1.2 采掘工作面瓦斯动力现象的特点

1、采掘面的类型对突出诸因素的边界条件及在煤层采掘面的类型对突出诸因素的边界条件及在煤层 内空间与时间上的分布产生重大影响，因此各类内空间与时间上的分布产生重大影响，因此各类 工作面的动力现象具有不同的特点工作面的动力现象具有不同的特点。 l石门突出石门突出 l平巷（煤巷掘进面）突出平巷（煤巷掘进面）突出 l上山突出上山突出 l下山突出下山突出 l采煤工作面突出采煤工作面突出 l钻孔突出钻孔突出 1.2.1 1.2.1 石门突出石门突出 爆破揭开煤层时的突出爆破揭开煤层时的突出 延期突出延期突出 过煤门时的突出过煤门时的突出 自行冲破岩柱的突出自行冲破岩柱的突出 石门石门 石门突出石门突出 石门突

2、出石门突出 石门突出石门突出 石门突出石门突出 石门突出石门突出 石门突出石门突出 石门突出石门突出 石门突出石门突出 一、爆破揭开煤层时的突出爆破揭开煤层时的突出 1 1、突出原因、突出原因 围岩的透气性煤层围岩的透气性煤层 ，保存着原始的高瓦斯压力。，保存着原始的高瓦斯压力。 放炮揭开煤层的瞬间，煤体地应力状态突然改变，新放炮揭开煤层的瞬间，煤体地应力状态突然改变，新 暴露面的煤体内瓦斯压力梯度达到最大值。暴露面的煤体内瓦斯压力梯度达到最大值。 煤层新暴露部分在很高的瓦斯压力和一定的地应力共煤层新暴露部分在很高的瓦斯压力和一定的地应力共 同作用下，如果这部分煤属同作用下，如果这部分煤属类或

3、类或类破坏结构，其类破坏结构，其 力学强度较弱，就可能造成暴露煤壁的表层突然破碎，力学强度较弱，就可能造成暴露煤壁的表层突然破碎， 破碎的煤被膨胀着的高压瓦斯所携带抛向巷道。破碎的煤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。如果这种连锁破碎抛出过程使突出向煤体深部扩展。如果 是急倾斜煤层，上悬煤体还有重力参与，突出向上方是急倾斜煤层，上悬煤体还有重力参与，突出向上方 伸展。伸展。 2 2、特点、特点 （1 1）靠近突出点一段距离的直巷几乎被突出煤岩）靠近突出点一段距离的直巷几乎被突出煤岩 堵满，弯曲巷道或上山中也有堆积；堵满，弯曲巷道或上山中也有堆积； （2

4、 2）有时只有煤层的某一分层或某几个分层突）有时只有煤层的某一分层或某几个分层突 出，突出孔只沿这些分层扩展，煤层的其他分层出，突出孔只沿这些分层扩展，煤层的其他分层 以及围岩基本上没有显著的位移和破坏；以及围岩基本上没有显著的位移和破坏； （3 3）突出孔位置和深度主要受瓦斯压力和煤结）突出孔位置和深度主要受瓦斯压力和煤结 构分布的控制，在急倾斜煤层，因重力参与，对构分布的控制，在急倾斜煤层，因重力参与，对 突出孔的发育方向有较大影响。因此，在许多大突出孔的发育方向有较大影响。因此，在许多大 突出中，突出孔往往深入到巷道集中应力带以外突出中，突出孔往往深入到巷道集中应力带以外 很远，深度超过

5、很远，深度超过1010米以上，个别达米以上，个别达6060米。米。 3 3 、预防措施、预防措施 预防揭开石门时发生突出最主要的是采取预防揭开石门时发生突出最主要的是采取预预 排巷道周边一定范围内瓦斯排巷道周边一定范围内瓦斯的措施。的措施。 对于由底板方向揭开煤层的石门，应重点对于由底板方向揭开煤层的石门，应重点 预排石门顶帮煤体的瓦斯；预排石门顶帮煤体的瓦斯； 对于从顶板方向揭开煤层的石门，预排包对于从顶板方向揭开煤层的石门，预排包 括石门底部煤体在内的石门四周煤体的瓦括石门底部煤体在内的石门四周煤体的瓦 斯。斯。 二、延期突出延期突出 通常意义上的突出，一般在几秒到几十秒以内即可完成，但通

6、常意义上的突出，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，是延期突出所需要的时间较长，在放震动炮后迟延一段时间在放震动炮后迟延一段时间 突然发生，突然发生，有的达几小时到十几小时。有的达几小时到十几小时。对安全生产威胁很大。对安全生产威胁很大。 1 1、延期突出原因、延期突出原因 还没有完全研究清楚，但与地质构造应力有密切还没有完全研究清楚，但与地质构造应力有密切 关系。我国的这类突出，大多发生在关系。我国的这类突出，大多发生在煤结构不均煤结构不均 的地质构造应力带内的地质构造应力带内。 放炮时未突出，是由于此时内部条件未成熟，还放炮时未突出，是由于此时内部条件未成熟，还

7、 需要一定的时间才能使突出的条件完备起来，在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，产生这段时间煤层内发生着一定的变化，产生能量的能量的 积累过程。积累过程。 决定的因素可能是新煤壁内存在着承载能决定的因素可能是新煤壁内存在着承载能 力比较大的力比较大的硬煤包裹体硬煤包裹体，它在爆破时以及，它在爆破时以及 爆破后一定时间内抗住已升高的载荷和瓦爆破后一定时间内抗住已升高的载荷和瓦 斯压力的作用，并斯压力的作用，并继续积蓄弹性能继续积蓄弹性能。如果如果 爆破后没有及时支护或支护不合格，煤壁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

8、的稳定性就会随时间而逐步降低，硬煤体 的应力逐渐升高，当它处于过载应力状态的应力逐渐升高，当它处于过载应力状态 还得不到足够支护时，煤体便突然破碎，还得不到足够支护时，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。加，导致突出的发生。 另一种观点认为，另一种观点认为，延期的原因是由于延期的原因是由于 爆破效果不好爆破效果不好（与炮眼利用率和工作（与炮眼利用率和工作 面形状有关），或爆破设计不符合实面形状有关），或爆破设计不符合实 际，巷道断面内硬的支撑煤体未被破际，巷道断面内硬的支撑煤体未被破 碎，形成不稳定的力平衡所致。碎，形

9、成不稳定的力平衡所致。 2 2、预防措施、预防措施 查清地质，预排瓦斯，查清地质，预排瓦斯，适当爆破适当爆破，加强支，加强支 护。护。 制定适合具体条件的爆破设计，保证达到制定适合具体条件的爆破设计，保证达到 85%85%90%90%的炮眼利用率的炮眼利用率，保证爆出规定，保证爆出规定 的断面，并使巷道周边一定的范围内的煤的断面，并使巷道周边一定的范围内的煤 体得到适当的震动，震裂坚硬的支撑体，体得到适当的震动，震裂坚硬的支撑体， 使巷道周边煤体内的瓦斯得到某种程度的使巷道周边煤体内的瓦斯得到某种程度的 排放，形成一个保护带，以防止这类突出。排放，形成一个保护带，以防止这类突出。 3 3、延期

10、突出的实质、延期突出的实质 放炮后，突出的准备阶段尚未结束，在此期间煤放炮后，突出的准备阶段尚未结束，在此期间煤 层内发生层内发生不稳定的蠕变不稳定的蠕变，新暴露面附近煤内产生，新暴露面附近煤内产生 能量积累。能量积累。 新暴露煤壁支承能力较大，能承受爆破时已升高新暴露煤壁支承能力较大，能承受爆破时已升高 的载荷和瓦斯压力作用，并继续积蓄弹性能。的载荷和瓦斯压力作用，并继续积蓄弹性能。 当震动放炮不规范时，煤壁的稳定性降低，使地当震动放炮不规范时，煤壁的稳定性降低，使地 应力大大升高，直至处于过载应力状态。应力大大升高，直至处于过载应力状态。 煤体突然破碎，瓦斯压力的推力也因煤体破碎裂煤体突然

11、破碎，瓦斯压力的推力也因煤体破碎裂 隙增加而成倍增加，导致突出的发生。隙增加而成倍增加，导致突出的发生。 三、过煤门时的突出三、过煤门时的突出 1 1、发动过程与机理、发动过程与机理 同延期突出很相似，它的发动在很大程度上也决同延期突出很相似，它的发动在很大程度上也决 定于定于地压的显现。地压的显现。这类突出有相当一部分是以地这类突出有相当一部分是以地 应力为主导力发动的，其根据是：应力为主导力发动的，其根据是： 1 1）巨大的岩石颤动作用所表现的围岩的震荡）巨大的岩石颤动作用所表现的围岩的震荡 过程；过程； 2 2）突出后煤层的厚度减小（顶底板有明显相）突出后煤层的厚度减小（顶底板有明显相

12、互接近现象）；互接近现象）； 3 3）顶底板的厚弹性岩层形成深裂缝；）顶底板的厚弹性岩层形成深裂缝； 4 4）突出孔在几个分层内发育；）突出孔在几个分层内发育； 5 5）煤、岩的某些压出表现；）煤、岩的某些压出表现； 6 6）突出后，有的煤层顶底板合在一起，看）突出后，有的煤层顶底板合在一起，看 不到突出孔和原来的煤层；不到突出孔和原来的煤层； 7 7）突出孔的体积比突出固体物小很多，一）突出孔的体积比突出固体物小很多，一 般前者为后者的般前者为后者的1/21/41/21/4，有时甚至看不到，有时甚至看不到 孔洞，全为位移煤及突出煤所充满；孔洞，全为位移煤及突出煤所充满； 8 8）支架折断，支

13、护破裂等；）支架折断，支护破裂等； 9 9）由于地应力大，煤层透气系数低，放炮）由于地应力大，煤层透气系数低，放炮 前瓦斯涌出很小，呈现安全假象。前瓦斯涌出很小，呈现安全假象。 2 2、突出强度较大、突出强度较大 有的达几千吨，对安全生产的威胁很大。有的达几千吨，对安全生产的威胁很大。 原因之一：原因之一：石门断面一般都较大，故突出物抛出石门断面一般都较大，故突出物抛出 的阻力较小，突出的终止较难，这是突出强度比的阻力较小，突出的终止较难，这是突出强度比 较大的原因之一。较大的原因之一。 原因之二：原因之二：煤层揭开时，由于高地应力的作用，煤层揭开时，由于高地应力的作用， 煤的透气性很低，因此

14、煤门周围煤壁附近仍然积煤的透气性很低，因此煤门周围煤壁附近仍然积 蓄着蓄着高压瓦斯高压瓦斯，煤壁附近煤体也存在着高度紧张，煤壁附近煤体也存在着高度紧张 的应力状态，这时若某种原因，如放炮，诱发强的应力状态，这时若某种原因，如放炮，诱发强 大的地压显现时，煤体破碎，高压瓦斯风暴可将大的地压显现时，煤体破碎，高压瓦斯风暴可将 从围岩震落的巨石抛出几十米以外，这是突出强从围岩震落的巨石抛出几十米以外，这是突出强 度较大的又一原因。度较大的又一原因。 3 3、对震动很敏感、对震动很敏感 因为这类突出多发生在不稳定平衡状态的因为这类突出多发生在不稳定平衡状态的 高地应力区内，所以对震动很敏感。例如高地应

15、力区内，所以对震动很敏感。例如 里王庙主井车场石门的突出，在突出前有里王庙主井车场石门的突出，在突出前有 明显的煤炮预兆，说明煤体已处于过载状明显的煤炮预兆，说明煤体已处于过载状 态，仅四个炮眼的爆破，就诱发起态，仅四个炮眼的爆破，就诱发起1600t 1600t 的的 大突出。可见，处于不稳定平衡状态的过大突出。可见，处于不稳定平衡状态的过 载煤体，哪怕是很小的震动力，也会使之载煤体，哪怕是很小的震动力，也会使之 失去平衡，诱发突出。失去平衡，诱发突出。 4 4、预防措施、预防措施 预防这类突出，在技术上有预防这类突出，在技术上有卸压和预排瓦卸压和预排瓦 斯斯两种措施。在高地应力地区采取卸压措

16、两种措施。在高地应力地区采取卸压措 施，如卸压钻孔、煤层注水、水力冲孔等，施，如卸压钻孔、煤层注水、水力冲孔等， 或者采取预排瓦斯措施，或者卸压和预排或者采取预排瓦斯措施，或者卸压和预排 瓦斯混合使用。这两类措施都应有合格的瓦斯混合使用。这两类措施都应有合格的 支护措施相配合。支护措施相配合。 四、自行冲破岩柱的突出四、自行冲破岩柱的突出 这类突出的次数比较少，就我国所发生的这类突出这类突出的次数比较少，就我国所发生的这类突出 的实例来看，一般都存在着有利的地质构造应力条的实例来看，一般都存在着有利的地质构造应力条 件，即件，即突出口都位于受地质构造应力（断层、褶曲、突出口都位于受地质构造应力

17、（断层、褶曲、 断裂等）影响，断裂等）影响，岩石已局部发生破碎的地方，而且岩石已局部发生破碎的地方，而且 煤层瓦斯压力较高，一般在煤层瓦斯压力较高，一般在2.0MPa 2.0MPa 以上。以上。 预防这类突出，首先要探明地质构造，特别是小构预防这类突出，首先要探明地质构造，特别是小构 造。在局部地质破坏地点施工时，应有严密的组织造。在局部地质破坏地点施工时，应有严密的组织 措施和技术措施，岩柱应适当加厚，瓦斯压力较高措施和技术措施，岩柱应适当加厚，瓦斯压力较高 （如超过（如超过1.5MPa 1.5MPa ）时，应采取以预排瓦斯为主的）时，应采取以预排瓦斯为主的 措施。措施。 1 1、强度、强度

18、 与石门突出相比，突出平均强度低。与石门突出相比，突出平均强度低。 2 2、原因、原因 地应力方面地应力方面：缺少像石门那样硬岩约束条件，即：缺少像石门那样硬岩约束条件，即 无能量积累的过程条件。限制了合成无能量积累的过程条件。限制了合成和和d/dl d/dl 的增大。的增大。 瓦斯方面瓦斯方面：工作面前方煤体的瓦斯和瓦斯压力：工作面前方煤体的瓦斯和瓦斯压力 dP/dldP/dl远低于石门工作面前方煤体。远低于石门工作面前方煤体。 1.2.2 1.2.2 煤巷平巷突出煤巷平巷突出 3 3、突出类型、突出类型 三种类型的突出都存在。与石门突出相比，煤巷三种类型的突出都存在。与石门突出相比，煤巷

19、瓦斯突出的类型所占比重减少，而压出与倾出类瓦斯突出的类型所占比重减少，而压出与倾出类 型所占比重增加，且突出的平均强度显著降低，型所占比重增加，且突出的平均强度显著降低， 这种变化反映出瓦斯的作用降低了。这种变化反映出瓦斯的作用降低了。 在某些特殊场合，例如在应力集中系数很高的煤在某些特殊场合，例如在应力集中系数很高的煤 柱上下，特别是该煤柱又位于有地质构造力的地柱上下，特别是该煤柱又位于有地质构造力的地 质构造带内时，煤层积累的弹性能往往很高，地质构造带内时，煤层积累的弹性能往往很高，地 应力大，煤的透气性很低，能封闭住高压瓦斯，应力大，煤的透气性很低，能封闭住高压瓦斯， 当突出扩展到未经排

20、放瓦斯的煤体深部时，也会当突出扩展到未经排放瓦斯的煤体深部时，也会 发生强度很高的突出，这是很值得注意的。因此，发生强度很高的突出，这是很值得注意的。因此， 在地应力异常地区掘进巷道，突出的危险性大大在地应力异常地区掘进巷道，突出的危险性大大 增加，必须采取有效的预防措施。增加，必须采取有效的预防措施。 上山掘进中三种类型的突出都有，但倾出类型明显上山掘进中三种类型的突出都有，但倾出类型明显 增多，在急倾斜煤层尤其如此。上山突出的强度在增多，在急倾斜煤层尤其如此。上山突出的强度在 缓斜煤层与平巷差不多，在倾斜与急倾斜煤层比平缓斜煤层与平巷差不多，在倾斜与急倾斜煤层比平 巷突出的强度为小，这是煤

21、的重力易于显现的缘故。巷突出的强度为小，这是煤的重力易于显现的缘故。 在突出煤层掘进上山，危险极高，世界各主要产煤在突出煤层掘进上山，危险极高，世界各主要产煤 国家，虽经过多年努力，至今未找到有效的防突方国家，虽经过多年努力，至今未找到有效的防突方 法（煤的自重影响易突；发现突出预兆，人员难以法（煤的自重影响易突；发现突出预兆，人员难以 迅速撤离）。迅速撤离）。 1.2.3 1.2.3 上山突出上山突出 1.2.4 1.2.4 下山突出下山突出 下山掘进中突出只见两种类型，即突出和下山掘进中突出只见两种类型，即突出和 压出。此时重力表现为突出阻力，所以一压出。此时重力表现为突出阻力，所以一 般不见倾出。强度与平巷差不多。一般无般不见倾出。强度与平巷差不多。一般无 孔洞。孔洞。 1.2.5 1.2.5 回采工作面突出回采工作面突出 采煤工作面突出表现出明显的区域性，在地采煤工作面突出表现出明显的区域性，在地 质构造上有如下几种类型：质构造上有如下几种类型： 1 1）位于向