煤與瓦斯突出基本知識

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羅治順二0一二年八月一、煤與瓦斯突出概述（什么叫煤與瓦斯突出）煤與瓦斯突出是發(fā)生在煤礦井下采掘過程中的一種極其復雜的瓦斯動力現象。是在很短時間（幾秒到幾分)內，在地應力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、巖和瓦斯由煤體或巖體突然向采掘空間拋出異?，F象，并伴隨產生不同程度的動力效應，可造成設施破壞和人員傷亡的現象，是煤礦井下最嚴重的災害之一。按照巷道分類：石門巷道突出、回采工作面突出、煤巷掘進頭突出什么叫地應力：在采掘運動過程中和上覆巖層自重作用下，巖體在天然條件下產生的內部應力。地應力是存在于地殼中的未受工程擾動的天然應力，也稱巖體初始應力、絕對應力或原巖應力。地殼內各點的應力狀態(tài)不盡相同﹐并且應力隨(地表以下)深度的增加而線性地增加。在煤層中的應力還未達到新的穩(wěn)定狀態(tài)時，采掘工作面就快速進入到應力不穩(wěn)定的區(qū)域就容易引起突出。因而可以通過降低工作面推進速度的方法來防止煤與瓦斯突出。瓦斯涌出過程:吸收→吸著→游離→涌出(瓦斯壓力降低,煤體硬度增加)。在采掘的過程中，由于煤層的應力從不平衡到平衡需要一定的時間周期，當采掘速度增快時，在煤層中的應力還未達到新的穩(wěn)定狀態(tài)時，采掘工作面就快速進入到應力不穩(wěn)定的區(qū)域就容易引起突出。因而可以通過降低工作面推進速度的方法來防止煤與瓦斯突出。我們實行在限掘限采的條件下，小班允掘允采，或隔班允掘允采——間歇作業(yè)。瓦斯賦存、瓦斯解吸、瓦斯放散初速度—突出關系煤層瓦斯的賦存狀態(tài):礦井瓦斯在煤、巖層中以兩種狀態(tài)存在，即自由狀態(tài)和吸附狀態(tài)。自由狀態(tài)又稱游離狀態(tài)。吸附狀態(tài)分為兩種表現形式，即吸著狀態(tài)和吸收狀態(tài)。自由瓦斯和吸附瓦斯關系：二者是處于一種動平衡狀態(tài)，即在一定條件下自由瓦斯和吸附瓦斯可以互相轉化。左圖為煤體中瓦斯的賦存狀態(tài)示意圖1-自由瓦斯；2-吸著瓦斯；3-吸收瓦斯；4-煤體；5-空隙煤層瓦斯的賦存狀態(tài)什么叫瓦斯解吸:瓦斯放散初速度:煤初始暴露時煤層氣涌出的速度，它是表示瓦斯從煤內放散出來快慢的相對指標,能反映煤的孔隙結構和微觀破壞程度，單位為ml/s。煤的瓦斯放散初速度指標是煤自身的煤質指標之一，表征煤的微觀結構。它不僅反映了煤的放散瓦斯能力，還反映出瓦斯?jié)B透和流動的規(guī)律，在突出區(qū)域預測中起著重要的作用。煤的這種放散瓦斯的能力大小與突出的發(fā)生有直接關系。我國一直采用瓦斯放散初速度指標△P來對煤的這種能力進行評價，并結合煤的堅固性系數，，形成新的綜合指標K=△P／f。其中f是煤的堅固性系數。△P≥10突出。四、煤與瓦斯突出的一般規(guī)律1、突出與地質構造有關系，突出多發(fā)生在地質構造帶內，如斷層、褶曲和火成巖侵入區(qū)附近。據統(tǒng)計，90％以上的突出(石門突出除外)發(fā)生在向斜軸部、扭轉地帶、斷層和褶曲附近及火成巖侵入區(qū)。2、突出與瓦斯有關系，煤層中的瓦斯壓力與含量是突出的重要因素之一。一般說來，瓦斯壓力和瓦斯含量越大，突出的危險性越大。但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、含量小的煤層可以發(fā)生突出；反之，瓦斯壓力高，含量大的煤層也可能不突出，因為突出是多種因素綜合作用的結果。3、突出與地壓有關系，地壓愈大，突出的危險性愈大。當深度增加時，突出的次數和強度都可能增加；在集中壓力區(qū)內突出的危險性增加，如巷道的上隅角，相向掘進工作面接近時，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)內掘進時，等等。4、突出與煤層構造有關系，煤層構造主要指煤的破壞類型和煤的強度。一般情況下煤的破壞類型愈高強度愈小，突出的危險性愈大。故突出多發(fā)生在軟煤層或軟分層中。5、突出與圍巖性質的關系，若煤層頂底板為堅硬而致密的巖層且厚度較大時，其集中應力較大，瓦斯不易排放，故突出危險性愈大；反之則小。若頂底板中具有容易風化和遇水變軟的巖層時，將減少突出危險性。6、突出與水文地質的關系，實踐表明，煤層比較濕潤，礦井涌水量較大，則突出危險性較??；反之則大，這是由于地下水流動，可帶走瓦斯，溶解某些礦物，給瓦斯流動創(chuàng)造了條件。7、突出次數和強度，隨煤層厚度、特別是軟分層厚度的增加而增加。煤層傾角愈大，突出的危險性也愈大。8、突出煤層的特點是強度低，而且軟硬相間，透氣系數小，瓦斯的放散速度高，煤的原生結構遭到破壞，層理紊亂，無明顯節(jié)理，光澤暗淡，易粉碎。如果煤層的頂板堅硬致密，突出危險性增大。9、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。10、突出前常有預兆發(fā)生，熟悉或掌握本礦的突出預兆，對于及時撤出人員，減少傷亡，有重要意義。五、突出發(fā)生和發(fā)展的過程準備階段：能量聚集，形成高的地應力和瓦斯壓力梯度，工作面處于臨界脆弱平衡破壞的狀態(tài)。發(fā)動階段：工作面的應力狀態(tài)突然解變，臨界平衡狀態(tài)被打破，煤巖卸載，伴隨著裂隙的發(fā)生和擴張，瓦斯大量解吸并突出。擴張階段：在應力和瓦斯壓力梯度的作用下，從突發(fā)點向煤體內連續(xù)破壞和剝離煤體，破碎的煤在被瓦斯風暴搬運中被粉碎。停止階段：由于剝離和破碎煤體在擴展過程遇到較硬的煤體或空洞被堵塞引起的應力和瓦斯梯度降低，使得應力和瓦斯壓力降低到不足以繼續(xù)破壞煤體的程度，突出就會中止。六、礦井瓦斯災害的形式礦井瓦斯災害的形式：（1）瓦斯積聚超限；（2）瓦斯窒息造成人身傷害；（3）瓦斯燃燒、爆炸；（4）煤與瓦斯突出。突出——有口小腹大的空洞，突出的煤具有明顯分選現象；傾出——空洞有較規(guī)則的形狀，煤無明顯分選現象；壓出——表現為煤體的整體位移。七、嘉禾浦溪井歷年發(fā)生的典型突出事故嘉禾浦溪礦井自1986年投產至今，記錄煤與瓦斯突出共計109次，其中，9次煤與瓦斯突出造成了傷亡事故，共計死亡23人，傷2人，損失慘重，教訓深刻。以下從中選取4次典型事故進行案例分析。案例一1.地點：1457工作面 上安全出口2.時間：1999年3月 21日早班3.突出煤量：≤100t4.突出瓦斯量：約 6000m35.傷亡情況：死亡2 人，重傷1人案例二1.地點：南二負10巖巷上山揭煤處2.時間：2003年6月10號晚3.突出煤量：約420t4.突出CH4量：約46000m35.傷亡情況：死亡4人案例三1.地點：1259二號 煤掘進頭2.時間：2009年10月16號早班3.突出煤量：約320t4.突出瓦斯量：42000m3案例四1.地點：2254內切眼2.時間：2012年7 月17號中班3.突出煤量：約300t4.突出瓦斯量：46860m35.傷亡情況：死亡3人八、煤與瓦斯突出有那些預兆（1）有聲預兆：1)響煤炮。在煤層內發(fā)出像機關槍、炮擊聲。由于條件不同，聲音大小、間隔時間也不相同。

2)突然壓力增大。支柱來勁，發(fā)出咔咔的響聲，或發(fā)出劈裂折斷的響聲，手摸煤壁能感到沖擊和震動；有煤巖層的破裂聲；有時會聽到氣體穿過含水裂縫時的“吱吱”聲等。無聲預兆：1)壓力增大。預板來壓，片幫、掉碴、煤壁向外鼓，煤巖自行剝落。

3)瓦斯及溫度變化。瓦斯涌出異常，忽大忽小，煤塵增大，氣味異常，發(fā)悶，打鉆時噴煤、噴瓦斯，煤壁發(fā)冷，氣溫下降等。應當指出的是，上述預兆，并不是在每次突出之前都同時出現，而是僅僅出現一種或幾種。瓦斯突出的常見預兆聲響預兆--響煤炮瓦斯預兆--瓦斯異常、噴孔煤結構預兆--煤結構紊亂、煤體發(fā)暗、煤厚急劇變化礦壓顯現預兆--片幫、煤墻外臌、底臌、頂（夾）鉆溫度預兆--溫度降低、煤墻發(fā)涼（1）早期預兆主要特征：煤變軟，光澤暗，節(jié)理層理紊亂。處理原則：密切觀察，提高防突意識，加強防突措施和防護監(jiān)控。（2）中期預兆主要特征：鉆粉多，鉆進慢，夾鉆，頂鉆，噴孔等異常。處理原則：按《規(guī)程》規(guī)定，撤人，匯報，待突出危險消除后方可續(xù)繼作業(yè)。此外，還應注意：停鉆、停電，加強防護，若孔口噴火，應立即用“濕衣”捂滅。（3）臨突預兆主要特征：面來壓，響煤炮，瓦斯涌出異常面來壓：掘進工作面臨突前，瞬時出現頂壓，底鼓，兩邦來勁，片邦掉頂、支架變形、損壞、“發(fā)抖”、迎頭煤體外移等劇。響煤炮：在煤體內部，出現煤炮頻發(fā)，頂板與煤體斷裂聲，瓦斯射流聲等，顯現異常強烈。瓦斯涌出異常：瓦斯涌出忽大忽小，總趨勢增大。九、煤與瓦斯突出防治措施1、防突工作堅持區(qū)域防突措施先行、局部防突措施補充的原則。突出礦井采掘工作做到不掘突出頭、不采突出面。未按要求采取區(qū)域綜合防突措施的，嚴禁進行采掘活動。2、區(qū)域預測方法：依據煤層瓦斯參數結合瓦斯地質分析的方法進行。3、區(qū)域防突的基本措施：①開采保護層。②頂底板巖巷穿層預抽掩護煤巷掘進。③順層鉆孔預抽區(qū)段煤層瓦斯。④順層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯。4、區(qū)域措施效果檢驗：①測試殘余瓦斯壓力或瓦斯含量等方法。②要求P殘余＜0.74MPa或W殘余＜8m3/t。③采用其他方法和臨界值，須經有突出危險性鑒定資質的單位確定。局部防突措施主要內容及實施順序石門揭煤防突措施：（1）預抽瓦斯。（2）排放鉆孔。（3）水力沖孔。（4）金屬骨架。（5）煤體固化煤巷防突措施：（1）預抽瓦斯鉆孔。（2）超前排放鉆孔。（3）松動爆破。（4）水力沖孔。（5）水力割縫。（6）前探支架。（7）掩護擋板煤巷掘進和回采工作面防突措施主要內容及實施程序石門揭煤工作面防突措施主要內容及實施程序：1、突出危險性預測。2、防突技術措施。3、防突措施效果檢驗。4、防突措施效果驗證。5、安全防護措施。（三）、煤層巷道掘進防突鉆屑指標法①鉆孔個數、深度、測定指標采用鉆屑指標法預測煤巷掘進工作面突出危險性時，在近水平、緩傾斜煤層工作面應向前方煤體至少施工3個、在傾斜或急傾斜煤層至少施工2個直42mm、孔深8～10m的鉆孔，測定鉆屑瓦斯解吸指標和鉆屑量。②鉆孔布置與控制范圍鉆孔盡可能布置在軟分層中，一個鉆孔位于掘進巷道斷面中部，并平行于掘進方向，其他鉆孔的終孔點應位于巷道斷面兩側輪廓線外2～4m處。③測定儀器與測定方法每鉆進1m測定該1m段的全部鉆屑量S，每鉆進2m至少測定一次鉆屑瓦斯解吸指標K1或△h2值。鉆屑量指標S——反映地應力的大小，理論計算每米鉆孔（直徑42mm）的自然出碴量1.8L。鉆屑瓦斯解吸指標△h2或K1值——煤的瓦斯放散能力和瓦斯壓力大小。瓦斯突出危險性愈大的煤層，瓦斯壓力愈大，煤的強度愈低，煤屑瓦斯解吸量也愈大。鉆屑瓦斯解吸指標△h2值的意義 鉆屑瓦斯解吸指標△h2是固定粒度（1～3mm）和一定重量的煤樣，在暴露3min后前2min內向單位空間解吸引起的瓦斯壓力變化值，表征煤樣解吸瓦斯量，其單位為Pa。●鉆屑量指標 鉆屑量S綜合反映地應力、瓦斯和煤質三因素，但影響最大的是地應力，在以地應力為主導突出的礦井較多應用。一般S比正常排粉量大3～4倍時認為有危險，其單位為Kg/m。★與突出危險性關系 大量實驗證實：突出危險煤與非突出危險煤的瓦斯解吸特征不同，突出煤具有較大可解吸瓦斯量，具有較快的解吸速度。 鉆屑量反映出瓦斯壓力、可解吸量、瓦斯放散能力、破壞程度等的差別，也即反映出突出危險性大小?！斗劳灰?guī)定》推薦的鉆屑量臨界值為6kg/m。最小預測超前距：2m最小防突超前距：工作面預測“有危險”時應保留5m最小超前距，在地質構造破壞嚴重地帶應適當增加超前距，不小于7m。預測判定：在實施局部綜合防突措施工作面，若預測指標為無突出危險，則只有當上一循環(huán)的預測指標也是無突出危險時，方可確定為無突出危險工作面，并在采取安全防護措施、保留足夠的預測超前距的條件下進行采掘作業(yè)；否則，仍要執(zhí)行一次工作面防突措施和措施效果檢驗。煤巷掘進工作面防突措施⑴防突措施選擇原則 有突出危險的煤巷掘進工作面應當優(yōu)先選用超前鉆孔（包括超前預抽瓦斯鉆孔、超前排放鉆孔）防突措施。如果采用松動爆破、水力沖孔、水力疏松或其他工作面防突措施時，必須經試驗考察確認防突效果有效后方可使用。前探支架措施應當配合其他措施一起使用。 下山掘進時，不得選用水力沖孔、水力疏松措施。傾角8°以上的上山掘進工作面不得選用松動爆破、水力沖孔、水力疏松措施。煤巷掘進工作面防突措施⑵地質變化帶處理措施 煤巷掘進工作面在地質構造破壞帶或煤層賦存條件急劇變化處不能按原措施設計要求實施時，必須打鉆孔查明煤層賦存條件，然后采用直徑為42～75mm的鉆孔排放瓦斯。 若突出煤層煤巷掘進工作面前方遇到落差超過煤層厚度的斷層，應按石門揭煤的措施執(zhí)行。（3）邊掘邊抽結合超前排放鉆孔防突措施①掘進工作面正前采取超前排放鉆孔措施，卸壓、排放瓦斯；②兩幫預抽鉆孔控制掘進影響范圍內的煤體，截流瓦斯；③《規(guī)定》要求，可以作為順層預抽措施預抽煤巷條帶瓦斯。采用超前鉆孔作為工作面防突措施時，應當符合下列要求： （一）巷道兩側輪廓線外鉆孔的最小控制范圍：近水平、緩傾斜煤層5m，傾斜、急傾斜煤層上幫7m、下幫3m。當煤層厚度大于巷道高度時，在垂直煤層方向上的巷道上部煤層控制范圍不小于7m，巷道下部煤層控制范圍不小于3m； （二）鉆孔在控制范圍內應當均勻布置，在煤層的軟分層中可適當增加鉆孔數。預抽鉆孔或超前排放鉆孔的孔數、孔底間距等應當根據鉆孔的有效抽放或排放半徑確定；煤巷掘進防治煤與瓦斯突出措施 （三）鉆孔直徑應當根據煤層賦存條件、地質構造和瓦斯情況確定，一般為75～120mm，地質條件變化劇烈地帶也可采用直徑42～75mm的鉆孔。若鉆孔直徑超過120mm時，必須采用專門的鉆進設備和制定專門的施工安全措施； （四）煤層賦存狀態(tài)發(fā)生變化時，及時探明情況，再重新確定超前鉆孔的參數； 煤巷掘進工作面防突措施1、超前預抽瓦斯鉆孔（略）⑵超前排放鉆孔適用條件：煤層透氣性較好、煤質較硬?？讖剑焊鶕簩淤x存條件、地質構造和瓦斯情況確定，一般為75～120mm，地質條件變化劇烈地帶也可采用直徑42～75mm的鉆孔。若鉆孔直徑超過120mm時，必須采用專門的鉆進設備和制定專門的施工安全措施?？咨睿簜€人認為應視地質條件而定，浦溪礦井地質條件復雜，煤層不穩(wěn)定，孔深以10m左右為宜。孔數：應根據鉆孔的有效排放半徑確定，據經驗以巷道斷面4～6個/m2為宜。鉆孔最小控制范圍（巷道兩側輪廓線外）：近水平、緩傾斜煤層5m；傾斜、急傾斜煤層上幫7m、下幫3m。當煤層厚度大于巷道高度時，在垂直煤層方向上的巷道上部煤層控制范圍不小于7m，巷道下部煤層控制范圍不小于3m；煤巷掘進工作面防突措施布孔要求：鉆孔在控制范圍內應均勻布置，在煤層的軟分層中可適當增加鉆孔數?，F場施工注意事項：鉆孔施工前，加強工作面支護，打好迎面支架，背好工作面煤壁。煤層賦存狀態(tài)發(fā)生變化時，及時探明情況，再重新確定超前鉆孔的參數。（3）前探支架措施類別：非主動型卸壓或排放瓦斯措施。作用