O2+4N2)→CO2+2H20+8N2+833.28J/mol 瓦斯爆炸产生的能量是巨大的。含有253m3
纯甲烷的甲烷--空气混合气体，爆炸产生的能量 可达9958MJ，相当于1m3硝化甘油爆炸的能量， 相当于2.4m3梯恩梯爆炸的能量。
三、瓦斯爆炸防治知识
瓦斯爆炸的危害：
●火焰锋面
二、矿井瓦斯抽放新技术
《规程》第一百四十五条规定：
有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或下临 时抽放瓦斯系统：
（一）1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1个掘进工作面 瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。
（二）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的： 1．大于或等于40m3/min； 2．年产量1.0～1.5Mt的矿井，大于30m3/min； 3．年产量0.6～1.0Mt的矿井，大于25m3/min； 4．年产量0.4～0.6Mt的矿井，大于20m3/min； 5．年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min。
一、快速消突新技术
σy
σz
σx
σx
σy
水力挤出前受力状态
水力挤出时受力状态
一、快速消突新技术
水力挤出措施后煤体的应力状态分析
手段：数值模拟 技术平台：ANSYS有限元分析软件 步骤：几何建模、定义单元类型和材料属性、 网格划分、约束和载荷施加、求解、通用后处理 等步骤。
一、快速消突新技术
网格单元划分 采用空间六面体单元对 模型分网，整个模型共划 分 为 40839 个 单 元 ， 51836 个节点。
最 佳 爆 炸 浓 度
（ % ）
（ % ）
5
(最 低 着 火 能 量 0.28M J)
2
8.5--10
爆 炸 上 限 （ % ） 15 75
三、瓦斯爆炸防治Βιβλιοθήκη 识瓦斯爆炸的条件----瓦斯浓度
不 同 初 始 温 度 的 爆 炸 限
混 合 气 体 初 始 温 度 爆 炸 下 限
爆 炸 上 限
（ ℃ ）
21岩石下山掘进工作面进入矿井深部，处 于地质构造复杂地带；该矿为高瓦斯矿，对 矿井开采深度增加可能带来的瓦斯等级升高 没有引起足够重视。
煤与瓦斯突出是一种复杂的矿井瓦斯动力 现象，到目前为止，各种地质、开采条件下， 煤与瓦斯突出发生的规律还没有完全掌握。
该矿局部通风设施管理混乱，加大了煤与瓦 斯突出后的瓦斯逆流，高浓度瓦斯进入西大巷新 鲜气流，达到爆炸界限，遇到架线式电机车产生 的火花，发生瓦斯爆炸。
机理之二：前方煤体弹性潜能大幅降低
一、快速消突新技术
位移量(mm)
150 120
90
60
30
0
0
2
4
6
8
10
距离工作面距离(m)
机理之三：煤体前方透气性增加、瓦斯充分释放
一、快速消突新技术
一、快速消突新技术
除了下述情况外，水力挤出消突措施均是适用的： ⒈地质构造影响地段； ⒉煤层倾角大于25度的上山巷道。
（ %）
（ %）
20 100 200 300 600 900
6.00 5.45 5.40 3.35 3.25
一、快速消突新技术
求解和通用后处理:
垂直应力 水平应力 煤体位移 弹性能量 孔周围应力(垂直、水 平)
一、快速消突新技术
一、快速消突新技术
垂直应力(MPa)
18
15
15
12
10
9
6
5
3
0
0
2
3
4
5
6
7
8
9
注水前初始应力
钻孔长度(m)
模拟注水后应力
机理之一：卸压带加长，集中应力带前移，应力集中程度下降
水力挤出前
水力挤出后
一、快速消突新技术
⑴施工工程量小 只施工3－5个直径42mm、深8－10m的钻孔
⑵时间周期短 整个过程只需要不到1小时的时间
⑶消突成本降低 ⑷消突效果显著
效检超标率低 实现正规作业循环 掘进速度提高幅度大
一、快速消突新技术
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σz
σx
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掘进工作面前方煤体三向不对称受力状态
一、快速消突新技术
一、快速消突新技术
一、快速消突新技术
模拟结果显示，水力挤出前煤体前方弹性潜能为 （7.06～8.17）×108N·M，水力挤出后煤体前方弹性潜 能降为（0.98～4.23）×108N·M，幅度降低接近50%。 减少的这部分弹性潜能主要消耗在一定范围内的前方煤 体破裂、错动和向掘进工作面自由空间发生的位移上。
报告内容
快速消突新技术 瓦斯抽放新技术 瓦斯爆炸防治知识
一、快速消突新技术
水力挤出钻孔布置
一、快速消突新技术
水力挤出设备
一、快速消突新技术
A—A剖面
二、矿井瓦斯抽放新技术
全封闭采空区瓦斯抽放
密闭巷道抽放
均压密闭抽放（新）
二、矿井瓦斯抽放新技术
回风顺槽
A
A
分
段
走
向
顶
板
岩
运输顺槽
孔
抽
顶板岩石钻场
放
A—A剖面放大图
二、矿井瓦斯抽放新技术
二、矿井瓦斯抽放新技术
三、瓦斯爆炸防治知识
瓦斯爆炸是一个猛烈而复杂的链式化学反应。
CH4+2O2→CO2+2H20+833.28J/mol
火焰锋面，传播速度一般为500--700m/s;
●冲击波
波峰压力可达10kPa--2MPa；正向冲击波叠加或返回时，可形 成高达10MPa的压力。
●改变矿井空气成分
三、瓦斯爆炸防治知识
瓦斯爆炸的条件----瓦斯浓度
火源
正 常 条 件 下 的 弱 火 源 强 火 源
瓦 斯 爆 炸 浓 度
爆 炸 下 限
（三）开采有煤与瓦斯突出危险的煤层。
二、矿井瓦斯抽放新技术
瓦斯抽放方法
邻近层抽放 本煤层抽放 采空区抽放
上邻近层 下邻近层 预抽 边采边抽 边掘边抽 半封闭抽放 全封闭抽放
二、矿井瓦斯抽放新技术
本煤层瓦斯边掘边抽
二、矿井瓦斯抽放新技术
“钻墙”布孔边掘边抽瓦斯（新）
A
钻场
A 钻孔
50-70m
50-70m
我国煤矿瓦斯防治新技术介绍
（王兆丰 研究员）
2006年7月
郑州大平“10.20”事故简介
2004年10月20日22时9分发生特大型煤与瓦 斯突出，突出地点在距地表深612米的21岩石下 山掘进工作面。
煤与瓦斯突出之后，引发瓦斯爆炸。引发爆 炸时间为2004年10月20日22时40分；瓦斯爆 源点在西大巷与11轨道石门交汇点附近的西大 巷内；瓦斯爆炸波及矿井西翼11、13、15采区 和井下爆破材料库。148人死亡，32人受伤。
CH4+2(O2+4N2)→CO2+2H20+8N2+833.28J/mol 瓦斯爆炸产生的能量是巨大的。含有253m3
纯甲烷的甲烷--空气混合气体，爆炸产生的能量 可达9958MJ，相当于1m3硝化甘油爆炸的能量， 相当于2.4m3梯恩梯爆炸的能量。
三、瓦斯爆炸防治知识
瓦斯爆炸的危害：
●火焰锋面
二、矿井瓦斯抽放新技术
《规程》第一百四十五条规定：
有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或下临 时抽放瓦斯系统：
（一）1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1个掘进工作面 瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。
（二）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的： 1．大于或等于40m3/min； 2．年产量1.0～1.5Mt的矿井，大于30m3/min； 3．年产量0.6～1.0Mt的矿井，大于25m3/min； 4．年产量0.4～0.6Mt的矿井，大于20m3/min； 5．年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min。
一、快速消突新技术
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水力挤出前受力状态
水力挤出时受力状态
一、快速消突新技术
水力挤出措施后煤体的应力状态分析
手段：数值模拟 技术平台：ANSYS有限元分析软件 步骤：几何建模、定义单元类型和材料属性、 网格划分、约束和载荷施加、求解、通用后处理 等步骤。
一、快速消突新技术
网格单元划分 采用空间六面体单元对 模型分网，整个模型共划 分 为 40839 个 单 元 ， 51836 个节点。
最 佳 爆 炸 浓 度
（ % ）
（ % ）
5
(最 低 着 火 能 量 0.28M J)
2
8.5--10
爆 炸 上 限 （ % ） 15 75
三、瓦斯爆炸防治Βιβλιοθήκη 识瓦斯爆炸的条件----瓦斯浓度
不 同 初 始 温 度 的 爆 炸 限
混 合 气 体 初 始 温 度 爆 炸 下 限
爆 炸 上 限
（ ℃ ）
21岩石下山掘进工作面进入矿井深部，处 于地质构造复杂地带；该矿为高瓦斯矿，对 矿井开采深度增加可能带来的瓦斯等级升高 没有引起足够重视。
煤与瓦斯突出是一种复杂的矿井瓦斯动力 现象，到目前为止，各种地质、开采条件下， 煤与瓦斯突出发生的规律还没有完全掌握。
该矿局部通风设施管理混乱，加大了煤与瓦 斯突出后的瓦斯逆流，高浓度瓦斯进入西大巷新 鲜气流，达到爆炸界限，遇到架线式电机车产生 的火花，发生瓦斯爆炸。
机理之二：前方煤体弹性潜能大幅降低
一、快速消突新技术
位移量(mm)
150 120
90
60
30
0
0
2
4
6
8
10
距离工作面距离(m)
机理之三：煤体前方透气性增加、瓦斯充分释放
一、快速消突新技术
一、快速消突新技术
除了下述情况外，水力挤出消突措施均是适用的： ⒈地质构造影响地段； ⒉煤层倾角大于25度的上山巷道。
（ %）
（ %）
20 100 200 300 600 900
6.00 5.45 5.40 3.35 3.25
一、快速消突新技术
求解和通用后处理:
垂直应力 水平应力 煤体位移 弹性能量 孔周围应力(垂直、水 平)
一、快速消突新技术
一、快速消突新技术
垂直应力(MPa)
18
15
15
12
10
9
6
5
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0
0
2
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注水前初始应力
钻孔长度(m)
模拟注水后应力
机理之一：卸压带加长，集中应力带前移，应力集中程度下降
水力挤出前
水力挤出后
一、快速消突新技术
⑴施工工程量小 只施工3－5个直径42mm、深8－10m的钻孔
⑵时间周期短 整个过程只需要不到1小时的时间
⑶消突成本降低 ⑷消突效果显著
效检超标率低 实现正规作业循环 掘进速度提高幅度大
一、快速消突新技术
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σz
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掘进工作面前方煤体三向不对称受力状态
一、快速消突新技术
一、快速消突新技术
一、快速消突新技术
模拟结果显示，水力挤出前煤体前方弹性潜能为 （7.06～8.17）×108N·M，水力挤出后煤体前方弹性潜 能降为（0.98～4.23）×108N·M，幅度降低接近50%。 减少的这部分弹性潜能主要消耗在一定范围内的前方煤 体破裂、错动和向掘进工作面自由空间发生的位移上。