陕西侏罗纪煤层瓦斯灾害特点及突出发生条件的探讨
孙东玲, 曹偈, 杨慧明, 唐强
孙东玲,博士,研究员,博士生导师,享受国务院政府特殊津贴专家,全国能源化学系统“大国工匠”,“五一劳动奖章”获得者,国家安全生产专家,国家科技进步奖评审专家组专家、中国煤炭科工集团首席科学家,国家重点科技攻关计划先进个人,中国煤炭工业技术创新优秀人才,《矿业安全与环保》期刊编委,是我国综合防突技术体系及突出预警技术的创始人之一。主持起草或修订了2009版《防治煤与瓦斯突出规定》、2019版《防治煤与瓦斯突出细则》、《煤矿瓦斯等级鉴定办法》,并参加修订了《煤矿安全规程》等多项煤炭行业重要法规,主持和参加完成国家科技重大专项、国家科技支撑计划、973计划项目、国家自然科学基金等项目30余项,研究成果达到国际领先或国际先进水平,填补了多项国内空白。获得省部级科技进步奖15项;制定行业标准4项;在国内外各种刊物发表论文40余篇,授权发明专利24项。
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摘要
随着我国煤炭生产向西部转移,西部尤其是西北地区大量开采低阶煤的矿井瓦斯灾害,成为必须认真面对的重要问题。以陕西黄陇侏罗纪煤田黄陵矿区、旬耀矿区、永陇矿区的6个典型矿井为研究对象,分析总结了矿井瓦斯赋存特征,并从煤层突出危险性单指标、能量、突出动力效应等多个角度探讨了煤层突出危险性。研究表明:黄陇煤田以低变质烟煤为主,煤的破坏程度小、硬度较高,煤层瓦斯普遍呈现高压力、低含量(1.71~4.36 m3/t)特征;较低的瓦斯含量使煤层中孕育的瓦斯内能连同弹性潜能低于煤体破碎并抛掷做功所需要的能量值,也不能产生足够多的气体裹挟煤炭在巷道空间运移形成典型的突出灾害;但发生片帮或冲击地压等动力现象时短时间内的大量瓦斯涌出将成为这些矿井主要的瓦斯事故风险。指出陕西侏罗纪煤田的矿井应在做好瓦斯抽采的同时,通过控制好煤壁顶板和冲击地压将能有效减少瓦斯事故的发生。
主要内容
1 典型矿井瓦斯地质概况
1.1 瓦斯地质条件
1.2 瓦斯参数
表 1 矿井主采煤层瓦斯参数
1.3 煤层瓦斯赋存特点
2 陕西侏罗纪煤层突出危险性分析
2.1 从煤层突出危险性单指标分析
表 2 煤层突出危险性单指标测试结果
2.2 从能量角度分析
图 1 不同条件下突出发生的临界瓦斯含量与压力关系
2.3 合作博弈思想确定组合权重
图 2 煤颗粒群运移距离计算结果
图 3 突出煤抛出过程
图 4 突出瓦斯涌出量与初始速率
3 侏罗纪煤田煤层瓦斯灾害防治的建议
3.1侏罗纪低阶煤瓦斯灾害特点
3.2 侏罗纪低阶煤瓦斯灾害特点
1) 黄陇煤田内各矿区煤层赋存较稳定,以低变质阶段烟煤为主,煤的破坏程度小、硬度普遍较高,f值一般为0.6~1.0;煤层瓦斯含量低,一般为1.71~4.36 m3/t,瓦斯残存比最高达50%,不易解吸;但煤层瓦斯压力相对较高,多在0.15~1.19 MPa,平均0.65 MPa。煤层瓦斯具有明显的高压力、低含量特征。
2) 通过煤层突出危险性单指标及能量分析、动力效应分析等形式进行研究,认为尽管煤层瓦斯压力相对较高,但区内煤层破坏程度低、硬度大,尚不能达到有突出危险的程度;而在当前的地应力水平、煤结构特征条件下,瓦斯内能连同煤的弹性潜能尚未达到破碎并抛掷煤炭做功所需要的能量;另一方面,煤层瓦斯含量较低使得发生动力现象时产生的气体量不足以完成对抛出煤炭在巷道空间中的搬运而形成突出。这说明即便煤层的瓦斯压力较高,但煤层瓦斯含量很低,也将不具备发生突出的条件。
3) 鉴于发生片帮冒顶和冲击地压等现象时短时间内大量瓦斯涌出是主要的瓦斯事故风险,因此,在做好瓦斯抽采的同时,控制好煤壁顶板和冲击地压也十分必要。
孙东玲, 曹偈, 杨慧明, 唐强. 陕西侏罗纪煤层瓦斯灾害特点及突出发生条件的探讨[J]. 矿业安全与环保, 2024, 51(3): 1-7.
SUN Dongling, CAO Jie, YANG Huiming, TANG Qiang. Discussion on characteristics and outburst conditions of Jurassic coal seam gas disaster in Shaanxi Province[J]. Mining Safety & Environmental Protection, 2024, 51(3): 1-7.