防治煤與瓦斯突出基礎(chǔ)知識(shí)

12防治煤與瓦斯突出基礎(chǔ)知識(shí)煤與瓦斯突出是煤礦中一種極其復(fù)雜的動(dòng)力現(xiàn)象，它是威脅煤礦安全生產(chǎn)的嚴(yán)重自然災(zāi)害之一，如果由于煤與瓦斯突出引起瓦斯爆炸和火災(zāi)事故，后果更為嚴(yán)重。因此，如何防止煤與瓦斯突出，確保礦井安全生產(chǎn)事關(guān)重大。世界各國(guó)在防治突出方面雖進(jìn)行了大量的工作，但到目前為止，對(duì)各種地質(zhì)、開(kāi)采條件下突出發(fā)生的規(guī)律還沒(méi)有完全掌握，也未能完全杜絕突出發(fā)生。對(duì)煤礦安全生產(chǎn)來(lái)看，防治突出的任務(wù)有兩個(gè)方面：一是防止突出發(fā)生，或減少突出的頻率和強(qiáng)度；二是避免突出造成人身傷亡事故。一、煤與瓦斯突出的概念煤與瓦斯突出是指煤與瓦斯在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)突然地自煤（巖）壁拋向巷道空間所引起的動(dòng)力現(xiàn)象。在煤與瓦斯突出過(guò)程中，拋出的煤體有幾十噸至幾千噸，同時(shí)涌出大量的瓦斯充滿整個(gè)巷道空間。根據(jù)目前的研究結(jié)果，引起煤與瓦斯突出的動(dòng)力有地應(yīng)力和瓦斯的壓力。二、煤與瓦斯突出的危害1、產(chǎn)生的高壓瓦斯流，能摧毀巷道，造成風(fēng)流逆轉(zhuǎn)、破壞礦井通風(fēng)系統(tǒng)。2、噴出大量的煤巖造成埋住施工人員。3、井巷充滿瓦斯，造成人員窒息，引起瓦斯燃燒或爆炸。三、煤與瓦斯突出的形式及基本特征 1、突出。地應(yīng)力和瓦斯壓力的聯(lián)合作用，重力不起決定作用。 （1）突出的向外拋出距離較遠(yuǎn)，具有分選現(xiàn)象；（2）拋出的煤堆積角度小于自然安息角；（3）拋出的煤破碎程度較高，含有大量的煤塊和細(xì)小的煤粉；（4）有明顯的動(dòng)力效應(yīng)，破壞支架、推倒礦車(chē)、破壞和拋出安裝在巷道內(nèi)的設(shè)施；（5）有大量的瓦斯噴出，瓦斯噴出量大大超過(guò)突出煤的瓦斯含量，有時(shí)會(huì)使風(fēng)流逆轉(zhuǎn)；（6）突出的孔洞呈口小腔大的梨形、舌型、倒瓶形以及其它特殊的形狀。2、壓出。主要因素是受采動(dòng)影響所產(chǎn)生的地應(yīng)力，瓦斯壓力和煤的自重是次要因素。（1）壓出有兩種形式，即煤的整體位移和煤有一定距離的拋出，但位移和拋出的距離都較??；（2）壓出后，在煤層與頂板之間的裂隙中，常留有細(xì)煤粉，整體位移的煤體上有大量的裂隙；（3）壓出的煤呈塊狀，無(wú)分選現(xiàn)象；（4）巷道瓦斯涌出量增大；（5）壓出可能無(wú)孔洞或口大腔小的楔形孔洞。3、傾出。主要因素是地應(yīng)力和重力。（1）傾出的煤就地按自然安息角堆積，并無(wú)分選現(xiàn)象；（2）傾出的孔洞呈孔大腔小，孔洞軸線沿煤層傾斜或鉛垂方向發(fā)展；（3）無(wú)明顯的動(dòng)力效應(yīng)；（4）傾出常發(fā)生在媒質(zhì)松軟的急傾斜煤層中；（5）巷道瓦斯涌出量明顯增加。四、突出危險(xiǎn)煤層的基本特征突出煤層和非突出煤層在媒質(zhì)、結(jié)構(gòu)、賦存條件以及特征等方面存在著明顯的差異，這些差異是煤層突出危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的依據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，突出危險(xiǎn)煤層具有以下特征：1、具有較高的變質(zhì)程度。2、具有較高的瓦斯壓力和瓦斯含量。（0.74MPa，8m3/t）3、透氣性較低，頂?shù)装逡话銥榉忾]型。4、結(jié)構(gòu)破壞類型較高、強(qiáng)度低。（III、IV、V類，f0.5）5、瓦斯放散初速度較大。10m2MPad6、突出危險(xiǎn)煤層具有明顯區(qū)別于非突出煤層的孔隙結(jié)構(gòu)特征。大孔多，小孔少。在突出煤層中有下列情況之一的，視為突出危險(xiǎn)工作面：1、在突出煤層的構(gòu)造破壞帶，包括斷層、褶曲、火成巖侵入等；2、煤層賦存條件急劇變化的區(qū)域；3、采掘應(yīng)力疊加的區(qū)域；4、在工作面預(yù)測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)噴孔、頂鉆等動(dòng)力現(xiàn)象；5、工作面出現(xiàn)明顯的突出預(yù)兆。五、煤與瓦斯突出的一般規(guī)律（1）隨著開(kāi)深程度的增加，突出的危險(xiǎn)性增大。（2）突出強(qiáng)度隨煤層的厚度，特別是軟分層厚度的增加而增加。（3）瓦斯含量和瓦斯壓力越大，突出危險(xiǎn)越嚴(yán)重。突出的氣體主要是瓦斯，少數(shù)情況下突出二氧化碳。（4）煤體破壞程度越嚴(yán)重，煤的強(qiáng)度越小，突出危險(xiǎn)越大。（5）由上向下的突出占大多數(shù)，由下向上的突出是極少數(shù)。突出的危險(xiǎn)性隨著煤層傾角的增大而增加。（6）突出與地質(zhì)構(gòu)造有密切關(guān)系。（7）在采掘形成的應(yīng)力集中地區(qū)，突出危險(xiǎn)性增加。（8）與其他類型的巷道相比，石門(mén)揭煤的突出危險(xiǎn)性最大，突出強(qiáng)度也最高，突出一般以煤巷掘進(jìn)時(shí)較多，回采工作面次之。（9）突出主要發(fā)生在工作面放炮時(shí)，其他有震動(dòng)的作業(yè)或冒頂也能誘發(fā)突出。（10）煤層頂、底板的透氣性越差，越有利于煤層瓦斯的儲(chǔ)存，其突出危險(xiǎn)性也越大。（11）突出前一般都有預(yù)兆：煤體和支架壓力增大，煤壁移動(dòng)加劇，煤向外鼓出，掉碴，煤脫落，煤塊射出，有劈裂聲、煤炮聲、似跑車(chē)一樣的悶雷聲，煤塵變大，瓦斯忽大忽小，溫度降低或升高，頂鉆或夾鉆，煤硬度變化，煤質(zhì)干燥、光澤變暗、層理紊亂等。掌握預(yù)兆，及時(shí)采取措施，對(duì)保證人員安全是非常重要的。六、各類巷道突出的特點(diǎn)巷道類型不同，突出的條件也不同，這就引起突出諸因素的作用發(fā)生一定的變化，形成突出的各自特點(diǎn)。（一）石門(mén)突出石門(mén)突出有三種類型：爆破揭開(kāi)煤層時(shí)的突出、延期突出、過(guò)煤門(mén)時(shí)的突出。其中以放炮揭開(kāi)煤層時(shí)的突出所占比重最大，因?yàn)樗鼘?duì)發(fā)生突出的條件來(lái)講最有利。1、爆破揭開(kāi)煤層時(shí)的突出石門(mén)揭開(kāi)煤層前，如煤層內(nèi)的瓦斯未經(jīng)排放，保存著原始的高瓦斯壓力。當(dāng)放炮揭開(kāi)煤層的瞬間，在很高的瓦斯壓力和一定的地應(yīng)力共同作用下，就可能造成暴露的煤（巖）壁的表層突然破碎，破碎的煤（巖）被膨脹著的高壓瓦斯所攜帶拋向巷道，這種連鎖破碎拋出過(guò)程使突出向煤體深部擴(kuò)展。從突出類型來(lái)看，爆破揭開(kāi)煤層時(shí)的突出絕大部分屬于瓦斯突出類型，除具有瓦斯突出的基本特征外，還有以下特征：（1）靠近突出點(diǎn)一段距離的直巷幾乎被突出煤堵滿，彎曲巷道或上山也有堆積；（2）有時(shí)只有煤層的某一分層或某幾個(gè)分層突出，突出孔洞沿這些分層擴(kuò)展；（3）突出孔洞位置和深度主要受瓦斯壓力和煤結(jié)構(gòu)分布的控制，在許多大突出中，突出孔洞往往深入到巷道集中應(yīng)力帶以外很遠(yuǎn)，深度超過(guò)10米以上。預(yù)防揭開(kāi)石門(mén)的突出最主要的是采取預(yù)排巷道周邊一定范圍內(nèi)煤體瓦斯的措施。對(duì)于由底板方面揭開(kāi)煤層的石門(mén)，應(yīng)重點(diǎn)預(yù)排石門(mén)頂幫煤體的瓦斯；對(duì)于從頂板方面揭開(kāi)煤層的石門(mén)，預(yù)排包括石門(mén)底部煤體在內(nèi)的石門(mén)四周煤體的瓦斯。2、延期突出這類突出是在放震動(dòng)炮后遲延一段時(shí)間突然發(fā)生的，對(duì)安全生產(chǎn)威脅很大。關(guān)于延期突出的原因，還沒(méi)有完全研究清楚。發(fā)動(dòng)突出，需要一定的時(shí)間，一般在幾秒到幾十秒以內(nèi)即可完成，但是延期突出所需要的時(shí)間較長(zhǎng)，有的達(dá)幾小時(shí)到幾十小時(shí)。這說(shuō)明，突出的發(fā)動(dòng)和發(fā)展同時(shí)間因素有密切關(guān)系。如放炮時(shí)未突出，說(shuō)明此時(shí)內(nèi)部條件未成熟，還需要一定的時(shí)間才能使突出的條件完備起來(lái)，在這段時(shí)間煤層內(nèi)發(fā)生著一定的變化，產(chǎn)生能量的積累過(guò)程。如果爆破后沒(méi)有及時(shí)支護(hù)或支護(hù)不合格，煤壁的穩(wěn)定性就會(huì)隨時(shí)間而逐步降低，硬煤體的應(yīng)力逐漸升高，當(dāng)煤體便突然破碎，瓦斯的推力也因裂隙的突然增加而成倍增加，導(dǎo)致突出的發(fā)生。預(yù)防延期突出的基本措施是，查清地質(zhì)，預(yù)排瓦斯，適當(dāng)爆破，加強(qiáng)支護(hù)。3、過(guò)煤門(mén)時(shí)的突出煤層揭開(kāi)時(shí)，由于高地應(yīng)力的作用，煤的透氣性很低，因此煤門(mén)周?chē)罕诟浇匀环e蓄著高壓瓦斯，煤壁附近煤體也存在著較高的應(yīng)力狀態(tài)，處于不穩(wěn)定平衡狀態(tài)的過(guò)載煤體，哪怕是很小的震動(dòng)力，也會(huì)使之失去平衡，誘發(fā)突出。這類突出有相當(dāng)一部分是以地應(yīng)力為主導(dǎo)力發(fā)動(dòng)的。這時(shí)若某種原因，如放炮，誘發(fā)強(qiáng)大的地壓顯現(xiàn)時(shí)，煤體破碎，高壓瓦斯可將從煤巖拋出幾十米以外。預(yù)防這類突出，在技術(shù)上有卸壓和預(yù)排瓦斯兩種措施。在高地應(yīng)力地區(qū)采取卸壓措施，如卸壓鉆孔、煤層注水、水力沖孔等，或者采取預(yù)排瓦斯措施，或者卸壓和預(yù)排瓦斯混合使用。這兩類措施都應(yīng)有合格的支護(hù)措施相配合。在上述三類石門(mén)的突出中，以揭開(kāi)煤層時(shí)的突出次數(shù)最多。除延期突出以外，其他幾類突出絕大多數(shù)為放炮所誘發(fā)。由于石門(mén)的突出強(qiáng)度最大，所以在揭開(kāi)煤層或過(guò)煤門(mén)放炮時(shí)，都應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行遠(yuǎn)距離放炮措施，把人員撤到絕對(duì)安全地點(diǎn)，最好全部人員撤到地面，井下斷電，利用井下交接班時(shí)間在地面放炮。（二）煤巷平巷突出煤巷掘進(jìn)中三種類型的突出都存在。與石門(mén)突出相比，煤巷瓦斯突出類型所占比重減少，而壓出與傾出類型所占比重增加，且突出的平均強(qiáng)度降低。在某些特殊場(chǎng)合，例如在應(yīng)力集中系數(shù)很高的煤柱上下，特別是這個(gè)煤柱又位于有地質(zhì)構(gòu)造力的地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)時(shí)，煤層積累的彈性能往往很高，地應(yīng)力大，煤的透氣性很低，能封閉住高壓瓦斯，當(dāng)突出擴(kuò)展到未經(jīng)排放瓦斯的煤體深部時(shí)，也會(huì)發(fā)生強(qiáng)度很高的突出，這是很值得注意的。因此，在地應(yīng)力異常地區(qū)掘進(jìn)巷道，突出的危險(xiǎn)性大大增加，必須采取有效的預(yù)防措施。（三）上山突出上山掘進(jìn)中三種類型的突出都有，但傾出類型明顯增多，在急傾斜煤層尤其如此。上山的突出強(qiáng)度在緩斜煤層與平巷差不多，在傾斜與急傾斜煤層比平巷突出的強(qiáng)度為小，這是煤的重力易于顯現(xiàn)的緣故。在突出煤層掘進(jìn)上山，危險(xiǎn)較高。（四）下山突出下山掘進(jìn)中突出只見(jiàn)兩種類型，即突出于壓出。此時(shí)重力表現(xiàn)為突出阻力，所以一般不見(jiàn)傾出。強(qiáng)度與平巷差不多，一般無(wú)孔洞。（五）回采工作面突出許多礦區(qū)的突出統(tǒng)計(jì)資料指出，回采工作面發(fā)生突出現(xiàn)象較少。一般發(fā)生地地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域。（1）位于向斜軸部附近。（2）位于向斜軸和另一斷裂褶曲交匯地區(qū)。（3）位于小斷層群及頂板或底板凸起凹陷群區(qū)域。（4）煤厚及傾角突然變化區(qū)。七、煤與瓦斯突出的原因分析煤與瓦斯突出發(fā)生的前后，都有地應(yīng)力、瓦斯和煤層的地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力與力學(xué)性質(zhì)的種種異常表現(xiàn)，歸納起來(lái)，就是發(fā)生突出的三個(gè)主要因素：地應(yīng)力、瓦斯和煤結(jié)構(gòu)。每次突出都有這三個(gè)因素同時(shí)起作用，前兩個(gè)因素是導(dǎo)致突出發(fā)生與發(fā)展的動(dòng)力，后一個(gè)因素是阻礙突出發(fā)生的力。如果前兩個(gè)因素取得支配地位時(shí)，即加在煤體上的地應(yīng)力與瓦斯壓力所引起的應(yīng)力，大于煤的破壞強(qiáng)度時(shí)，就可能發(fā)生突出現(xiàn)象；當(dāng)后一因素取得主導(dǎo)地位時(shí)，就不發(fā)生突出現(xiàn)象。如果在前兩個(gè)因素處于支配地位的地區(qū)，預(yù)先采取降低地應(yīng)力與抽放瓦斯或提高煤的強(qiáng)度的措施，人為地造成后一因素取得主導(dǎo)地位的條件，那么突出危險(xiǎn)就可消除，從而實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。（一）突出發(fā)生的具體原因突出礦井一般應(yīng)有健全的組織機(jī)構(gòu)，較完善的管理制度，必要的技術(shù)裝備和防突措施，一般說(shuō)，不應(yīng)該發(fā)生突出事故。但由于各種因素影響，突出事故仍然時(shí)有發(fā)生，主要原因是:1、對(duì)防突工作思想麻痹，重視不夠，沒(méi)有按規(guī)定采取切實(shí)可行的防突措施。2、對(duì)防突綜合措施貫徹不力。3、執(zhí)行防突措施缺乏嚴(yán)肅性。4、不按煤礦安全規(guī)程和防突規(guī)定規(guī)定去認(rèn)真制定有效的防突措施和建立措施效果檢驗(yàn)制度。5、防突預(yù)測(cè)或效果檢驗(yàn)失誤。6、疏于安全防護(hù)措施。7、缺乏先進(jìn)、可靠的超前勘探構(gòu)造和突出危險(xiǎn)預(yù)測(cè)的儀器裝備，在一定程度上影響了預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)效果；也有的突出礦井當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件變化后，原有的防突措施、技術(shù)裝備、操作工藝已經(jīng)不適應(yīng)，但一時(shí)未找到新的解決辦法。8、作業(yè)人員缺乏煤與瓦斯突出常識(shí)。例如對(duì)突出預(yù)兆缺乏認(rèn)識(shí)和了解，又僥幸心理，未加防范。八、防突措施的發(fā)展就防突措施來(lái)看，可概括為三個(gè)發(fā)展階段。第一個(gè)階段為以安全防護(hù)措施為主的階段，其主要措施是震動(dòng)性放炮。在人員遠(yuǎn)離工作面的條件下，放震動(dòng)炮誘導(dǎo)突出，以保證人身安全。第二階段為普遍采用防止突出技術(shù)措施的階段，即在石門(mén)揭開(kāi)突出煤層，以及在突出煤層的采掘工作面，普遍采用防突措施，如開(kāi)采保護(hù)層、超前鉆孔、松動(dòng)爆破等，另輔助采用安全防護(hù)措施。第三階段為兩個(gè)“四位一體”綜合措施階段，使防突措施效果進(jìn)一步提高。防突規(guī)定要求，在開(kāi)采突出煤層時(shí)，必須采取兩個(gè)“四位一體”綜合措施，包括：區(qū)域綜合防突措施包括下列內(nèi)容：1、區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)；2、區(qū)域防突措施；3、區(qū)域措施效果檢驗(yàn)；4、區(qū)域驗(yàn)證。局部綜合防突措施包括下列內(nèi)容：1、工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)；2、工作面防突措施；3、工作面措施效果檢驗(yàn)；4、安全防護(hù)措施。突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)是防突綜合措施的第一個(gè)環(huán)節(jié)。預(yù)測(cè)的目的是確定突出危險(xiǎn)的區(qū)域和地點(diǎn)，以便使防突措施的執(zhí)行更加有針對(duì)性。防治突出措施是防突綜合措施的第二個(gè)環(huán)節(jié)，它是防止發(fā)生突出事故的第一道防線，即防止突出發(fā)生。防突措施僅在預(yù)測(cè)有突出危險(xiǎn)的區(qū)域和區(qū)段應(yīng)用。防突措施的效果檢驗(yàn)是防突綜合措施的第三個(gè)環(huán)節(jié)，目的是在措施執(zhí)行后檢驗(yàn)預(yù)測(cè)指標(biāo)是否降到突出危險(xiǎn)值以下，以保證防突措施的防突效果。安全防護(hù)措施防突綜合措施的第四個(gè)環(huán)節(jié)，它是防止發(fā)生突出事故的第二道防線。安全防護(hù)措施的目的在于突出預(yù)測(cè)失誤或防突措施失效發(fā)生突出時(shí)，避免人身傷亡事故。九、結(jié) 語(yǔ)防治煤與瓦斯突出是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，防突工作任重道遠(yuǎn)。在防治煤與瓦斯突出的工作中，人們一直在兩個(gè)方面進(jìn)行著不懈的努力。其一，研究煤與瓦斯突出的機(jī)理，掌握突出的發(fā)生發(fā)展規(guī)律，以便用理論指導(dǎo)實(shí)踐。但是由于突出