煤與瓦斯突出分類及其規(guī)律

煤與瓦斯突出分類及其規(guī)律第1頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內容：

一、煤與瓦斯突出的概念、分類及危害。

二、煤與瓦斯突出機理。

三、煤與瓦斯突出規(guī)律及預兆。

第2頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月案例

1983年1月22日地質人員在檢查施上現場發(fā)現異常變化后，提出工作面可能穿越煤層，要求在探明無煤后才能繼續(xù)掘進的書面意見，但未引起有關領導同志的重視，也未采取任何措施。

1月24日，皮帶運輸機上山掘到561米處。8時30分開始打眼，第一個炮眼深1.8米，見煤長度0.6米，以后打的5個炮眼也見煤。10時40分，打完20個炮眼，裝藥5.1公斤。裝藥前工作面瓦斯?jié)舛葹?.42％，在無任何安全技術措施的情況下，于11時15分放炮，引起煤與瓦斯的特大強度突出，突出煤量5000立方米，瓦斯55萬立方米。突出的煤炭和巖石沿皮帶運輸機上山沖向下車第3頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月案例場，堆積至二井平峒，在長達1200米的巷道內，745米長的巷道三分之二的斷面被堵塞，突出瞬時風流逆向，高濃度瓦斯充滿施工井巷并通過與生產共用的＋280水平平峒進入三匯一井運輸大巷和平區(qū)，又通過施工臨時上山進入該井＋46.5水平運輸巷和北翼采區(qū)，使災區(qū)47人被困，三匯一井229名工人受阻。經過緊急搶救，除被困的47人中有12人遇難外，61人輕度窒息。事故直接經濟損失約33萬元。二、事故原因分析1.錯誤地根據原有地質資料和設計文件認為皮帶運輸機上山只在巖層中掘進，穿過F4斷層，不穿煤層。加之施工管理的盲目性，從指導思想上就放棄了預防措施。在編制兩條上山的施工組織設計時，沒有提出掘進時的防災措施；編制作業(yè)規(guī)程時，沒有提出遇斷層時探明層位、防止煤和瓦煤突出問題，也未從技術上采取任何措施。第4頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月案例2.施工中遇F4斷層后，發(fā)現地質構造發(fā)生異常變化，又未采取任何措施，直到皮帶運輸機上山工作面炮眼穿媒后，也未采取任何安全措施，未撤離人員就違章放炮，誘導了煤和瓦斯突出。3.盲目突擊生產，不分條件，不講科學，片面號召誰先完成任務誰先放假過春節(jié)，以致出現包任務，不包安全，搶任務違章作業(yè)現象。當施工現場險情十分明顯時，既未落實排隱患搶險的安全措施，又未制止不顧后果的違章放炮。第5頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月案例三、防止同類事故的措施1.認真執(zhí)行已定的施工措施和作業(yè)規(guī)程的編制審查制度，嚴格監(jiān)督檢查，當生產條件變化時，要及時修改補充，重新核批。2.必須結合井下工程施工實際，編制好礦井災害預防與處理計劃。針對施工中可能出現的瓦斯突出隱患，制訂防隱患排除的技術安全組織措施，并交生產管理人員和生產工人貫徹實施。3.加強施工現場的技術管理工作，做到情況明，措施準，排除隱患及時，從生產管理上全面落實“安全第一，預防為主”的方針。第6頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、煤與瓦斯突出的概念、分類及危害

㈠

煤與瓦斯突出的相關概念及特點1.什么是煤與瓦斯突出？煤礦在采掘過程中，在地應力和瓦斯（二氧化碳）的共同作用下，破碎的煤（巖）和瓦斯（二氧化碳）由煤（巖）體內突然向采掘空間拋出的異常動力現象，叫做煤與瓦斯突出。

煤與瓦斯突出是礦井瓦斯涌出的一種形式。是一種非正常的涌出。

第7頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、煤與瓦斯突出的概念、分類及危害

2.什么是突出礦井和突出煤層？突出礦井：是指在礦井開拓、生產范圍內有突出煤層的礦井。突出煤層：是指在礦井井田范圍內發(fā)生過突出的煤層或者經鑒定有突出危險的煤層。3.煤與瓦斯突出的主要特點⑴煤與瓦斯突出后，會噴出大量的瓦斯和煤塵，突出時間短，一般持續(xù)幾分鐘或幾秒鐘。第8頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、煤與瓦斯突出的概念、分類及危害

⑵破碎的煤（巖石）常常被拋出一定的距離。使突出地點人員窒息死亡或被埋、卷走，巷道被堵塞或沖垮。⑶突出后在煤（巖）體內，往往形成大大小小不同、形狀不一的孔洞。⑷突出時，常常伴有猛烈響聲和強大的動力效應。（動力效應就是突出所形成的沖擊波能破壞支護、推倒礦車、移動巨石等的一種動力現象）⑸噴出的瓦斯量大大超過煤層的瓦斯含量，往往有幾千立方米到幾萬甚至幾百萬立方米。第9頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、煤與瓦斯突出的概念、分類及危害

⑹突出過程中，不得能順風流向回風方向沖擊，而且常常發(fā)生瓦斯逆流現象（即突出的瓦斯流沿著進風風流的反方向流動），有的逆流很遠，可以達到幾百米甚至上千米；沖擊波能破壞通風系統(tǒng)，改變風流方向，造成通風混亂，不利于人員的撤退和救災。⑺煤與瓦斯突出后的高濃度瓦斯，開始不會爆炸，但在一定的供氧條件下，遇火則到燃燒；待瓦斯?jié)舛冉档奖ń缦迌葧r，遇火源則會爆炸，因此，突出礦井的火源管理非常管理重要。⑻煤與瓦斯突出后，可能在同一地點發(fā)生第二次、第三次甚至更多次突出。第10頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、煤與瓦斯突出的概念、分類及危害

㈡煤與瓦斯突出的分類1.煤與瓦斯突出分類的方法煤與瓦斯突出分類方法有兩種：一是按突出現象的力學特征分類；二是按突出強度分類。2.按突出現象的力學特征分類共分三類：煤與瓦斯突出（簡稱突出）；煤突然壓出并涌出大量瓦斯（簡稱壓出）；煤突然傾出并涌出大量瓦斯（簡稱傾出）。⑴煤與瓦斯突出（簡稱突出）發(fā)生煤與瓦斯突出的主要因素是地應力和瓦斯壓力的聯(lián)合作用，通常以地應力為主、瓦斯壓力為輔。實現突出的基本能量是煤體內積聚的高瓦斯能量。第11頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、煤與瓦斯突出的概念、分類及危害

2.按突出現象的力學特征分類⑴煤與瓦斯突出（簡稱突出）突出現象的基本特征有以下幾方面：①

突出的固體物具有氣體搬運的特征。突出的煤有明顯的分選性，由外向突出點的煤的顆粒度由粉末狀到煤塊逐漸增加（即先是煤粉，其后是細顆粒的煤，再后是粗顆粒的煤或塊煤）；煤（巖）被高瓦斯氣流運至遠處，隨巷道而拐彎，煤炭堆積的坡度小于煤的自然安息角。②

突出的固體物具有被高壓氣體粉碎的特征。大量的極細的煤炭粉末是突出時煤炭被高壓瓦斯膨脹粉碎的結果，有時突出固體物被搗固壓實，需要用風鎬或手鎬來清理。第12頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、煤與瓦斯突出的概念、分類及危害

③

突出的大量的瓦斯（二氧化碳）噴出，有瓦斯逆流現象。突出的強度越大，瓦斯逆流越遠，100t以下的突出一般為幾十米，1000t以下的大型突出的瓦斯逆流達幾百米、甚至達千米；超過1000t的特大型突出的瓦斯逆流可達千米至數千米以上，嚴重破壞礦井通風系統(tǒng)。④

突出的孔洞口小內大，通常為梨形或倒瓶形狀。突出中心線沿煤層傾斜方向向上延伸或與煤層傾向線成不大的夾角，一般長度為幾米到幾十米，有時可能看到到孔洞，主要是被突出時位移的煤或碎煤所充填。第13頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、煤與瓦斯突出的概念、分類及危害

⑵煤突然壓出并涌出大量瓦斯（簡稱壓出）發(fā)生與實現煤壓出的主要因素是煤層受采動壓力影響所產生的地應力，瓦斯壓力和煤的自重力是次要因素。壓出的基本特征是：①

壓出的固體物按彈性能釋放的方向堆積，即壓出的煤炭堆積在原來的位置，或在煤的自重力的參與下稍有偏移；煤炭堆積坡度一般小于自然安息角。②

壓出的煤為大小不同的碎塊，雜亂無章；有時煤整體位移，向外鼓出。③

壓出時往往出現楔形、縫形或袋形等形狀的孔洞，口大肚小，外寬內窄，深度一般為幾米，多數壓出看不到孔洞。第14頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、煤與瓦斯突出的概念、分類及危害

④

壓出時有大量的瓦斯（二氧化碳）涌出，有時從煤層或巖的裂縫噴出瓦斯（二氧化碳），一般沒有瓦斯逆流現象。⑤

發(fā)生壓出時的瓦斯（二氧化碳）壓力可推走設備和破壞支護。⑶煤突然傾出并涌出大量瓦斯（簡稱傾出）發(fā)生傾出的主要因素是地應力，即結構松軟、富含瓦斯、仙聚力小的煤（巖），在較高的地應力的作用下突然被破壞，失去平衡，為其能量的釋放創(chuàng)造了條件。實現突然傾出的主要動力是失穩(wěn)煤體的自重力。傾出的基本特征有以下幾點：第15頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、煤與瓦斯突出的概念、分類及危害

①

傾出的煤按重力方向堆積，即煤堆積在原來的位置的下方，煤堆積的坡度小于自然安息角。②

傾出的煤為大小不同的碎塊，雜亂無章。③

傾出一般都有規(guī)則的孔洞，一般為舌形、梨形或袋形等口大內小的形狀；孔洞軸線沿煤層傾斜方向延伸，其傾角一般大于45°，位于原集中應力帶內，孔洞的深度一般為幾米至數十米。④

傾出時有大量的瓦斯（二氧化碳）涌出，但一般沒有逆流現象。第16頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、煤與瓦斯突出的概念、分類及危害

3.按突出強度分類突出強度：是指每次發(fā)生突出現象所拋出的煤（巖）數量（一般以t為單位）和涌出的瓦斯（二氧化碳）量（以m3為單位）。由于在突出時，統(tǒng)計和計算瓦斯（二氧化碳）的量比較困難，所以通常以煤（巖）數量作為劃分突出的主要依據。⑴小型突出：突出的煤（巖）數量小于100t；⑵中型突出：突出的煤（巖）數量為100～500t；⑶大型突出：突出的煤（巖）數量為500～1000t；⑷特大型突出：突出的煤（巖）數量大于1000t；第17頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、煤與瓦斯突出的概念、分類及危害

㈢

煤與瓦斯突出的危害主要有以下幾方面1.礦井中一旦發(fā)生煤與瓦斯突出，大量的煤巖固體物和瓦斯氣體即以極快的速度噴出，巨大的沖擊力會破壞井巷設施和裝備。2.沖出的煤（巖）會堵塞巷道，埋壓人員的阻絕人員撤出。3.煤與瓦斯突出會使通風系統(tǒng)遭到嚴重破壞，風流逆轉，使眾多的人員窒息、死亡。4.突出的瓦斯遇火還可能引發(fā)瓦斯爆炸、燃燒事故，造成井毀人亡的特大災害事故。第18頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、煤與瓦斯突出機理

㈠煤與瓦斯突出機理解釋突出的原因和突出過程的理論稱為突出機理。煤與瓦斯突出是一種受多因素影響的、極其復雜的動力現象，對煤與瓦斯突出發(fā)生的原因至今還沒有統(tǒng)一的認識，研究者提出了許多假說，總的來講可歸納為以下3種。1.瓦斯作用說瓦斯作用說認為煤與瓦斯突出的主要動力來源于高壓瓦斯，即認為煤與瓦斯突出是因為采掘工作面接近或溝通了存儲有大量高壓瓦斯的區(qū)域（地點）時，高壓瓦斯突出噴出造成的。第19頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、煤與瓦斯突出機理

2.地壓作用說地壓作用說認為煤與瓦斯突出是地壓作用的結果。地壓包括巖石靜壓力、地質構造力和采掘過程中形成的集中壓力等。在地壓作用下，煤層處于彈性變形狀態(tài)，積蓄著很大的潛能，當采掘工作接近或進行這些區(qū)域（地點）時，彈性潛能突然釋放，使煤體破碎、拋出而發(fā)生突出。3.綜合作用說綜合作用說認為煤與瓦斯突出是地壓、瓦斯（包括瓦斯壓力、含量和吸附瓦斯瞬時解吸速度等）、重力（主要是指急傾斜煤層而言）和煤的物理性質（包括煤的強度和破壞類型）綜合作用的結果。目前國內外大多學者認為綜合作用說更切合實際。第20頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、煤與瓦斯突出機理

㈡煤與瓦斯突出的過程煤與瓦斯突出的過程，一般可劃分為四個階段：準備、發(fā)動、拋出和停止階段。1.準備階段。在此階段經歷著兩個過程，即能量積聚過程和阻力降低過程。能量積聚過程是地應力集中，煤體受壓，煤體的彈性增加，孔隙壓縮，使瓦斯壓縮能提高。阻力降低過程是因采掘后使煤體由三向受力狀態(tài)變?yōu)閮上蛏踔羻蜗蚴芰顟B(tài)，煤的強度驟然下降，經過以上兩個過程后，煤體內顯現出有聲和無聲的預兆。第21頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、煤與瓦斯突出機理

2.發(fā)動階段。在此階段，極限應力狀態(tài)的部分煤體突然破碎卸壓，發(fā)出巨響和沖擊，使瓦斯作用在突然破裂煤體上的推力向巷道自由方向增加幾倍至幾十倍，這時膨脹瓦斯流開始形成，大量吸附瓦斯進入解吸過程，加強了流速。3.拋出階段。在這個階段中，破碎的煤在高速瓦斯流中呈懸浮狀態(tài)流動，這些煤在煤體內外瓦斯壓力差的作用下被破碎成更小粒度，撞擊與摩擦也加大了煤的粉化程度，煤的粉化又加速了吸附瓦斯的解吸作用，增加了瓦斯風暴的搬動力。這時瓦斯流連同碎煤從煤體內以極短的時間拋出并形成強大的動力效應，隨第22頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、煤與瓦斯突出機理

著碎煤被拋出和瓦斯快速噴出，突出孔壁內的地應力與瓦斯壓力分布進一步發(fā)生變化，煤體內由于瓦斯排放，瓦斯壓力下降，致使地應力增加，導致破碎區(qū)連續(xù)地向煤體深部擴展，又進入階段，當條件具備時，即發(fā)生第二次、每三次突出。4.停止階段。當突出孔洞發(fā)展到一定程度時，由于堆積的突出物的堵塞和地應力的分布滿足了成拱靜力平衡條件，導致突出停止，但這時，煤的突出雖然停止了，異常的瓦斯涌出還要持續(xù)相當長的時間。這就形成了突出的瓦斯量大大超過煤的瓦斯含量的現象。第23頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月24安全監(jiān)控T1甲烷傳感器趨勢圖1:37:30由0.4%開始增加至1:44:15的0.9%，然后降到0，再升到0.9%，直至1：47突出。從預兆到突出近9分鐘。瓦斯增大煤體位移進一步解吸煤、瓦斯流突出第24頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、煤與瓦斯突出規(guī)律及預兆

煤與瓦斯突出一般都有一定的規(guī)律和預兆，了解和掌握突出的規(guī)律的預兆，能有效地預防和防止突出事故的發(fā)生。㈠煤與瓦斯突出的規(guī)律1.隨著開采深度的增加，突出的危險性增大。主要表現為突出次數增多、突出強度增大、突出煤層增多和突出危險區(qū)域擴大。2.突出次數和突出強度隨煤層的厚度，特別是軟分層的厚度增大而增加，突出最嚴重的煤層往往是最厚的主采煤層。3.突出的氣體主要是甲烷，少數情況是二氧化碳。4.煤體破壞程度越嚴重，煤的硬度越小，突出危險性越大。一般情況，煤層增厚時容易突出，合層時也容易突出。第25頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、煤與瓦斯突出規(guī)律及預兆

5.由下向上的突出較多，由上向下的突出極少。突出的危險性隨著煤層傾角的增大而增加。6.突出多發(fā)生在地質構造附近，如斷層、褶曲、扭轉和火成巖侵入區(qū)附近。90％以上的突出(石門突出除外)發(fā)生在向斜軸部、扭轉地帶、斷層和褶曲附近。7.突出多發(fā)生在集中應力區(qū)，如巷道的上隅角，相向掘進工作面接近區(qū)域，煤層留有煤柱的相對應上、下方煤層處，回采工作面的集中應力區(qū)內掘進，等等。8.大多數突出發(fā)生在放炮和落煤工序。放炮后沒有立即發(fā)生的突出，稱延期突出。延遲的時間由幾分鐘到十幾小時，它的危害性更大。

第26頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、煤與瓦斯突出規(guī)律及預兆

9.突出發(fā)生在掘進工作面較多，回采工作面較少。10.突出與煤層的瓦斯含量和瓦斯壓力之間沒有固定的關系。瓦斯壓力低、含量小的煤層可能發(fā)生突出；壓力高，含量大的煤層也有可能不突出。因為突出是多種因素綜合作用的結果。突出危險煤層在開采時的相對瓦斯涌出量一般都在10m3/t以下，突出發(fā)生的瓦斯壓力一般都在0.74MPa以上。11.突出煤層的頂底板透氣性越差，越有利于煤層的瓦斯儲存，其突出危險性越大。12.突出前常有預兆。第27頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023