课件四煤与瓦斯突出危险性预测

矿井瓦斯防治翟成副教授联系方式：目前一页\总数一百八十页\编于十八点知识点：掌握矿井动力现象的分类、煤与瓦斯突出的机理及规律、突出预测及鉴定的方法，了解各种煤与瓦斯突出防治方法的原理、参数、工艺与适用条件。第四章矿井瓦斯突出危险性预测目前二页\总数一百八十页\编于十八点章节目录4321突出预测指标临界值的确定方法煤与瓦斯突出危险性预测矿井瓦斯突出的分类及其一般规律

煤与瓦斯突出机理目前三页\总数一百八十页\编于十八点4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律煤与瓦斯突出(GasandCoalOutburst)煤与瓦斯突出具体表现为在几秒至几十秒极短的时间内，大量的煤和瓦斯由煤体向采场、巷道等采掘空间喷出。喷出的煤从几吨到上万吨，瓦斯量从数米3到百万m3。突出时常伴有较大的动力效应，如摧毁支架、推倒矿车、破坏通风设施，使风流反向等。突出后，常在煤体中形成楔形、梨形、舌形突出孔洞，堆积的煤常有明显的分选现象，表面含有大量的粒度极细的煤粉。物理概念具体表现煤与瓦斯突出是煤开采过程中严重的自然灾害之一，是井工开采煤矿井下发生的一种复杂的有煤、岩和瓦斯，个别有二氧化碳参与的瓦斯动力现象。目前四页\总数一百八十页\编于十八点目前五页\总数一百八十页\编于十八点目前六页\总数一百八十页\编于十八点南桐东林矿石门突出突出煤量130t目前七页\总数一百八十页\编于十八点南桐东林矿石门突出突出煤量130t目前八页\总数一百八十页\编于十八点南桐东林矿石门突出突出煤量130t目前九页\总数一百八十页\编于十八点南桐东林矿石门突出突出煤量130t目前十页\总数一百八十页\编于十八点南桐东林矿石门突出突出煤量130t目前十一页\总数一百八十页\编于十八点南桐东林矿石门突出突出煤量130t目前十二页\总数一百八十页\编于十八点南桐东林矿石门突出突出煤量130t目前十三页\总数一百八十页\编于十八点南桐东林矿石门突出突出煤量130t目前十四页\总数一百八十页\编于十八点南桐东林矿石门突出突出煤量130t目前十五页\总数一百八十页\编于十八点南桐东林矿石门突出突出煤量130t目前十六页\总数一百八十页\编于十八点22时09分12秒～22时12分26秒瓦斯浓度从0.12%升到40%以上.大平煤矿“10.20”事故瓦斯突出及扩散过程演示22时31分31秒~22时35分15秒,瓦斯浓度从0.17%升到4.0%.21轨道下山岩石掘进工作面,突出煤岩量1894t(其中煤1300),瓦斯量25万m322时32分16秒~22时39分45秒,瓦斯浓度从0.5%升到6.3%.目前十七页\总数一百八十页\编于十八点4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律1矿井瓦斯突出的分类目前十八页\总数一百八十页\编于十八点

煤与瓦斯突出的分类按成因和特征，将煤与瓦斯突出分为三类：（1）煤与瓦斯突出（简称为突出）（2）煤与瓦斯压出（简称为压出）（3）煤与瓦斯倾出（简称为倾出）4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律目前十九页\总数一百八十页\编于十八点4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律①突出的煤向外抛出距离较远，具有分选现象；②抛出的煤堆积角小于煤的自然安息角（35°～40°）；③

抛出的煤破碎程度较高，含有大量的煤块和手捻无粒感的煤粉；④有明显的动力效应，破坏支架、推倒矿车、破坏和抛出安装在巷道内的设施；⑤有大量的瓦斯(CO2)涌出，瓦斯(CO2)涌出量远远超过突出煤的瓦斯(CO2)含量，有时会使风流逆转；⑥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。发动突出的主要作用力是地应力和瓦斯压力的共同作用下发生的，通常以地应力为主，瓦斯压力为辅，重力不起决定作用；实现突出的基本能源是煤内积蓄的高压弹性潜能和瓦斯潜能。突出是三种中危害最大的。煤与瓦斯突出的基本特征目前二十页\总数一百八十页\编于十八点目前二十一页\总数一百八十页\编于十八点目前二十二页\总数一百八十页\编于十八点“倾出”的基本特征①倾出的煤就地按自然安息角堆积，并无分选现象；②倾出的孔洞呈孔大腔小，孔洞轴线压风自沿煤层倾斜或铅垂方向（厚煤层）发展；③无明显动力效应；④倾出常发生在煤质松软的急倾斜厚煤层中；⑤巷道瓦斯涌出量明显增大。4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律目前二十三页\总数一百八十页\编于十八点目前二十四页\总数一百八十页\编于十八点“压出”的基本特征①压出有两种形式，即煤的整体位移和煤有一定距离的抛出，但位移和抛出的距离都较小；②压出后，在煤层与顶板之间的裂隙中，常留有细煤粉，整体位移的煤体上有大量的裂隙；③压出的煤呈块状，无分选显现；④巷道瓦斯（二氧化碳）涌出量增大；⑤压出可能无孔洞或呈口大小腔小的楔形孔洞。⑥压出时常伴随巷道底鼓。4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律目前二十五页\总数一百八十页\编于十八点

突出事故按动力现象强度分类小型突出：＜50吨；中型突出：50—99吨；大型突出：100—999吨；特大型突出：≧1000吨4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律目前二十六页\总数一百八十页\编于十八点4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律2矿井瓦斯突出发生的一般规律1）突出发生在一定的深度上一般一个矿井或一个煤层有一个开始发生突出的深度，当小于该深度时不会发生突出，当开采大于该深度时，就有发生突出的危险，在煤与瓦斯突出领域，该深度称为始突深度。目前二十七页\总数一百八十页\编于十八点4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律2矿井瓦斯突出发生的一般规律随着开采深度的增加，煤层突出危险性增大，具体表现为突出次数增多、突出强度增大。在浅部开采为高瓦斯矿井，甚至为低瓦斯矿井，开采到深部后，由于煤层赋存条件的变化，煤层瓦斯压力增大，而转变为突出矿井；一些在浅部开采突出危害较轻的突出矿井，开采到深部后，转变为严重突出矿井。开始发生突出的最浅深度称为始突深度，一般它比瓦斯风化带的深度深一倍以上｡目前二十八页\总数一百八十页\编于十八点2）突出的次数和强度随着煤层厚度特别是软分层的厚度的增加而增多

突出最严重的煤层一般是最厚的主采煤层｡因此突出对矿井的安全生产与经济效益有重大影响｡

注：“软分层”是煤层中煤质结构松软、结构和构造受到严重破坏的煤分层。它们表现为碎屑状、碎粒状、片状和鳞片状等。4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律目前二十九页\总数一百八十页\编于十八点3）突出的气体种类主要是甲烷

个别矿井（吉林营城、甘肃窑街）突出二氧化碳，突出煤层的瓦斯含量、开采时的相对瓦斯涌出量都在10m3/t以上，即突出都发生在高瓦斯矿井内｡4）突出煤层的特点煤的力学强度低（f<0.8）而且变化大；透气性差（透气性系数<10m2/（MPa2·d））；瓦斯放散初速度高（△P>15）；湿度小；层理紊乱、遭受过地质构造力严重破坏的“构造煤”｡4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律目前三十页\总数一百八十页\编于十八点5）煤层突出危险区常呈区域条带状分布

突出危险区呈带状分布。究其原因，目前的观点是突出危险区受到地质构造控制，而地质构造具有带状分布的特征，如断层、向斜轴部、火成岩侵入地区、煤层扭转地区、煤层产状急剧变化、压性及压扭性断层地带、煤层构造分岔、顶底板阶梯状凸起地区，特别是软分层变厚地区和各种地质构造交汇处都是突出点密集地区，发生大型甚至特大型突出地区。4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律目前三十一页\总数一百八十页\编于十八点采掘形成的应力集中带，如采掘工作面邻近煤柱、采止线、两条巷道贯通之前的应力集中带，相向采掘的两工作面互相接近的采煤工作面集中应力带内煤层突出危险性增大。这些地区往往也有带状分布的特点，在这些地带不仅突出频繁，而且极易发生大强度煤与瓦斯突出。因此，在突出煤层开采过程中，地质部门应随时掌握工作面附近地质构造变化情况，能够针对性地指导防突工作的进行。4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律目前三十二页\总数一百八十页\编于十八点6）突出的次数有随着煤层倾角增大而增多的趋势受煤自重影响，由上前方向巷道方向的突出占大多数，从下方向巷道的突出为数极少｡4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律目前三十三页\总数一百八十页\编于十八点7）采掘工作往往可激发突出

特别是落煤与震动作业，不仅可引起应力状态的变化，而且可使动载荷作用在新暴露煤体上造成煤的突然破碎｡例如，据我国7765次突出的统计资料，放炮引起的突出为4243次，占55%；打钻引起的突出为197次，占2.5%；风动工具引起的突出602次，占7.8%；手镐作业的突出为979次，占12.6%；水力落煤的突出111次，占1.4%；机组采煤的突出62次，占0.8%（以上落煤作业总计达6194次，占80%）；作业情况记录不详的的突出1338次，占17.2%；其他作业的突出177次，占2.3%；突出前没有作业的仅56次，占0.7%｡4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律目前三十四页\总数一百八十页\编于十八点突出作业方式分布表作业方式突出次数（次）突出煤量（t）突出瓦斯量（m3）平均煤量（吨）平均瓦斯量（m3）比例(%)放炮726647.6382806.792.35316.846.5割煤54417618074977.33347.234.8打钻76259.4664596894.294942.34.5其它2211125898350.52681.014.24.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律目前三十五页\总数一百八十页\编于十八点8)突出前大多有突出预兆

突出预兆响煤炮瓦斯异常瓦斯忽大忽小片帮掉碴煤结构变化喷顶夹钻两种以上预兆无预兆其它统计次数平均突出强度(t/次)55.457.669.545.054.2128.178.494.856.2突出次数（次）141547110174081918246253630350294.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律多数煤与瓦斯突出事例发生前，都会出现各种不同的有声或无声预兆。在统计的我国5029次有明确突出预兆记载的突出事例中，有4493次突出发生前有突出预兆，占89.3%，无突出预兆仅有536次，占10.7%。因此，熟悉掌握煤与瓦斯突出，对防止突出造成人身伤亡事故，具有十分重要的现实意义。目前三十六页\总数一百八十页\编于十八点预兆大体可分为三个方面：地压显现方面的预兆有，煤炮声、支架声响、掉碴、岩煤开裂、底鼓、岩与煤自行剥落，煤壁外鼓、来压、煤壁颤动、钻孔变形、垮孔顶钻、夹钻扦、钻粉量增大、钻机过负荷等；瓦斯涌出方面的预兆有，瓦斯涌出异常、瓦斯浓度忽大忽小、煤尘增大、气温与气味异常、打钻喷瓦斯、喷煤、哨声蜂鸣声等；煤力学性能与结构方面的预兆有，层理紊乱、煤强度松软或软硬不均、煤暗淡无光泽、煤厚变化大、倾角变陡、波状隆起、褶曲、顶、底板阶状凸起、断层、煤干操等等。4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律目前三十七页\总数一百八十页\编于十八点突出影响因素与突出次数统计规律表开采深度（m）作业方式地质构造突出预兆巷道类型煤层厚度（m）500-600爆破断层响煤炮平巷4-5400-500采煤机割煤无构造喷顶夹钻回采面3-4≧700打钻煤厚变化片帮掉碴下山2-3300-400掘进机割煤煤层倾角变化无预兆上山5-6600-700无作业软分层变厚瓦斯忽大忽小石门≧64.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律目前三十八页\总数一百八十页\编于十八点突出预兆纵向风险率排序四矿五矿六矿八矿十矿十二矿全局响煤炮喷顶夹钻响煤炮响煤炮片帮掉碴响煤炮响煤炮喷顶夹钻响煤炮喷顶夹钻喷顶夹钻喷顶夹钻喷顶夹钻喷顶夹钻片帮掉碴片帮掉碴片帮掉碴片帮掉碴响煤炮瓦斯异常片帮掉碴瓦斯异常瓦斯异常瓦斯异常瓦斯异常瓦斯忽大忽小片帮掉碴瓦斯异常煤结构变化瓦斯忽大忽小煤结构变化煤结构变化瓦斯忽大忽小煤结构变化瓦斯异常瓦斯忽大忽小煤结构变化瓦斯忽大忽小瓦斯忽大忽小煤结构变化煤结构变化瓦斯忽大忽小4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律目前三十九页\总数一百八十页\编于十八点9)突出危险性随着有硬而厚的围岩存在而增大

主要是硅质灰岩和砂岩等坚硬岩层的存在，有时造成巷道或工作面支架大面积不接顶，给弹性潜能的积聚创造条件，同时增大工作面前方应力梯度。4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律目前四十页\总数一百八十页\编于十八点10）从巷道类型与突出危险性的关系上看以石门为最危险

从石门工作面距煤层2m起至穿过煤层全厚而进入顶板或底板2m止，整个揭穿过程都有危险，也曾发生过仅2m厚煤层在石门揭穿过程中突出两次的实例。在各种突出中，采面突出强度最小。4.1矿井瓦斯突出的分类及其一般规律目前四十一页\总数一百八十页\编于十八点不同施工工艺期间突出分布表施工工艺突出次数（次）突出煤量（t）突出瓦斯量（m3）平均煤量（t）平均瓦斯量（m3）比例(%)回采4130489513574.342320.3726.5掘进1018447.6482005.783.64772.365.2石门揭煤33588216119.332738.671.9其它106341.4701778634.170177.86.4总计155181951287134.793.25594.24100.0目前四十二页\总数一百八十页\编于十八点煤厚2.8m,金属骨架及震动放炮措施，揭开石门过煤门时突出，3500t，125万m3。金属骨架孔12个，插入15kg/m钢轨南桐局一井三号石门揭开四煤层突出示意图目前四十三页\总数一百八十页\编于十八点测压：3.5~4.4MPa措施：施工11个排放钻孔及4个松动爆破孔。震动放炮诱导突出，突出煤量5270t，煤抛出280m远，瓦斯逆流2200m以上。天府局+110水平北六石门对掘揭九煤突出示意图目前四十四页\总数一百八十页\编于十八点该次突出是自行冲破岩柱发生的，尽管未进行爆破揭煤，但在应力作用下，岩柱已破坏，具有突出危险的软煤突然暴露，发生了煤与瓦斯突出。南桐局东林矿+310水平南十石门揭四煤突出示意图目前四十五页\总数一百八十页\编于十八点穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施控制范围目前四十六页\总数一百八十页\编于十八点穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施控制范围很多石门揭煤由于只采取了控制范围很小的局部防突措施，当出现即使是不大的冒顶、片帮等现象后也可能导致严重突出煤体距离工作面太近或直接暴露到工作面空间，引起突出的发生。足够的岩柱如果揭煤未能一次穿透煤层顶（底）板，则在继续揭煤作业时，仍应保证巷道轮廓线外保持至少12m（或急倾斜下部6m）、前方至少15m的范围内进行了有效的预抽煤层瓦斯，否则，应立即补充实施预抽钻孔并检验效果。目前四十七页\总数一百八十页\编于十八点11）煤层突出危险性随煤厚增加而加大对同一矿区、同一矿井来说，突出煤层厚度越大，突出危险性也越大，特别是软分层的厚度的增加，突出的次数增多，突出度增大。南桐矿务局三号煤煤层厚度0.3～0.5m，平均突出强度2吨，最大突出强度5吨；五号煤煤厚0.7~0.8m，平均突出强度38吨，最大突出强度38吨；六号煤厚1.0~1.5m，平均突出强度43吨，最大突出强度450吨；而煤层厚度较大的4号层，煤厚为2.5~3.2m，平均突出强度88吨，最大突出强度5000吨。该局所有特大型突出都发生在该煤层，突出次数占全局突出次数的60%以上。类别三号煤层四号煤层五号煤层六号煤层煤层厚度（m）0.3～0.52.6～3.20.7～0.81.0～1.5突出次数（次）93258697平均突出强度（t/次）2883843突出最大强度（t/次）55000766450目前四十八页\总数一百八十页\编于十八点12）突出大多数发生在地质构造带

在有严重突出危险的矿务局的3082次有明确有无地质构造记录的突出中，有2525次突出突出地点有断层、褶曲、火成岩侵入、煤层厚度变化等地质构造，无地质构造的突出有557次，仅占18.1%。需要指出的是，对刚刚开始突出的突出矿井、突出煤层，突出几乎都和地质构造有关，而对突出已有几十年历史的严重突出矿井、突出煤层，当作业地点无地质构造时，也可能发生煤与瓦斯突出。构造类型断层褶曲煤厚变化软分层变厚煤倾角变化火成岩侵入无构造其它统计次数平均突出强度(t/次)48.474.864.7194.9116.847.353.048.0突出次数（次）88234257471003565572642525目前四十九页\总数一百八十页\编于十八点目前五十页\总数一百八十页\编于十八点1-瓦斯流失区；2-瓦斯含量降低区；3-瓦斯含量增高区；4-瓦斯含量正常区；5-地表断层对煤层瓦斯含量影响示意图目前五十一页\总数一百八十页\编于十八点13）煤体破坏程度越高突出危险性越大

突出煤层结构特点是是破坏程度高，多为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类煤，煤的坚固性系数f一般小于0.5，煤层瓦斯放散初速度ΔP大，煤层透气性系数小，层理紊乱，多为遭受到地质构造揉皱的构造煤。随着煤结构破坏程度的增大，煤的空隙体积增大,煤的强度减小，煤的瓦斯解吸和放散初速度增大。煤强度的减小,连结力和内摩擦角减小，使得煤在地压和瓦斯压力作用下更易于破碎，减少了破碎煤所需要的功。解吸速度的提高，使煤的瓦斯能量释放速度加快。以上这些因素都为煤和瓦斯突出创造了有利条件。参数单位ⅠⅡⅢⅣⅤ连结力，KMPa2.481.731.050.73内摩擦角，度38.837.534.633.3渗透孔隙体积，Vcm3／g0.012060.013050.021550.031360.0825煤的坚固性系数，f0.69～2.20.25～1.330.13～0.52<0.1～0.33<0.1瓦斯放散初速度，P0.5~2.80.5~81~19.33.8~21.713.7~22.1目前五十二页\总数一百八十页\编于十八点北票三宝一井西一采区反眼延期突出情况示意图突出煤矸1500t，瓦斯5.44万m3，突出煤充满125m巷道，瓦斯逆流400m以上。延期突出实例放炮18~20min后听到两声巨响发生了突出目前五十三页\总数一百八十页\编于十八点图2.1

－石门揭煤的突出实例：实例一目前五十四页\总数一百八十页\编于十八点图2.2

－石门揭煤的突出实例：实例二目前五十五页\总数一百八十页\编于十八点图2.3－石门揭煤的突出实例：实例三目前五十六页\总数一百八十页\编于十八点图2.4－煤巷突出实例：实例四目前五十七页\总数一百八十页\编于十八点图2.5－掘煤层上山突出实例：实例五目前五十八页\总数一百八十页\编于十八点图2.6－掘煤层下山突出实例：实例六目前五十九页\总数一百八十页\编于十八点图2.7－回采工作面的突出实例：实例七目前六十页\总数一百八十页\编于十八点图2.8－钻进大直径钻孔时的突出实例：实例八目前六十一页\总数一百八十页\编于十八点图2.9－钻进大直径钻孔时的突出实例：实例九目前六十二页\总数一百八十页\编于十八点（三）钻孔直径应当根据煤层赋存条件、地质构造和瓦斯情况确定，一般为75～120mm，地质条件变化剧烈地带也可采用直径42～75mm的钻孔。若钻孔直径超过120mm时，必须采用专门的钻进设备和制定专门的施工安全措施；第八十九条目前六十三页\总数一百八十页\编于十八点解释瓦斯突出是——怎样发生？原因何在？过程如何？4.2煤与瓦斯突出机理目前六十四页\总数一百八十页\编于十八点4.2煤与瓦斯突出机理1）瓦斯主导作用假说：

(1)“瓦斯包”说(2)粉煤带说(3)煤孔隙结构不均匀说(4)突出波说(5)裂缝堵塞说(6)闭合孔隙瓦斯释放说(7)瓦斯膨胀说(8)卸压瓦斯说(9)火山瓦斯说(10)地质破坏带说(11)瓦斯解吸说1单因素作用假说目前六十五页\总数一百八十页\编于十八点4.2煤与瓦斯突出机理2)地压主导作用假说：(1)岩石变形潜能说(2)应力集中说(3)塑性变形说(4)冲击式移近说(5)拉应力波说(6)应力叠加说(7)放炮突出说(8)顶板位移不均匀说3)化学本质作用假说：(1)瓦斯水化物说(2)地球化学说(3)硝基化合物说目前六十六页\总数一百八十页\编于十八点4.2煤与瓦斯突出机理2综合作用假说(1)振动说(2)分层分离说(3)破坏区说(4)游离瓦斯压力说综合作用假说认为：煤与瓦斯突出是由地应力、包含在煤体中的瓦斯以及煤体自身物理力学性质三者综合作用的结果。主要有：目前六十七页\总数一百八十页\编于十八点一、突出原因假说1、瓦斯作用说认为煤内存在高压瓦斯是突出中起主要作用的因素。“瓦斯包”：瓦斯包中的瓦斯压力比邻近区域要高得多，且包围“瓦斯包”的煤体透气性极小，使高压瓦斯得以保存。当工作面接近这一“瓦斯包”时，高压瓦斯破坏了煤壁，瓦斯携带破碎煤猛烈喷出，发生瓦斯突出。“多聚甲烷”：CH4在煤中形成不稳定的多聚甲烷（（CH4

）n）或结晶水合物

），当煤层揭开后，促使它们急剧分解，从而放出大量瓦斯并夹带大量煤炭而喷出。目前六十八页\总数一百八十页\编于十八点一、突出原因假说2、地应力(in-siturockstress，geostress)作用说地应力：地壳在各种运动过程中和自重作用下，岩体在天然条件下产生的内部应力。

目前六十九页\总数一百八十页\编于十八点目前七十页\总数一百八十页\编于十八点

地应力垂直应力(Brown&Hoek,1978)开采深度

垂直应力:

岩层因自重引起的垂直应力随深度增加呈线性增大。目前七十一页\总数一百八十页\编于十八点

随着开采深度的增加，应力逐渐增大。目前七十二页\总数一百八十页\编于十八点目前七十三页\总数一百八十页\编于十八点

德国鲁尔矿区在1100m下开采，巷道宽6m，煤层厚1.9m。底板在24小时内臌起0.8m，煤层移出0.5m。目前七十四页\总数一百八十页\编于十八点鹤壁矿务局10矿

-575水平南大巷

（采深725m）支架

扭曲变形目前七十五页\总数一百八十页\编于十八点目前七十六页\总数一百八十页\编于十八点

采场矿压显现剧烈

我国煤矿生产实践表明：采深对采场支护方面的影响不十分明显，而煤壁片帮、端面冒落带高度却随采深的增加而明显增大。国外金属矿开采实践表明：深部采场更容易发生岩爆等动力灾害。长壁工作面房柱工作面目前七十七页\总数一百八十页\编于十八点

美国LuckyFriday金属矿采场中发生的岩爆：

(埋深超过700m,震级3.6-4.2,发生于1988年10月18日)目前七十八页\总数一百八十页\编于十八点1991年11月11日岩爆导致采场壁破坏深达1m(采深超过700m)美国LuckyFriday金属矿采场中发生的岩爆：目前七十九页\总数一百八十页\编于十八点1991年5月23日岩爆导致采场水平巷道破坏

(采深超过900m)美国LuckyFriday金属矿采场中发生的岩爆目前八十页\总数一百八十页\编于十八点1991年11月13日岩爆导致采场水平巷道破坏(采深超过900m)目前八十一页\总数一百八十页\编于十八点南非某金矿岩巷中的岩爆(巷道埋深3500m)巷道混凝土喷层破坏目前八十二页\总数一百八十页\编于十八点岩爆造成损害细部岩块嵌入水管表面电缆被高速抛出的岩块割断(实验结果表明：岩石弹射速度>50m/s)目前八十三页\总数一百八十页\编于十八点50年代中期印度某金矿巷道中岩爆造成的戏剧性效果(dramaticeffect)岩爆前中度破坏区目前八十四页\总数一百八十页\编于十八点严重破坏区完全闭合区目前八十五页\总数一百八十页\编于十八点南非某矿岩爆对巷道的破坏(巷道尺寸3m*3m,埋深1540m,震级4)目前八十六页\总数一百八十页\编于十八点巷道尺寸3m*3m深度2600m震级4目前八十七页\总数一百八十页\编于十八点深度3100m震级1.8目前八十八页\总数一百八十页\编于十八点深度2700m震级2.1目前八十九页\总数一百八十页\编于十八点震级3.7对上图巷道破坏的推断，估计是由巷道中部岩层的剪切破坏引起的目前九十页\总数一百八十页\编于十八点发生在上山中的煤与瓦斯突出(德国鲁尔矿区，突出煤量30t，瓦斯涌出量300m3)目前九十一页\总数一百八十页\编于十八点德国某一煤巷中的煤与瓦斯突出：(巷道宽6m，高3m。同时从掘进头两帮的煤壁中向掘进空间抛出，约50m巷道被毁，瓦斯涌出量4.2万m3)向前15m巷道被挤压成一个小孔目前九十二页\总数一百八十页\编于十八点煤巷中煤的突出(巷道宽2.5m，高1.6m,煤体从两壁抛出，在巷道中线箭头处相互挤压,而顶底板却稳定)目前九十三页\总数一百八十页\编于十八点一、突出原因假说2、地应力作用说

突出主要是高地应力作用结果。目前九十四页\总数一百八十页\编于十八点一、突出原因假说3、综合作用说突出主要是地应力、瓦斯、煤的力学性质等因素综合作用结果。1)能量说前苏联B.B.霍多特提出，突出是煤的变形能（w）和瓦斯内能突然释放引起工作面煤体的高速破碎。激发突出的第一条件对于回采对于掘进对于石门揭煤式中W----煤的变形能；

Э----顶板岩石动能；

Q----煤内游离瓦斯所含的内能；

F----煤向巷道移动功；

U----煤的破碎功。激发突出的第二条件

式中Vp----煤的破碎速度；

Vx----煤裂隙中瓦斯压力下降速度。目前九十五页\总数一百八十页\编于十八点一、突出原因假说激发突出的第三条件式中P----瓦斯压力；

s----煤破碎区段的横断面积；

f----煤沿某一表面移动时，该面的摩擦系数；

α----煤沿某一表面移动时，该面与水平面所成倾角；

g----重力加速度；

m----煤的质量；

a----为了将煤抛出必须给煤的加速度；

+，-----煤移动方向，向上抛出取“+”，反之取“-”。

在瓦斯矿井，激发突出的第二与三条件实际上总是可以满足，因此，第一条件便成为发生突出的主要而必需条件。目前九十六页\总数一百八十页\编于十八点一、突出原因假说2）地应力分布不均说前苏联马可耶夫研究所巴甫洛夫等人提出。突出机理（原因）：突出煤层的围岩具有增高的和不均匀的应力分布；产生围岩的不均匀位移；顶底板接近的“停滞”和“塞子”的形成，产生一种脆弱的平衡；靠近工作面的破碎带的尺寸降低，在近工作面范围内部保持着较高的瓦斯压力。采掘工作破坏围岩脆弱平衡时，造成急剧的位移和搓揉，产生冲击和煤的破碎，发生突出。发生突出的条件：a、突出煤层具有不同的地质构造与煤的结构；b、突出煤与非突出煤层的特性不同；c、突出区：瓦斯压力大，煤层透气性低，煤质松软，地质构造复杂。d、突出煤层，地应力处于紧张状态；e、突出主要发生在地质构造带内；f、围岩地应力不均是突出危险性的一种标志。

因此，围岩的应力状态变化和能量的释放是造成突出的首要原因，瓦斯是突出的基本能源之一，瓦斯压力决定了突出的强度。目前九十七页\总数一百八十页\编于十八点二、力能计算1、地应力煤体内存在着地应力（自重应力、地质构造力和采动集中应力）、瓦斯压力和煤的自重重力。自重应力：铅垂方向水平方向地质构造应力：水平方向采动集中应力：铅垂方向煤的自重力：铅垂方向

一般地，通常地应力在数值上为瓦斯压力的几倍到几十倍，突出过程中破碎煤体的主导力是地应力，特别是存在地质构造应力时，尤其如此。目前九十八页\总数一百八十页\编于十八点二、力能计算

2、煤体弹性潜能单向应力状态：

三向应力状态：式中wt----煤的弹性变形潜能，mj/m3；σ----煤的平均应力,Mpa；σ1

、σ2、

σ3----分别为三个方向的主应力，MPa；μ、E----分别为煤的泊松比和弹性模量。目前九十九页\总数一百八十页\编于十八点二、力能计算3、瓦斯内能作用：破碎煤体；搬运突出物；使突出不断向煤体深部扩展。热力学变化过程：突出瞬间，膨胀瓦斯属于等温过程；破碎煤脱离煤体后，属于多变过程；最后接近绝热过程。根据热力学，可推得一吨煤瓦斯膨胀内能计算式为：式中v1----吨煤瓦斯涌出量；P0、P1----突出前后，煤层瓦斯压力；n----过程指数。目前一百页\总数一百八十页\编于十八点三、突出过程及特点1、突出发生过程（1）准备阶段----能量积蓄由于地质、采矿原因，煤体内的能量积聚逐渐发展到临界破坏，或过载的脆弱平衡状态。特点：工作面煤壁内形成高σ和，呈现出多种有声或无声的预兆。时间有长，有短。（2）激发阶段特点：地应力状态突然改变。表现为：极限应力状态的部分煤体突然破坏；发生巨响和冲击；向巷道方向作用的瓦斯压力的推力由于煤体的破裂，大大增加；膨胀瓦斯流形成，大量瓦斯解吸。引发原因：落煤、打钻、修整工作面等。目前一百零一页\总数一百八十页\编于十八点三、突出过程及特点（3）发展阶段特点：a)突出从激发点起向内部连续剥离并破碎煤。（由地应力和瓦斯压力共同作用）b)破碎的煤在不断膨胀的承压瓦斯风暴中边运送，边粉碎，此过程主要是瓦斯内能作功的过程。c)煤的剥离与破碎具有脉冲特性，存在多轮回过程。目前一百零二页\总数一百八十页\编于十八点三、突出过程及特点（4）终止阶段

两种情况突出可能终止：

a）在剥离与破碎煤体的扩展中遇到较硬的煤体；或地应力和瓦斯压力降低不足以破坏煤体。

b）突出孔道被堵塞，突出物支撑建立起新的拱平衡；孔洞内瓦斯压力因堵塞而升高，和下降，不足以破坏煤体。目前一百零三页\总数一百八十页\编于十八点三、突出过程及特点2、地应力和瓦斯压力在突出过程中的作用地应力的作用：a）激发突出；b）发展阶段与瓦斯压力共同作用，对煤体进行剥离、破碎；c）影响煤体内部裂隙系统的闭合程度和生成新的裂隙。瓦斯压力的作用：a）当瓦斯压力梯度很大时，能独立激发突出；b）发展与实现突出的主要因素；c）膨胀瓦斯破碎，搬运煤岩，孔壁附近保持较高的地应力梯度和瓦斯压力梯度为连续剥离煤体创造必要条件。目前一百零四页\总数一百八十页\编于十八点单因素作用假说单因素作用假说主要有：瓦斯主导作用假说，地压主导作用假说以及化学本质作用假说，其主要特点是强调单因素起主导作用。

1)瓦斯主导作用假说：以瓦斯为主导作用的假说。主要有“瓦斯包’’说前苏联的比1I．沙留金和英国的R．威廉姆等提倡的“瓦斯包’’学说认为，煤层内存在着可以积聚高压瓦斯的空洞，其压力超过煤层强度减低区的煤体强度极限，当工作面接近这种瓦斯包时，煤壁就会发生破坏，产生突出。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百零五页\总数一百八十页\编于十八点

(2)粉煤带说前苏联的几比贝可夫、德国的M．鲁夫、英国的H．布列斯克以及日本的植木七郎提倡的粉煤带说认为，由于地质构造或矿山压力的作用，原生煤层被破碎成粉状．这些粉煤极易放出瓦斯。当巷道接近这一地带时，粉煤在较小的瓦斯压力作用下，就能与瓦斯一起喷出。

(3)煤孔隙结构不均匀说前苏联的P．M．克里切夫斯基等人提出了这一假说，这一假说认为．煤层中有透气性变化剧烈的区域，在这些区域的边缘，瓦斯流动速度变化很大。如透气性小的恰好是坚硬的煤．而透气性大的又是不坚硬的煤，那么当巷道接近这两种煤的边界时，瓦斯潜能就有可能使煤突出。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百零六页\总数一百八十页\编于十八点

(4)突出波说前苏联的c．儿赫里斯基阿诺维奇提倡的这一假说认为，瓦斯潜能要比煤的弹性变形能大十倍左右，在煤的强度低的地区，煤的瓦斯压力大于煤的极限破坏强度。当巷道接近这一地区时，在瓦斯压力的作用下，可产生连续的破碎煤体的突出波，引起突出。

(5)裂缝堵塞说前苏联的H．L1．阿莫索夫提倡这一假说，他认为由于均匀排放瓦斯的裂缝被封闭和堵塞，在煤层中形成增高的瓦斯压力带，从而引起突出。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百零七页\总数一百八十页\编于十八点

(6)闭合孔隙瓦斯释放说前苏联的儿比合尔巴尼提出了这一假说，他认为：近工作面地带，由于煤吸收和解吸瓦斯的周期性，使其机械强度降低，包含在闭合孔隙中的瓦斯、在孔隙闭合面与敞开面之间产生了很大的压力差。当煤体被破坏时，使被解吸的瓦斯抛向巷道。

(7)瓦斯膨胀说前苏联的B．LL尼柯林等人提倡这一假说，他们认为在煤层中存在着瓦斯含量增高带．因而引起煤体膨胀和煤层应力增高，此处煤层的透气性接近于零。当巷道掘进到该处时，其应力急剧降低，造成煤的破碎和突出4.2煤与瓦斯突出机理目前一百零八页\总数一百八十页\编于十八点

(8)卸压瓦斯说前苏联的g．K里热夫斯基提出的这一假说认为．突出煤层富含瓦斯，但透气性低．瓦斯难以流出。而采掘工作可使局部卸压，迅速卸压的瓦斯涌向煤壁、造成煤壁局部瓦斯压力升高，使粉碎的煤迅速抛出或向巷道挤出。

(9)火山瓦斯说日本的栗原一雄提倡这一假说，他认为，瓦斯突出的动力来源于煤层中的游离瓦斯，突出时瓦斯压力能达到一千几百个大气压。由于火山的活动、煤受到了二次热力变质，产生瓦斯和热流体带来的岩浆瓦斯，从而在煤层内，待别是在断层内，形成高压瓦斯区，当进入这一地区进行采掘作业时，即能引起突出。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百零九页\总数一百八十页\编于十八点

(10)地质破坏带说日本的兵库倍一郎提倡的这一假说认为，由于有地质破坏带的存在，潜藏着一定数量的高压瓦斯。当巷道或工作面接近该带时，在爆破及地压的影响下，煤、岩壁裂缝增多．如覆盖层的阻力与瓦斯压力的平衡遭到破坏时，将会发生突出。它的中心点在于：由于地质破坏带的存在，增加了周围岩体的异常拱压，当工作面接近这一破坏带时、工作面与地质破坏带之间的煤层会被迅速破坏从而引起突出。

(11)瓦斯解吸说原民主德国的K．克歇尔倡导这一假说、他认为，卸压时煤的微孔隙扩展、孔隙吸附潜能降低，吸附和吸着瓦斯解吸．潜伏的压力(吸附瓦斯的内能)转化为“游离瓦斯”压力，使瓦斯压力增高，可破坏不坚硬的煤体而引起突出。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百一十页\总数一百八十页\编于十八点瓦斯说能解释突出中的一些现象、但与下面一些情况不符或不能解释：

①迄今为止在煤层内从未发现过上述的“瓦斯包”或特定的粉煤带，

②人们在后来的实践中统计的资料表明：突出危险性与煤层瓦斯含量之间没有直接的联系；

③在突出孔洞周围出现过重复突出

④.岩石错动的强烈声响往往发生在突出之前的煤体深处

⑤.打小直径徘放钻孔，并不能有效地防治突出；

⑥.突出地点煤和岩石的温度升高，抛出的煤体温度也有⑦.煤层的自行揭开；

⑧.过煤门时的突出；

⑨.突出孔洞发生变形(体积缩小)；

⑩.大多数平巷的突出孔洞位于上隅角。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百一十一页\总数一百八十页\编于十八点地压主导作用假说：以地压为主导作用的假说。主要有：（1）岩石变形潜能说前苏联的11．M．别楚克和D．1’．阿尔沙瓦、法国的莫连、加拿大的伊格拿季叶夫及日本的外尾善次郎提倡这一假说，他们认为突出的发生是变形的弹性岩石所积聚的潜能引起的．这些岩石位于煤层周围，而这种潜能是以往的地质构造运动造成的。当巷道掘到该处时，弹性岩石便像弹笛一样伸张开来，从而破坏和粉碎煤体而引起突出，4.2煤与瓦斯突出机理目前一百一十二页\总数一百八十页\编于十八点

(2)应力集中说前苏联的D．1L别和．1．M．卡尔波夫提倡这一假说．他们认为．在采煤工作面前方的支撑压力带，由于厚弹性顶板的悬顶和突然沉降引起附加应力、煤体在此集中应力的作用下产生移动相遇到破坏。如果再施加动载荷，煤体就会冲破工作面煤壁而发生突出。煤突出时．伴随有大量的瓦斯涌出。

(3)塑性变形说前苏联的A．B．瓦尔琴等提倡这一假说，他们认为下，突出煤层发生弹塑性交形，使巷道周围煤体突然破碎，引起突出。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百一十三页\总数一百八十页\编于十八点

(4)冲击式移近说前苏联的儿A．包利生科倡导这一假说，他认为，在突出中起主导作用的是地压，具体地说是顶底板的冲击式移近。冲击式移近发生的可能性和大小取决于岩体的性质、巷道参数、掘进方式和速度。其条件是：第一、煤层紧张程度增大；第二，煤层边缘有脆性破坏；第三，从破坏的煤中涌出的瓦斯有一定的压力。

(5)拉应力波说前苏联的5．1L梅德维杰夫提倡这一假说，他认为，突出煤层的力量是拉应力波。而这个拉应力波是脆性材料在地压的作用下储蓄了大量的弹性能．当巷道工作面附近的煤体由三向受压状态转为复杂应力状态时．掘进工作面破坏了平衡，造成能量释放而产生突出的。在拉应力波作用下．煤体破碎并抛出，而瓦斯的迅速排放又使动力效应更加猛烈。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百一十四页\总数一百八十页\编于十八点

(6)应力叠加说日本的矢野贞三提倡这一假说、他认为，突出是由于地质构造应力、火山与岩浆活动的热力变形应力、自重应力、采掘应力和放顶动压等叠加而引起的。突出危险煤层具有特殊的“分支性裂隙”的显微结构。

(7)放炮突出说日本桥本清等提倡这一假说，他们认为．大多数瓦斯突出(包括冲击地压)主要是由于爆破的应力作用而造成的。他们认为：如果突出是由地压引起的话．那么．采煤工作面应该比巷道突出次数多，但事实与此相反。

(8)顶板位移不均匀说日友的小田仁平次等提倡这一假说，他们认为，瓦斯突出是由于煤层顶底板不规则和不连续移动而引起的一种动力现象。并指出．顶底板移近速度值增加又下降后，才发生突出。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百一十五页\总数一百八十页\编于十八点

以地压为主导作用的假说同样也能解释相当一部分突出现场的现象、但也还有许多观象不能解释，如：

1.在瓦斯不大的矿井，即使开采深度很深(400一500m)，也不会发生突出。

2.二氧化碳参与突出的平均强度比甲烷参与突出的平均强度大。

3.突出前出现风流中的瓦斯浓度增大或忽大忽小的预兆，也出现工作面煤壁或空气温度下降的预兆。

4.煤与瓦斯突出时，从突出煤的分选现象中可见到大量的细尘状粉煤。

5.如果突出的发生是由地压引起的，那么突出的孔洞应该是圆锥形，而实际的突出孔洞常常是一些口小腔大特殊形状的孔洞(如梨形、椭球形)。

4.2煤与瓦斯突出机理目前一百一十六页\总数一百八十页\编于十八点

6.在一些特大型的突出中，每吨喷出煤的瓦斯涌出量比煤层瓦斯含量高得多．即可以在短时间内涌出数十万以致上百万立方米瓦斯气体．逆风流运行并可充满数干米的巷道。

7.准备巷道中地压显现不如回采巷道明显，但准备巷道的突出次数与强度均比回采巷道工作面的大。

8.在乎巷及下山也发生突出。

9.在进行工作面支护甚至无人作业时，地压作用并不大，也有突出发生。

10.当增加煤体水分降低煤体强度时，煤的突出危险性反而降低。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百一十七页\总数一百八十页\编于十八点化学本质作用假说：

以化学本质为作用的假说。主要有：

1.瓦斯水化物说前苏联的B．T．巴利维列夫、阳．y．马何贡和1’．卜克留金等提出了这一假说，他们认为．在某些地质构造活动区，在一定的温度压力下，有可能生成瓦斯水化物(CH4

．6H20)，并以介稳状态保存在煤层和岩石渗透孔隙内，它具有很大的潜能．受到采掘工作影响后．即迅速分解．形成高压瓦斯(可达数百个大气压)，破坏煤体而造成突出。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百一十八页\总数一百八十页\编于十八点

2.地球化学说前苏联的儿M．库兹聂左夫提出这一假说，他认为．瓦斯突出现象是煤层中不断进行的地球化学过程————煤层中的氧化还原过程。由于活性氧及放射性气体的存在而加剧、生成一些活性中间物，导致高压瓦斯的形成。中间产物和煤中有机物的相互作用，使煤分子遭到破坏。

3.硝基化合物说前苏联的BB．萨夫琴柯等提倡这一假说，他们认为：突出煤中积蓄有硝基化合物，只要有不大的活化能量(如活动着的岩石应力不均匀、瓦斯压力等)就能产生热反应。当其热量超过分子的话化能时，反应将自发地加速——发生突出。化学本质说没有得到多大的支持和拥护，其原因是迄今为止在矿井中尚未发现瓦斯的水化物的实物。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百一十九页\总数一百八十页\编于十八点综合作用假说综合作用假说认为：煤与瓦斯突出是由地应力、包含在煤体中的瓦斯以及煤体自身物理力学性质三者综合作用的结果。持综合作用假说观点的学者都承认，煤与瓦斯突出是综合因素作用的结果，但对各种因素在突出中所起的作用却说法不一。

例如，法国学者入伯兰等认为瓦斯因素是主要的；而前苏联学者B．比霍多特、日本学者肌部俊郎等许多学者则认为地应力是主要的，即地应力是发动突出、发展突出的主要因素，瓦斯是帮助突出发展的因素。目前，具有代表性的综合作用假说主要有：4.2煤与瓦斯突出机理目前一百二十页\总数一百八十页\编于十八点

(1)振动说前苏联的儿Mo克利奥鲁奇科认为，煤与瓦斯突出的形成不是一个单独的过程，而是由围岩对煤层的振动作用有关的三个连续阶段组成的：第一阶段．煤受到来自围岩方面的压力作用而破坏，煤的体积缩小，游离瓦斯压力增大，并有一部分转化为吸附瓦斯；第二阶段、卸压，煤层体积膨胀，瓦斯压力降低，瓦斯解吸；第三阶段，包含粉碎的煤和大量的游离瓦斯的煤层又再次受压，瓦斯压力再次增大。当巷道工作面接近上述破坏带时。处于高压的粉煤和瓦斯混合物就有可能冲破煤壁而发生突出。因此该假说认为：瓦斯是造成突出的主体。而煤粉碎、瓦斯解吸和瓦斯粉煤混合物的喷出所需的能量是由煤层的围岩通过振动来传递的。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百二十一页\总数一百八十页\编于十八点

(2)分层分离说前苏联的1LM．被图霍夫等人认为突出是由地应力和瓦斯共同作用的结果‘突出过程分三个阶段：①准备阶段。工作面附近的煤层始终处于地应力的作用下，造成了发生突出的条件、增加了瓦斯向巷道方向渗透的阻力，促使煤层保持高的瓦斯压力，煤体强度降低，煤校易于从煤体中分离。②颗粒分离波的传播阶段。突出时，颗粒的分离过程是一层一层进行的。当突出危险带表面急剧暴露时．由于瓦斯压力梯度作用使分层承受拉力，当拉力大于分层强度时、即发生分层从煤体上的分离。分层分离是一切突出的重要组成部分，影响着突出的主要待征，但并没有全面反映突出过程的多种形式。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百二十二页\总数一百八十页\编于十八点例如，分层分离波统过部分的压碎带，通常决定于地压作用，伴随声响激发此时暴露面上约分层分离。突出常常是重复的破坏组合．一部分是瓦斯参与下的分层分离而破坏，另一部分是地应力破坏。在急倾斜煤层的某些部分，则在自身的重力作用下分离。③瓦斯和颗粒混合物的运动阶段。从煤体分离的煤颗粒和瓦斯急速冲向巷道．随着混合物运动，瓦斯进一步膨胀，速度继续加快。当其遇到阻碍时，速度降低而压力升高、直到增高的压力不能超过破坏条件时，过程才停止。

4.2煤与瓦斯突出机理目前一百二十三页\总数一百八十页\编于十八点

(3)破坏区说日本的矾部俊郎等人认为、典型的冲击地压是由于集中应力所造成的破坏现象，而典型的瓦斯突出是瓦斯作用的结果。介于二者之间的现象．称为冲击地压式突出，或叫做突出式的冲击地压。它是瓦斯压力和地应力共同作用的结果。他们认为：不论是突出还是冲击地压，首先必须破坏煤体。而煤体的破坏过程是一致的．在不均质的煤内．各点的强度不同，在高压力的作用下，由强度最低的点先发生破坏，并在其周围造成应力集中，如邻点的强度小于这个集中应力，就会被破坏成破坏区。在这种破坏区中，煤的强度显著下降，变成弱应力区。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百二十四页\总数一百八十页\编于十八点此区内的吸附瓦斯由于煤体破坏时释放的弹性能供给热量而解吸、煤粒子间的瓦斯使煤的内摩擦力下降，变成易于流动的状态。当这种粉碎的煤流喷射出时，便形成了突出。

(4)游离瓦斯压力说法国的J．耿代尔等认为，突出是煤质、地应力、瓦斯压力综合作用的结果、但瓦斯因素是主要的，煤体内游离瓦斯压力是发动突出的主要力量，解吸的瓦斯仅参与突出煤的搬运过程。如果工作面在突出危险区是逐渐推进的，那么工作面前方煤体处于匀速动态的状态；如果工作面前方的过载应力区的围岩突然变化．将出现加速的动态而突出。有利的突出条件是：煤的结构紊乱，瓦斯压力高，煤和固岩的应力大。

4.2煤与瓦斯突出机理目前一百二十五页\总数一百八十页\编于十八点上述的综合假说比前面的单向因素的假说大大进了一步，它们能解释的突出现象也比其它各种单项因素的假说多。但是，还有其它一些突出现象不能解释、如：①突出的区域性分布；②石门的自行揭开；③过煤门时的大强度突出；④震动放炮揭开煤层时的延期突出；⑤突出时瓦斯喷出量超过煤层的瓦斯含量几十倍甚至几百倍。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百二十六页\总数一百八十页\编于十八点

60年代，前苏联的霍多特在前人研究的基础上，通过大量的实验室实验。从能量的角度出发，用数学分析的方法计算了煤层的变形潜能、围岩的动能、瓦斯的内能以及造成突出所需要的动能。提出了能量“假说”。他对突出的解释为煤层应力状态突然改变相煤体内的各种潜能突然释放所引起煤层的高速破碎。他对突出全过程的解释是当煤体由一种应力状态迅速转向另一种应力状态时，煤的变形跟不上应力的变化．在岩石对煤层的直接破碎的同时，增添了弹性恢复所引起的破碎和移动功、使破碎煤的孔隙串增加，瓦斯压力作用的面积增大。当煤相当破碎且煤的瓦斯含量足够大时，瓦斯涌出的速度急剧增大，形成瓦斯流．把已粉碎的煤带入巷道。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百二十七页\总数一百八十页\编于十八点他认为：煤体的破碎是由弹性潜能释放引起的，瓦斯在煤体破碎后才得以释放、释放的瓦斯能只参与了突出的发展过程。与霍多特同一时期的还有前苏联的M．Bl包布夫，他在进行了大量的现场观测的基础上提出了“应力分布不均匀”说，他认为，在突出危险煤层的围岩中，由于地质构造应力约作用，造成了煤体深部应力不均匀，由此使围岩产生不均匀的移动。在突出发生前，围岩的移动发生“停滞”，使工作面附近的媒体处于一种不稳定的状态，其特点是起保护层作用的压出带尺寸大大减少．压缩带缺失，离工作面不远处的煤体就具有较高的稳定的瓦斯压力。当工作面受机械作用破坏了不稳定平衡时，岩石产生移动和伸直，引起突出。包布洛夫认为：突出的首要原因是围岩应力的释放。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百二十八页\总数一百八十页\编于十八点

霍多特与包布洛夫两人在60年代的工作把瓦斯突出帆理的研究推向了一个新的阶段．他们从实验室试验到现场观测都进行了大量细致的工作，得出了一些有价值的具有普遍意义的观点和论断，直到目前这些观点相论断仍然对瓦斯突出的防治具有指导作用。但是．需要指出的是，霍多特与包布格夫对瓦斯突出机理的研究也还是处于经验的摸索阶段，这从他们的研究方法和实验过程中可以看出来。他们确定了地应力在发动突出时的作用，但对瓦斯在突出中的作用，突出过程中的阶段划分等细节问题说明的还比较粗略。对过煤门时的大强度突出、突出时瓦斯喷出量远超过煤层瓦斯含量及延期突出现象同样也不能解释。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百二十九页\总数一百八十页\编于十八点进入80年代，突出机理的研究有了新的发展。包尔申斯基等测得孔隙压力增长可使得煤样拉伸变形增加。郑哲敏就我国特大型突出实例所做的能量分析表明突出煤层中瓦斯内能要比煤体的弹性潜能大一至三个量级。氏平增之通过实验发现瓦斯压力梯度是导致煤体检应变增高从而破坏的直接原因，而后他又首次用有限元方法分析了突然暴露面附近的有效应力场、证明瓦斯压力梯度增大可引起有效拉应力增加。丁晓良进行了煤在瓦斯渗流作用下的破坏与持续扩展的研究，认为突出的发生是煤体的破坏与瓦斯渗流藕合的结果。俞善炳首次建立了煤层暴露面外气固两相各以不同速度作一维运动，相间有质量输运的气相质量守恒与动量守恒方程。4.2煤与瓦斯突出机理目前一百三十页\总数一百八十页\编于十八点何学秋进行了煤与瓦斯突出过程的流变学研究，提出了煤与瓦斯突出的流变假说，用该假说解释了延期性突出问题。蒋承林通过对石门揭穿含瓦斯煤层时煤体破坏现象的实验研究、提出了煤与瓦斯突出的球壳失稳作用假说。由于煤与瓦斯突出是极其复杂的动力现象，故而对突出机理的认识目前仍然处于定性综合作用假说阶段，即煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯和煤的物理力学性质三者综合作用的结果，是聚集在围岩和煤体中大量潜能的高速释放，并认为高压瓦斯在突出的发展过程中起决定性的作用．地应力是激发突出的因素，而煤的物理力学性质则是阻碍突出的因素4.2煤与瓦斯突出机理目前一百三十一页\总数一百八十页\编于十八点发展阶段的特点是煤体依靠释放的弹性能和游离瓦斯的膨胀能使发生连续破碎，形成破碎波，已破碎的煤岩体在高速瓦斯流的携带下向巷道抛出。能量积聚过程，即工作面前方应力集中，形成高的应力梯度；应力增大使煤体透气性降低，煤体内瓦斯压力梯度提高。准备阶段使工作面处于突出危险状态,这样的工作面会显现各种的有声或无声的突出预兆。当出现下列任一情况时，突出即告停止：①激发突出的能量业已耗尽；②突出过程中,继续放出的能量不足以粉碎煤；③突出孔道受阻碍，不能继续在突出空洞周围建立较大的应力梯度和瓦斯压力等。煤与瓦斯突出发展过程突出的发动阶段。由于外力作用使工作面附近煤岩体应力状态突然改变，岩石和煤中积聚的弹性潜能、瓦斯膨胀能迅速释放，使煤岩体发生突然的位移、破坏,激发突出。停止阶段激发阶段准备阶段发展阶段3突出的发展过程及各因素的作用（1）突出的发展过程目前一百三十二页\总数一百八十页\编于十八点煤与瓦斯突出阶段划分3突出的发展过程及各因素的作用目前一百三十三页\总数一百八十页\编于十八点1）地应力的主要作用有三：一是激发突出；二是在突出发展阶段中与瓦斯压力梯度联合作用对煤体进行剥离、破碎；三是影响煤体内部裂隙系统的闭合程度和生成新的裂隙、控制着瓦斯的流动和解吸过程。当煤体突然破坏时，伴随着卸压过程、新旧裂隙系统连通起来并处于开放状态，顿时显现卸压流动效应，形成可以携带破碎煤的有压头的膨胀瓦斯风暴。3突出的发展过程及各因素的作用目前一百三十四页\总数一百八十页\编于十八点瓦斯在突出过程中的主要作用有三：一是在某些场合，当能形成高瓦斯压力梯度时，可独立激发突出；在自然条件下，由于有地应力配合，可以不需要很高的瓦斯压力梯度就可激发突出。二是发展与实现突出的主要因素，在突出的发展阶段中，瓦斯压力与地应力配合连续地剥离破碎煤体使突出向深部传播。三是膨胀着的、具有压力的瓦斯风暴不断地把破碎的煤运走、加以粉碎，并使新暴露的突出孔壁附近保持着较高的地应力梯度与瓦斯压力梯度，为连续剥离煤体准备好必要条件。3突出的发展过程及各因素的作用目前一百三十五页\总数一百八十页\编于十八点应力极限平衡区宽度：卸压区宽度：（1）卸压区：（2）原始应力区（3）集中应力区4煤巷卸压带对煤与瓦斯突出的作用机理目前一百三十六页\总数一百八十页\编于十八点

煤巷卸压带对煤与瓦斯突出的作用机理

实践表明：煤与瓦斯突出和工作面前方卸压区的大小有关，一般情况下，当卸压区缩短、且煤面附近存在高压瓦斯时，就会引起突出。煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯和煤强度三者相互作用的结果。而实际上，在矿井中并不是只要满足地应力、瓦斯和煤强度三者的关系就会发生出．倘若高的地应力、瓦斯压力和低的煤强度所处位置远离采掘工作面，则理所当然就不会引起突出。反之，在采掘工作面附近，就会引起突出．也就是说都工作面前方的卸压区有关。目前一百三十七页\总数一百八十页\编于十八点在理论研究和实际工作中，为了能够应用连续介质力学理论的成果，往往把煤(岩)体看作是连续介质煤(岩)体来加以研究，这种假设在一定条件下是允许的、一般认为在下列情况下煤(岩)体具有连续介质的特征：①结构面不连续延展，切割不成分离的物体，而具有完整结构的煤(岩)体。②在较高的围岩压力作用下，结构面闭合，在摩擦力作用下，使煤(岩)体在传递应力或变形破坏过程中，结构面不起主导作用。③在人工改造作用下，使煤(岩)体结构面人工愈合，而使煤(岩)体变为完整结构煤(岩)体。目前一百三十八页\总数一百八十页\编于十八点卸压区中煤体将产生破坏，形成煤与瓦斯突出现象。所以，从卸压区煤体稳定性条件出发，卸压区的安全宽度为：即：卸压区的安全宽度X0与煤层（或软分层）厚度m、地应力σy，瓦斯压力p成正比；与煤体强度σT成反比。m、σy、p值越大，X0

值也越大，反之，则可适当减小。另外，当σT值减小时，X0

值应增大才能确保安全。卸压区安全宽度确定：4煤巷卸压带对煤与瓦斯突出的作用机理目前一百三十九页\总数一百八十页\编于十八点根据理论推导，在煤巷中，卸压区煤体稳定性的条件为：

根据现场实践表明：当煤巷卸压区中的煤体受到破坏时，则往往导致突出现象的发生。因此，在煤巷中，发生煤与瓦斯突出现象的条件为：上式表明：当卸压区长度X0一定时，地应力σy、瓦斯压力p越大，则突出现象的危险性就越大；反之，当地应力σy、瓦斯压力p一定时，卸压区长度X0越小，则越容易满足上式，突出现象危险性就越大。卸压区安全宽度的应用：4煤巷卸压带对煤与瓦斯突出的作用机理目前一百四十页\总数一百八十页\编于十八点

煤与瓦斯突出现象和工作面前方卸压区的大小有直接关系。一般情况下，卸压区越短，则集中应力区最大值越接近工作面，瓦斯压力梯度越大，卸压区被冲破而形成突出现象的可能性就越大。当卸压区的范围足够大时，即使工作面前方存在高压瓦斯和急剧的应力集中，突出现象也不可能形成；反之，卸压区范围越小，保护屏障就越薄，突出就越容易形成。

现行的许多防突措施如深孔松动爆破、开卸压槽等，其理论基础就在于此。因此，可以根据计算出来的卸压区安全宽度来考虑松动爆破、开卸压槽等的深度。4煤巷卸压带对煤与瓦斯突出的作用机理目前一百四十一页\总数一百八十页\编于十八点4.3煤与瓦斯突出危险性预测单项指标法工作面预测突出预测区域预测地质雷达方法综合指标法瓦斯地质统计法其它方法巷道瓦斯涌出特征法R值指标法复合指标法煤体温度法钻屑瓦斯解吸指标法声发射方法其它经试验证实有效的方法坑透法动力区划法三维地震法综合指标法瑞利波方法瓦斯地质方法煤体电磁辐射方法按预测任务的不同分类目前一百四十二页\总数一百八十页\编于十八点4.3煤与瓦斯突出危险性预测按作业地点的不同分类突出矿井和突出煤层的鉴定突出预测平巷掘进工作面预测石门揭煤工作面预测突出煤层内区域预测煤巷掘进工作面预测下山掘进工作面预测上山掘进工作面预测回采工作面预测目前一百四十三页\总数一百八十页\编于十八点矿井和煤层突出危险性鉴定

突出矿井、突出煤层鉴定相关规定

《防治煤与瓦斯突出规定》（以下简称规定）第12条规定：突出煤层和突出矿井的鉴定由煤矿企业委托具有突出危险性鉴定资质的单位进行。煤矿企业应当将鉴定结果报省级煤炭行业管理部门、煤矿安全监管部门、煤矿安全监察机构备案。煤矿发生瓦斯动力现象造成生产安全事故，经事故调查认定为突出事故的，该煤层即为突出煤层，该矿井即为突出矿井。4.3煤与瓦斯突出危险性预测目前一百四十四页\总数一百八十页\编于十八点矿井和煤层突出危险性鉴定

突出矿井、突出煤层鉴定相关规定

《规定》第11条规定：矿井有下列情况之一的，应当立即进行突出煤层鉴定；鉴定未完成前，应当按照突出煤层管理：（1）煤层有瓦斯动力现象的；（2）相邻矿井开采的同一煤层发生突出的；（3）煤层瓦斯压力达到或者超过0.74MPa的。4.3煤与瓦斯突出危险性预测目前一百四十五页\总数一百八十页\编于十八点矿井和煤层突出危险性鉴定

突出矿井和突出煤层的鉴定

《规定》第13条：突出煤层鉴定应当首先根据实际发生的瓦斯动力现象进行。当动力现象特征不明显或者没有动力现象时，应当瓦斯压力P、煤的破坏类型、Δp和f值等指标进行鉴定。技术要点鉴定指标煤层破坏类型瓦斯放散初速度△p坚固性系数f瓦斯压力（相对压力）P（MPa）临界值Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ≥10≤0.5≥0.74全部指标均达到或者超过临界值的，确定为突出煤层。4.3煤与瓦斯突出危险性预测目前一百四十六页\总数一百八十页\编于十八点1、区域突出危险性预测方法

区域预测

任务是确定井田、煤层和煤层区域的突出危险性,即预测上述区域的煤层是否具有发生突出的必要条件,开采过程中有无发生突出的可能性。区域预测方法依据区域预测相关规定区域预测任务

《规定》第33条突出矿井应当对突出煤层进行区域突出危险性预测。第42条区域预测一般根据煤层瓦斯参数结合瓦斯地质分析的方法进行。

区域预测方法的依据是阐明突出的煤