煤與瓦斯突出預(yù)測義煤集團(tuán)打印稿

1、教授Tel: Email:河 南 理 工 大 學(xué)二 O O 五 年 十一 月煤與瓦斯突出防治1講授主要內(nèi)容第一講 礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 第二講 煤與瓦斯突出概述第三講 煤與瓦斯突出機(jī)理第四講 煤與瓦斯突出危險性預(yù)測第五講 煤與瓦斯突出措施效果檢驗21礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1.1 瓦斯的來源與性質(zhì)1.1 .1 礦井瓦斯來源礦井瓦斯來源 煤（巖）層和地下水釋放出來的天然氣。 化學(xué)及生物化學(xué)作用產(chǎn)生的。如坑木腐爛、煤氧化的氣態(tài)產(chǎn)物。 煤炭生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的。如井下作、比人員呼吸、火藥爆破、充電等。31礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1.1 瓦斯的來源與性質(zhì)1.1.2 礦井瓦斯性質(zhì)瓦斯性質(zhì)甲烷重?zé)N氫氣甲烷二氧化碳氮氣一氧化碳

2、硫化氫二氧化硫二氧化氮可燃性室息性有毒性41礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1.1 瓦斯的來源與性質(zhì)1.1.3礦井瓦斯性質(zhì)51礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1.1 瓦斯的來源與性質(zhì)1.1.3 煤礦常見氣體危害61礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1.1 瓦斯的來源與性質(zhì)1.1.3 煤礦常見氣體危害71礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1.1 瓦斯的來源與性質(zhì)1.1.3 煤礦常見氣體危害81礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1.1 瓦斯的來源與性質(zhì)1.1.3 煤礦常見氣體危害91礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1.1 瓦斯的來源與性質(zhì)1.1.3 煤礦常見氣體危害101礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1. 2 煤層瓦斯生成及分帶1.2.1 瓦斯成因瓦 斯 成 因 泥炭階段的腐植體，處于生物化學(xué)作用

3、時期。在不超過50低溫條件下，經(jīng)厭氧微生物作用發(fā)酵分解成瓦斯和二氧化碳。泥炭時期埋深一般不大，其覆蓋層的膠結(jié)固化也不好，生成的瓦斯通過滲濾和擴(kuò)散容易排放到大氣中，因此，生物化學(xué)作用產(chǎn)生的瓦斯一般不會保留在煤層內(nèi)。 隨著泥炭層的下沉，覆蓋層的厚度越來越大，壓力與溫度隨之增高，厭氧微生物的生存環(huán)境惡化，生物化學(xué)活動逐漸減弱直至停止。 生物化學(xué)作用時期生成的瓦斯煤化變質(zhì)作用時期生成的瓦斯 褐煤層進(jìn)一步沉降，壓力與溫度的影響隨之加劇，煤化變質(zhì)作用增強。 一般認(rèn)為溫度在50220和相應(yīng)的壓力下煤層處于煙煤無煙煤熱力變質(zhì)造氣時期。在這一時期，煤的變質(zhì)程度越高，其生成的瓦斯量也就越多。111.2.2 成煤過

4、程中瓦斯生成量1礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1. 2 煤層瓦斯生成及分帶121.2.3 煤層瓦斯垂向分帶各帶氣體組分1礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1. 2 煤層瓦斯生成及分帶131礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1. 3 煤層瓦斯賦存1.3.1 瓦斯在煤體內(nèi)存在狀態(tài)1 瓦斯在煤體內(nèi)存在狀態(tài)吸附瓦斯游離瓦斯吸收狀態(tài)吸著狀態(tài) 以自由氣體分子存在于煤體或圍巖的較大裂隙、孔隙和空洞之中。 在與顆粒固體在分子之間引力作用下，被吸著在煤體孔隙的內(nèi)表面上。圖例 瓦斯在煤層內(nèi)存在狀態(tài)1 - 游離瓦斯；2 - 吸收瓦斯；3 - 吸著瓦斯 瓦斯分子進(jìn)入煤體顆粒結(jié)構(gòu)內(nèi)部，與煤體固體分子相結(jié)合。141礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1. 4 煤的性質(zhì)1.4.1 煤

5、的孔隙分類1、 微孔：直徑 10-1mm，層流和紊流混合滲透區(qū)間煤中孔隙分類滲透容積：小孔至可見孔 孔隙體積之和總孔隙體積：吸附容積和 滲透容積之 和3、 中孔：直徑10-4mm10-3mm，緩慢層流滲透區(qū)間4、 大孔：直徑10-3mm10-1mm，強烈的層流滲透區(qū)間2、小孔：直徑10-5mm10-4mm，毛細(xì)凝結(jié)和瓦斯擴(kuò)散空間151.4.2 煤的吸附能力主要影響因素1 瓦斯壓力 煤的吸附能力主要影響因素 5 煤中水分4 變質(zhì)程度溫度每升高1度，吸附瓦斯的能力要降低8%。 CO2 CH4 N2 在給定溫度下，吸附量與瓦斯壓力呈雙曲線變化。艾琴格爾經(jīng)驗公式：式中：Xw濕煤的瓦斯吸附量，m3/t；

6、Xd干煤的瓦斯吸附量，m3/t；Mad煤中水分含量，%。變質(zhì)程度和孔隙結(jié)構(gòu)和比表面積及化學(xué)成份有關(guān)，呈馬鞍型變化。3 溫度2 氣體性質(zhì)1礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1. 4 煤的性質(zhì)161.4.3 不同變質(zhì)程度煤的吸附瓦斯量 圖2 不同變質(zhì)程度煤的吸附瓦斯量 （ “t=30，p=2 MPa ）1、2、3一非突出煤；4、5，6一突出煤；1、4一新容量法2、5一重量法，3、6一舊容量法1礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1. 4 煤的性質(zhì)171.4.4 煤層瓦斯含量主要決定因素煤的變質(zhì)程度煤層瓦斯含量主要決定因素水文地質(zhì)條件地質(zhì)構(gòu)造煤層賦存條件煤層圍巖性質(zhì) 煤層有露頭瓦斯易于排放，無露頭瓦斯易于保存；對同一煤層，瓦斯風(fēng)化帶

7、以下，煤層瓦斯含量隨深度加大而增大；在其它條件相同，同一開采深度上，煤層傾角越小，煤層所含瓦斯越多。圍巖致密完整、不透氣時，煤層瓦斯易于保存；反之，煤層瓦斯易于逸散。 煤的變質(zhì)程度越高，生成的瓦斯量越大。當(dāng)其它條件相同，煤的變質(zhì)程度越高，煤層瓦斯含量就越大。 地下水交換活躍地區(qū)，水能從煤層中帶走大量瓦斯，從而使煤層瓦斯含量明顯減少。 開放性構(gòu)造是煤層有利于瓦斯的放散，因此開放性構(gòu)造發(fā)育煤層，瓦斯含量就??；封閉性構(gòu)造，阻斷瓦斯放散通道，相應(yīng)煤層瓦斯含量大。1礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1. 4 煤的性質(zhì)181礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1. 5 礦井瓦斯涌出1.5. 1 礦井瓦斯涌出方式礦井瓦斯涌出方式特除涌出一般

8、涌出煤與瓦斯突出瓦斯噴出 由采落煤炭和煤層、巖層的新鮮暴露面，通過孔隙、裂隙，緩慢、長時間的涌出。 采掘時，在極短的時間內(nèi)，瓦斯又煤體、圍巖內(nèi)突然、大量的涌出，優(yōu)勢還伴有煤粉、煤塊和巖石等。瓦斯（CO2）噴出 從煤體或巖體裂隙、孔洞或炮眼中大量瓦斯（CO2）異常涌出的現(xiàn)象。在20m巷道范圍內(nèi)，涌出瓦斯量1.0m3/min，且持續(xù)時間在8h以上時，該采掘區(qū)即定為瓦斯（CO）噴出危險區(qū)域。191.5.2 礦井瓦斯涌出量主要影響因素煤層瓦斯含量礦井瓦斯涌出量主要影響因素采煤方法 開采順序 厚煤層分層開采時，首分層瓦斯涌出量最大，最后一個分層瓦斯涌出量最小。 開采規(guī)模越大，礦井的絕對瓦斯涌出量也就越大

9、；但就礦井的相對瓦斯涌出量來說，情況比較復(fù)雜。 是決定因素。瓦斯含量越高，礦井瓦斯涌出量就越大。 陷落法比充填法工作面的瓦斯涌出量大。 采煤方法的回采率越低，瓦斯涌出量就越大，因為丟煤中所含瓦斯的絕大部分仍要涌入巷道。 頂板管理方法 生產(chǎn)工序 通風(fēng)壓力大氣壓力變化 負(fù)壓通風(fēng)，風(fēng)壓越高瓦斯涌出量越大；正壓通風(fēng)，風(fēng)壓越高瓦斯涌出量越小。 地面大氣壓的變化對對采空區(qū)瓦斯涌出有較大的影響。 落煤時瓦斯涌出量大于其它工序。開采規(guī)模 一般采空區(qū)存有大量瓦斯，未封閉或封閉不嚴(yán)，采空區(qū)瓦斯大量涌出，礦井瓦斯涌出量增大。采空區(qū)管理方式1礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1. 5 礦井瓦斯涌出201.5.3 礦井瓦斯等級劃分礦井

10、瓦斯等級高瓦斯礦井低瓦斯礦井 礦井相對瓦斯涌出量小于10m3/t，且礦井絕對瓦斯涌出量小于40 m3/min。 礦井相對瓦斯涌出量大于10m3/t或礦井絕對瓦斯涌出量大于40m3/min。 煤與瓦斯突出礦井 發(fā)生 煤（巖）與瓦斯突出礦井、鑒定有煤與瓦斯突出危險的礦井。 根據(jù)礦井相對瓦斯涌出量、礦井絕對瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式劃分為： 低瓦斯礦井中，相對瓦斯涌出量大于10m3/t或有瓦斯噴出的個別區(qū)域（采區(qū)或工作面）為高瓦斯區(qū)，該區(qū)按高瓦斯礦井管理。1礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1. 5 礦井瓦斯涌出211礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1. 6 礦井瓦斯的危害1.6.1 礦井瓦斯的危害礦井瓦斯的危害污染環(huán)境瓦斯窒息煤

11、與瓦斯突出瓦斯爆炸瓦斯燃燒 當(dāng)CH4升至43%，O2降至12%，人感到呼吸困難；當(dāng)CH4升至57%，O2降到9%以下，人短時間窒息死亡。 當(dāng)巷道或采場空氣中的瓦斯?jié)舛仍?15%范圍內(nèi)時，一旦存在點火源，將會引起瓦斯爆炸事故。 當(dāng)巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛鹊陀?%或超過15%時，一旦存在點火源，會釀成瓦斯燃燒事故。 當(dāng)煤層瓦斯壓力較高、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、地應(yīng)力較大、煤體破壞嚴(yán)重時，在該地區(qū)采掘作業(yè)時易發(fā)生煤與瓦斯突出。 CH4是僅次于氟利昂的溫室氣體，產(chǎn)生的溫室效應(yīng)是CO2的2530倍，時效長達(dá)100150年之久。 221礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 1. 7 礦井瓦斯涌出量預(yù)測1.7.1 預(yù)測方法預(yù)測方法礦山統(tǒng)計法 分

12、源預(yù)測法 礦山統(tǒng)計法的實質(zhì)是根據(jù)對本井或鄰近礦井實際瓦斯涌出量資料的統(tǒng)計分析得出的礦井瓦斯涌出量隨開采深度變化的規(guī)律，來推算新井或延深水平的瓦斯涌出量。 井下涌出瓦斯的地點即為瓦斯涌出源。瓦斯涌出源的多少、各涌出源涌出瓦斯量的大小直接決定著礦井瓦斯涌出量的大小。 應(yīng)用分源預(yù)測法預(yù)測礦井瓦斯涌出量，是以煤層瓦斯含量、煤層開采技術(shù)條件為基礎(chǔ)，根據(jù)各基本瓦斯涌出源的瓦斯涌出規(guī)律，計算回采工作面、掘進(jìn)工作面、采區(qū)及礦井瓦斯涌出量。232.1 煤與瓦斯突出基本概念 煤與瓦斯突出基本概念 具體表現(xiàn)為在幾秒至幾十秒極短的時間內(nèi)，大量的煤和瓦斯由煤體向采場、巷道等采掘空間噴出。噴出的煤從幾噸到上萬噸，瓦斯量從

13、數(shù)米3到百萬米3。突出時常伴有較大的動力效應(yīng)，如摧毀支架、推倒礦車、破壞通風(fēng)設(shè)施，使風(fēng)流反向等。突出后，常在煤體中形成楔形、梨形、舌形突出孔洞，堆積的煤常有明顯的分選現(xiàn)象，表面含有大量的粒度極細(xì)的煤粉。物理概念具體表現(xiàn) 煤與瓦斯突出是煤開采過程中嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，是井工開采煤礦井下發(fā)生的一種復(fù)雜的有煤、巖和瓦斯，個別有二氧化碳參與的瓦斯動力現(xiàn)象。2煤與瓦斯突出概述242.2 煤與瓦斯突出的危害 煤與瓦斯突出的危害破壞正常的采掘生產(chǎn)循環(huán)，嚴(yán)重制約突出礦井勞動生產(chǎn)率的提高。 我國的突出礦井目前普遍存在噸煤成本高，采掘速度慢，采掘關(guān)系緊張，經(jīng)濟(jì)效益差等問題。 一是突出物埋人，破壞設(shè)施，噴出的瓦斯窒

14、息施工人員，引起瓦斯爆炸。2煤與瓦斯突出概述252.3 國外煤與瓦斯突出概況 2煤與瓦斯突出概述國外煤與瓦斯突出概況 1879年4月17日 比利時阿格拉波二號井上山掘進(jìn)時發(fā)生了世界上第一例大強度突出，突出煤量420噸，噴出瓦斯量50萬米3以上，噴出的瓦斯流從提升井沖出地面，距井口23米處的絞車房附近火爐引燃瓦斯，火焰高達(dá)50米，井口建筑被燒成一片廢墟，在突出2小時后火焰將要熄滅時，又連續(xù)發(fā)生了7次瓦斯爆炸，燒死3人，燒傷11人，整個事故造成124人傷生，是世界上首例特大煤與瓦斯突出事故。 1834年法國魯阿爾煤田伊薩克煤礦就發(fā)生了世界上第一例典型的煤與瓦斯突出，突出發(fā)生在急傾斜厚煤層平巷掘進(jìn)工

15、作面。據(jù)記載，在支架工架棚子時，發(fā)現(xiàn)工作面煤體外移，三人立即逃跑,1人被煤流埋沒死亡, 1人被瓦斯窒息, 1人逃生。262.3 國外煤與瓦斯突出概況 2煤與瓦斯突出概述國外煤與瓦斯突出概況 1969年7月13日加加林礦710m水平主石門揭穿l3煤層時，煤層厚度僅1.3米突出煤量達(dá)1.42萬噸，噴出瓦斯量25萬米3。是世界上最大的一次煤與瓦斯突出。 到2000年，全世界約發(fā)生2.36萬次煤與瓦斯突出, 其中比較嚴(yán)重的國家有我國、獨聯(lián)體、法國、波蘭、日本、匈牙利、比利時、澳大利亞、德國、加拿大、英國等19個國家,其中我國、獨聯(lián)體、法國、波蘭、日本突出次數(shù)在1000次以上的嚴(yán)重突出國家。272煤與瓦

16、斯突出概述2.4 我國煤與瓦斯突出概況 我國煤與瓦斯突出概況 最早有記載的突出事例是1950年5月1日 遼源礦務(wù)局富國二井在垂深280米煤巷掘進(jìn)時發(fā)生的。 1960年5月14日松藻礦務(wù)局松藻二井突出煤量l000t，堵塞巷道250多米，全井充滿瓦斯，瓦斯和煤塵逆風(fēng)流900多米沖出平硐口，造成死亡125人、輕傷16人的特大傷亡事故。 282煤與瓦斯突出概述2.4 我國煤與瓦斯突出概況 我國煤與瓦斯突出概況 1971年六枝礦務(wù)局大用礦突出煤量2000余噸，死亡99人，風(fēng)流逆轉(zhuǎn)，造成人員窒息，遇害人員多在距離突出地點700800米。 1975年8月8日 天府礦務(wù)局三匯壩一井+280米水平(垂深500米

17、)主平硐揭K1煤層時，突出煤(巖)量12700噸，噴出瓦斯量140萬米3。這是我國所發(fā)生的最大的一次煤與瓦斯突出事例，也是世界上第二大突出事例。292.4 我國煤與瓦斯突出概況 2煤與瓦斯突出概述我國煤與瓦斯突出概況 1999年12月24日沈陽礦務(wù)局紅菱礦石門揭煤時發(fā)生特大型煤與瓦斯突出，突出煤量2000噸，瓦斯逆流2000多米，死亡28人，其中包括礦總工程師、生產(chǎn)副礦長、掘進(jìn)副礦長、通風(fēng)副總、掘進(jìn)副總及局通風(fēng)處處長，其它人員除放炮施工人員外，也多為區(qū)隊長和礦救護(hù)隊人員。 2002年4月7日4時蘆嶺煤礦在石門尚有巖柱11.2m，突出煤10500t,填堵滿巷道總長度796m，涌出瓦斯93.82萬

18、m3，瓦斯逆流3120m，死亡14人 。302.4 我國煤與瓦斯突出概況 2煤與瓦斯突出概述我國煤與瓦斯突出概況 我國目前有突出礦井250多個，其中國有重點煤礦130個，地方煤礦 70個，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦50余個。至1988年突出總次數(shù)約14300次。 2004年10月20日大平煤礦巖石掘進(jìn)工作面13m處突出，突出煤量1000t，突出瓦斯量約25萬m3，波及11、13、15、21四個采區(qū)，死亡148人，32人受傷。 312.5 我國煤與瓦斯突出特點 我國煤與瓦斯突出特點 嚴(yán)重突出局礦有北票、六枝、南桐、天府、芙蓉、松藻、英崗嶺、漣邵、白沙、焦作、雞西、阜新、沈陽等礦務(wù)局，一般突出局礦有平頂山、淮南、淮

19、北、豐城、萍鄉(xiāng)、陽泉、鶴壁等局礦。突出強度大突出礦井多突出頻繁分布范圍廣 1988年以前，年突出次數(shù)達(dá)千次，尤其是1980年一年就發(fā)生了1151次煤與瓦斯突出。 累計突出15000多次. 突出礦井250多個，其中國有重點煤礦130個，地方煤礦 70個，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦50余個。至1988年突出總次數(shù)約14300次。 1975年8月8日 天府礦務(wù)局三匯壩一井+280米水平(垂深500米)主平硐揭K1煤層時，突出煤(巖)量12700噸，噴出瓦斯量140萬米3。發(fā)生強度超千噸的突出100多次。2煤與瓦斯突出概述322.6 我國煤與瓦斯突出防治技術(shù)的發(fā)展 我國煤與瓦斯突出防治技術(shù)的發(fā)展五十年代 防突技術(shù)研究以

20、安全防護(hù)措施為主。目的是保證一旦煤與瓦斯突出發(fā)生時，避免造成人身傷亡事故。主要防突措施有震動放炮和遠(yuǎn)距離放炮。安全防護(hù)措施階段從6070年代末 開采解放層的大規(guī)模工業(yè)試驗和應(yīng)用，并取得了較好的防突效果。 局部防突措施方面，試驗研究提出了超前鉆孔、松動爆破、煤層注水、水力沖孔、水力沖刷、金屬骨架等多種防突措施。防突措施階段 70年代末到80年代 七十年代開始,撫順分院以與北票局、紅衛(wèi)煤礦合作,試驗提出區(qū)域預(yù)測的單項指標(biāo)、瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計法和綜合指標(biāo)法。79年在石門揭煤工作面提出了鉆屑解吸法。突出預(yù)測階段 1988年以后 以防治煤與瓦斯突出細(xì)則的頒布為標(biāo)志。該階段將突出危險性預(yù)測和措施效果檢驗納入到防

21、突工作中來,全面實施包括突出危險性預(yù)測、防突技術(shù)措施、措施效果檢驗和安全防護(hù)措施的綜合防突技術(shù)。綜合措施防突階段 2煤與瓦斯突出概述332.7 我國煤與瓦斯突出防治技術(shù)存在的主要問題 存在的主要問題措施工程量大采掘進(jìn)度慢 嚴(yán)重突出煤層月掘進(jìn)速度僅3040m。 防突措施，無論是超前鉆孔，還是松動爆破，措施工程量。 措施不能與采掘工藝一體化。 目前應(yīng)用的突出預(yù)測方法多為接觸式鉆孔法，需要在工作面打鉆測定突出預(yù)測指標(biāo)，尤其是在回采面，由于工作面長度大，預(yù)測工程量大，占用時間和空間，影響采掘進(jìn)度。突出預(yù)測占用時間和空間無與先進(jìn)采掘工藝配套措施制約機(jī)械化程度的提高 防突措施大多為八十年代以前針對機(jī)采、炮

22、采、炮掘工藝試驗提出的 目前無與機(jī)掘、綜采相配套的預(yù)測方法、防突措施,被迫改機(jī)掘為炮掘，改綜采為普采，甚至改為炮采。 措施針對性不夠措施后突出事例多 措施參數(shù)不能及時適應(yīng)地質(zhì)和開采技術(shù)條件變化。 措施執(zhí)行不到位。不能嚴(yán)格按措施設(shè)計執(zhí)行，再完善的措施，也無法起到防止突出的目的。 管理工作不到位。2煤與瓦斯突出概述342煤與瓦斯突出概述2.8 我國煤與瓦斯突出防治技術(shù)現(xiàn)狀我國煤與瓦斯突出防治技術(shù)現(xiàn)狀 我國煤與瓦斯突出防治技術(shù)在科研院所、大專院校，更重要的是工作在現(xiàn)場的工程技術(shù)人員經(jīng)過近50年的不懈努力，目前已形成了一整套的從突出預(yù)測、防突技術(shù)措施、措施效果檢驗到安全防護(hù)措施的“四位一體”綜合防突技

23、術(shù)體系和相應(yīng)的技術(shù)方法 防突工作貫穿于地質(zhì)勘探、新井建設(shè)、生產(chǎn)礦井新水平、新采區(qū)開拓延深到具體一個工作面的突出治理整個礦井開采過程，預(yù)測和防治突出措施技術(shù)在實踐中取得的較好的防突效果， 可以說嚴(yán)格按照煤礦安全規(guī)程和防治煤與瓦斯突出細(xì)則要求，基本可以做到消除煤與瓦斯突出造成人身傷亡事故的發(fā)生，這是一個很了不起的成就。 但還不能說已經(jīng)能夠完全杜絕煤與瓦斯突出的發(fā)生。因為，在南桐礦務(wù)局的嚴(yán)重突出礦井，在打42mm孔徑預(yù)測鉆孔和炮眼時，發(fā)生過突出，而目前在推廣應(yīng)用的突出預(yù)測方法都為接觸式鉆孔法，都需要在工作面前方打鉆測定突出預(yù)測指標(biāo)。35煤與瓦斯突出機(jī)理煤與瓦斯突出發(fā)生的原因、條件及其發(fā)生、發(fā)展過程

24、2 煤與瓦斯突出的一般規(guī)律及預(yù)兆4 煤與瓦斯突出發(fā)生條件及發(fā)展過程3 煤與瓦斯突出機(jī)理假說1 煤與瓦斯突出分類及特征1、認(rèn)識不同類型突出發(fā)生原因及主導(dǎo)因素2、指導(dǎo)針對性地制定防突措施3、指導(dǎo)確定工作面突出預(yù)測敏感指標(biāo)3 煤與瓦斯突出機(jī)理363.1 煤與瓦斯突出分類 突出參與突出物種類發(fā)生成因和特征巖石與瓦斯突出煤與二氧化碳突出鹽與二氧化碳突出煤、巖、二氧化碳和瓦斯突出 巖石與二氧化碳突出煤與瓦斯突出 煤與瓦斯突出 突出煤與瓦斯壓出 壓出 煤與瓦斯傾出 傾出 3 煤與瓦斯突出機(jī)理373.1 煤與瓦斯突出分類 突出強度中型突出 次大型突出 特大型突出 小型突出 大型突出 突出發(fā)生地點回采工作面突出

25、上山突出石門突出平巷突出下山突出3 煤與瓦斯突出機(jī)理383.2 煤與瓦斯突出的基本特征 3 煤與瓦斯突出機(jī)理 突出的煤向外拋出距離較遠(yuǎn)，具有分選現(xiàn)象； 拋出的煤堆積角小于煤的自然安息角； 拋出的煤破碎程度較高，含有大量的煤塊和手捻無粒感的煤粉； 有明顯的動力效應(yīng)，破壞支架、推倒礦車、破壞和拋出安裝在巷道內(nèi)的設(shè)施； 有大量的瓦斯(CO2)涌出，瓦斯(CO2)涌出量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過突出煤的瓦斯(CO2)含量，有時會使風(fēng)流逆轉(zhuǎn)； 突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形以及其它分岔形等。發(fā)動突出的主要作用力是地應(yīng)力和瓦斯壓力的共同作用下發(fā)生的，通常以地應(yīng)力為主，瓦斯壓力為輔，重力不起決定作用；實現(xiàn)突出的基本能

26、源是煤內(nèi)積蓄的高壓彈性潛能和瓦斯?jié)撃堋?突出是三種中危害最大的。煤與瓦斯突出的基本特征393.2 煤與瓦斯突出特征 3 煤與瓦斯突出機(jī)理 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??； 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； 壓出的煤呈塊狀，無分選現(xiàn)象； 巷道瓦斯(CO2)涌出量增大； 壓出可能無孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞。 發(fā)動與實現(xiàn)壓出的主要作用力是地應(yīng)力，尤其是構(gòu)造應(yīng)力和開采的集中應(yīng)力引起的，瓦斯壓力與煤的自重應(yīng)力是次要因素，壓出的基本能源是煤巖所積蓄的彈性潛能。 煤與瓦斯壓出一般有煤的整體位移和煤有一定距離的拋出兩

27、種類型。煤與瓦斯壓出的基本特征403.2 煤與瓦斯突出特征 3 煤與瓦斯突出機(jī)理 傾出的煤就地按自然安息角堆積，并無分選現(xiàn)象； 傾出的孔洞呈孔大腔小，孔洞軸線沿煤層傾斜或鉛垂方向(厚煤層)發(fā)展； 無明顯動力效應(yīng)； 傾出常發(fā)生在煤質(zhì)松軟的急傾斜厚煤層中； 巷道瓦斯(CO2)涌出量明顯增大。發(fā)動傾出的主要因素是失穩(wěn)的煤重力，煤的物理力學(xué)性質(zhì)起輔助作用。即結(jié)構(gòu)松軟、同時含有瓦斯致使煤體內(nèi)聚力降低，在較高的地應(yīng)力和自重應(yīng)力作用下，突然破壞、失去平衡，為其位能的釋放創(chuàng)造了條件。煤的傾出能可能引起和轉(zhuǎn)化為煤與瓦斯突出。 傾出一般多發(fā)生急傾斜煤層和厚煤層開采過程中。煤與瓦斯傾出的基本特征413.3 煤與瓦斯

28、突出一般規(guī)律 煤與瓦斯突出一般規(guī)律煤層突出危險性隨采深增加而增大煤層突出危險性隨煤厚增加而加大 絕大多數(shù)突出發(fā)生在掘進(jìn)工作面突出前大多有突出預(yù)兆突出危險區(qū)常呈區(qū)域條帶狀分布石門突出危險性最大 煤體破壞程度越高突出危險性越大突出大多數(shù)發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶10突出危險堅硬圍巖存在而增大 大多數(shù)突出前有作業(yè)方式誘導(dǎo)3 煤與瓦斯突出機(jī)理423.3 煤與瓦斯突出一般規(guī)律3.3.1 煤層突出危險性隨采深增加而增大對同一礦區(qū)、同一礦井、同一煤層來說，隨著開采深度的增加，煤層突出危險性增大，具體表現(xiàn)為突出次數(shù)增多、突出強度增大。在淺部開采為高瓦斯礦井，甚至為低瓦斯礦井，開采到深部后，由于煤層賦存條件的變化，煤層瓦

29、斯壓力增大，而轉(zhuǎn)變?yōu)橥怀龅V井；一些在淺部開采突出危害較輕的突出礦井，開采到深部后，轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重突出礦井。 一般一個礦井或一個煤層有一個開始發(fā)生突出的深度，當(dāng)小于該深度時不會發(fā)生突出，當(dāng)開采大于該深度時，就有發(fā)生突出的危險，在煤與瓦斯突出領(lǐng)域，該深度稱為始突深度。始突深度一般取決于發(fā)生突出的最小瓦斯壓力和井田構(gòu)造狀況，一般是瓦斯風(fēng)化帶的深度深一倍以上。 3 煤與瓦斯突出機(jī)理43 我國一些突出礦區(qū)始突深度3 煤與瓦斯突出機(jī)理礦井煤層始突深度（m）礦井煤層始突深度（m）南桐局南桐一井4175漣邵局洪山殿礦4140南桐局魚田堡礦4160漣邵局牛馬司礦4172南桐局東林礦480漣邵局利民礦480松藻局松藻

30、一井K3250漣源資江礦4100中梁山局南礦K1225彬州三五礦675天府磨心坡礦K2270隆田戰(zhàn)備礦395天府局劉家溝礦K2246焦作局李封礦大煤275芙蓉局芙蓉礦4340焦作局演馬莊礦11285六枝局六枝礦7220鄭州局徐莊礦151六枝局地宗礦7220北票局三寶礦9B172六枝局木崗礦7330北票局冠山礦5A260六枝局四角田7255北票局臺吉礦4260六枝局化處礦7240樂平局涌山礦6175白沙局紅衛(wèi)礦685梅田一礦1270白沙局街洞礦683梅田二礦1280白沙局馬田礦670梅田四礦12110443.3 煤與瓦斯突出一般規(guī)律3.3.2 絕大多數(shù)突出發(fā)生在煤巷掘進(jìn)工作面 在統(tǒng)計的9845次

31、突出中，煤巷掘進(jìn)工作面突出7482次，占到76%，石門揭煤工作面突出567次，占5.76%，回采工作面突出1556次，占15.8%。 需要指出的是石門揭煤工作面突出次數(shù)少，并不代表石門揭煤突出危險小，危害輕，而是礦井石門揭煤次數(shù)少。在防突技術(shù)落后的6070年代，幾乎每次石門揭煤都要發(fā)生煤與瓦斯突出，而且一旦發(fā)生突出，往往發(fā)生特大型煤與瓦斯突出。我國的特大型突出幾乎都是在石門揭煤工作面發(fā)生的。 回采面突出次數(shù)少，而且回采面突出多數(shù)為危害相對較小的壓出型煤與瓦斯突出，但采面人員集中，短兵相接，容易造成特大人身傷亡事故，不可忽視。3 煤與瓦斯突出機(jī)理巷道類型平巷上山下山采面石門平均突出強度(t/次)

32、50.049.986.947.8316.5突出次數(shù)（次）465224553751556567統(tǒng)計次數(shù)9845453.3 煤與瓦斯突出一般規(guī)律3.3.3 石門突出危險性最大 在統(tǒng)計的9845突出中，盡管石門突出次數(shù)少，但突出強度大，平均突出強度為316.5t，是平巷平均突出強度50t的6倍以上，瓦斯噴出量超過數(shù)萬立方米，波及范圍廣，易造成非常嚴(yán)重的重大事故。而且從石門工作面距煤層2m起至穿過煤層全厚而進(jìn)入頂板或底板2m止，整個揭穿過程都有危險，也曾發(fā)生過僅2m厚煤層在石門揭穿過程中突出兩次的實例。在各種突出中，采面突出強度最小 ，平均突出強度為47.8t。 3 煤與瓦斯突出機(jī)理巷道類型平巷上山下

33、山采面石門平均突出強度(t/次)50.049.986.947.8316.5突出次數(shù)（次）465224553751556567統(tǒng)計次數(shù)9845463.3 煤與瓦斯突出一般規(guī)律3.3.4 煤層突出危險性隨煤厚增加而加大 對同一礦區(qū)、同一礦井來說，突出煤層厚度越大，突出危險性也越大，特別是軟分層的厚度的增加，突出的次數(shù)增多，突出度增大。南桐礦務(wù)局三號煤煤層厚度0.30.5m，平均突出強度2噸，最大突出強度5噸；五號煤煤厚0.70.8m，平均突出強度38噸，最大突出強度38噸；六號煤厚1.01.5m，平均突出強度43噸，最大突出強度450噸；而煤層厚度較大的4號層，煤厚為2.53.2m，平均突出強度8

34、8噸，最大突出強度5000噸。該局所有特大型突出都發(fā)生在該煤層，突出次數(shù)占全局突出次數(shù)的60%以上。3 煤與瓦斯突出機(jī)理類別三號煤層四號煤層五號煤層六號煤層煤層厚度（m）0.30.52.63.20.70.81.01.5突出次數(shù)（次）93258697平均突出強度（t/次）2883843突出最大強度（t/次）55000766450473.3 煤與瓦斯突出一般規(guī)律3.3.5 突出大多數(shù)發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶 在有嚴(yán)重突出危險的礦務(wù)局的3082次有明確有無地質(zhì)構(gòu)造記錄的突出中，有2525次突出突出地點有斷層、褶曲、火成巖侵入、煤層厚度變化等地質(zhì)構(gòu)造，無地質(zhì)構(gòu)造的突出有557次，僅占18.1%。需要指出的是，

35、對剛剛開始突出的突出礦井、突出煤層，突出幾乎都和地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，而對突出已有幾十年歷史的嚴(yán)重突出礦井、突出煤層，當(dāng)作業(yè)地點無地質(zhì)構(gòu)造時，也可能發(fā)生煤與瓦斯突出。地質(zhì)構(gòu)造 3 煤與瓦斯突出機(jī)理483.3 煤與瓦斯突出一般規(guī)律3.3.6 大多數(shù)突出前有作業(yè)方式誘導(dǎo) 在對我國8480次有明確作業(yè)方式記錄的突出事例統(tǒng)計表明，有8253次有放炮、支護(hù)、落煤、打鉆等作業(yè)方式誘導(dǎo)了突出，占97.3%,其中放炮作業(yè)突出5481次，占64.6%。值得注意的是風(fēng)鎬落煤突出676次，占8%；手鎬落煤突出1102次，占13%。盡管風(fēng)鎬落煤和手鎬落煤突出強度一般不大，僅1020噸，但施工人員在現(xiàn)場，一旦發(fā)生突出，勢必造成

36、人身傷亡事故。3 煤與瓦斯突出機(jī)理493.3 煤與瓦斯突出一般規(guī)律3.3.7 突出前大多有突出預(yù)兆 多數(shù)煤與瓦斯突出事例發(fā)生前，都會出現(xiàn)各種不同的有聲或無聲預(yù)兆。在統(tǒng)計的我國5029次有明確突出預(yù)兆記載的突出事例中，有4493次突出發(fā)生前有突出預(yù)兆，占89.3%，無突出預(yù)兆僅有536次，占10.7%。因此，熟悉掌握煤與瓦斯突出，對防止突出造成人身傷亡事故，具有十分重要的現(xiàn)實意義。 3 煤與瓦斯突出機(jī)理503.3 煤與瓦斯突出一般規(guī)律3.3.8 煤體破壞程度越高突出危險性越大 突出煤層結(jié)構(gòu)特點是是破壞程度高，多為、類煤，煤的堅固性系數(shù)f一般小于0.5，煤層瓦斯放散初速度P大，煤層透氣性系數(shù)小，層

37、理紊亂，多為遭受到地質(zhì)構(gòu)造揉皺的構(gòu)造煤。 隨著煤結(jié)構(gòu)破壞程度的增大，煤的空隙體積增大,煤的強度減小，煤的瓦斯解吸和放散初速度增大。煤強度的減小,連結(jié)力和內(nèi)摩擦角減小，使得煤在地壓和瓦斯壓力作用下更易于破碎，減少了破碎煤所需要的功。解吸速度的提高，使煤的瓦斯能量釋放速度加快。以上這些因素都為煤和瓦斯突出創(chuàng)造了有利條件。3 煤與瓦斯突出機(jī)理513.3 煤與瓦斯突出一般規(guī)律3.3.8 煤體破壞程度越高突出危險性越大 焦作工學(xué)院、豐城礦務(wù)局等單位將不同類型的破壞煤厚度與煤層總厚度之比，稱為揉皺系數(shù)、軟煤比也列入突出地質(zhì)指標(biāo)，其目的是將地質(zhì)指標(biāo)定量化，其公式為： 式中：R揉皺系數(shù)； mV類煤厚度，m；

38、m類煤厚度，m； m 類煤厚度，m； m煤層總厚度，m。一般認(rèn)為： R0.2時, 無突出危險；0.2 R 0.5時，有突出威脅；R0.5時，有突出危險(即V類煤占50%以上)。3 煤與瓦斯突出機(jī)理523.3 煤與瓦斯突出一般規(guī)律3.3.9 煤層突出危險區(qū)常呈區(qū)域條帶狀分布 突出危險區(qū)呈帶狀分布。究其原因，目前的觀點是突出危險區(qū)受到地質(zhì)構(gòu)造控制，而地質(zhì)構(gòu)造具有帶狀分布的特征，如斷層、向斜軸部、火成巖侵入地區(qū)、煤層扭轉(zhuǎn)地區(qū)、煤層產(chǎn)狀急劇變化、壓性及壓扭性斷層地帶、煤層構(gòu)造分岔、頂?shù)装咫A梯狀凸起地區(qū)，特別是軟分層變厚地區(qū)和各種地質(zhì)構(gòu)造交匯處都是突出點密集地區(qū)，發(fā)生大型甚至特大型突出地區(qū)。 采掘形成的

39、應(yīng)力集中帶，如采掘工作面鄰近煤柱、采止線、兩條巷道貫通之前的應(yīng)力集中帶，相向采掘的兩工作面互相接近的采煤工作面集中應(yīng)力帶內(nèi)煤層突出危險性增大。這些地區(qū)往往也有帶狀分布的特點，在這些地帶不僅突出頻繁，而且極易發(fā)生大強度煤與瓦斯突出。 因此，在突出煤層開采過程中，地質(zhì)部門應(yīng)隨時掌握工作面附近地質(zhì)構(gòu)造變化情況，能夠針對性地指導(dǎo)防突工作的進(jìn)行。3 煤與瓦斯突出機(jī)理533.3 煤與瓦斯突出一般規(guī)律3.3.10 突出危險性隨著有硬而厚的圍巖存在而增大 主要是硅質(zhì)灰?guī)r和砂巖等堅硬巖層的存在，有時造成巷道或工作面支架大面積不接頂，給彈性潛能的積聚創(chuàng)造條件，同時增大工作面前方應(yīng)力梯度。3 煤與瓦斯突出機(jī)理543

40、.4 煤與瓦斯突出預(yù)兆 3 煤與瓦斯突出機(jī)理 突出煤層多年開采的實踐表明，大多數(shù)突出前都會有有聲或無聲預(yù)兆，一些預(yù)兆可以被人明顯的感覺到，而另一些預(yù)兆跟作業(yè)人員對突出知識的掌握程度有關(guān)，經(jīng)驗豐富的人可以很好地利用所掌握的突出預(yù)兆知識，在一旦發(fā)生突出時，避免發(fā)生人身傷亡事故。掌握好突出預(yù)兆知識，對于保證人身安全，減少或消除突出災(zāi)害的發(fā)生都具有重要的意義。 各種突出預(yù)兆主要有：聲響預(yù)兆、瓦斯預(yù)兆、煤結(jié)構(gòu)預(yù)兆、礦壓顯現(xiàn)預(yù)兆等。 553.4 煤與瓦斯突出預(yù)兆 其它預(yù)兆煤與瓦斯突出預(yù)兆 風(fēng)流逆轉(zhuǎn)、瓦斯異常、瓦斯?jié)舛群龃蠛鲂?、打鉆噴孔及出現(xiàn)哨叫聲、蜂鳴聲等。 統(tǒng)計表明，許多大強度突出前，常常有瓦斯忽大忽小

41、預(yù)兆。煤體結(jié)構(gòu)預(yù)兆聲響預(yù)兆礦壓顯現(xiàn)預(yù)兆 瓦斯預(yù)兆如支架來壓、煤壁開裂、掉碴、片幫、工作面煤墻外臌、巷道底臌、鉆孔頂夾鉆、鉆孔嚴(yán)重變形垮孔及炮眼裝不進(jìn)炸藥等。 煤體發(fā)生的悶雷聲、爆竹聲、機(jī)槍聲、嗡甕聲。這些由煤體內(nèi)部發(fā)出的聲響統(tǒng)稱為響煤炮。在統(tǒng)計的5029次事例中，有1415次突出前有響煤炮預(yù)兆，是各種預(yù)兆中發(fā)生最為頻繁的。 在一些突出事例發(fā)生前，有出現(xiàn)工作面溫度降低、煤墻發(fā)涼、特除氣味等預(yù)兆。 煤體結(jié)構(gòu)預(yù)兆有層理紊亂、煤體干燥、煤體松軟、色澤變暗而無光澤、煤層產(chǎn)狀急劇變化、煤層波狀隆起以及層理逆轉(zhuǎn)等。尤其是煤層軟分層變厚。 統(tǒng)計的2261次的突出事例中，有軟分層變厚平均突出強度最大，達(dá)194.

42、86噸3 煤與瓦斯突出機(jī)理563.5 煤與瓦斯突出假說概況 煤與瓦斯突出假說化學(xué)本質(zhì)作用假說地壓主導(dǎo)作用假說瓦斯主導(dǎo)作用假說綜合假說 這類假說把突出發(fā)生的原因歸結(jié)為局部地應(yīng)力的增大。在這類假說中，構(gòu)造應(yīng)力說占有重要的地位。 綜合作用假說認(rèn)為煤與瓦斯突出是由地應(yīng)力、包含在煤體中的瓦斯以及煤體自身物理力學(xué)性質(zhì)三者綜合作用的結(jié)果。 認(rèn)為引起突出，并促使突出得以發(fā)展的主要因素是煤中所含的高壓瓦斯。這類假說中“瓦斯包”說占有重要的地位。 這類假說把突出發(fā)生的原因歸結(jié)為煤層中不斷進(jìn)行的地球化學(xué)過程。3 煤與瓦斯突出機(jī)理57瓦斯主導(dǎo)作用假說 “瓦斯包”說 突出波說粉煤帶說瓦斯膨脹應(yīng)力說瓦斯解吸說煤透氣性不均

43、勻說火山瓦斯說裂縫堵塞說10地質(zhì)破壞帶說閉合孔隙瓦斯釋放說11卸壓瓦斯說12瓦斯水化物說3 煤與瓦斯突出機(jī)理58地壓主導(dǎo)作用假說 巖石變形潛能說塑性變形應(yīng)力集中說應(yīng)力疊加說頂板位移不均勻說剪應(yīng)力說放炮突出說沖擊式移近說拉應(yīng)力波說3 煤與瓦斯突出機(jī)理59化學(xué)本質(zhì)作用假說 ”爆炸的煤“說硝基化合物說重煤說瓦斯和的地球化學(xué)說綜合作用假說”能量”假說游離瓦斯壓力說分層分離說破壞區(qū)說3 煤與瓦斯突出機(jī)理603.6 煤與瓦斯突出發(fā)生條件 煤與瓦斯突出發(fā)生必要條件地應(yīng)力狀態(tài)的突然變化 圍巖或煤層的彈性潛能釋放作功，使煤體產(chǎn)生突然破壞和位移。 地應(yīng)力場對瓦斯壓力場起控制作用。 地應(yīng)力狀態(tài)對煤層的透氣性起到一定

44、的控制作用。煤結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)條件瓦斯條件 地應(yīng)力條件 高壓游離瓦斯產(chǎn)生的瓦斯膨脹能； 高壓瓦斯分子全面縮煤的骨架，促使煤體中產(chǎn)生彈性潛能 吸附在微孔表面的瓦斯分子降低煤的強度。 工作面前方形成的瓦斯壓力梯度，造成作用于壓力降低方向的力。 強度條件：煤愈硬，所需的破碎功愈大。 瓦斯解析和放散能力。 煤層透氣性能。 不均質(zhì)性條件。3 煤與瓦斯突出機(jī)理613 煤與瓦斯突出機(jī)理地應(yīng)力狀態(tài)的突然變化 石門揭開煤層時4 巷道從硬煤帶進(jìn)入軟煤帶2 巷道進(jìn)入地質(zhì)破壞區(qū)3 工作面迅速推進(jìn)時5 煤層突然卸載6 急傾斜煤層或厚煤層的突然 冒落623.7 煤與瓦斯突出發(fā)生條件 煤與瓦斯突出發(fā)生充要條件形成瓦斯流誘發(fā)因

45、素能量積聚 放炮落煤、石門揭開煤層、工作面進(jìn)入地質(zhì)造帶、打鉆、架棚、冒頂?shù)仁构ぷ髅娓浇鼞?yīng)力狀態(tài)突然改變，導(dǎo)致煤體的突然破壞，這是突出得以發(fā)生的激發(fā)條件。 工作面前方煤巖體中的積聚發(fā)動突出的彈性潛能和瓦斯膨脹能是突出發(fā)生的基礎(chǔ)條件。煤體連續(xù)破碎 突出的煤體和以破碎的煤能快速涌出瓦斯，足以形成能拋出已破碎煤的瓦斯流，這也是突出得以發(fā)展的必要條件。 突出激發(fā)后，煤的暴露面處于高地應(yīng)力和高瓦斯壓力區(qū)，使煤體能產(chǎn)生自發(fā)連續(xù)的破碎，這是突出的發(fā)展條件。3 煤與瓦斯突出機(jī)理633.8 煤與瓦斯突出發(fā)展過程 發(fā)展階段的特點是煤體依靠釋放的彈性能和游離瓦斯的膨脹能使發(fā)生連續(xù)破碎，形成破碎波，已破碎的煤巖體在高速

46、瓦斯流的攜帶下向巷道拋出。 能量積聚過程，即 工作面前方應(yīng)力集中，形成高的應(yīng)力梯度；應(yīng)力增大使煤體透氣性降低，煤體內(nèi)瓦斯壓力梯度提高。 準(zhǔn)備階段使工作面處于突出危險狀態(tài), 這樣的工作面會顯現(xiàn)各種的有聲或無聲的突出預(yù)兆。 當(dāng)出現(xiàn)下列任一情況時，突出即告停止： 激發(fā)突出的能量業(yè)已耗盡； 突出過程中, 繼續(xù)放出的能量不足以粉碎煤； 突出孔道受阻礙，不能繼續(xù)在突出空洞周圍建立較大的應(yīng)力梯度和瓦斯壓力等。煤與瓦斯突出發(fā)展過程即突出的發(fā)動階段。由于外力作用使工作面附近煤巖體應(yīng)力狀態(tài)突然改變，巖石和煤中積聚的彈性潛能、瓦斯膨脹能迅速釋放，使煤巖體發(fā)生突然的位移、破壞, 激發(fā)突出。停止階段激發(fā)階段準(zhǔn)備階段發(fā)展

47、階段3 煤與瓦斯突出機(jī)理644.1.1 煤與瓦斯突出危險性預(yù)測的意義突出危險性預(yù)測的意義突出的區(qū)域分布特點 國外突出礦井煤層開采的大量實踐表明，在突出煤層中，突出危險區(qū)占突出煤層總區(qū)域面積的510%。究其原因，目前的觀點是突出危險區(qū)受到帶狀分布的地質(zhì)構(gòu)造控制。 在突出煤層開采過程中，不管地質(zhì)和開采條件的變化，一味的采取防突措施，不僅在技術(shù)上不合理，在經(jīng)濟(jì)上也不合算。新井建設(shè)主石門揭煤惡性突出事故多避免礦井投產(chǎn)后，因不具備防突生產(chǎn)條件，在發(fā)生瓦斯動力現(xiàn)象時造成事故，形成停產(chǎn)補套，給礦井造成重大的經(jīng)濟(jì)損失， 在新井建設(shè)時期，由于未對煤層突出危險性進(jìn)行預(yù)測，曾多次發(fā)生意外的煤與瓦斯突出，這不僅嚴(yán)重威

48、脅礦井安全生產(chǎn)，而且往往延誤建井工期，甚至被迫修改礦井設(shè)計。我國規(guī)程和細(xì)則要求,在地勘、新井建設(shè)、新水平和新采區(qū)開拓，以及采掘過程中，都要進(jìn)行突出預(yù)測工作。區(qū)別對待，解放一大片在突出危險區(qū)內(nèi)進(jìn)行采掘工作，必須采取四位一體防突措施施工，而在突出威脅區(qū)每30100米進(jìn)行2次檢驗性預(yù)測，這樣減少措施的盲目性，不僅可以保證安全，而且大大減少人力和物力消耗，有利于突出礦井經(jīng)濟(jì)效益的提高，而且使防突工作更加有的放矢。危險區(qū)采用工作面預(yù)測，預(yù)測為無突出工作面時，直接采用安全防護(hù)措施進(jìn)行采掘作業(yè)。4礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 4. 1 煤與瓦斯突出預(yù)測概述654.1.2 必須采取等綜合防治突出措施的必要性 1、“四位一

49、體”防突產(chǎn)生背景2、“四位一體”綜合防突的必要性、技術(shù)發(fā)展的必然；、認(rèn)識上的不確知性；、技術(shù)上的不完善性；、保證不發(fā)生傷亡事故。 規(guī)程第177條、細(xì)則第條規(guī)定：開采突出煤層時，必須采取突出危險性預(yù)測、防治突出措施、防治突出措施的效果檢驗、安全防護(hù)措施等綜合防治突出措施。4礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 4. 1 煤與瓦斯突出預(yù)測概述664.1.3 “四位一體”綜合防突措施防突措施安全防護(hù)措施措施效果檢驗突出預(yù)測 規(guī)程209條：井巷揭穿突出煤層和在突出煤層中進(jìn)行采掘作業(yè)時，必須采取震動爆破、遠(yuǎn)距離爆破、避難硐室、反向風(fēng)門、壓風(fēng)自救系統(tǒng)、自救器等安全防護(hù)措施。預(yù)抽煤層瓦斯、開采解放層和煤層注水可劃分出突出危險區(qū)

50、、突出威脅區(qū)和無突出危險區(qū)。方法有單項指標(biāo)法、瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計法和綜合指標(biāo)法。工作面預(yù)測區(qū)域預(yù)測局部防突措施區(qū)域防突措施劃分為突出危險和無突出危險工作面。方法有鉆孔瓦斯涌出初速度法、R值指標(biāo)法和鉆屑指標(biāo)法等。震動放炮、超前鉆孔、松動爆破等 “四位一體”綜合防突措施4礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 4. 1 煤與瓦斯突出預(yù)測概述67區(qū)域預(yù)測煤層突出煤層非突出煤層突出危險區(qū)突出威脅區(qū)無突出危險區(qū)區(qū)域預(yù)測采掘作業(yè)可不采取防突措施30-100m不少于2次區(qū)域預(yù)測驗證超標(biāo)不超標(biāo)安全防護(hù)措施采掘作業(yè)突出危險工作面無突出危險工作面工作面預(yù)測安全防護(hù)措施采掘作業(yè)局部防突措施無效有效措施效果檢驗“四位一體”綜合防突體系684.1

51、.4 煤與瓦斯突出預(yù)測方法分類按預(yù)測任務(wù)的不同分類單項指標(biāo)法工作面預(yù)測突出預(yù)測區(qū)域預(yù)測地質(zhì)雷達(dá)方法綜合指標(biāo)法瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計法其它方法巷道瓦斯涌出特征法解吸指標(biāo)法R值指標(biāo)法煤體溫度法鉆孔瓦斯涌出初速度法聲發(fā)射方法其它經(jīng)試驗證實有效的方法 坑透法動力區(qū)劃法三維地震法綜合指標(biāo)法瑞利波方法瓦斯地質(zhì)方法煤體電磁輻射方法4礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 4. 1 煤與瓦斯突出預(yù)測概述694.1.4 煤與瓦斯突出預(yù)測方法分類按作業(yè)地點的不同分類突出礦井和突出煤層的鑒定突出預(yù)測平巷掘進(jìn)工作面預(yù)測石門揭煤工作面預(yù)測突出煤層內(nèi)區(qū)域預(yù)測煤巷掘進(jìn)工作面預(yù)測下山掘進(jìn)工作面預(yù)測上山掘進(jìn)工作面預(yù)測回采工作面預(yù)測4礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 4. 1

52、 煤與瓦斯突出預(yù)測概述704.1.4 煤與瓦斯突出預(yù)測方法分類按預(yù)測工藝的不同分類非接觸式突出預(yù)測接觸式地質(zhì)雷達(dá)方法巷道瓦斯涌出特征法解吸指標(biāo)法R值指標(biāo)法煤體溫度法聲發(fā)射方法煤體電磁輻射方法鉆孔瓦斯涌出初速度法4礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 4. 1 煤與瓦斯突出預(yù)測概述714.2.1 礦井和煤層突出危險性鑒定 突出礦井、突出煤層鑒定相關(guān)規(guī)定 規(guī)程第176條、細(xì)則第5條規(guī)定： 礦井在采掘過程中，只要發(fā)生一次突出，該礦井即為突出礦井發(fā)生突出的煤層即為突出煤層。 突出礦井及突出煤層的確定，由煤礦企業(yè)提出報告，經(jīng)國家煤礦安全監(jiān)察局授權(quán)單位鑒定，報省(自治區(qū)、直轄市)煤炭管理部門審批，并報省級煤礦安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)備案

53、。4礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 4.2 突出礦井鑒定724.2.1 礦井和煤層突出危險性鑒定 突出礦井和突出煤層的鑒定 細(xì)則第7條規(guī)定:突出礦井的鑒定主要是以實際發(fā)生的動力現(xiàn)象為依據(jù)，按其特征確定所屬類型。凡經(jīng)鑒定屬于突出動力現(xiàn)象的，即可定為突出礦井； 當(dāng)其特征不明顯時，要在現(xiàn)場考察或?qū)嶒炇抑羞M(jìn)行有關(guān)參數(shù)測定后，進(jìn)行綜合分析，做出鑒定報告。鑒定報告主要內(nèi)容有： 礦井基本情況； 動力現(xiàn)象發(fā)生情況； 確定動力現(xiàn)象所屬類型的依據(jù)； 作出是否屬于突出礦井的結(jié)論； 應(yīng)采取的防治突出措施及管理意見。技術(shù)要點鑒定報告內(nèi)容4礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 4.2 突出礦井鑒定734.2.2 突出礦井和突出煤層的改定 突出礦井和突出煤

54、層的改定相關(guān)規(guī)定 規(guī)程第176條、細(xì)則第6條規(guī)定： 對于突出煤層或突出礦井，只有在有充分依據(jù)證明不再有突出危險，由煤礦企業(yè)提出報告，經(jīng)原鑒定單位確認(rèn)和審批單位批準(zhǔn)后，方可撤銷，并報省級煤礦安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)備案。 突出礦井及突出煤層的確定，由煤礦企業(yè)提出報告，經(jīng)國家煤礦安全監(jiān)察局授權(quán)單位鑒定，報省(自治區(qū)、直轄市)煤炭管理部門審批，并報省級煤礦安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)備案。 細(xì)則第8條規(guī)定：原定的突出煤層或突出礦井，在生產(chǎn)建設(shè)過程中，未采取任何防突措施，連續(xù)5年以上再未發(fā)生過突出的，應(yīng)由所在局礦組織有關(guān)部門和國家煤礦安全檢察局授權(quán)單位共同進(jìn)行分析研究，特別要對以往所發(fā)生的動力現(xiàn)象作進(jìn)一步核實和定性分析，參照突出

55、危險區(qū)域預(yù)測資料進(jìn)行驗證，確定為無突出危險后，由所在礦務(wù)局提出報告后，經(jīng)原突出礦井鑒定單位和原審批單位批準(zhǔn)后，方可將突出煤層或突出礦井改為非突出煤層或非突出礦井，并報部備案。4礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 4.2 突出礦井鑒定744礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 4.2 突出礦井鑒定4.2.2 突出礦井和突出煤層的改定 突出礦井和突出煤層的改定 未采取任何防突措施，連續(xù)5年以上再未發(fā)生過突出的； 對以往所發(fā)生的動力現(xiàn)象作進(jìn)一步核實和定性分析； 、經(jīng)原鑒定單位確認(rèn)和審批單位批準(zhǔn)后，方可撤銷，并報省級煤礦安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)備案。 礦井概況。包括礦井地質(zhì)概況，礦井生產(chǎn)概況（開拓方法、開采順序、巷道布置、采煤方法、頂板管理方法、生產(chǎn)

56、水平和開拓水平的標(biāo)高及垂深）； 瓦斯基本參數(shù)：瓦斯風(fēng)化帶深度，分水平分區(qū)的煤層瓦斯壓力、瓦斯含量、煤層透氣性系數(shù)等； 以往發(fā)生動力現(xiàn)象的記錄卡片和定性分析意見； 煤層突出危險性區(qū)域預(yù)測驗證資料。 技術(shù)要點改定報告內(nèi)容754礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 4.3 煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測4.3.1 區(qū)域突出危險性預(yù)測方法 區(qū)域預(yù)測 任務(wù)是確定井田、煤層和煤層區(qū)域的突出危險性,即預(yù)測上述區(qū)域的煤層是否具有發(fā)生突出的必要條件, 開采過程中有無發(fā)生突出的可能性。煤層區(qū)域主要包括開采水平、采區(qū)等。區(qū)域預(yù)測方法依據(jù)區(qū)域預(yù)測相關(guān)規(guī)定區(qū)域預(yù)測任務(wù) 規(guī)程第186條和細(xì)則第24條規(guī)定：突出煤層經(jīng)區(qū)域預(yù)測可劃分為突出危險區(qū)、突出威脅

57、區(qū)和無突出危險區(qū)。 細(xì)則第21條規(guī)定：區(qū)域預(yù)測應(yīng)預(yù)測煤層和煤層區(qū)域的突出危險性，并應(yīng)在地質(zhì)勘探、新井建設(shè)、新水平和新采區(qū)開拓或準(zhǔn)備時進(jìn)行。 區(qū)域預(yù)測方法的依據(jù)是闡明突出的煤層區(qū)域構(gòu)造特征和煤質(zhì)特征，即建立突出各主要因素與突出危險性之間的聯(lián)系。由于突出煤層的應(yīng)力、瓦斯和煤的力學(xué)性質(zhì)與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造密切有關(guān)，因此，在進(jìn)行區(qū)域預(yù)測是，區(qū)域地質(zhì)條件是需要考慮的重要因素。區(qū)域預(yù)測結(jié)果764礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 4.3 煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測4.3.1 區(qū)域突出危險性預(yù)測方法 區(qū)域預(yù)測結(jié)果突出煤層非突出煤層突出危險區(qū)突出威脅區(qū)無突出危險區(qū)774礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 4.3 煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測4.3.2 單項指標(biāo)法

58、單項指標(biāo)法 細(xì)則第26條：預(yù)測煤層突出危險性指標(biāo)可用煤的破壞類型、瓦斯放散初速度指標(biāo)P、煤的堅固性系數(shù)f和煤層瓦斯壓力P。 煤的破壞類型：類非破壞煤，類破壞煤，類強烈破壞煤，類粉碎煤和類全粉煤。指標(biāo)臨界值相關(guān)規(guī)定預(yù)測指標(biāo) 細(xì)則第26條規(guī)定：新建礦井確定煤層突出危險性時，應(yīng)根據(jù)地勘部門提供的突出危險性基礎(chǔ)資料，并參照鄰近礦井的突出情況和預(yù)測煤層突出危險性指標(biāo)，與部授權(quán)的煤炭科研單位共同確定礦井突出危險性，方可將礦井突出危險性列入設(shè)計任務(wù)書中，報上級批準(zhǔn)后，作為礦井設(shè)計依據(jù)。 只有全部指標(biāo)達(dá)到或超過上述臨界值時，方可將煤層劃為突出危險煤層。 0.74 0.510突出危險煤層瓦斯壓力P(MPa )煤

59、的堅固性系數(shù)f瓦斯放散初速度P煤的破壞類型煤層突出危險性784礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 4.3 煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測794礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 4.3 煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測4.3.3 瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計法4.7.2 瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計法 、上水平發(fā)生過一次突出的區(qū)域，下水平的垂直對應(yīng)區(qū)域應(yīng)預(yù)測為突出危險區(qū)。 、根據(jù)上水平突出點分布與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，確定出突出點距離地質(zhì)構(gòu)造兩側(cè)的最遠(yuǎn)距離線，并結(jié)合地質(zhì)部門提供的下水平或下部采區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造分布，按照上水平構(gòu)造線兩側(cè)的最遠(yuǎn)距離線向下推測下水平或下部采區(qū)的突出危險區(qū)域。 、未劃定的其它區(qū)域為突出威脅區(qū)。瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計法的實質(zhì)劃分方法 瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計法的實質(zhì)是根據(jù)已開采區(qū)域所發(fā)生突

60、出點分布與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，結(jié)合未開采區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造條件，將未開采區(qū)域劃分出突出危險區(qū)域和突出威脅區(qū)域。 不同礦區(qū)控制突出的構(gòu)造因素是不同的 突出不僅取決于構(gòu)造形態(tài)，而且更與地質(zhì)構(gòu)造的演化史有關(guān)。804礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 4.3 煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測4.3.3 瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計法814礦井瓦斯基礎(chǔ)理論 4.3 煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測4.3.4 綜合指標(biāo)法4.7.3 綜合指標(biāo)法預(yù)測指標(biāo)及臨界值技術(shù)方法 、在巖石工作面向突出煤層至少打兩個測壓鉆孔，測定煤層瓦斯壓力。 、在打測壓鉆孔的過程中，每米鉆孔采取一個煤樣，測定煤的堅固性系數(shù)f。 、將堅固性系數(shù)最小值的兩個煤樣混合，測定煤的瓦斯放散初速度P。 、將兩個