防治煤与瓦斯突出基础知识

防治煤与瓦斯突出基础知识

煤与瓦斯突出是煤矿中一种极其复杂的动力现象，它是威胁煤矿安全生产的严重自然灾害之一，如果由于煤与瓦斯突出引起瓦斯爆炸和火灾事故，后果更为严重。因此，如何防止煤与瓦斯突出，确保矿井安全生产事关重大。世界各国在防治突出方面虽进行了大量的工作，但到目前为止，对各种地质、开采条件下突出发生的规律还没有完全掌握，也未能完全杜绝突出发生。对煤矿安全生产来看，防治突出的任务有两个方面：一是防止突出发生，或减少突出的频率和强度；二是避免突出造成人身伤亡事故。

一、煤与瓦斯突出的概念

煤与瓦斯突出是指煤与瓦斯在一个很短的时间内突然地自煤（岩）壁抛向巷道空间所引起的动力现象。在煤与瓦斯突出过程中，抛出的煤体有几十吨至几千吨，同时涌出大量的瓦斯充满整个巷道空间。根据目前的研究结果，引起煤与瓦斯突出的动力有地应力和瓦斯的压力。

二、煤与瓦斯突出的危害

1、产生的高压瓦斯流，能摧毁巷道，造成风流逆转、破坏矿井通风系统。

2、喷出大量的煤岩造成埋住施工人员。

3、井巷充满瓦斯，造成人员窒息，引起瓦斯燃烧或爆炸。

三、煤与瓦斯突出的形式及基本特征

1、突出。地应力和瓦斯压力的联合作用，重力不起决定作用。

（1）突出的向外抛出距离较远，具有分选现象；

（2）抛出的煤堆积角度小于自然安息角；

（3）抛出的煤破碎程度较高，含有大量的煤块和细小的煤粉；

（4）有明显的动力效应，破坏支架、推倒矿车、破坏和抛出安装在巷道内的设施；

（5）有大量的瓦斯喷出，瓦斯喷出量大大超过突出煤的瓦斯含量，有时会使风流逆转；

（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状。

2、压出。主要因素是受采动影响所产生的地应力，瓦斯压力和煤的自重是次要因素。

（1）压出有两种形式，即煤的整体位移和煤有一定距离的抛出，但位移和抛出的距离都较小；

（2）压出后，在煤层与顶板之间的裂隙中，常留有细煤粉，整体位移的煤体上有大量的裂隙；

（3）压出的煤呈块状，无分选现象；

（4）巷道瓦斯涌出量增大；

（5）压出可能无孔洞或口大腔小的楔形孔洞。

3、倾出。主要因素是地应力和重力。

（1）倾出的煤就地按自然安息角堆积，并无分选现象；

（2）倾出的孔洞呈孔大腔小，孔洞轴线沿煤层倾斜或铅垂方向发展；

（3）无明显的动力效应；

（4）倾出常发生在媒质松软的急倾斜煤层中；

（5）巷道瓦斯涌出量明显增加。

四、突出危险煤层的基本特征

突出煤层和非突出煤层在媒质、结构、赋存条件以及特征等方面存在着明显的差异，这些差异是煤层突出危险性评价的依据。一般来说，突出危险煤层具有以下特征：

1、具有较高的变质程度。

2、具有较高的瓦斯压力和瓦斯含量。（0.74MPa，8m3/t）

3、透气性较低，顶底板一般为封闭型。

4、结构破坏类型较高、强度低。（III、IV、V类，f<0.5）

5、瓦斯放散初速度较大。10m2MPa·d

6、突出危险煤层具有明显区别于非突出煤层的孔隙结构特征。大孔多，小孔少。

★在突出煤层中有下列情况之一的，视为突出危险工作面：

1、在突出煤层的构造破坏带，包括断层、褶曲、火成岩侵入等；

2、煤层赋存条件急剧变化的区域；

3、采掘应力叠加的区域；

4、在工作面预测过程中出现喷孔、顶钻等动力现象；

5、工作面出现明显的突出预兆。

五、煤与瓦斯突出的一般规律

（1）随着开深程度的增加，突出的危险性增大。

（2）突出强度随煤层的厚度，特别是软分层厚度的增加而增加。

（3）瓦斯含量和瓦斯压力越大，突出危险越严重。突出的气体主要是瓦斯，少数情况下突出二氧化碳。

（4）煤体破坏程度越严重，煤的强度越小，突出危险越大。

（5）由上向下的突出占大多数，由下向上的突出是极少数。突出的危险性随着煤层倾角的增大而增加。

（6）突出与地质构造有密切关系。

（7）在采掘形成的应力集中地区，突出危险性增加。

（8）与其他类型的巷道相比，石门揭煤的突出危险性最大，突出强度也最高，突出一般以煤巷掘进时较多，回采工作面次之。

（9）突出主要发生在工作面放炮时，其他有震动的作业或冒顶也能诱发突出。

（10）煤层顶、底板的透气性越差，越有利于煤层瓦斯的储存，其突出危险性也越大。

（11）突出前一般都有预兆：煤体和支架压力增大，煤壁移动加剧，煤向外鼓出，掉碴，煤脱落，煤块射出，有劈裂声、煤炮声、似跑车一样的闷雷声，煤尘变大，瓦斯忽大忽小，温度降低或升高，顶钻或夹钻，煤硬度变化，煤质干燥、光泽变暗、层理紊乱等。掌握预兆，及时采取措施，对保证人员安全是非常重要的。

六、各类巷道突出的特点

巷道类型不同，突出的条件也不同，这就引起突出诸因素的作用发生一定的变化，形成突出的各自特点。

（一）石门突出

石门突出有三种类型：爆破揭开煤层时的突出、延期突出、过煤门时的突出。其中以放炮揭开煤层时的突出所占比重最大，因为它对发生突出的条件来讲最有利。

1、爆破揭开煤层时的突出

石门揭开煤层前，如煤层内的瓦斯未经排放，保存着原始的高瓦斯压力。当放炮揭开煤层的瞬间，在很高的瓦斯压力和一定的地应力共同作用下，就可能造成暴露的煤（岩）壁的表层突然破碎，破碎的煤（岩）被膨胀着的高压瓦斯所携带抛向巷道，这种连锁破碎抛出过程使突出向煤体深部扩展。从突出类型来看，爆破揭开煤层时的突出绝大部分属于瓦斯突出类型，除具有瓦斯突出的基本特征外，还有以下特征：

（1）靠近突出点一段距离的直巷几乎被突出煤堵满，弯曲巷道或上山也有堆积；

（2）有时只有煤层的某一分层或某几个分层突出，突出孔洞沿这些分层扩展；

（3）突出孔洞位置和深度主要受瓦斯压力和煤结构分布的控制，在许多大突出中，突出孔洞往往深入到巷道集中应力带以外很远，深度超过10米以上。

预防揭开石门的突出最主要的是采取预排巷道周边一定范围内煤体瓦斯的措施。对于由底板方面揭开煤层的石门，应重点预排石门顶帮煤体的瓦斯；对于从顶板方面揭开煤层的石门，预排包括石门底部煤体在内的石门四周煤体的瓦斯。

2、延期突出

这类突出是在放震动炮后迟延一段时间突然发生的，对安全生产威胁很大。关于延期突出的原因，还没有完全研究清楚。发动突出，需要一定的时间，一般在几秒到几十秒以内即可完成，但是延期突出所需要的时间较长，有的达几小时到几十小时。这说明，突出的发动和发展同时间因素有密切关系。如放炮时未突出，说明此时内部条件未成熟，还需要一定的时间才能使突出的条件完备起来，在这段时间煤层内发生着一定的变化，产生能量的积累过程。如果爆破后没有及时支护或支护不合格，煤壁的稳定性就会随时间而逐步降低，硬煤体的应力逐渐升高，当煤体便突然破碎，瓦斯的推力也因裂隙的突然增加而成倍增加，导致突出的发生。

预防延期突出的基本措施是，查清地质，预排瓦斯，适当爆破，加强支护。

3、过煤门时的突出

煤层揭开时，由于高地应力的作用，煤的透气性很低，因此煤门周围煤壁附近仍然积蓄着高压瓦斯，煤壁附近煤体也存在着较高的应力状态，处于不稳定平衡状态的过载煤体，哪怕是很小的震动力，也会使之失去平衡，诱发突出。这类突出有相当一部分是以地应力为主