煤与瓦斯突出基本知识

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1、煤与瓦斯突出基本知识二0 一二年八月一、煤与瓦斯突出概述（什么叫煤与瓦斯突出）煤与瓦斯突出是发生在煤矿井下采掘过程中的一种极其复杂的 瓦斯动力现象。是在很短时间（几秒到几分）内，在地应力和瓦斯的共 同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体突然向采掘空间抛出异 常现象，并伴随产生不同程度的动力效应，可造成设施破坏和人员伤 亡的现象，是煤矿井下最严重的灾害之一。按照巷道分类：石门巷道突出、回采工作面突出、煤巷掘进头突 出什么叫地应力：在采掘运动过程中和上覆岩层自重作用下，岩体在天然条件下产 生的内部应力。地应力是存在于地壳中的未受工程扰动的天然应力， 也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。地壳内各

2、点的应力状态不 尽相同，并且应力随（地表以下）深度的增加而线性地增加。在煤层中的应力还未达到新的稳定状态时，采掘工作面就快速进 入到应力不稳定的区域就容易引起突出。因而可以通过降低工作面推 进速度的方法来防止煤与瓦斯突出。瓦斯涌出过程:吸收-吸着-游离-涌出（瓦斯压力降低,煤体硬 度增加）。在采掘的过程中，由于煤层的应力从不平衡到平衡需要一定的时 间周期，当采掘速度增快时，在煤层中的应力还未达到新的稳定状态 时，采掘工作面就快速进入到应力不稳定的区域就容易引起突出。因而可以通过降低 工作面推进速度的方法来防止煤与瓦斯突出。我们实行在限掘限采的条件下，小班允掘允采，或隔班允掘允采 间歇作业。瓦斯

3、赋存、瓦斯解吸、瓦斯放散初速度一突出关系煤层瓦斯的赋存状态：矿井瓦斯在煤、岩层中以两种状态存在，即自由状态和吸附状态。自由状态又称游离状态。吸附状态分为两种表现形式，即吸着状 态和吸收状态。自由瓦斯和吸附瓦斯关系：二者是处于一种动平衡状态，即在一 定条件下自由瓦斯和吸附瓦斯可以互相转化。左图为煤体中瓦斯的赋存状态示意图1-自由瓦斯；2-吸着瓦斯；3-吸收瓦斯；4-煤体；5-空隙煤层瓦斯的赋存状态什么叫瓦斯解吸：瓦斯放散初速度:煤初始暴露时煤层气涌出的速度，它是表示瓦 斯从煤内放散出来快慢的相对指标，能反映煤的孔隙结构和微观破坏 程度，单位为ml/s。煤的瓦斯放散初速度指标是煤自身的煤质指标之

4、一，表征煤的微观结构。它不仅反映了煤的放散瓦斯能力，还反映出 瓦斯渗透和流动的规律，在突出区域预测中起着重要的作用。煤的这种放散瓦斯的能力大小与突出的发生有直接关系。我国一 直采用瓦斯放散初速度指标AP来对煤的这种能力进行评价，并结合 煤的坚固性系数，形成新的综合指标K=AP/fo其中f是煤的坚固 性系数。PNIO突出。四、煤与瓦斯突出的一般规律1、突出与地质构造有关系，突出多发生在地质构造带内，如断 层、褶曲和火成岩侵入区附近。据统计，90%以上的突出（石门突出除 外）发生在向斜轴部、扭转地带、断层和褶曲附近及火成岩侵入区。2、突出与瓦斯有关系，煤层中的瓦斯压力与含量是突出的重要 因素之一。

5、一般说来，瓦斯压力和瓦斯含量越大，突出的危险性越大。 但突出与煤层的瓦斯含量和瓦斯压力之间，没有固定的关系。瓦斯压 力低、含量小的煤层可以发生突出；反之，瓦斯压力高，含量大的煤 层也可能不突出，因为突出是多种因素综合作用的结果。3、突出与地压有关系，地压愈大，突出的危险性愈大。当深度 增加时，突出的次数和强度都可能增加；在集中压力区内突出的危险 性增加，如巷道的上隅角，相向掘进工作面接近时，煤层留有煤柱的 相对应上、下方煤层处，回采工作面的集中应力区内掘进时，等等。4、突出与煤层构造有关系，煤层构造主要指煤的破坏类型和煤 的强度。一般情况下煤的破坏类型愈高强度愈小，突出的危险性愈大。 故突出多

6、发生在软煤层或软分层中。5、突出与围岩性质的关系，若煤层顶底板为坚硬而致密的岩层 且厚度较大时，其集中应力较大，瓦斯不易排放，故突出危险性愈大； 反之则小。若顶底板中具有容易风化和遇水变软的岩层时，将减少突 出危险性。6、突出与水文地质的关系，实践表明，煤层比较湿润，矿井涌 水量较大，则突出危险性较小；反之则大，这是由于地下水流动，可 带走瓦斯，溶解某些矿物，给瓦斯流动创造了条件。7、突出次数和强度，随煤层厚度、特别是软分层厚度的增加而 增加。煤层倾角愈大，突出的危险性也愈大。8、突出煤层的特点是强度低，而且软硬相间，透气系数小，瓦 斯的放散速度高，煤的原生结构遭到破坏，层理紊乱，无明显节理，

7、 光泽暗淡，易粉碎。如果煤层的顶板坚硬致密，突出危险性增大。9、大多数突出发生在放炮和落煤工序。放炮后没有立即发生的 突出，称延期突出。延迟的时间由几分钟到十几小时，它的危害性更 大。10、突出前常有预兆发生，熟悉或掌握本矿的突出预兆，对于及 时撤出人员，减少伤亡，有重要意义。五、突出发生和发展的过程准备阶段：能量聚集，形成高的地应力和瓦斯压力梯度，工作面 处于临界脆弱平衡破坏的状态。发动阶段：工作面的应力状态突然解变，临界平衡状态被打破， 煤岩卸载，伴随着裂隙的发生和扩张，瓦斯大量解吸并突出。扩张阶段：在应力和瓦斯压力梯度的作用下，从突发点向煤体内 连续破坏和剥离煤体，破碎的煤在被瓦斯风暴搬

8、运中被粉碎。停止阶段：由于剥离和破碎煤体在扩展过程遇到较硬的煤体或空 洞被堵塞引起的应力和瓦斯梯度降低，使得应力和瓦斯压力降低到不 足以继续破坏煤体的程度，突出就会中止。六、矿井瓦斯灾害的形式矿井瓦斯灾害的形式：（1）瓦斯积聚超限；（2）瓦斯窒息造成人身伤害；（3）瓦斯燃烧、爆炸；（4）煤与瓦斯突出。突出有口小腹大的空洞，突出的煤具有明显分选现象；倾出一一空洞有较规则的形状，煤无明显分选现象；压出表现为煤体的整体位移。七、嘉禾浦溪井历年发生的典型突出事故嘉禾浦溪矿井自1986年投产至今，记录煤与瓦斯突出共计109 次，其中，9次煤与瓦斯突出造成了伤亡事故，共计死亡23人，伤2 人，损失惨重，教

9、训深刻。以下从中选取4次典型事故进行案例分析。?案例一1. 地点：1457工作面上安全出口2. 时间：1999年3月21日早班3. 突出煤量：W100t4. 突出瓦斯量：约6000m35. 伤亡情况：死亡2人，重伤1人?案例二1. 地点：南二负10岩巷上山揭煤处2. 时间：2021年6月10号晚3. 突出煤量：约420t量：约 *m34. 突出CH45. 伤亡情况：死亡4人?案例三1. 地点：1259二号煤掘进头2. 时间：2021年10月16号早班3. 突出煤量：约320t4. 突出瓦斯量：*m3?案例四1. 地点：2254内切眼2. 时间：2021年7月17号中班3. 突出煤量：约300t

10、4. 突出瓦斯量：*m35. 伤亡情况：死亡3人八、煤与瓦斯突出有那些预兆（1）有声预兆：1）响煤炮。在煤层内发出像机关枪、炮击声。由于条 件不同，声音大小、间隔时间也不相同。2）突然压力增大。支柱来劲，发出咔咔的响声，或发出劈裂折断 的响声，手摸煤壁能感到冲击和震动；有煤岩层的破裂声；有时会听 到气体穿过含水裂缝时的“吱吱”声等。无声预兆：1）压力增大。预板来压，片帮、掉碴、煤壁向外鼓， 煤岩自行剥落。2）煤层发生变化。层理紊乱、变软，暗淡无光，煤层粉碎，煤质 干燥。3）瓦斯及温度变化。瓦斯涌出异常，忽大忽小，煤尘增大，气味 异常，发闷，打钻时喷煤、喷瓦斯，煤壁发冷，气温下降等。应当指 出的

11、是，上述预兆，并不是在每次突出之前都同时出现，而是仅仅出 现一种或几种。瓦斯突出的常见预兆声响预兆-响煤炮瓦斯预兆-瓦斯异常、喷孔煤结构预兆-煤结构紊乱、煤体发暗、煤厚急剧变化矿压显现预兆-片帮、煤墙外臌、底臌、顶（夹）钻温度预兆-温度降低、煤墙发凉（1）早期预兆主要特征：煤变软，光泽暗，节理层理紊乱。处理原则：密切观察，提高防突意识，加强防突措施和防护监控。（2）中期预兆主要特征：钻粉多，钻进慢，夹钻，顶钻，喷孔等异常。处理原则：按规程规定，撤人，汇报，待突出危险消除后方 可续继作业。此外，还应注意：停钻、停电，加强防护，若孔口喷火，应立即用“湿衣”捂灭。（3）临突预兆主要特征：面来压，响煤

12、炮，瓦斯涌出异常面来压：掘进工作面临突前，瞬时出现顶压，底鼓，两邦来劲， 片邦掉顶、支架变形、损坏、“发抖”、迎头煤体外移等剧。响煤炮：在煤体内部，出现煤炮频发，顶板与煤体断裂声，瓦斯 射流声等，显现异常强烈。瓦斯涌出异常：瓦斯涌出忽大忽小，总趋势增大。九、煤与瓦斯突出防治措施1、防突工作坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则。 突出矿井采掘工作做到不掘突出头、不采突出面。未按要求采取区域综 合防突措施的，严禁进行采掘活动。2、区域预测方法：依据煤层瓦斯参数结合瓦斯地质分析的方法 进行。3、区域防突的基本措施：开采保护层。顶底板岩巷穿层预 抽掩护煤巷掘进。顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯。顺层钻

13、孔预抽煤巷条 带煤层瓦斯。4、区域措施效果检验:测试残余瓦斯压力或瓦斯含量等方法。要求P残余V0.74MPa或W残余V8m 3/t。采用其他方法和临 界值，须经有突出危险性鉴定资质的单位确定。局部防突措施主要内容及实施顺序石门揭煤防突措施：（1）预抽瓦斯。（2）排放钻孔。（3）水力冲 孔。（4）金属骨架。（5）煤体固化煤巷防突措施：（1）预抽瓦斯钻孔。（2）超前排放钻孔。（3）松 动爆破。（4）水力冲孔。（5）水力割缝。（6）前探支架。（7）掩护挡板煤巷掘进和回采工作面防突措施主要内容及实施程序石门揭煤工作面防突措施主要内容及实施程序：1、突出危险性 预测。2、防突技术措施。3、防突措施效果检

14、验。4、防突措施效果 验证。5、安全防护措施。（三）、煤层巷道掘进防突?钻屑指标法 钻孔个数、深度、测定指标采用钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性时，在近水平、缓倾斜煤层工作面应向前方煤体至少施工3个、在倾斜或急倾斜煤层 至少施工2个直42mm、孔深810m的钻孔，测定钻屑瓦斯解吸指 标和钻屑量。 钻孔布置与控制范围钻孔尽可能布置在软分层中，一个钻孔位于掘进巷道断面中部， 并平行于掘进方向，其他钻孔的终孔点应位于巷道断面两侧轮廓线外 24m 处。 测定仪器与测定方法每钻进1m测定该1m段的全部钻屑量S，每钻进2m至少测定 一次钻屑瓦斯解吸指标K1或Ah2值。钻屑量指标S反映地应力的大小，理

15、论计算每米钻孔（直径 42mm ）的自然出碴量1.8L。钻屑瓦斯解吸指标Ah2或K1值煤的瓦斯放散能力和瓦斯压 力大小。瓦斯突出危险性愈大的煤层，瓦斯压力愈大，煤的强度愈低，煤 屑瓦斯解吸量也愈大。钻屑瓦斯解吸指标Ah2值的意义钻屑瓦斯解吸指标Ah2是固定粒度（13mm）和一定重量的煤 样，在暴露3min后前2min内向单位空间解吸引起的瓦斯压力变化 值，表征煤样解吸瓦斯量，其单位为Pa。钻屑量指标钻屑量S综合反映地应力、瓦斯和煤质三因素，但影响最大的是 地应力，在以地应力为主导突出的矿井较多应用。一般S比正常排粉 量大34倍时认为有危险，其单位为Kg/m。与突出危险性关系大量实验证实：突出危

16、险煤与非突出危险煤的瓦斯解吸特征不同， 突出煤具有较大可解吸瓦斯量，具有较快的解吸速度。钻屑量反映出瓦斯压力、可解吸量、瓦斯放散能力、破坏程度等 的差别，也即反映出突出危险性大小。防突规定推荐的钻屑量临 界值为6kg/m。最小预测超前距：2m最小防突超前距:工作面预测有危险时应保留5m最小超前距， 在地质构造破坏严重地带应适当增加超前距，不小于7m。预测判定：在实施局部综合防突措施工作面，若预测指标为无突 出危险，则只有当上一循环的预测指标也是无突出危险时，方可确定 为无突出危险工作面，并在采取安全防护措施、保留足够的预测超前 距的条件下进行采掘作业；否则，仍要执行一次工作面防突措施和措 施效

17、果检验。煤巷掘进工作面防突措施(1) 防突措施选择原则有突出危险的煤巷掘进工作面应当优先选用超前钻孔(包括超前 预抽瓦斯钻孔、超前排放钻孔)防突措施。如果采用松动爆破、水力 冲孔、水力疏松或其他工作面防突措施时，必须经试验考察确认防突 效果有效后方可使用。前探支架措施应当配合其他措施一起使用。下山掘进时，不得选用水力冲孔、水力疏松措施。倾角8。以上的 上山掘进工作面不得选用松动爆破、水力冲孔、水力疏松措施。煤巷掘进工作面防突措施(2) 地质变化带处理措施煤巷掘进工作面在地质构造破坏带或煤层赋存条件急剧变化处 不能按原措施设计要求实施时，必须打钻孔查明煤层赋存条件，然后 采用直径为4275mm的

18、钻孔排放瓦斯。若突出煤层煤巷掘进工作面前方遇到落差超过煤层厚度的断层， 应按石门揭煤的措施执行。(3) 边掘边抽结合超前排放钻孔防突措施 掘进工作面正前采取超前排放钻孔措施，卸压、排放瓦斯； 两帮预抽钻孔控制掘进影响范围内的煤体，截流瓦斯； 规定要求，可以作为顺层预抽措施预抽煤巷条带瓦斯。采用超前钻孔作为工作面防突措施时，应当符合下列要求：（一）巷道两侧轮廓线外钻孔的最小控制范围：近水平、缓倾斜 煤层5m，倾斜、急倾斜煤层上帮7m、下帮3m。当煤层厚度大于巷 道高度时，在垂直煤层方向上的巷道上部煤层控制范围不小于7m， 巷道下部煤层控制范围不小于3m；（二）钻孔在控制范围内应当均匀布置，在煤层

19、的软分层中可适 当增加钻孔数。预抽钻孔或超前排放钻孔的孔数、孔底间距等应当根 据钻孔的有效抽放或排放半径确定；煤巷掘进防治煤与瓦斯突出措施（三）钻孔直径应当根据煤层赋存条件、地质构造和瓦斯情况确 定，一般为75120mm，地质条件变化剧烈地带也可采用直径42 75mm的钻孔。若钻孔直径超过120mm时，必须采用专门的钻进设 备和制定专门的施工安全措施；（四）煤层赋存状态发生变化时，及时探明情况，再重新确定超 前钻孔的参数；（五）钻孔施工前，加强工作面支护，打好迎面支架，背好工作 面煤壁。煤巷掘进工作面防突措施1、超前预抽瓦斯钻孔（略）（2）超前排放钻孔适用条件：煤层透气性较好、煤质较硬。孔径：

20、根据煤层赋存条件、地质构造和瓦斯情况确定，一般为 75120mm，地质条件变化剧烈地带也可采用直径4275mm的钻 孔。若钻孔直径超过120mm时，必须采用专门的钻进设备和制定专 门的施工安全措施。孔深：个人认为应视地质条件而定，浦溪矿井地质条件复杂，煤 层不稳定，孔深以10m左右为宜。孔数：应根据钻孔的有效排放半径确定，据经验以巷道断面46个/m2为宜。钻孔最小控制范围(巷道两侧轮廓线外)：近水平、缓倾斜煤层 5m；倾斜、急倾斜煤层上帮7m、下帮3m。当煤层厚度大于巷道高度时，在垂直煤层方向上的巷道上部煤层 控制范围不小于7m，巷道下部煤层控制范围不小于3m；煤巷掘进工作面防突措施布孔要求：

21、钻孔在控制范围内应均匀布置，在煤层的软分层中可 适当增加钻孔数。现场施工注意事项：钻孔施工前，加强工作面支护，打好迎面支 架，背好工作面煤壁。煤层赋存状态发生变化时，及时探明情况，再重新确定超前钻孔 的参数。(3)前探支架措施类别：非主动型卸压或排放瓦斯措施。作用：防止放炮震动导致爆破区顶煤垮落诱导突出。适用条件：可用于松软煤层的平巷工作面。作法：向工作面前方打钻孔，孔内插入钢管或钢轨，其长度可按 两次掘进循环的长度再加0.5m，每掘进一次打一排钻孔，形成两排 钻孔交替前进，钻孔间距为0.20.3m。?回采工作面防突突出危险性预测1、根据客观条件预测工作面地质构造、回采作业及钻孔等发生如下现象

22、：(1) 煤层的构造破坏带，包括断层、剧烈褶曲、火成岩侵入等；(2) 煤层赋存条件急剧变化；(3) 采掘应力叠加；(4) 在工作面出现喷孔、顶钻等动力现象；工作面出现明显的突出预兆。当出现上述第4)、情况时，应判定为突出危险工作面；当有上 述第、情况时，除已经实施了工作面防突措施的以外，应视 为突出危险工作面并实施相关措施。回采工作面防突 2、用仪器测定预测指标、方法与操作：同煤巷掘进预测。钻孔布置：沿采煤工作面每隔1015m布置一个预测钻孔，深度510m。最小预测超前距：2m最小防突措施超前距：3m；在地质构造破坏严重地带适当增加不 小于5m的超前距。回采工作面防突措施主要措施有：超前排放钻孔、预抽瓦斯、松动爆破、注水湿润煤 体或其他经试验证实有效的防突措施。十、安全防护措施井下作业人员必须配带隔离式自救器；掘进工作面应实施远距离放炮，放（躲）炮距离不得小于300m,条件许可时，放炮地点应尽量设在进风侧反向风门之外或避难峒室内；炮后30分钟以后才能进入工作面；矿井应装备压风自救系统，并按煤矿安全规程和防突规定有关规定在采掘巷道内设立避难所和压风自救峒室；掘进工作面巷道的进风侧应设立两道坚固的反向风门；三条生命线：风管、水管距工作面25-40m、通讯联络电话：距工作面40m以内。