煤与瓦斯突出防治技术

突出的激发作用减小
消
除
透气性增加
瓦斯压力梯度减小
或 降
低
突
瓦斯排放
突出发展的瓦斯作用减小
出
危
险
性
煤体强度增高
抵抗破坏的能力增强
■考察参数的变化
保护层开采后，在卸压范围内，被保护层：瓦斯压力下降、瓦斯 流量增大、煤层变形增大、顶底板岩石应力降低、煤体温度降低。
下图为鱼田堡煤矿开采上保护层3#煤层后被保护层4#煤层参数变化 情况。由图中可看出，被保护层参数的变化可大致划分为4个带，即： 正常应力带、集中应力带、保护卸压带和应力恢复带。
3.6 突出多发地点
●煤层扭转区
南桐矿务局原东林矿的79次突出 中，有93%集中在南翼黑漆岩扭 转带，在突出事例中可清楚看到 构造应力的水平挤压作用
鱼田堡煤矿东翼的9次突出均分 布在压扭性的扭转轴轴部附近
3.6 突出多发地点
●压性、压扭性小断层带
受水平方向强烈挤压而形 成，保持了高的应力集中， 同时对瓦斯存储也有利
3.6 突出多发地点
●煤包及煤厚变化带 煤层厚度急剧变化带是构造应力集中的地带 红卫煤矿的190次突出(占总数85%)发生在煤包地带，全部特大
型突出集中在煤包最厚区段
3.6 突出多发地点
●煤包及煤厚变化带 红卫煤矿的126采区在走向不到70m的薄煤带掘进时，发生7次
突出
3.6 突出多发地点
3.3 我国最大一次突出发生情况
我国最大的一次突出(世界第2)--1975年8月8日，天府矿务 局三汇一矿+280m水平，平峒揭开K1煤层时，突出煤岩 12780t，瓦斯140万m3。
炮响3～4s后发生突出，峒口一阵狂风，将小碎石卷起，吹 到50m以外，大量瓦斯携带煤粉涌出，呈黑浓烟状，持续 40min才逐渐下降。距突出点700多m远的三道风门被毁，风 门外装有钎子和矸石的矿车冲出30多m远，1t多重的一块巨 石被冲走120多m，另一块重达3t的巨石冲出60余m，拐两个 90°的急弯进入变电所。
（3）突出的发生和发展过程
准备阶段：能量集聚，形成高的地应力和瓦斯压力梯度，工作面
煤体处于临界破坏的脆弱平衡状态。
发动阶段：工作面的应力状态突然改变，临界平衡状态被打破，
煤岩卸载，伴随着裂隙的生成和扩张，瓦斯大量解吸并参与突出。
扩展阶段：在应力和瓦斯压力梯度的作用下，从突发点向煤体内
部连续破坏和剥离煤体，破碎的煤在被瓦斯风暴搬运中被粉碎。
3.6 突出多发地点
●封闭向斜轴附近 轴部地带—上部压应力—下部
张应力，受深部地层的阻力， 岩层进一步挤压—小型层面滑 动并出现压性逆断层 南桐矿区80%的突出发生在八 面山向斜、王家坝向斜、鸦雀 岩向斜、甘家坪向斜
3.6 突出多发地点
●帚状构造收敛端
■收敛端常常是地应力集中的地点 ■天府三汇一矿处在华莹山帚状构 造的收敛端，突出频繁发生。
m
危害示例2－大平矿瓦斯爆炸
危害示例2－大平矿瓦斯爆炸
危害示例2－大平矿瓦斯爆炸
危害示例2－大平矿瓦斯爆炸
危害示例3－大平矿瓦斯爆炸
危害示例3－大平矿瓦斯爆炸
危害示例3－大平矿瓦斯爆炸
危害示例3－大平矿瓦斯爆炸
危害示例3－大平矿瓦斯爆炸
危害示例3－大平矿瓦斯爆炸
危害示例3－大平矿瓦斯爆炸
89mm
9个或间隔扩孔
1-2m
单排0.2m\双排 0.3m，骨架进入
顶或底0.5m
瓦斯压力 冲出总煤量大于20倍煤 瓦斯压力 施工达到设计要求
P<0.74Mpa或 厚度（m)或效果检验 P<0.74Mpa或
效果检验有效
有效
效果检验有效
●超前钻孔
（1）适用于煤层透气性较 好、煤质较硬的突出煤层； （2）钻孔直径应一般为 75120mm，地质条件变 化剧烈地带也可采用直径 42mm 的钻孔。钻孔距不 得小于5m；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；
停止阶段：由于剥离和破碎煤体在扩展过程中遇到较硬的煤体或
孔洞被堵塞引起的应力和瓦斯梯度降低，使得地应力和瓦斯压力降低到 不足以继续破坏煤体的程度，突出便中止。
瓦斯浓度 （%）
3.5 放炮
3
2.5
放炮
2
1.5
放炮
放炮
1
范围 钻孔间距 或布孔参
数 要求达到 的指标与
效果
有足够的抽放 时间(>3月）
不小于3m
松软煤层、有自喷现象 不小于5m
有足够的排放 时间
不小于3m
石门与煤层面的交 角大于45度的薄及
中厚煤层
2-3m
石门周边外35m
石门周边外3m
石门周边外3- 巷顶上部及两侧
5m
0.5-1.0m
2-3m/直径75- 布置上、中、下三排共
突出危害示例3
2004年10月20日，河南省郑州煤炭工业集团有限责 任公司(简称郑煤集团公司)大平煤矿发生一起特大型煤 与瓦斯突出（突出煤岩量为1894 t，瓦斯量约25万 m3。）引发的特别重大瓦斯爆炸事故，造成148人死 亡，32人受伤（其中重伤5人），直接经济损失3935.7 万元。
危害示例2－大平矿瓦斯爆炸
■开采保护层的注意事项
●不留或少留煤柱； ●被保护层工作面尽量布置在保护范围内； ●保护参数要实际考察确定； ●保护层开采过程中，应进行瓦斯抽放等措施，综合治理 保护层的瓦斯涌出，加大被保护层的保护效果。
类 别 抽放瓦斯
水力冲、扩孔
排放钻孔
金属骨架
适用条件
实施措施 的岩柱厚
度(m) 钻孔在煤 层的控制
大平煤矿“10.20”事故瓦斯突出及扩散过程演示
22时32分16秒~22时39分45秒, 瓦斯浓度从0.5%升到6.3%.
21轨道下山岩石掘进 工作面,突出煤岩量约 1894t,瓦斯量25万m3
22时31分31秒~22时35分15秒, 瓦斯浓度从0.17%升到4.0%.
22时09分12秒～22时12分26秒 瓦斯浓度从0.12%升到40%以上.
我国最大的一次突出突出煤矸堆积情况
3.7m 3.9m 2.7m 2.1m
1.6m
0.8m
31m 80m 40m
148m
47m 1170
334m
490m
0.6m 2m
3.3m
3.5m
22m
35m
50m
12m
30m
距突出点110m，煤矸基本封顶 堆积高度缓慢下降，整个堆积长度1170m，直到 峒口南茅口大巷，堆积60m(20m封顶)；北茅口 大巷，堆积250m(约100m封顶)
0.5
0
11日12:00
11日21:36
12日7:12
12日16:48
13日2:24
时间
图9 111103机巷9月11日--9月12日循环回风瓦斯浓度曲线
瓦斯浓度 (%)
3.5
放炮后突出
放炮 3
2.5
2
1.5 放炮
1
0.5
0 6日12:00 7日0:00 7日12:00 8日0:00 8日12:00
瓦斯爆炸传播过程演示
3.2 最近2年发生的突出伤亡情况
(不完全数据)
● 07.03.27 贵州水城汪家寨煤矿，死亡10人； ● 07.04.01 四川芙蓉白皎煤矿，死亡5人； ● 07.04.06 湖南金竹山平垌，死亡4人； ● 07.04.06 甘肃窑街金河矿，煤与二氧化碳突出，死亡9人； ● 07.04.19 河北峰峰局大树村煤矿，死亡17人； ● 07.04.20 河北邯郸陶二煤矿，死亡11人； ● 07.05.20 山西晋城寺河煤矿，死亡4人； ● 07.05.30 湖南涟源市安平镇新万三矿，死亡6人; ● 07.10.13 江西丰城矿务局建新煤矿,死亡16人; ● 07.11.08 贵州省毕节地区纳雍县阳长镇群力煤矿,死亡35人; ● 07.11.12. 河南平顶山市平煤集团公司十矿，12人死亡;
●分岔煤处
红卫煤矿揭开分岔煤时经常发生突出(最大2000t)
3.6 突出多发地点
●岩浆岩浸入带 ■岩浆岩浸入引起煤层局部变质—力学性质变化—应力分布不均 ■白票矿区，25%以上的突出(265次)发生在岩浆岩浸入带
4. 煤与瓦斯突出预兆
■有声预兆：煤炮声、机枪声、闷雷声、劈裂声、支柱折断声 等
■无声预兆 ➢ 煤层结构变化，层理紊乱，煤变软、光泽变暗，煤层由薄 变厚，倾角由小变大 ➢ 工作面煤体和支架压力增大，煤壁外鼓、掉渣等 ➢ 瓦斯增大或忽大忽小，煤壁温度降低
（1）煤与瓦斯突出机理归纳
●瓦斯主导说
“瓦斯包”说、“煤粉带”说、“煤空隙结构不均匀”说 、“裂隙堵塞”说、“闭合空隙瓦斯释放”说、“瓦斯膨胀 ”说、“瓦斯解吸”说、“地质破坏带”说、“突出波”说 、“火山瓦斯”说、“卸压瓦斯”说等
●地压主导说
“岩石变形潜能”说、“应力集中”说、“剪应力”说、 “振动波”说、“冲击移动”说、“顶板位移不均匀”说； “应力叠加”说、“塑性变形”说、“拉应力”说、“放炮 突出”说等
突出危害示例1
1879年4月17日，比利时“阿拉波二号井”发生一 次强度420t，瓦斯50万m3的突出。
瓦斯逆流从提升井冲至地面，距井口23m的绞车房附 近的火炉引燃了瓦斯，火焰高达50m，井口建筑烧成 一片废墟。2h后，火焰快要熄灭时，井下又连续发生7 次瓦斯爆炸。井下209人，死亡121人，地面3人烧死， 11人烧伤。
图11 专用回风上山9.8突出前回风瓦斯浓度曲线
9日0:00 时间
区域防突措施
防治突出措施
局部防突措施
保
预
煤
排
金
水
瓦