煤與瓦斯突出及其防治

煤與瓦斯突出及其防治第一頁，共七十頁，2022年，8月28日危害：

1、產(chǎn)生的高壓瓦斯流，能摧毀巷道，造成風(fēng)流逆轉(zhuǎn)、破壞礦井通風(fēng)系統(tǒng)。

2、井巷充滿瓦斯，造成人員窒息，引起瓦斯燃燒或爆炸。

3、噴出的煤巖，造成煤流埋人。

4、猛烈的動力效應(yīng)可能導(dǎo)致冒頂和火災(zāi)事故的發(fā)生。

到1992年底全國已有282個(gè)突出礦井，截止1995年共發(fā)生了16000多次突出。第二頁，共七十頁，2022年，8月28日

定義：在很短時(shí)間內(nèi)（數(shù)分鐘），從煤（巖）壁內(nèi)部向采掘工作面空間突然噴出煤（巖）和瓦斯的現(xiàn)象。

特點(diǎn)：伴有聲響和猛烈的力能效應(yīng)（摧毀井巷設(shè)施、破壞礦井通風(fēng)系統(tǒng)），窒息、煤流埋人，可能引起瓦斯燃燒和爆炸?！?.2礦井瓦斯動力現(xiàn)象及分類一、按力學(xué)特征分類1、煤（巖）與瓦斯突然噴出----突出主要特點(diǎn)：突出物的搬運(yùn)特征：形成固體與氣體兩相混合流，可以流動到很遠(yuǎn)處。突出物的堆積特征：分選、沉積輪回，堆積角α＜安息角（35°~40°）第三頁，共七十頁，2022年，8月28日突出物的破碎特征：產(chǎn)生大量手捻無顆粒的微塵。瓦斯量：突出瓦斯量（m3/t煤）≥瓦斯含量；噴孔孔形狀：口小內(nèi)大的犁形，倒并形（與應(yīng)力分布一致）作用力：地應(yīng)力（彈性變形能）瓦斯壓力（瓦斯?jié)撃埽┲亓Α?、煤（巖）突然壓出并涌出大量瓦斯----壓出主要特點(diǎn)：突出物的搬運(yùn)特征：煤呈整體外移，碎體拋出一定距離。第四頁，共七十頁，2022年，8月28日突出物的堆積特征：就地堆積（or很近距離）、無分選性、無沉積輪回，α＜安息角（35°~40°）突出物的破碎特征：大小不同的塊體與碎末混雜。瓦斯量：瓦斯量（m3/t煤）≥瓦斯含量；噴孔孔形狀：口大內(nèi)小、外寬內(nèi)窄、楔形作用力：地應(yīng)力（圍巖彈性位能突然釋放）、3、煤（巖）突然傾出并涌出大量瓦斯----傾出主要特點(diǎn)：突出物的搬運(yùn)特征：煤沿傾斜下落，碎體拋出不遠(yuǎn)距離；第五頁，共七十頁，2022年，8月28日突出物的堆積特征：就地堆積（or很近距離）、無分選性、無沉積輪回，

α＜安息角（35°~40°）突出物的破碎特征：大小不同的塊體與碎末混雜。瓦斯量：瓦斯量（m3/t煤）≈瓦斯含量；噴孔孔形狀：口小內(nèi)大、舌形作用力：地應(yīng)力（圍巖彈性變形能）、重力。

多發(fā)生于急傾斜煤層，低強(qiáng)度時(shí)，易與冒落和突出混淆。第六頁，共七十頁，2022年，8月28日

三類動力現(xiàn)象的發(fā)生都以地應(yīng)力為主，所以它們的預(yù)兆相似，但三者的基本能源不同。人們習(xí)慣上將三類現(xiàn)象統(tǒng)稱為煤與瓦斯突出。二、按強(qiáng)度分類

強(qiáng)度----每次動力現(xiàn)象拋出的煤（巖）數(shù)量（torm3為單位）和瓦斯量(m3)。

1、小型突出：強(qiáng)度＜50t/次（突出后，幾十min，瓦斯?jié)舛然謴?fù)正常）；

2、中型突出：50~99t/次（突出后，幾小時(shí)，瓦斯?jié)舛然謴?fù)正常）；

3、次大型突出：100~499t/次（突出后，一天，瓦斯?jié)舛然謴?fù)正常）；第七頁，共七十頁，2022年，8月28日4、大型突出：500~999t/次（突出后，幾天，瓦斯?jié)舛然謴?fù)正常）；

5、特大型突出：＞1000t/次（突出后，很長時(shí)間，瓦斯?jié)舛然謴?fù)正常）。三、突出危險(xiǎn)程度劃分

1、突出礦井和突出煤層：礦井在采掘過程中，只要發(fā)生過1次煤（巖）與瓦斯突出（簡稱突出，下同），該礦井即為突出礦井，發(fā)生突出的煤層即為突出煤層。

2、突出危險(xiǎn)區(qū)和突出威脅區(qū)：突出煤層經(jīng)區(qū)域預(yù)測可劃分為突出危險(xiǎn)區(qū)和突出威脅區(qū)。

3、突出危險(xiǎn)工作面和突出威脅工作面：突出危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行工作面煤與瓦斯突出預(yù)測。第八頁，共七十頁，2022年，8月28日四、防突措施的規(guī)定在突出危險(xiǎn)區(qū)工作前，應(yīng)采取防突措施，采取措施之后應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)，有效后方可進(jìn)行作業(yè)；在突出威脅區(qū)，每推進(jìn)一個(gè)工作面預(yù)測循環(huán)，都必須進(jìn)行工作面預(yù)測，根據(jù)預(yù)測結(jié)果采取措施?！?.3采掘工作面瓦斯動力現(xiàn)象的特點(diǎn)

采掘面的類型對突出諸因素的邊界條件及在煤內(nèi)空間與時(shí)間上的分布產(chǎn)生重大影響，因此各類工作面的動力現(xiàn)象具有不同的特點(diǎn)。

Exp:石門突出：突出危險(xiǎn)性最大，突出強(qiáng)度大，概率高，典型突出次數(shù)最多。第九頁，共七十頁，2022年，8月28日一、石門突出

類型：（1）放炮揭開煤層時(shí)的突出；（2）過煤門時(shí)的突出；（3）自行沖破巖柱的突出。其中，放炮揭開煤層時(shí)的突出所占的比例最大。1、揭煤與過煤門時(shí)的突出

exp1：

exp2：原因：采掘應(yīng)力疊加。石門第十頁，共七十頁，2022年，8月28日2、自行沖破巖柱的突出

原因：一般都存在于有利的地質(zhì)構(gòu)造條件。

例如：斷層、褶曲、扭轉(zhuǎn)等地質(zhì)構(gòu)造處。

3、延期突出

突出過程：準(zhǔn)備、發(fā)動、發(fā)展、終止。

延期時(shí)間：幾十分鐘~幾十小時(shí)

延期突出的實(shí)質(zhì)：放炮后，突出的準(zhǔn)備階段沿未結(jié)束，在此期間煤層內(nèi)發(fā)生不穩(wěn)定的蠕變，新暴露面附近煤內(nèi)產(chǎn)生能量積累。新暴露煤壁支承能力較大，能承受爆破時(shí)已升高的載荷和瓦斯壓力作用，并繼續(xù)積蓄彈性能。當(dāng)震動放炮不規(guī)范時(shí)，煤壁的穩(wěn)定性降低，使地應(yīng)力大大升高，直至處于過載應(yīng)力狀態(tài)。煤體突然破碎，瓦斯壓力的推力也因煤體破碎裂隙增加而成倍增加，導(dǎo)致突出的發(fā)生。第十一頁，共七十頁，2022年，8月28日二、平巷突出（煤巷掘進(jìn)面）與石門突出相比，突出平均強(qiáng)度低。原因：

地應(yīng)力方面：缺少像石門那樣硬巖約束條件，即無能量積累的過程條件。限制了合成σ和增大。

瓦斯方面：工作面前方煤體的CH4和平遠(yuǎn)低于石門工作面前方煤體。因?yàn)橥咚古欧艜r(shí)間長。三、上山突出傾出所占比例增多。煤的自重在動力現(xiàn)象中起作用。第十二頁，共七十頁，2022年，8月28日四、下山突出

主要是突出和壓出。煤的自重在動力現(xiàn)象中起阻力作用。五、采煤工作面突出

煤層傾角越小，突出危險(xiǎn)性越大。

采煤工作面突出表現(xiàn)出明呈的區(qū)域性，在地質(zhì)構(gòu)造上有如下幾種類型：向斜軸部附近；地質(zhì)構(gòu)造交匯處；主向斜軸部的局部隆起區(qū)域；小斷層群及頂?shù)装灏枷莼蛲蛊鹑簠^(qū)域；煤厚及傾角突然變化區(qū)。第十三頁，共七十頁，2022年，8月28日§5.4煤與瓦斯突出機(jī)理一、突出原因假說

怎樣發(fā)生？原因何在？過程如何？1、瓦斯作用說認(rèn)為煤內(nèi)存在高壓瓦斯是突出中起主要作用的因素。

“瓦斯包”：

“多聚甲烷”：CH4在煤中形成不穩(wěn)定的多聚甲烷（（CH4

）n）或結(jié)晶水合物（），當(dāng)煤層揭開后，促使它們急劇分解，從而放出大量瓦斯并夾帶大量煤炭而噴出。第十四頁，共七十頁，2022年，8月28日2、地應(yīng)力作用說

突出主要是高地應(yīng)力作用結(jié)果。3、綜合作用說突出主要是地應(yīng)力、瓦斯、煤的力學(xué)性質(zhì)等因素綜合作用結(jié)果。1）能量說前蘇聯(lián)B.B.霍多特提出，突出是煤的變形能（w）和瓦斯內(nèi)能突然釋放引起工作面煤體的高速破碎。第十五頁，共七十頁，2022年，8月28日激發(fā)突出的第一條件對于回采對于掘進(jìn)對于石門揭煤式中W----煤的變形能；

Э----頂板巖石動能；

Q----煤內(nèi)游離瓦斯所含的內(nèi)能；

F----煤向巷道移動功；

U----煤的破碎功。激發(fā)突出的第二條件

式中Vp----煤的破碎速度；

Vx----煤裂隙中瓦斯壓力下降速度。第十六頁，共七十頁，2022年，8月28日激發(fā)突出的第三條件式中P----瓦斯壓力；

s----煤破碎區(qū)段的橫斷面積；

f----煤沿某一表面移動時(shí)，該面的摩擦系數(shù)；

α----煤沿某一表面移動時(shí)，該面與水平面所成傾角；

g----重力加速度；

m----煤的質(zhì)量；

a----為了將煤拋出必須給煤的加速度；

+，-----煤移動方向，向上拋出取“+”，反之取“-”。

在瓦斯礦井，激發(fā)突出的第二與三條件實(shí)際上總是可以滿足，因此，第一條件便成為發(fā)生突出的主要而必需條件。第十七頁，共七十頁，2022年，8月28日2）地應(yīng)力分布不均說前蘇聯(lián)馬可耶夫研究所巴甫洛夫等人提出。

突出機(jī)理（原因）：突出煤層的圍巖具有增高的和不均勻的應(yīng)力分布；產(chǎn)生圍巖的不均勻位移；頂?shù)装褰咏摹巴焙汀叭印钡男纬桑a(chǎn)生一種脆弱的平衡；靠近工作面的破碎帶的尺寸降低，同時(shí)在近工作面范圍內(nèi)部保持著較高的瓦斯壓力。采掘工作破壞圍巖脆弱平衡時(shí)，造成急劇的位移和搓揉，產(chǎn)生沖擊和煤的破碎，發(fā)生突出。第十八頁，共七十頁，2022年，8月28日發(fā)生突出的條件：

a、突出煤層具有不同的地質(zhì)構(gòu)造與煤的結(jié)構(gòu)；

b、突出煤與非突出煤層的特性不同；

c、突出區(qū)：瓦斯壓力大，煤層透氣性低，煤質(zhì)松軟，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。

d、突出煤層，地應(yīng)力處于緊張狀態(tài)；

e、突出主要發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)；

f、圍巖地應(yīng)力不均是突出危險(xiǎn)性的一種標(biāo)志。

因此，圍巖的應(yīng)力狀態(tài)變化和能量的釋放是造成突出的首要原因，瓦斯是突出的基本能源之一，瓦斯壓力決定了突出的強(qiáng)度。第十九頁，共七十頁，2022年，8月28日

二、力能計(jì)算

1、地應(yīng)力煤體內(nèi)存在著地應(yīng)力（自重應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造力和采動集中應(yīng)力）、瓦斯壓力和煤的自重重力。自重應(yīng)力：鉛垂方向水平方向地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力：水平方向采動集中應(yīng)力：鉛垂方向煤的自重力：鉛垂方向第二十頁，共七十頁，2022年，8月28日

一般地，通常地應(yīng)力在數(shù)值上為瓦斯壓力的幾倍到幾十倍，突出過程中破碎煤體的主導(dǎo)力是地應(yīng)力，特別是存在地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力時(shí)，尤其如此。

2、煤體彈性潛能單向應(yīng)力狀態(tài)：

三向應(yīng)力狀態(tài)：式中wt----煤的彈性變形潛能，mj/m3；

σ----煤的平均應(yīng)力,Mpa；σ1

、σ2、

σ3----分別為三個(gè)方向的主應(yīng)力，Mpa；

μ、E----分別為煤的泊松比和彈性模量。第二十一頁，共七十頁，2022年，8月28日3、瓦斯內(nèi)能

作用：破碎煤體；搬運(yùn)突出物；使突出不斷向煤體深部擴(kuò)展。

熱力學(xué)變化過程：

突出瞬間，膨脹瓦斯屬于等溫過程；破碎煤脫離煤體后，屬于多變過程；最后接近絕熱過程。根據(jù)熱力學(xué)，可推得一噸煤瓦斯膨脹內(nèi)能計(jì)算式為：

式中v1----噸煤瓦斯涌出量；

P0、P1----突出前后，煤層瓦斯壓力；

n----過程指數(shù)。第二十二頁，共七十頁，2022年，8月28日三、突出過程及特點(diǎn)1、突出發(fā)生過程（1）準(zhǔn)備階段----能量積蓄由于地質(zhì)、采礦原因，煤體內(nèi)的能量積聚逐漸發(fā)展到臨界破壞，或過載的脆弱平衡狀態(tài)。

特點(diǎn)：工作面煤壁內(nèi)形成高σ和，呈現(xiàn)出多種有聲或無聲的預(yù)兆。時(shí)間有長，有短。（2）激發(fā)階段

特點(diǎn)：地應(yīng)力狀態(tài)突然改變。

表現(xiàn)為：極限應(yīng)力狀態(tài)的部分煤體突然破壞；發(fā)生巨響和沖擊；向巷道方向作用的瓦斯壓力的推力由于煤體的破裂，大大增加；膨脹瓦斯流形成，大量瓦斯解吸。

引發(fā)原因：落煤、打鉆、修整工作面等。第二十三頁，共七十頁，2022年，8月28日（3）發(fā)展階段特點(diǎn)：

a）突出從激發(fā)點(diǎn)起向內(nèi)部連續(xù)剝離并破碎煤。（由地應(yīng)力和瓦斯壓力共同作用）

b）破碎的煤在不斷膨脹的承壓瓦斯風(fēng)暴中邊運(yùn)送，邊粉碎，此過程主要是瓦斯內(nèi)能作功的過程。

c）煤的剝離與破碎具有脈沖特性，存在多輪回過程。第二十四頁，共七十頁，2022年，8月28日（4）終止階段

兩種情況突出可能終止：

a）在剝離與破碎煤體的擴(kuò)展中遇到較硬的煤體；或地應(yīng)力和瓦斯壓力降低不足以破壞煤體。

b）突出孔道被堵塞，突出物支撐建立起新的拱平衡；孔洞內(nèi)瓦斯壓力因堵塞而升高，和下降，不足以破壞煤體。2、地應(yīng)力和瓦斯壓力在突出過程中的作用地應(yīng)力的作用：

a）激發(fā)突出；

b）發(fā)展階段與瓦斯壓力共同作用，對煤體進(jìn)行剝離、破碎；第二十五頁，共七十頁，2022年，8月28日c）影響煤體內(nèi)部裂隙系統(tǒng)的閉合程度和生成新的裂隙。瓦斯壓力的作用：

a）當(dāng)瓦斯壓力梯度很大時(shí)，能獨(dú)立激發(fā)突出；

b）發(fā)展與實(shí)現(xiàn)突出的主要因素；

c）膨脹瓦斯破碎，搬運(yùn)煤巖，孔壁附近保持較高的地應(yīng)力梯度和瓦斯壓力梯度為連續(xù)剝離煤體創(chuàng)造必要條件。第二十六頁，共七十頁，2022年，8月28日§5.5突出發(fā)生的一般規(guī)律1、突出發(fā)生在一定深度以后。

始突深度：礦井開始發(fā)生突出的最淺深度。不同礦區(qū)差別很大，

最小，50m，（郴州羅卜安礦）最大，640m，（撫順老虎臺礦）一般地，礦井始突深度均大于瓦斯風(fēng)化帶深度；隨著開采深度增加，煤層突出危險(xiǎn)性增高。2、突出的次數(shù)和強(qiáng)度隨著煤層厚度，特別是軟分層厚度的增加而增加。第二十七頁，共七十頁，2022年，8月28日3、突出需具有一定的瓦斯含量和瓦斯壓力同一煤層，其瓦斯壓力越高，突出危險(xiǎn)性越大。安全規(guī)程：取0.74MPa?？砂聪率焦浪悖菏街校篺----軟分層厚度；

V----軟分層揮發(fā)份含量；

A、B----系數(shù)。

所以，f愈小，煤變質(zhì)程度愈高（V愈?。?，Pmin越小。4、突出煤層的強(qiáng)度低，而且變化大。5、突出危險(xiǎn)區(qū)呈帶狀分布。地質(zhì)構(gòu)造呈帶狀；采動形成集中應(yīng)力帶

第二十八頁，共七十頁，2022年，8月28日6、上山掘進(jìn)比下山掘容易突出，突出次數(shù)隨著煤層傾角增大而增多。7、采掘工作往往可以激發(fā)突出。8、突出大多有預(yù)兆。

地壓呈現(xiàn)：煤炮聲、支架聲響、掉碴、巷道底鼓、煤壁外鼓、等。

瓦斯涌出：瓦斯涌出異常、瓦斯?jié)舛群龃蠛鲂?，使煤塵增大，工作面氣溫下降，氣味異常。

煤的力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)：層理紊亂、煤強(qiáng)度松軟、煤質(zhì)暗淡無光，煤厚變化，煤干燥等。9、突出危險(xiǎn)性隨著有硬而厚的圍巖存在而增高。10、石門突出危險(xiǎn)性最高。第二十九頁，共七十頁，2022年，8月28日§5.6區(qū)域性防突措施防突措施分類：按作用范圍劃分：區(qū)域性防突措施、局部性防突措施。按作用效果劃分：防止突出發(fā)生的措施、突出時(shí)保證人員生命安全的措施。按作用的技術(shù)性劃分：技術(shù)措施、組織管理措施。

區(qū)域性防突措施：實(shí)施以后可使較大范圍煤層消除突出危險(xiǎn)性的措施，稱為區(qū)域性防突措施；

局部防突措施：實(shí)施以后可使局部區(qū)域(如掘進(jìn)工作面)消除突出危險(xiǎn)性的措施稱為局部防突措施。本節(jié)主要內(nèi)容：開采保護(hù)層、預(yù)抽煤層瓦斯、煤層注水。第三十頁，共七十頁，2022年，8月28日一、開采保護(hù)層

保護(hù)層：在突出礦井中，預(yù)先開采的、能使其它相鄰有突出危險(xiǎn)的煤層受到采動影響而減少或喪失突出危險(xiǎn)的煤層稱為保護(hù)層。

被保護(hù)層：后開采的煤層稱為被保護(hù)層。保護(hù)層位于被保護(hù)層上方的叫上保護(hù)層，位于下方的叫下保護(hù)層。保護(hù)層被保護(hù)層被保護(hù)層第三十一頁，共七十頁，2022年，8月28日

保護(hù)層開采是預(yù)防突出最有效、最經(jīng)濟(jì)的區(qū)域性預(yù)防突出的技術(shù)措施，幾乎所有發(fā)生突出的國家都采用該措施，我國1958年成功使用此技術(shù)，目前開采保護(hù)層的礦井占突出礦井總數(shù)的26%。1、保護(hù)作用分析

為什么保護(hù)層開采后，能有效消除煤層突出危險(xiǎn)性？

覆巖破壞移動分帶示意圖

I—冒落帶II—斷裂帶

III—彎曲帶a—豎向裂隙b—離層裂隙第三十二頁，共七十頁，2022年，8月28日保護(hù)作用過程：（a）保護(hù)層開采后，巖體中形成自由空間，破壞了原巖應(yīng)力平衡，地應(yīng)力重新分布，上覆巖體向采空區(qū)方向移動，發(fā)生頂板冒落下沉，底板鼓起，同時(shí)產(chǎn)生大小不等的裂隙。（b）被保護(hù)層：產(chǎn)生“卸壓增流效應(yīng)”。（c)被保護(hù)層瓦斯排放后，煤層瓦斯壓力降低，瓦斯?jié)撃芙档?。第三十三頁，共七十頁?022年，8月28日開采保護(hù)層的作用

(1)地壓減少，彈性潛能得以緩慢釋放。

(2)煤層膨脹變形，形成裂隙與孔道，透氣系數(shù)增加。所以被保護(hù)層內(nèi)的瓦斯能大量排放到保護(hù)層的采空區(qū)內(nèi)，瓦斯含量和瓦斯壓力都將明顯下降。

(3)煤層瓦斯涌出后，煤的強(qiáng)度增加。據(jù)測定，開采保護(hù)層后，被保護(hù)層的煤硬度系數(shù)由0.3～0.5增加到1.0～1.5。所以，保護(hù)層開采后，不但消除或減少了引起突出的兩個(gè)重要因素：地壓和瓦斯，而且增加了抵御突出的能力因素－煤的機(jī)械強(qiáng)度。這就使得在卸壓區(qū)范圍內(nèi)開采被保護(hù)層時(shí)，不再會發(fā)生煤與瓦斯突出。第三十四頁，共七十頁，2022年，8月28日2、保護(hù)范圍劃分

保護(hù)范圍：指保護(hù)層開采后，在空間上使危險(xiǎn)層喪失突出危險(xiǎn)的有效范圍。一般通過現(xiàn)場實(shí)測。（1）保護(hù)層與被保護(hù)層之間的有效層間距下保護(hù)層影響范圍大于上保護(hù)層，且與保護(hù)層的厚度、層間巖性、煤層傾角等因素有關(guān)。第三十五頁，共七十頁，2022年，8月28日（2）沿傾斜的保護(hù)范圍

確定沿傾向的保護(hù)范圍就是沿傾向劃定被保護(hù)層的上、下邊界。

δ為巖石卸壓角，查表得出。保護(hù)層被保護(hù)層被保護(hù)層δ1

δ3

δ2

δ4

α保護(hù)線第三十六頁，共七十頁，2022年，8月28日（3）沿走向的保護(hù)范圍----超前距

超前距一般不得小于兩個(gè)煤層之間垂直距離的兩倍，至少不小于30m。

目的：使被保護(hù)層能充分卸壓和排放瓦斯。保護(hù)層被保護(hù)層被保護(hù)層h1L≮2h1L＞30mL≮2h2L＞30mh2第三十七頁，共七十頁，2022年，8月28日（4）煤柱的影響保護(hù)層開采后，在采空區(qū)上、下形成卸壓區(qū)，而煤柱上方則產(chǎn)生集中應(yīng)力區(qū)，在集中應(yīng)力區(qū)內(nèi)，增加了突出危險(xiǎn)性。影響范圍根據(jù)考察結(jié)果確定，否則，按以下角度確定。60°45°60°45°煤柱影響區(qū)影響區(qū)第三十八頁，共七十頁，2022年，8月28日3、抽放卸壓瓦斯擴(kuò)大保護(hù)范圍隨著開采深度的增加，地應(yīng)力、瓦斯壓力、瓦斯含量增高，為了提高保護(hù)層的保護(hù)效果、可靠程度和保證被保護(hù)層順利開采，抽放卸壓瓦斯是可以對被保護(hù)層卸壓作用起到補(bǔ)充和深化作用。

作用：（1）降低被保護(hù)層殘余瓦斯壓力；（2）擴(kuò)大保護(hù)層間距。因?yàn)?，隨著層間距增大，突出煤層卸壓程度減弱，瓦斯自然排放條件差。根據(jù)前蘇聯(lián)經(jīng)驗(yàn)，開采保護(hù)層，如結(jié)合抽放被保護(hù)層瓦斯，可使有效層間距增大1.4~1.6倍。 第三十九頁，共七十頁，2022年，8月28日4、選擇保護(hù)層的原則（1）首先選擇無突出危險(xiǎn)的煤層作為保護(hù)層；（2）當(dāng)所有煤層均有突出危險(xiǎn)時(shí)，選擇突出危險(xiǎn)性小的煤層作為保護(hù)層；（3）優(yōu)先選擇上保護(hù)層。選擇下保護(hù)層時(shí)，其最小層間距應(yīng)滿足下式：

式中Hmin----允許采用的最小層間距；

M----保護(hù)層厚度；

k----系數(shù)。第四十頁，共七十頁，2022年，8月28日

（4）所有可采煤層均有嚴(yán)重突出危險(xiǎn)時(shí)，可選擇不可采煤層作為保護(hù)層。5、開采保護(hù)層應(yīng)注意的幾個(gè)問題（1）盡量不在保護(hù)層采空區(qū)留煤柱；（2）保護(hù)層采高小于0.5m時(shí)，必須檢查其保護(hù)效果，否則要采取其它防突補(bǔ)充措施；（3）開采保護(hù)層，具有瓦斯抽放系統(tǒng)的礦井，應(yīng)同時(shí)抽放卸壓瓦斯?！啾Ｗo(hù)作用實(shí)質(zhì)：卸壓和排放瓦斯，其中卸壓作用是首要的、決定性的。第四十一頁，共七十頁，2022年，8月28日二、預(yù)抽煤層瓦斯

應(yīng)用：無保護(hù)層可采、單一突出煤層開采。經(jīng)過試驗(yàn)預(yù)抽瓦斯有效果時(shí)。我國實(shí)施此措施的礦井占突出礦井總數(shù)的21%以上。第四十二頁，共七十頁，2022年，8月28日1、防突機(jī)理通過向突出煤層內(nèi)打大量的密集鉆孔，達(dá)到：鉆孔造成煤層局部卸壓；通過鉆孔排放瓦斯，釋放煤層瓦斯?jié)撃?；通過長時(shí)間抽放瓦斯，進(jìn)一步降低煤層瓦斯涌出壓力和瓦斯含量；引起煤層收縮變形、地應(yīng)力下降、煤層透氣性和煤的堅(jiān)固性系數(shù)增加。第四十三頁，共七十頁，2022年，8月28日2、適用條件與考察指標(biāo)適用條件：突出煤層，λ≥4.0×10-2m2/(MPa2.d)。要求指標(biāo)：（1）瓦斯抽放率>30%；（2）PCH4(殘余)＜0.8PCH4或XCH4(殘余)＜0.8XCH4；（3）鉆孔控制區(qū)，煤厚的收縮變形≥2‰。3、鉆孔布孔原則

采用：穿層鉆孔或沿層鉆孔。

HLR穿層鉆孔第四十四頁，共七十頁，2022年，8月28日（1）鉆孔數(shù)量穿層鉆孔：沿層鉆孔：式中：L----沿走向鉆孔控制范圍；

H----沿斜向鉆孔控制范圍；

R----鉆孔有效抽放瓦斯半徑；

K----系數(shù)，1.2~1.3。L沿層鉆孔第四十五頁，共七十頁，2022年，8月28日（2）鉆孔間距一般根據(jù)現(xiàn)場考察確定。無考察數(shù)據(jù)時(shí)可根據(jù)煤層瓦斯涌出規(guī)律，采用下式計(jì)算：對于沿層上向或水平平行鉆孔：對于穿層鉆孔：第四十六頁，共七十頁，2022年，8月28日三、煤層注水應(yīng)用：主要應(yīng)用于回采工作面。1、注水防突機(jī)理2、注水工藝打鉆、封孔、注水第四十七頁，共七十頁，2022年，8月28日3、注水防突指標(biāo)保證煤層充分濕潤，且煤體濕潤均勻，水份≥5%，注水量0.02~0.04m3/t煤。4、鉆孔布置單排平行沿層鉆孔。5、鉆孔參數(shù)

1）孔徑

42~100mm。

2）孔長，決定于階段斜長及煤層地質(zhì)變化。

3）封孔長度

鉆孔濕潤半徑的1.1~1.2

倍。

4）注水壓力

過高：使煤沿弱面破裂，造成水流失。

過低：注不進(jìn)水，達(dá)不到濕潤效果。應(yīng)做到：“壓而不裂，注而不漏”R第四十八頁，共七十頁，2022年，8月28日

水平鉆孔：傾斜鉆孔：式中：Pg----煤層瓦斯壓力；

Pw----注水壓力；

H-----孔口至地表深度；

α----鉆孔與水平面的夾角；

ρ----覆巖的平均密度；

l-----鉆孔長度；

±----“+”表示下向孔，“-”表示上向孔。第四十九頁，共七十頁，2022年，8月28日6、注意事項(xiàng)（1）對于濕潤性差的煤，注水中可加一定濃度的濕潤劑。（2）注水泵盡量采用排量大的高壓泵；（3）保證封孔質(zhì)量；（4）孔數(shù)應(yīng)根據(jù)注水區(qū)與注水有效半徑確定；（5）對于難注水煤層，盡量采用“間歇注水”。第五十頁，共七十頁，2022年，8月28日§5.7巖石井巷揭穿突出煤層預(yù)防突出措施包括：石門、豎井、斜巷。特點(diǎn)：突出強(qiáng)度大。

Exp:我國，70多次大型突出中，80%發(fā)生在巖巷揭煤過程中。一、概述

1）在≮10m，進(jìn)入頂（底）板2m范圍內(nèi)，全部作業(yè)中，都必須采取防突措施。

2）揭開突出煤層前，應(yīng)進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。

3）巖石井巷揭穿突出煤層前應(yīng)遵守以下規(guī)定：

a)進(jìn)行探測孔和測壓孔的設(shè)計(jì)；第五十一頁，共七十頁，2022年，8月28日B）打至少兩個(gè)穿透煤層全厚的探測孔；C）測定煤層瓦斯壓力；D）進(jìn)行煤層突出危險(xiǎn)預(yù)測；E）有突出危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)采取防突措施；F）進(jìn)行煤層突出危險(xiǎn)性檢驗(yàn)；G）揭開突出危險(xiǎn)煤層?！?0m≥5m石門被揭煤層第五十二頁，共七十頁，2022年，8月28日二、水力沖孔

可控地、緩慢地排放突出煤層瓦斯。

1、防突機(jī)理以巖柱為安全屏障，利用打鉆和高壓水射流

沖擊煤體，激發(fā)煤體發(fā)生可控的噴煤和噴瓦斯，煤和瓦斯排出，使被揭煤層地應(yīng)力降低，煤層透氣性增大，煤層瓦斯壓力和煤層瓦斯含量降低，煤的機(jī)械強(qiáng)度增加，煤的彈性變形能和瓦斯?jié)撃茚尫牛瑥亩广@孔一定范圍內(nèi)煤的喪失突出能力?！?m石門被揭煤層第五十三頁，共七十頁，2022年，8月28日2、適用條件有自噴能力的突出危險(xiǎn)煤層。

3、施工工藝

4、參數(shù)水壓3~5Mpa，水流量40~50m3/h。三、排放鉆孔

預(yù)定揭穿煤層的斷面輪廓外布置多排扇形穿層鉆孔，鉆取煤炭與排放瓦斯?！?m石門被揭煤層第五十四頁，共七十頁，2022年，8月28日1、防突機(jī)理

石門揭煤前，由巖巷或煤巷向突出危險(xiǎn)煤層打一定數(shù)量呈網(wǎng)格排列的鉆孔，鉆取煤炭，并將煤層中的瓦斯經(jīng)過鉆孔長時(shí)間自然排放，使石門周圍一定范圍內(nèi)煤體瓦斯含量和瓦斯壓力降低，煤體發(fā)生收縮變形，煤的彈性能和瓦斯?jié)撃艿玫结尫牛瑥亩T揭煤的突出危險(xiǎn)。2、基本要求巖柱厚度≥5m，范圍輪廓線外7~8m?？拙啵簺Q定于煤層煤層透氣性。要求：煤層瓦斯壓力降低到1.0MPa

以下第五十五頁，共七十頁，2022年，8月28日3、適用條件煤層透氣性較高，有足夠的排放時(shí)間。特別適用于急斜煤層。四、金屬骨架

1、工藝巷道頂、兩幫上部打φ75~100mm鉆孔，進(jìn)入巖層0.5m，孔距≥0.2m，插入鋼管或鋼軌。(2~3)m石門被揭煤層石門煤層金屬骨架第五十六頁，共七十頁，2022年，8月28日2、作用機(jī)理預(yù)先加固煤體，增加煤的穩(wěn)定性；骨架孔排放一定量的瓦斯，鉆取煤炭。從而降低了煤層的應(yīng)力狀態(tài)，增加了煤的堅(jiān)固性，揭煤過程中金屬骨架支承上方煤體重量，阻止煤體突然破壞與離層，抑制突出的發(fā)動。3、要求

巖柱厚度：≥2.0m（硬巖），＞3.0m（松軟巖層）

范圍：巷道上部和兩側(cè)外0.5~1.0m

孔距：≯2.0m（單排）0.3m（雙排）4、適用條件＞45°的薄及中厚煤層。第五十七頁，共七十頁，2022年，8月28日五、震動放炮

震動放炮是采用增加炮眼數(shù)和裝藥量，一次爆破揭開煤層并成巷的爆破方法。

1、作用機(jī)理

因爆破震動，圍巖應(yīng)力和瓦斯壓差急劇變化，創(chuàng)造了最有利的突出條件。所以震動放炮基本上是一種人為的誘使突出的措施，而不是防止突出的方法。

2、要求

(1)震動放炮時(shí)，應(yīng)將井下人員撤至地面。為了少影響生產(chǎn)，一般在交接班時(shí)放炮；

(2)放炮時(shí)應(yīng)將放炮區(qū)或全井?dāng)嚯?，進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)不得有火源存在，以免引燃瓦斯；第五十八頁，共七十頁，2022年，8月28日

(3)放炮半小時(shí)后由救護(hù)隊(duì)進(jìn)入檢查。具有延期突出的礦井，進(jìn)入的時(shí)間還要加長；

(4)為了限制突出的波及范圍，可在距離工作面4～5m處，壘起高不小于1.5m的矸石堆或高至頂板的木垛。有人提出，采用延發(fā)雷管分次爆破，使一部分巖石落在工作面附近，起到限制突出的作用。第五十九頁，共七十頁，2022年，8月28日§5.8煤層采掘工作面預(yù)防突出措施

特點(diǎn)：突出次數(shù)多（約占總突出次數(shù)94%）;突出強(qiáng)度?。?0~60t/次）。一、一般規(guī)定

1、突出煤層進(jìn)行采掘工作，應(yīng)進(jìn)行突出危險(xiǎn)性預(yù)測；

2、在集中應(yīng)力影響范圍內(nèi)，不得布置相對掘（推）工作面。

3、采掘工作接近或進(jìn)入地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、煤層厚度和傾角急劇變化地帶時(shí)，應(yīng)進(jìn)行防突效果檢驗(yàn)。卸壓區(qū)原巖應(yīng)力區(qū)集中應(yīng)力區(qū)第六十頁，共七十頁，2022年，8月28日二、平巷掘進(jìn)防突措施

主要包括：大直徑鉆孔、超前鉆孔、松動爆破、前探支架、水力沖孔等。1、超前鉆孔（包括大直徑鉆孔）掘進(jìn)工作面或回采面前方，形成三個(gè)應(yīng)力帶：

卸壓帶：地應(yīng)力和瓦斯壓力均較原始值小，阻止突出；

集中應(yīng)力帶：地應(yīng)力較原始值高，煤層透氣性急劇降低，阻止瓦斯排放，此帶內(nèi)保持著較高的瓦斯壓力梯度和瓦斯壓力值，是發(fā)動突出的策源地。超前距σ第六十一頁，共七十頁，2022年，8月28日作用機(jī)理：是在煤巷掘進(jìn)工作面前方始終保持一定數(shù)量的排放瓦斯鉆孔。它的作用是排放瓦斯，增加煤的強(qiáng)度，在鉆孔周圍形成卸壓區(qū)，使集中應(yīng)力區(qū)移向煤體深部，人為地造成并保持在工作面前方有一個(gè)較長的卸壓帶，以防止突出發(fā)生。注意（1）最小超前距L≮5m；（2）防止打鉆過程中，出現(xiàn)頂鉆現(xiàn)象和噴孔；（3）確定合理的鉆孔排放半徑。超前鉆孔流量孔第六十二頁，共七十頁，2022年，8月28日2、深孔松動爆破

------在工作面前方存在有5m卸壓煤體防護(hù)下，在前方5.5m以外引爆幾個(gè)深厚感情眼形成煤體松動的爆破方法。

作用原理：向掘進(jìn)工作面前方應(yīng)力集中區(qū)，打幾個(gè)鉆孔裝藥爆破，使煤炭松動，集中應(yīng)力區(qū)向煤體深部移動，同時(shí)加快瓦斯的排出，從而在工作面