瓦斯防治第講

1、第7講 瓦斯(w s)噴出與突出Department of Safety Engineering & TechnologyHeilongjiang Institute of Science & Technology, Harbin, China王亞軍(yjn)共一百零六頁(yè)回顧(hug) 本課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)研究(ynji)對(duì)象煤礦瓦斯瓦斯特性賦存介質(zhì)一般涌出特殊涌出災(zāi)害能源噴出突出防治不防治瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)措施瓦斯爆炸瓦斯抽采瓦斯利用煤：吸附、孔隙瓦斯：壓力、含量瓦斯流動(dòng)：兩種方式瓦斯涌出：采掘擾動(dòng)共一百零六頁(yè)31.1 礦井瓦斯(w s)噴出及其危害礦井(kungjng)瓦斯噴出及其危害定義 特征危

2、害大量的承壓狀態(tài)的瓦斯從可見(jiàn)的煤、巖裂縫中快速噴出到采掘工作面和巷道的現(xiàn)象 礦井瓦斯噴出在時(shí)間上的突然性和空間上的集中性 可以造成局部地區(qū)瓦斯積聚；高濃度瓦斯，可致使人員窒息；也能引起瓦斯爆炸或火災(zāi)等事故，給礦井造成嚴(yán)重的破壞。 模塊四:瓦斯噴出和煤與瓦斯突出的防治 課題一：礦井瓦斯噴出防治共一百零六頁(yè)41.2 瓦斯(w s)噴出分類與特點(diǎn) 瓦斯(w s)噴出分類與特點(diǎn)特點(diǎn)：往往流量大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)明顯的地壓顯現(xiàn)現(xiàn)象，噴瓦斯裂縫多屬于開(kāi)放性裂縫（張性或張扭性斷裂），它們與儲(chǔ)氣層（煤層、砂巖層等）、溶洞或斷層帶相通。 瓦斯沿原始地質(zhì)構(gòu)造洞縫噴出 瓦斯沿采掘地壓形成的裂縫噴出 特點(diǎn)：噴出頻臨發(fā)生

3、時(shí)伴隨著地壓顯現(xiàn)效應(yīng)，出現(xiàn)多種顯現(xiàn)預(yù)兆，噴出持續(xù)的時(shí)間較短，其流量與卸壓區(qū)面積、瓦斯壓力和瓦斯含量大小等因素有關(guān)。 模塊四:瓦斯噴出和煤與瓦斯突出的防治 課題一：礦井瓦斯噴出防治共一百零六頁(yè)51.3 瓦斯(w s)噴出的原因和規(guī)律 瓦斯噴出的原因(yunyn)和規(guī)律瓦斯噴出的原因 瓦斯噴出的規(guī)律 煤層或巖層的構(gòu)造裂縫中貯存有大量高壓瓦斯是引起礦井瓦斯噴出的內(nèi)在因素；在采掘過(guò)程中，由于爆破穿透、機(jī)械震動(dòng)或地壓活動(dòng)，使煤巖造成卸壓縫隙，構(gòu)成瓦斯噴出的通道是其外在因素 發(fā)生在地質(zhì)變化帶，瓦斯噴出前往往出現(xiàn)預(yù)兆 煤層頂、底板巖層中有溶洞、裂隙發(fā)育的石灰?guī)r 具有明顯的噴出口或裂隙 瓦斯噴出量有大有小，噴

4、出的持續(xù)時(shí)間從幾分鐘到幾年，甚至十幾年模塊四:瓦斯噴出和煤與瓦斯突出的防治 課題一：礦井瓦斯噴出防治共一百零六頁(yè)瓦斯噴出案例1 例如 中梁山煤礦南井390m水平北茅口灰?guī)r大巷握進(jìn)放炮時(shí)。與石灰?guī)r溶洞裂縫(兩條各寬10mm100mm）相遇。如圖4-1所示，隨炮響起一轟鳴聲，立即出現(xiàn)像壓氣管路破裂似的大量噴出瓦斯?！办F”氣彌漫漫，充滿整個(gè)回風(fēng)巷。兩小時(shí)后測(cè)得流量486m3/min，瓦斯噴出持續(xù)兩周，經(jīng)測(cè)試共噴出瓦斯3.6105；此處位于背斜構(gòu)造軸部，距斷層破壞(phui)帶約40m，茅口灰?guī)r則位于煤層群的底板。共一百零六頁(yè)圖4-1 中梁山(lin shn)南井390m水平北茅口大巷瓦斯噴出地點(diǎn)地質(zhì)

5、構(gòu)照示意圖共一百零六頁(yè) 2、 采掘卸壓如南桐煤礦三號(hào)層（層厚0.4m，傾角27，距地表310m）0307工作面回采了346m2時(shí)出現(xiàn)瓦斯涌出的“嘶嘶”聲，隨后出現(xiàn)底板破裂，裂縫寬達(dá)100mm，底板上鼓最高達(dá)0.6m，支柱折斷，瓦斯突然大量(dling)噴出。噴出的瓦斯使供風(fēng)量為200m3min的風(fēng)流逆轉(zhuǎn)距離達(dá)180 m，瓦斯?jié)舛仍?0以上，估計(jì)初期的瓦斯噴出量為500 m3min，4小時(shí)后為26m3min，噴出持續(xù)109小時(shí)，總噴出量為75100m3。這是典型的由卸壓產(chǎn)生裂隙及原有構(gòu)造裂隙張開(kāi)，形成卸壓瓦斯噴出的通道而引發(fā)的瓦斯噴出。 共一百零六頁(yè)噴出的瓦斯量和持續(xù)時(shí)間，決定于積存的瓦斯量和瓦

6、斯壓力，從幾m3到幾十萬(wàn)m3，幾分鐘到幾年，甚至幾十年。 瓦斯噴出的預(yù)兆，如風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?nngd)增加，或忽大忽小，嘶嘶的噴出聲，頂?shù)装鍋?lái)壓的轟鳴聲，煤層變濕、變軟等。共一百零六頁(yè) 目前看來(lái)，掘進(jìn)(jujn)巷道發(fā)生的這類噴出，一般都在距掘進(jìn)(jujn)工作面一定距離 (如20m30m）的巷道內(nèi)，表明這類噴出是發(fā)生在一定卸壓面積的條件下。 采煤工作面發(fā)生的這類噴出，則一般均在工作面推進(jìn)距開(kāi)切眼約13倍層間距，即卸壓瓦斯源所在鄰近層與開(kāi)采層的層間距13倍處。其原因則在于這類瓦斯噴出要具有一定的采掘面積時(shí)才能顯現(xiàn)卸壓，故而一般要在老頂來(lái)壓后一段距離才能實(shí)現(xiàn)。因此，層間距、噴出原的瓦斯壓力，層

7、間巖石力學(xué)性質(zhì)、采掘地壓以及地質(zhì)構(gòu)造的破壞程度等都影響到這類瓦斯噴出量的大小和持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短，而這類瓦斯噴出時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)則取決于噴出源的瓦斯壓力、裂隙分布狀態(tài)及其流動(dòng)阻力。共一百零六頁(yè)111.4 瓦斯噴出的防治(fngzh)措施 瓦斯噴出的防治(fngzh)措施探 堵 探明地質(zhì)構(gòu)造和瓦斯情況 排放或抽采瓦斯 把瓦斯引至總回風(fēng)流或工作面后20米以外的區(qū)域 將裂隙、裂縫等堵住，不讓瓦斯噴出 排 引 探測(cè)方法：1)巷道掘進(jìn)超前探測(cè)；2)對(duì)煤層底板進(jìn)行探測(cè)；3)對(duì)煤層頂板進(jìn)行探測(cè)4)兩幫或工作面內(nèi)部進(jìn)行探測(cè)；5)用于地面探測(cè)。適用范圍：1)礦井、隧道斷層及含水構(gòu)造探測(cè)；2)瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)域探測(cè)；3)煤

8、層異常變化帶；4)陷落柱及煤層夾矸探測(cè)5)工程地質(zhì)勘查(地基、巖溶、滑坡等)；6)洞體探測(cè)、考古工作等。雷達(dá)概念形成于20世紀(jì)初。雷達(dá)是英文radar的音譯，為Radio Detection And Ranging的縮寫，意為無(wú)線電檢測(cè)和測(cè)距。 共一百零六頁(yè)12 利用封堵縫口（瓦斯量小，裂縫不時(shí)），引排瓦斯、加強(qiáng)通風(fēng)等綜合措施(cush)治理噴出瓦斯。豎井(shjng)井壁瓦斯涌出 平巷瓦斯噴出_探_排_(tái)引_堵_法防治瓦斯噴出的實(shí)踐.caj共一百零六頁(yè)131.4 瓦斯(w s)噴出的防治措施 瓦斯(w s)噴出的防治措施探探明地質(zhì)構(gòu)造情況作業(yè)前利用打超前鉆孔等辦法，探明采掘區(qū)域與巷道（井）前方

9、的地質(zhì)構(gòu)造、溶洞裂隙的位置分布以及瓦斯的儲(chǔ)量 根據(jù)初期卸壓面積計(jì)算卸壓瓦斯量。 根據(jù)瓦斯壓力和洞縫大小預(yù)先制訂好防治噴出的設(shè)計(jì)與安全措施。 利用引排、封堵、抽放綜合治理 用通風(fēng)的辦法不能使瓦斯?jié)舛冉档皆试S濃度時(shí)，采用隔離瓦斯源的措施，利用專門通道把瓦斯排到安全地點(diǎn)。不能用引排罩時(shí)，可以考慮采用包幫包頂抽放和打鉆孔抽放瓦斯，鉆孔直徑為45110 mm。 若瓦斯噴出很強(qiáng)烈不能采用上述方法時(shí)，必須把噴出瓦斯巷道封閉。通過(guò)密閉墻把瓦斯抽出或引入回風(fēng)巷進(jìn)行抽放 嚴(yán)格通風(fēng)和瓦斯檢查制度，加強(qiáng)全員安全培訓(xùn)，抓好工程質(zhì)量。 加強(qiáng)管理工作 模塊四:瓦斯噴出和煤與瓦斯突出的防治 課題一：礦井瓦斯噴出防治共一百零六

10、頁(yè)4.1 煤與瓦斯突出概況 煤與瓦斯突出是礦井開(kāi)采中危險(xiǎn)性最大的災(zāi)害，是世界(shji)各主要產(chǎn)煤國(guó)突出礦井共同面臨的技術(shù)難題。 Exp:1834年3月22日，法國(guó)魯阿煤田，伊薩克礦井（世界上第一次有記錄的突出）。 1950年，遼源富國(guó)西二井（我國(guó)第一次有記錄的突出）。 最大的突出：前蘇聯(lián)（1969.7.19）：加加林礦，石門揭煤，1400t,250萬(wàn)m3瓦斯 。 中國(guó)（1975.8.8） ：三匯壩一井， 12780t,140萬(wàn)m3瓦斯 。共一百零六頁(yè)危害(wihi)： 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

11、、噴出的煤巖，造成煤流埋人。 4、猛烈的動(dòng)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(guó)已有282個(gè)突出礦井，截止1995年共發(fā)生了16000多次突出。共一百零六頁(yè)【礦井概況】 蘆嶺煤礦屬宿東煤田，井田東西走向長(zhǎng)8.2 km，傾斜3.6 km，面積29.5 km2，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1500 kt。從1988年起，對(duì)礦井進(jìn)行改擴(kuò)建，改擴(kuò)建后年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為2400 kt，2001年實(shí)現(xiàn)擴(kuò)建達(dá)產(chǎn)，實(shí)際生產(chǎn)能力為2460 kt。礦井開(kāi)拓方式為立井石門開(kāi)拓，分三個(gè)水平，其中，一水平標(biāo)高為400 m，二水平為590 m，三水平暫定700 m。礦井為高瓦斯突出礦井，2001年度礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為1

12、29.25 m3/min，相對(duì)涌出量為31.49 m3/t。礦井總進(jìn)風(fēng)量13000 m3/min。 礦井開(kāi)采煤層有8、9、10三層。其中，8煤平均厚度9.0 m，9煤平均厚度3.0m，8、9煤間距平均為3.5 m。采用聯(lián)合布置，在9煤底板巖石中布置采區(qū)上山及區(qū)段集中軌道平巷和集中運(yùn)煤平巷，采用斜上山與煤層的機(jī)、風(fēng)巷聯(lián)絡(luò)。10層煤平均厚度2.1 m，獨(dú)立布置。 煤與瓦斯突出(t ch)事故案例分析 共一百零六頁(yè)煤與瓦斯突出事故(shg)案例分析 共一百零六頁(yè)【突出強(qiáng)度】 突出時(shí)煤層底板距工作面法線垂距達(dá)11.2m，突出以小斷層弱面帶為突破口。經(jīng)事故后統(tǒng)計(jì)，這次煤、巖石與瓦斯突出突出煤巖量總計(jì)10

13、500 噸，突出瓦斯量為938.2 km3。填堵全巷道總長(zhǎng)度796 m，堆積煤厚超過(guò)200 mm以上巷道34 m(圖1)。拋出50 kg以上的巖塊達(dá)100多塊，其中重量超過(guò)5 噸的有2塊：其尺寸分別為2.150.81.35m3和2.10.81.5m3。 瓦斯逆流往東沖毀818車場(chǎng)三道正反向風(fēng)門，進(jìn)入81軌道上山及81運(yùn)輸上山，然后波及整個(gè)81采區(qū)；瓦斯流往西沖毀818巖石軌道巷2道正反向風(fēng)門，逆流至81返煤下山，進(jìn)入301皮帶機(jī)巷和82返煤皮帶巷，至82一區(qū)段皮帶機(jī)巷，波及8222工作面及8413等掘進(jìn)工作面，瓦斯逆流最遠(yuǎn)距離3120 m。煤與瓦斯突出(t ch)事故案例分析 共一百零六頁(yè)【突

14、出發(fā)生過(guò)程】818-3#溜煤斜巷在2001年6月施工818-3#聯(lián)巷時(shí)，已順帶撥門施工平巷4.7 m后停工，02年4月2日恢復(fù)施工。6日零點(diǎn)班（7日0-6時(shí)）出勤7人,驗(yàn)收員于7日3點(diǎn)30分去迎頭，看到頂板完好，錨桿眼已打完正在安裝錨桿，迎頭上部眼已打完，二臺(tái)鑿巖機(jī)正在打下部眼。 7日凌晨4時(shí)，1名工人尋找炮棍至81人行下口風(fēng)門時(shí)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)門有異常扇動(dòng)，隨即撤出；驗(yàn)收員在做炮泥時(shí)發(fā)現(xiàn)一股煙霧涌出，也隨即同撤離；兩名在石門卸碴子的工人同時(shí)跟著撤離現(xiàn)場(chǎng)。跟班的一位區(qū)隊(duì)工會(huì)主席在817軌道巷發(fā)現(xiàn)風(fēng)筒有異響，遂帶領(lǐng)該頭施工人員撤離，經(jīng)過(guò)石門變電所時(shí)，發(fā)現(xiàn)該處煤塵較大，能見(jiàn)度很低，他將工人帶至副井下口向礦

15、調(diào)度匯報(bào)后又只身返回，發(fā)現(xiàn)石門變電所段已被煤巖堵塞。此時(shí)，因風(fēng)流逆轉(zhuǎn)，高濃度瓦斯已波及81、82兩個(gè)采區(qū)。瓦斯逆流3120多米，事故兩小時(shí)后（6時(shí)30分）在風(fēng)井?dāng)U散口測(cè)定瓦斯?jié)舛葹?%，26小時(shí)后降到1%，58小時(shí)后才降到事故前的正常值，即到4月9日10時(shí)瓦斯?jié)舛炔沤档?.6%。煤與瓦斯突出事故(shg)案例分析 共一百零六頁(yè)煤與瓦斯(w s)突出事故案例分析 共一百零六頁(yè)【事故發(fā)生原因】 1蘆嶺礦以往石門揭煤均在底板鉆孔予抽兩年以后進(jìn)行的，而事故地點(diǎn)前后120 m范圍尚未進(jìn)行抽放，而煤層原始瓦斯壓力達(dá)4.10 Mpa。 2本區(qū)段煤層為特厚煤層，煤厚達(dá)10m以上，煤層軟分層發(fā)育，f=0.17，

16、且有連片發(fā)育的構(gòu)造煤存在，煤層瓦斯放散初速度p達(dá)13.08，煤層破壞程度高，為在突出后形成搬運(yùn)突出物的瓦斯流提供了條件。 3地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。盡管在巷道掘進(jìn)時(shí)預(yù)計(jì)煤層底板距工作面法線垂距達(dá)11.2 m左右，但有與突出煤層相連的小斷層存在，地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力是此次突出的主要因素。 4對(duì)II81四區(qū)段煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性認(rèn)識(shí)不足，石門揭煤局部防治措施編制不嚴(yán)密，在II81采區(qū)沒(méi)有按規(guī)定設(shè)置避難硐室和壓風(fēng)自救系統(tǒng)是煤與瓦斯突出導(dǎo)致傷亡事故的間接原因。 煤與瓦斯(w s)突出事故案例分析 共一百零六頁(yè)【點(diǎn)評(píng)】 蘆嶺煤礦過(guò)去未發(fā)生過(guò)特大型突出，也是此次突出造成事故的原因之一。過(guò)去從未發(fā)生過(guò)特大型突出，不能證明現(xiàn)在和

17、將來(lái)不會(huì)發(fā)生特大型突出。 此次事故進(jìn)一步證明了煤層是非均質(zhì)體，瓦斯突出分布是極不均勻的，瓦斯突出強(qiáng)度增加并不一定漸進(jìn)的，河南東平煤礦第一起突出發(fā)生在向斜軸附近，強(qiáng)度達(dá)1000t以上。因此, 在突出煤層采掘過(guò)程中加強(qiáng)地質(zhì)工作尤其重要。該頭在2001年6月施工的4.7 m平巷時(shí)已見(jiàn)鋁土層位異常，2002年4月3日刷邦時(shí)又發(fā)現(xiàn)鋁土層，但未能引起足夠的重視，在三號(hào)溜煤眼東西共120 m范圍內(nèi)，未進(jìn)行煤層賦存情況、地質(zhì)構(gòu)造探明工作。 基礎(chǔ)培訓(xùn)工作薄弱，部分職工對(duì)發(fā)生突出災(zāi)變后的避難知識(shí)掌握不牢固，不能自覺(jué)配帶自救器逃生，致使災(zāi)變發(fā)生后該區(qū)域多名作業(yè)人員因缺氧受到不同程度傷害；同時(shí)，由于II81二區(qū)段五號(hào)

18、溜煤眼的安全防護(hù)設(shè)施不完善，致使災(zāi)變發(fā)生后，掘進(jìn)二區(qū)副隊(duì)長(zhǎng)在組織工人逃生時(shí)誤墜該溜煤眼身亡。煤與瓦斯突出事故(shg)案例分析 共一百零六頁(yè)232.1 突出現(xiàn)象(xinxing)及分類 機(jī)理(j l)的復(fù)雜性、發(fā)生的突然性、過(guò)程的快速性、后果的嚴(yán)重性按照動(dòng)力現(xiàn)象的力學(xué)特征煤與瓦斯突出 簡(jiǎn)稱突出煤與瓦斯的突然壓出簡(jiǎn)稱壓出煤與瓦斯的突然傾出 簡(jiǎn)稱傾出巖石與二氧化碳（瓦斯）突出 統(tǒng)稱為煤與瓦斯突出模塊四:瓦斯噴出和煤與瓦斯突出的防治 課題二：礦井煤與瓦斯噴出防治(一) 共一百零六頁(yè)242.1 突出(t ch)現(xiàn)象及分類 煤與瓦斯(w s)突出突出的煤向外拋出距離較遠(yuǎn)，具有明顯的分選現(xiàn)象；拋出的煤堆積

19、角小于煤的自然安息角；拋出的煤破碎程度高，含有大量的塊煤和手捻無(wú)粒感的煤粉有大量的瓦斯涌出，瓦斯涌出量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)突出煤的瓦斯含量，有時(shí)會(huì)使風(fēng)流逆轉(zhuǎn)；有明顯的動(dòng)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；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(dòng)突出的主要作用力是地應(yīng)力和瓦斯壓力的聯(lián)合作用，通常以地應(yīng)力為主，瓦斯壓力為輔，重力不起決定作用；實(shí)現(xiàn)突出的基本能源是煤內(nèi)積蓄的高壓瓦斯?jié)撃?。突出的基本特征為?dòng)力來(lái)源模塊四:瓦斯噴出和煤與瓦斯突出的防治 課題二：礦井煤與瓦斯噴出防治(一) 突出共一百零六頁(yè)252.1 突出現(xiàn)象(xinxing)及分類 煤與瓦斯(w s)突出基本特征

20、圖示動(dòng)畫演示模塊四:瓦斯噴出和煤與瓦斯突出的防治 課題二：礦井煤與瓦斯噴出防治(一) 突出共一百零六頁(yè)262.1 突出現(xiàn)象(xinxing)及分類 煤與瓦斯(w s)壓出壓出有兩種形式，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較??；壓出的煤呈塊狀，無(wú)分選現(xiàn)象；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；巷道瓦斯（二氧化碳）涌出量增大；壓出可能無(wú)孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞。發(fā)動(dòng)與實(shí)現(xiàn)壓出的主要作用力是地應(yīng)力，瓦斯壓力與煤的自重是次要因素，壓出的基本能源是煤巖所積蓄的彈性變形能?；咎卣鲃?dòng)力來(lái)源模塊四:瓦斯噴出和煤與瓦斯突出的防治 課題二：礦井煤與瓦

21、斯噴出防治(一) 壓出共一百零六頁(yè)272.1 突出現(xiàn)象(xinxing)及分類 煤與瓦斯(w s)壓出的基本特征圖示模塊四:瓦斯噴出和煤與瓦斯突出的防治 課題二：礦井煤與瓦斯噴出防治(一) 壓出共一百零六頁(yè)282.1 突出現(xiàn)象(xinxing)及分類 煤與瓦斯(w s)傾出巷道瓦斯（二氧化碳）涌出量明顯增加。傾出的煤按自然安息角堆積，并無(wú)分選現(xiàn)象；傾出常發(fā)生在煤質(zhì)松軟的急傾斜煤層中；無(wú)明顯動(dòng)力效應(yīng)；傾出的孔洞呈孔大腔小，孔洞軸線沿煤層傾斜或鉛垂（厚煤層）方向發(fā)展；發(fā)生傾出的主要因素是地應(yīng)力，即結(jié)構(gòu)松軟、含有瓦斯致使內(nèi)聚力降低的煤，在較高地應(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

22、，實(shí)現(xiàn)傾出的主要力是失穩(wěn)煤的自重?；咎卣鲃?dòng)力來(lái)源模塊四:瓦斯噴出和煤與瓦斯突出的防治 課題二：礦井煤與瓦斯噴出防治(一) 傾出共一百零六頁(yè)292.1 突出現(xiàn)象(xinxing)及分類 煤與瓦斯(w s)傾出的基本特征圖示模塊四:瓦斯噴出和煤與瓦斯突出的防治 課題二：礦井煤與瓦斯噴出防治(一) 傾出共一百零六頁(yè)302.1 突出現(xiàn)象(xinxing)及分類 巖石與瓦斯(w s)突出在砂巖中進(jìn)行爆破時(shí)，在炸藥直接作用范圍外發(fā)生巖石破壞、拋出等現(xiàn)象。突出的砂巖中，含有大量的砂粒和粉塵。動(dòng)力效應(yīng)明顯，破壞性較強(qiáng)。有突出危險(xiǎn)的砂巖巖層松軟，呈片狀、碎屑狀，并具有較大的孔隙率和二氧化碳（瓦斯）含量。巷道的

23、二氧化碳（瓦斯）涌出量增大，二氧化碳（瓦斯）量取決于拋出的巖量及二氧化碳（瓦斯）含量。在巖體中形成與煤與瓦斯突出類似的孔洞。發(fā)生突出的主要?jiǎng)恿κ堑貞?yīng)力，實(shí)現(xiàn)突出的基本能源是巖石的變形能、瓦斯內(nèi)能?；咎卣鲃?dòng)力來(lái)源模塊四:瓦斯噴出和煤與瓦斯突出的防治 課題二：礦井煤與瓦斯噴出防治(一) 突出共一百零六頁(yè)31 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)(tdin)：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。2.3 特點(diǎn)A 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

24、與氣體兩相混合流，可以流動(dòng)到很遠(yuǎn)處。突出物的堆積特征：分選、沉積輪回，堆積角安息角（3540）共一百零六頁(yè)32突出物的破碎特征：產(chǎn)生大量手捻無(wú)顆粒的微塵。瓦斯量：突出瓦斯量（m3/t煤）瓦斯含量(hnling)；噴孔孔形狀：口小內(nèi)大的梨形 （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?重力。B 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。共一百零六頁(yè)33突出物的堆積特征：就地堆積（or很近距離）、無(wú)分選性、無(wú)沉積輪回，安息角（3540）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(

25、hnling)；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）、C 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； 共一百零六頁(yè)34突出物的堆積特征： 就地堆積（or很近距離）、 無(wú)分選性、無(wú)沉積輪回， 安息角（3540）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(bin xng)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。共一百零六頁(yè)35 三類動(dòng)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

26、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。2.4 按強(qiáng)度分類 強(qiáng)度-每次動(dòng)力現(xiàn)象拋出(po ch)的煤（巖）數(shù)量（t or m3為單位）和瓦斯量(m3)。 A 小型突出：強(qiáng)度50t/次（突出后，幾十min，瓦斯?jié)舛然謴?fù)正常）； B 中型突出：5099 t/次（突出后，幾小時(shí)，瓦斯?jié)舛然謴?fù)正常）； C 次大型突出：100499 t/次（突出后，一天，瓦斯?jié)舛然謴?fù)正常）；共一百零六頁(yè)36 D 大型突出：500999 t/次（突出后，幾天，瓦斯?jié)舛然謴?fù)正常）； E 特大型突出：1000 t/次（突出后，很長(zhǎng)時(shí)間，瓦斯?jié)舛然謴?fù)正常）。2.5 突出危險(xiǎn)程度(chngd)劃分 A 突出礦

27、井和突出煤層：礦井在采掘過(guò)程中，只要發(fā)生過(guò)1次煤（巖）與瓦斯突出（簡(jiǎn)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。 B 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(cè)可劃分為突出危險(xiǎn)區(qū)和突出威脅區(qū)。 C 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(cè)。共一百零六頁(yè)373 煤與瓦斯突出機(jī)理3.1 突出原因假說(shuō) 怎樣發(fā)生？原因何在？過(guò)程如何？3.1.1 瓦斯作用說(shuō) 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(wndng)的多聚甲烷（ CH4 ）n）或結(jié)晶水合物（ 可燃冰 ），當(dāng)煤層揭開(kāi)后， 促使它們急劇分解

28、，從而放出大量瓦斯并夾帶大量煤炭而噴出。共一百零六頁(yè)383.1.2 地應(yīng)力作用說(shuō) 突出主要是高地應(yīng)力作用結(jié)果。3.1.3 綜合作用說(shuō) 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(shuō) 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(trn)釋放引起工作面煤體的高速破碎。共一百零六頁(yè)激發(fā)突出的第一條件(tiojin) 對(duì)于回采 對(duì)于掘進(jìn) 對(duì)于石門揭煤式中 W-煤的變形能； -頂板巖石動(dòng)能； Q-煤內(nèi)游離瓦斯所含的內(nèi)能； F-煤向巷道移動(dòng)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。共一百零六頁(yè)激發(fā)突出的第三

29、條件式中 P-瓦斯壓力(yl)； s-煤破碎區(qū)段的橫斷面積； f-煤沿某一表面移動(dòng)時(shí)，該面的摩擦系數(shù)； -煤沿某一表面移動(dòng)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(dòng)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。共一百零六頁(yè)412）地應(yīng)力分布不均說(shuō) 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?，產(chǎn)生一種脆弱(curu)的平

30、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。共一百零六頁(yè)42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(ync)，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。共一百零六頁(yè) 二、力能計(jì)算 1

31、、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(dòng)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(fngxing) 水平方向 地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力： 水平方向 采動(dòng)集中應(yīng)力： 鉛垂方向 煤的自重力： 鉛垂方向共一百零六頁(yè) 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(guò)程中破碎(p su)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； -煤的平均應(yīng)力,Mpa；1 、2、 3-分別為三個(gè)方向的主應(yīng)力，Mpa； 、E-分別為煤的泊松比和彈性模量。共一百零六頁(yè) 3、瓦斯內(nèi)能

32、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(guò)程： 突出瞬間，膨脹瓦斯屬于等溫過(guò)程；破碎煤脫離煤體后，屬于多變過(guò)程；最后接近絕熱過(guò)程。 根據(jù)熱力學(xué)，可推得一噸煤瓦斯膨脹內(nèi)能計(jì)算(j sun)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(guò)程指數(shù)。共一百零六頁(yè)463.2 突出過(guò)程及特點(diǎn)3.2.1 突出發(fā)生(fshng)過(guò)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(guò)載的脆弱平衡狀態(tài)。 特點(diǎn)：工作面煤壁內(nèi)形成高 和 ，呈現(xiàn)出多種有聲或無(wú)聲的預(yù)兆。時(shí)間有長(zhǎng)，有短。（2）激發(fā)階段 特點(diǎn)：地應(yīng)力狀態(tài)突然改

33、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。共一百零六頁(yè)47（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(bl)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(guò)程主要是瓦斯內(nèi)能作功的過(guò)程。 c）煤的剝離與破碎具有脈沖特性，存在多輪回過(guò)程。共一百零六頁(yè)48（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

34、(ds)，突出物支撐建立起新的拱平衡；孔洞內(nèi)瓦斯壓力因堵塞(ds)而升高， 和 下降 ，不足以破壞煤體。3.2.2 地應(yīng)力和瓦斯壓力在突出過(guò)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(duì)煤體進(jìn)行剝離、破碎；共一百零六頁(yè)49 c）影響煤體內(nèi)部裂隙(li x)系統(tǒng)的閉合程度和生成新的裂隙(li x)。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。共一百零六頁(yè)4 采掘工作面瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象的特點(diǎn) 采掘面的類型對(duì)突出諸因素的邊界條

35、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(dòng)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(qingd)大，概率高，典型突出次數(shù)最多。50共一百零六頁(yè)一、石門突出 類型：（1）放炮揭開(kāi)煤層時(shí)的突出； （2）過(guò)煤門時(shí)的突出； （3）自行沖破巖柱的突出。 其中，放炮揭開(kāi)煤層時(shí)的突出所占的比例最大。1、揭煤與過(guò)煤門時(shí)的突出 exp1： exp2：原因(yunyn)：采掘應(yīng)力疊加。石門共一百零六頁(yè) 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(guò)程：準(zhǔn)備、發(fā)動(dòng)、發(fā)展、終止。 延期時(shí)間：幾十分鐘

36、 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(bol)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(dòng)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(guò)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。共一百零六頁(yè)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(yunyn)： 地應(yīng)力方面：缺少像石門那樣硬巖約束條件，即無(wú)能量積累的過(guò)程條件。限制了合成和 增大。 瓦斯方面：工作面前方煤體的CH4和平 遠(yuǎn)低于石門工

37、作面前方煤體。因?yàn)橥咚古欧艜r(shí)間長(zhǎng)。三、上山突出 傾出所占比例增多。 煤的自重在動(dòng)力現(xiàn)象中起作用。共一百零六頁(yè)四、下山突出 主要是突出和壓出。 煤的自重在動(dòng)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?t q)群區(qū)域；煤厚及傾角突然變化區(qū)。共一百零六頁(yè)5 突出(t ch)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(kāi)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

38、老虎(loh)臺(tái)礦） 一般地，礦井始突深度均大于瓦斯風(fēng)化帶深度；隨著開(kāi)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。共一百零六頁(yè)3、突出需具有一定的瓦斯含量(hnling)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 0.74 MPa。 可按下式估算： 式中：f-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?。琍min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(dòng)形成集中應(yīng)力帶 共一百零六頁(yè)6、上山掘進(jìn)比下山掘容易突出，突出次數(shù)隨著煤

39、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。姑簤m增大，工作面氣溫下降，氣味(qwi)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(wú)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。共一百零六頁(yè)共一百零六頁(yè)防治突出技術(shù)歸納為“四位一體”的綜合性防突措施(cush)：突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)；防治突出措施；防突措施的效果檢驗(yàn)安全防護(hù)措施。共一百零六頁(yè)6 區(qū)域性防突措施(cush)防突措施分類：按作用范圍劃分：區(qū)域性防突措施

40、、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(jio d)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(kāi)采保護(hù)層、預(yù)抽煤層瓦斯、煤層注水。共一百零六頁(yè)一、開(kāi)采保護(hù)層 保護(hù)層：在突出礦井中，預(yù)先(yxin)開(kāi)采的、能使其它相鄰有突出危險(xiǎn)的煤層受到采動(dòng)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(kāi)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

41、的叫下保護(hù)層。保護(hù)層被保護(hù)層被保護(hù)層共一百零六頁(yè) 保護(hù)層開(kāi)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(guó)家都采用該措施，我國(guó)1958年成功使用此技術(shù)，目前開(kāi)采保護(hù)層的礦井(kungjng)占突出礦井(kungjng)總數(shù)的26%。1、保護(hù)作用分析 為什么保護(hù)層開(kāi)采后，能有效消除煤層突出危險(xiǎn)性？ 覆巖破壞移動(dòng)(ydng)分帶示意圖 I冒落帶 II斷裂帶 III彎曲帶a豎向裂隙 b離層裂隙共一百零六頁(yè)保護(hù)作用(zuyng)過(guò)程： （a）保護(hù)層開(kāi)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(dòng)，發(fā)生頂板冒落下沉，底板鼓起，同時(shí)產(chǎn)生大小

42、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?。共一百零六?yè)開(kāi)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(micng)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(cè)定，開(kāi)采保護(hù)層后，被保護(hù)層的煤硬度系數(shù)由0.30.5增加到1.01.5。 所以，保護(hù)層開(kāi)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(kāi)采被保護(hù)

43、層時(shí)，不再會(huì)發(fā)生煤與瓦斯突出。共一百零六頁(yè)2、保護(hù)范圍劃分 保護(hù)范圍：指保護(hù)層開(kāi)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(guò)(tnggu)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。（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)。共一百零六頁(yè)（2） 沿傾斜的保護(hù)范圍(fnwi) 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。 為巖石卸壓角，查表得出。保護(hù)層被保護(hù)層被保護(hù)層1324保護(hù)(boh)線共一百零六頁(yè)（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(micng)之間垂直距離的三倍，至少不小于100m。 目的：使被保護(hù)層

44、能充分卸壓和排放瓦斯。保護(hù)層被保護(hù)層被保護(hù)層h1L3h1L100mL3h2L100mh2共一百零六頁(yè)（4）煤柱的影響 保護(hù)層開(kāi)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(zngji)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。60456045煤柱影響區(qū)影響區(qū)共一百零六頁(yè)3、抽放卸壓瓦斯擴(kuò)大保護(hù)范圍 隨著開(kāi)采深度的增加，地應(yīng)力、瓦斯壓力、瓦斯含量增高，為了(wi le)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(kāi)采，抽放卸壓瓦斯是可以對(duì)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

45、。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(kāi)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。共一百零六頁(yè)4、選擇保護(hù)層的原則 （1）首先選擇無(wú)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(ynx)采用的最小層間距； M-保護(hù)層厚度； k- 系數(shù)。共一百零六頁(yè) （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(kāi)采保護(hù)層應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題(wnt) （1）盡量不在保護(hù)層采空區(qū)留

46、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(kāi)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。保護(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。共一百零六頁(yè)二、預(yù)抽煤層瓦斯 應(yīng)用：無(wú)保護(hù)層可采、單一突出煤層開(kāi)采。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)預(yù)抽瓦斯有效果(xiogu)時(shí)。 我國(guó)實(shí)施此措施的礦井占突出礦井總數(shù)的21%以上。共一百零六頁(yè)1、防突機(jī)理 通過(guò)向突出煤層內(nèi)打大量的密集(mj)鉆孔，達(dá)到：鉆孔造成煤層局部卸壓；通過(guò)鉆孔排放瓦斯，釋放煤層瓦斯?jié)撃?；通過(guò)長(zhǎng)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

47、性和煤的堅(jiān)固性系數(shù)增加。共一百零六頁(yè)2、適用(shyng)條件與考察指標(biāo)適用條件：突出煤層，4.010-2 m2/(MPa2.d)。要求指標(biāo)： （1）瓦斯抽放率 30%； （2）PCH4(殘余)0.8 PCH4 或 XCH4(殘余)0.8 XCH4； （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 孔共一百零六頁(yè)（1）鉆孔數(shù)量穿層鉆孔： 沿層鉆孔：式中：L-沿走向鉆孔控制(kngzh)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(zun kn)共一百零六頁(yè)（2）鉆孔間距 一般根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)考察

48、確定。無(wú)考察數(shù)據(jù)時(shí)可根據(jù)煤層瓦斯涌出規(guī)律，采用(ciyng)下式計(jì)算： 對(duì)于沿層上向或水平平行鉆孔： 對(duì)于穿層鉆孔：共一百零六頁(yè)三、煤層注水應(yīng)用：主要應(yīng)用于回采(huci)工作面。1、注水防突機(jī)理2、注水工藝 打鉆、封孔、注水共一百零六頁(yè)3、注水防突指標(biāo) 保證煤層充分濕潤(rùn)，且煤體濕潤(rùn)均勻，水份(shu fn)5%，注水量 0.02 0.04 m3/t煤。4、鉆孔布置 單排平行沿層鉆孔。5、鉆孔參數(shù) 1）孔徑 42100mm。 2）孔長(zhǎng)，決定于階段斜長(zhǎng)及煤層地質(zhì)變化。 3）封孔長(zhǎng)度 鉆孔濕潤(rùn)半徑的 1.11.2 倍。 4）注水壓力 過(guò)高：使煤沿弱面破裂，造成水流失。 過(guò)低：注不進(jìn)水，達(dá)不到濕潤(rùn)效

49、果。 應(yīng)做到：“壓而不裂，注而不漏”R共一百零六頁(yè) 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(shnd)； -鉆孔與水平面的夾角； -覆巖的平均密度； l-鉆孔長(zhǎng)度； -“+”表示下向孔，“-”表示上向孔。共一百零六頁(yè)6、注意事項(xiàng)（1）對(duì)于濕潤(rùn)性差的煤，注水中可加一定濃度的濕潤(rùn)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(yuxio)半徑確定；（5）對(duì)于難注水煤層，盡量采用“間歇注水”。共一百零六頁(yè)4.7 巖石(ynsh)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

50、: 我國(guó)，70多次大型突出中，80%發(fā)生在巖巷揭煤過(guò)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(kāi)突出煤層(micng)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(cè)孔和測(cè)壓孔的設(shè)計(jì)；共一百零六頁(yè)B）打至少兩個(gè)(lin )穿透煤層全厚的探測(cè)孔；C）測(cè)定煤層瓦斯壓力；D）進(jìn)行煤層突出危險(xiǎn)預(yù)測(cè)；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(kāi)突出危險(xiǎn)煤層。10m5m石門被揭煤層共一百零六頁(yè)突出煤層石門(sh mn)揭煤作業(yè)程序（一）探明揭煤工作面和煤層的相對(duì)位置；（二）在與煤層保持適當(dāng)距離

51、的位置進(jìn)行工作面預(yù)測(cè)（或區(qū)域驗(yàn)證）；（三）工作面預(yù)測(cè)（或區(qū)域驗(yàn)證）有突出危險(xiǎn)時(shí)，采取工作面防突措施；（四）實(shí)施工作面措施效果檢驗(yàn)；（五）掘進(jìn)至遠(yuǎn)距離爆破揭穿煤層前的工作面位置，采用工作面預(yù)測(cè)或措施效果檢驗(yàn)的方法進(jìn)行最后(zuhu)驗(yàn)證；（六）采取安全防護(hù)措施并用遠(yuǎn)距離爆破揭開(kāi)或穿過(guò)煤層（七）在巖石巷道與煤層連接處加強(qiáng)支護(hù)。共一百零六頁(yè)石門和立井、斜井工作面從掘進(jìn)至距突出煤層(micng)的最小法向距離5m開(kāi)始，必須采用物探或鉆探手段邊探邊掘，保證工作面到煤層的最小法向距離不小于遠(yuǎn)距離爆破揭開(kāi)突出煤層前要求的最小距離。采用遠(yuǎn)距離爆破揭開(kāi)突出煤層時(shí)，要求石門、斜井揭煤工作面與煤層間的最小法向距離是

52、：急傾斜煤層2m，其它煤層1.5m。要求立井揭煤工作面與煤層間的最小法向距離是：急傾斜煤層1.5m，其它煤層2m。如果巖石松軟、破碎，還應(yīng)適當(dāng)增加法向距離。共一百零六頁(yè) 根據(jù)工作面巖層情況，實(shí)施(shsh)工作面防突措施時(shí)要求揭煤工作面與突出煤層間的最小法向距離為：預(yù)抽瓦斯、排放鉆孔及水力沖孔均為5m，金屬骨架、煤體固化措施為2m。當(dāng)井巷斷面較大、巖石破碎程度較高時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)加大距離。 石門揭煤工作面鉆孔的控制范圍是：石門的兩側(cè)和上部輪廓線外至少5m，下部至少3m。85共一百零六頁(yè)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，

53、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?，從而使鉆孔(zun kn)一定范圍內(nèi)煤的喪失突出能力。5m石門被揭煤層共一百零六頁(yè)共一百零六頁(yè)具體(jt)要求 石門揭煤工作面采用水力沖孔防突措施時(shí)，鉆孔應(yīng)至少控制自揭煤巷道至輪廓線外35m的煤層，沖孔順序?yàn)橄葲_對(duì)角孔后沖邊上孔，最后沖中間孔。水壓(shu y)視煤層的軟硬程度而定。石門全斷面沖出的總煤量（t）數(shù)值不得小于煤層厚度（m）乘以20。若有鉆孔沖出的煤量較少時(shí)，應(yīng)在該孔周圍補(bǔ)孔。88共一百零六頁(yè) 2、適用條件 有自噴

54、能力的突出危險(xiǎn)煤層。 3、施工工藝 4、參數(shù) 水壓 3 5 Mpa，水流量 40 50 m3/h。 三、排放鉆孔(zun kn) 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。5m石門被揭煤層共一百零六頁(yè)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(pili)的鉆孔，鉆取煤炭，并將煤層中的瓦斯經(jīng)過(guò)鉆孔長(zhǎng)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?，從而消除石門揭煤的突出危險(xiǎn)。2、基本要求 巖柱厚度5m，范圍 輪廓線外 7 8 m?？拙啵簺Q定于煤層煤層透氣性。要求：煤層瓦斯壓力降低到

55、1.0 MPa 以下共一百零六頁(yè)共一百零六頁(yè)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75100mm鉆孔，進(jìn)入巖層0.5m，孔距0.2m，插入(ch r)鋼管或鋼軌。(23)m石門被揭煤層石門煤層金屬骨架共一百零六頁(yè)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(guò)程中金屬(jnsh)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(dòng)。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 1.0 m 孔距：0.3 m（單排） 0.2m（雙排）4、適用條件 45的薄及中厚煤層。共一百零六頁(yè)五、震動(dòng)放炮 震動(dòng)放炮是采用增加炮眼數(shù)和裝藥量，一次爆破揭開(kāi)煤層并成巷的爆破方法。 1、作用(zuyng)機(jī)理 因爆破震動(dòng)，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(dòng)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(dòng)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；共一百零六頁(yè) (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(zhǎng)； (4