防治煤与瓦斯突出基础知识

防治煤与瓦斯突出基本流程参考示意图

局部综合防突措施区域综合防突措施建井期间进行突出煤层、突出矿井鉴定非突出矿井生产矿井突出煤层、突出矿井鉴定有突出煤层无突出煤层：按非突出矿井管理危险区新建矿井突出危险性评估有突出危险：按突出矿井设计无突出危险：按非突出矿井设计突出矿井突出煤层开拓前区域预测：用于指导新水平、新采区设计及开拓工程揭煤区域措施效果检验危险区无危险区每采掘10～50m进行区域验证有危险无危险工作面预测突出危险工作面无突出危险工作面工作面措施效果检验执行安全防护措施后采掘作业工作面防突措施突出危险工作面无突出危险工作面执行安全防护措施后采掘作业区域防突措施无危险区开拓后区域预测一、煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出是煤矿井下开采作业时发生的一种复杂动力现象，也是矿井自然灾害之一。突出时，煤与瓦斯伴随着强大的冲击力，摧毁巷道设施，破坏通风系统，导致风流逆转，并可能造成煤流埋人、瓦斯窒息甚至爆炸事故。2002年4月7日，芦岭煤矿发生特大型煤与瓦斯突出，突出煤岩量8729t、瓦斯量93万m3，13人死亡。

2004年10月，大平煤矿发生一起特大型煤与瓦斯突出，突出煤（岩）量1894t,瓦斯量25万m3，引发特别重大瓦斯爆炸事故，造成148人死亡。

2008年8月，新丰二矿煤巷掘进工作面发生瓦斯突出，突出煤（岩）量2555t，突出瓦斯量26万m3，并导致12160采面风流逆转，造成23人遇难。通过所发生突出事故统计和分析：瓦斯、矿压、煤体是构成突出的基本要素，瓦斯压力和矿压是实现突出的能量，其大小决定突出强度。煤体是突出能量的载体，也是抵抗突出发生的包容体；突出发生在具有一定潜在能量（瓦斯压力、矿压）的煤体，在采矿作业扰动激发下，是煤体突然失稳而爆发的动力过程。二、发生突出的规律性1、随着开采深度的增加，煤层突出的几率和突出强度加大。2、突出分布是不均匀的，在很大程度上受地质构造控制，并有分区分段特点，其突出区、突出带、突出点往往都有明显的地质标志。煤层的不均质性及弱面的存在、地质构造、局部应力集中处往往是突出发生地。3、无论是突出几率还是突出强度，石门揭煤过程突出危险性最大。4、煤层的突出危险性是潜在的，它的最终实现是外界扰动而至。放炮、片帮和局部冒顶、风镐作业、打钻等采矿扰动对突出有显著的诱导作用。5、突出发生前有不同的预兆。煤与瓦斯突出的一般规律1）地压是发生突出的主要动力①突出的危险性随着煤层的埋藏深度的增加而增加；②采掘工作形成的集中应力区是突出点密集区；③突出危险区集中在地质构造带呈带状分布——华蓥山中段多处于断层、小褶曲和背斜轴部。④产生强烈远距离的采掘作业可能诱发突出；⑤受煤自重的影响，上山掘进头发生突出的次数多，强度小；下山掘进头发生的次数少，强度稍大；2）瓦斯是抛出煤体完成突出过程的主要动力①

突出危险煤层的瓦斯压力一般在0.7--1.0MPa，同一煤层中瓦斯压力越高的区域，突出的危险性越大；②

突出危险煤层的瓦斯含量和开采时的瓦斯涌出量都有在10m3/t以上。突出发生时，吨煤瓦斯喷出量是煤层瓦斯含量的几倍至几百倍。③

突出气体的种类主要是甲烷，个别矿井突出二氧化碳，突出丽斯中含有少量重烃类气体。33）煤的物理力学性质决定发生发展的难易①

突出的次数和强度随着煤层厚度，特别是软分层厚度的增加而增多，突出最严重的煤层一般是最厚的煤层；②

突出的危险性随着煤层的倾角的增大而增加；③

突出煤层的特点是强度低

三.突出矿井的鉴定

煤与瓦斯突出是煤矿开采过程中的严重自然灾害之一,因其具有突发性,对生产人员的安全危害极大.由于突出机理目前仍处于假说阶段,影响它的因素随机性又大,要完全控制它的发生,还有一定的难度,但采取一些行之有效的措施后,仍可以做到不发生或减少伤亡事故.根据目前所掌握的规律,随着采掘深度的增加,突出发生的可能性与危害性也日趋严重,例如:矿井在开采浅部煤层时,从未出现过瓦斯动力现象,当采掘到一定的深度时,就会出现瓦斯动力现象瓦斯动力现象出现的初期,缓倾斜煤层多以压出形式出现,它与片帮现象很难区分.急倾斜煤层则多出现受煤体自重作用而诱发的倾出,而这种现象又与冒顶现象难以区分.因而判断瓦斯动力现象的性质,需要经验丰富的专业机构通过实测煤层瓦斯压力,取样分析化验和现场勘查,综合判断该矿是否已具备发生煤与瓦斯突出的三大要素,以免判断失误,给生产带来不必要的损失.判断瓦斯动力现象的基本技术与装备,一般在首次出现瓦斯动力现象的矿井都是不具备的,难以进行正确的鉴定,因此需经煤矿企业委托具有突出危险性鉴定资质的单位进行.同样,在一个突出矿井,由于受地质条件的影响,采掘地区的变更或采掘条件的变化,经过多年来的采掘实践,没有再次出现瓦斯动力现象,要对此现象出现真实的原因做出正确的判断,同样难度也是较大的.为了查明原因,做出正确的判断,同样也需做现场调查,实测瓦斯参数,取样分析化验,综合判断突出矿井是否已不具备发生突出的三大要素.为了慎重的对待此项工作,以免造成由于判断失误而造成的重大人身伤亡事故,同样也需要经原鉴定单位确认后,才能撤消突出煤层或突出矿井的称号."新建突出矿井煤层突出危险性的再确认在新建矿井,煤层的突出危险性是由地质勘探部门提供的基础资料确定的,这些资料一般是根据相邻矿区或矿井的瓦斯,瓦斯动力现象资料和煤层的物理力学性质资料确定的,具有一定的可信程度.因此在新建矿井的设计任务书必须明确确定该矿是否为突出矿井,并按相应的技术要求进行设计,以免矿井投产后,由于发生瓦斯动力现象,矿井不具备防治突出的生产条件而造成的停产补套现象,给新投产矿井造成重大的经济损失或瓦斯事故.勘探部门所提供的瓦斯基础资料虽具有一定的可信程度,但尚未进行验证,所以新建矿井在建设期间,需进一步验证勘探期间对煤层突出危险性判断的可信程度,以便及时调整防治突出的措施,在新井建设期间,还必须根据揭穿各煤层的实际情况重新验证煤层的突出危险性.制定两个四位一体综合防治突出措施.煤与瓦斯突出是一种自然现象,它具有突发性,不完全的可知性,要想完全防止它的产生是难以达到的.根据现实情况,我国现有的防治突出方法首先要摸清楚它发生的地区,范围,采取必要的防治措施,改变其发生突出所应具备的基本条件,使其不发生或降低其突出强度,并采取必要的安全防护措施,以保证施工人员的安全.从上述的思路可知，煤与瓦斯突出问题仍然比较突出。煤与瓦斯突出工作,它已不是单一的技术措施,而是一套完整的综合防治突出的系统工程,我们称它为综合防治突出措施.现分两部分加以叙述;突出预测,措施及效果检验.突出预测可分两种,即区域预测和工作面预测.预测的目的就是将突出矿井中有限的防突资金与人力用在突出矿井最需要,最危险的地方,以提高突出矿井的防突效率和降低突出矿井的生产成本.进行预测的目的是将不突出区段或突出危险性很小的区段尽可能的区分出来.要想一次用预测的方法,准确无误地划分出突出危险区段或找出突出的地点,显然在目前的条件下,具有相当大的难度.目前,世界各主要采煤国家,都未能达到上述水平.我国采取的预测途径是采用缩小范围的方法,逐步查明突出区域或突出地点.首先采用区域预测将突出矿井中的各个区段,采区划分为突出危险区和无突出危险区.然后,在突出危险区中用工作面预测方法将采掘工作面进一步区分为突出危险工作面和无突出危险工作面.在突出危险区内或突出危险工作面必须采取相应的防治突出措施,以改善或消除突出的三大要素,但是由于煤层特性变化频繁,采用固定的防突措施.参数施工,有时难以达到预期目的,因而还必须采取措施效果检验,以保证工作安全目前应用的突出预测预报方法是建立在在瓦斯、矿压、煤的物理力学性质三中要素的变化幅度及变化规律上。由于对突出的起因，发生的充分必要条件，突出起动、发生、发展过程等机理，尚未完全弄清，影响了突出预测预报的准确度。现今使用的任何方法均是一种趋势性预报，预报的可靠性同具体方法和现场测定人员的操作有关。预报的意义在于通过预测预报，可解放突出煤层的非突出区域，减少防突措施工程量，提高掘进进度和产量。预测预报是防突工作的技术核心，研究并探索准确的预报方法是个非常重要的课题。四、防突技术1、石门揭煤的层位预计和控制：误揭煤层是突出矿井井巷施工之大忌，也是现场日常防突工作最需要注意的问题。杜绝这类事故的关键在于搞好层位预计和控制。（1）最小法距：是石门揭煤中特别严格的概念，为层位控制的主要依据，它系指施工工作面距煤层的最小距离。（2）现场管理原因造成超掘，导致预留“安全岩柱”不够，甚至误揭煤层的情况普遍存在。因地质计算失误而造成的层位预计不准，甚至错误也是经常发生。（3）确定煤层赋存情况：煤层走向、倾角、厚度、稳定性和最小法距。五、安全防护措施一般规定1、井巷揭穿突出煤层或井巷揭穿按防治突出区域管理的煤层和在突出煤层中进行采掘作业时都必须采取安全防护措施。安全防护措施包括远距离放炮、远距离放炮、避难所、压风自救系统和隔离式自救器等。防突头面都必须执行防突报告单制度和放炮许可制度。井巷揭穿按防突区域管理的煤层之前，若预测具有突出危险，则必须实施“密钻孔，高负压，强力抽”措施，瓦斯预抽率达到30%以上，且经检验指标不超限，又无其他突出预兆后，方可采取远距离性放炮、远距离放炮或非远距离炮快速揭煤措施揭煤。采用远距离性放炮或远距离放炮措施的揭煤工作面距突出煤层之间必须保持一定厚度的岩柱，岩柱尺寸应根据防突措施的要求、岩石的性质、煤层倾角等确定，距煤层的最小距离：急倾斜煤层2m，倾斜、缓倾斜煤层1.5m，如果岩石松软、破碎，还应适当增加垂距。若预测为无突出危险时，可不采取防治突出的措施，但必须采用远距离放炮揭穿煤层措施。当石门揭穿厚度小于0.3m的突出煤层时，可直接采用远距离放炮揭穿煤层。安全设施及安全装备1、矿井必须装备安全监控系统，监控系统必须具有闭锁、自动解锁功能以及甲烷断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能。传感器的种类可参照《煤矿安全规程》第一百七十五条执行，但数量应满足本矿井的要求，并有一定的备用量。各类传感器的设置应按照《煤矿安全规程》和《矿井通风安全监测装置使用管理规定》有关规定执行。2、矿井必须按规定配置足够数量的便携式瓦斯报警仪，班组长以上的管理人员和零星作业人员下井必须佩带便携式瓦斯报警仪。各采掘工作面必须配备专职瓦斯检查员跟班检查瓦斯。3、矿井必须按规定配备隔离式自救器，配备的数量以井下大班最多人数人手一台为准，并有不少于20%的备用量。凡下井人员必须佩带隔离式自救器。4、有突出危险的采掘工作面必须设置压风自救系统。掘进工作面向外不超过40m设一组，放炮地点设一组，每组6-8个；在两点之间的掘进井巷中，每隔50-100m设置一组压风呼吸器，每组2-3个。回采工作面向外50m范围机巷、风巷内各安设一组压风呼吸器，并随回采工作面的推进向前移动，严重突出危险的回采工作面在机、风巷内应每隔100-150m安设一组压风呼吸器。5、煤与瓦斯突出矿井必须设置压风自救系统。供压风自救系统所用的供风主管路必须设置牢固，要根据实际情况在主管路上设置油水分离器，地点应在“作业规程”或措施中明确规定；支管可沿巷道底板敷设，其接头必须牢固可靠。6、突出危险掘进工作面应在（正反向风门）300m以外的进风风流的巷道中设置避难（放炮）硐室，硐室临巷道面的墙壁厚度不小于800mm，并设置供人员进出的向硐室外开启的隔离门和观测门，门必须坚固牢实；硐室内应设置一组与人员相等的压风自救袋和直通矿井调度室的通讯电话以及局扇运转指示灯。7、防治煤与瓦斯突出掘进工作面必须在进回风之间设置三道正反向风门，设在掘进碛头侧的风门应尽量施工在支护完好、围岩坚固、无积水、无拐弯的平巷内，风门的施工质量及风门间距要符合《防治煤与瓦斯突出细则》第95条关于风门施工之要求。有条件时,正反向风门距碛头应不低于200m。8、矿井反向风门应采用厚度不小于50mm单层木板制做，且必须保证材质。风门的横销不少于三根，其规格宽×厚不小于100×100mm，长度要与风门宽度一致，每根横销处用角铁牢固联接。角铁长度不小于风门宽度50mm，并保证其两端都能搭接在门框上，上下端角铁均要用绞链与门框牢固联接。9、反向风门必须上铁板，铁板要掩盖门板，距门边不大于10mm。铁板厚度不小于2mm，每块铁板用不小于四颗螺栓与门板联接，再用铁钉钉牢。10、每道反向门都必须有牢固的底坎。不过车的风门，其底坎要求在反向风门关闭后能将其抵牢；过车门的底坎高度以不影响通车为限。每次放炮之前，施工队的班长负责关闭反向风门并用料石或木料等物将反向门支撑好，使反向风门受突出压力时底边有较强的承压能力，反向风门靠碛头面应加挡风帘。11、风筒穿过墙垛的孔洞必须设置逆止门（在碛头侧），逆止门要能全面掩盖风筒孔洞，并超过风筒孔洞不小于20mm，逆止门用厚度不小于20mm的木板加工，厚度不小于2mm的铁板用铁钉牢固联接，然后用绞链与墙体联接牢固。五.安全措施众所周知,突出矿井的防治突出工作,每天都在重复的进行,时间一长,难免在技术装备上,思想上会出现失误,为了防止由于这方面的失误而导致的突出伤亡事故,综合防治突出措施中规定,在执行了预测,措施,措施效果检验后,还必须采用安全防护措施施工,以确保工作人员的安全.安全措施主要指远距离放炮和远距离放炮.工作面落煤时是应力明显活动期,岩爆破落煤时,工作人员远离工作面,可防止由于应力激活诱发的突出对工作人员的伤害.而防护措施包括设置一些安全装备或装置或必要的组织措施,例如反向风门,安全避难硐室,压风自救装置,自救器等.六.突出矿井专门防突机构与人员的设置

煤与瓦斯突出有明显的区域性特征,各地区或矿井所采取的防治突出措施与手段也不尽相同,所以煤与瓦斯突出防治工作是一种专业性很强的工作,防突人员不仅需要采矿,矿压,物理,化学等方面的基本专业知识,同时还需要积累丰富的实践经验,而丰富的实践经验来自于突出资料的积累,尤其是本矿的突出资料积累.因而突出矿井设置专门的机构与人员进行管理是非常必要的,对积累突出资料和培养防突人材是非常有利的,这一点对突出矿井管好防治突出工作是至关重要的.经验告诉我们,凡是重视此项工作的突出矿井,防治突出管理工作就很正规,突出事故发生率较低.从另外一点看,现在学校还未能培养出防治突出的专业人员满足突出矿井的需要,因此突出矿井要想安全生产,必须立足于自行培养自己所需的防治突出的专业人员.七、突出矿井防治突出计划的编制突出矿井根据矿井生产采掘计划,结合区域预测所划分的突出危险区,突出威胁区,制定出矿井的年度,季度,月度防治突出计划,目的是将防治突出工作纳入矿井正常的生产计划中,以便对防治突出工作加强管理.除此而外,可根据采掘计划的安排,结合区域预测结果,可事先知道将被开采的采区,煤层的突出危险程度,提前做好防治突出措施的编制和人力物力的安排,同时也可根据突出危险性程度,将采区或工作面事先做出轻,重,缓,急的安排,使防治突出的工作做到有序不乱.这样,可最大限度地减少突出对生产的影响1、新建突出矿井,新水平,新采区投产时的要求

新建矿井,新水平,新采区投产时各种生产设施已完全齐备,已具备生产条件,但是防治突出设计中规定的工程设备,安全设施没有或不符合规定要求时,强行投产后,必然对安全生产造成严重的危害.若勉强投产后再补套,势必造成生产与安全两者不能兼顾.因而,当新建突出矿井,突出矿井的新水平,新采区验收时,发现防治突出设计中规定的工程设备或安全设施不符合要求时,不要验收移交生产.2、新建突出矿井,突出矿井的新水平,新采区设计中要编制煤层防治突出设计

突出矿井防治突出效果的好坏,关键取决于矿井采掘计划中是否考虑到了突出的防治,在开采前所必须做的防治突出工程.例如:有无采保护可开采,通风系统能否达到突出工作面的通风要求,根据煤层的突出危险性程度,采用何种形式的防治突出措施,需要做那些工程准备,这些都需要在煤层开采前研究确定.为了做好防治突出工作,就需要把上述确定的方案,设施做好规划,编制出突出煤层防治突出的专门设计3、布置突出矿井的采掘工作面应考虑的因素

为了减少突出对生产的危害,尽量少扰动突出煤层,在有条件的地方,把主要巷道布置在岩石,无突出或突出危险性较低的煤层中.在开采了保护层的地方,要充分利用其保护范围,将巷道布置在保护范围内.A.地质剧烈变化地带,最易发生突出,且突出强度高,所以不能将石门布置在该带中,以免增加危险和防治突出工作的难度.如果条件许可,先用煤巷掘至石门揭煤地点,然后石门再与煤巷沟通,为了防止煤巷掘进工作面与石门掘进工作面前方应力的相互影响,应力叠加而诱发的突出,煤巷必须超过石门贯通位置5m以上.为了防止石门与煤巷贯通时,炮眼底距煤巷帮的距离小于炮眼的最小抵抗线,火药容易发生爆燃或有火焰喷出,当煤巷中因通风不良或没有通风而造成瓦斯聚集时,就会发生瓦斯爆炸事故,因而采用石门贯通煤层必须保证煤巷的正常通风.应力在煤与瓦斯突出中是一个不可忽视的重要因素,一般说来,应力可分垂直应力（岩石自重所形成的应力）,水平应力、构造应力及采掘附加应力.前二者在同一个采区或不大的范围内,无明显变化,而采掘附加应力是一个变量,它是由于人们采掘活动,破坏了煤（岩）的原始应力状态,使应力重新分布的结果.在高应力区内进行采掘工作,易触发应力突变,导致在采掘工作面前方快速形成卸压带,造成煤体破坏,煤层中的瓦斯快速解吸,大量的游离瓦斯出现在煤层的裂隙,空隙中,参与破碎煤体,并将被破碎的煤块搬运到远离工作面的地方,形成突出.在一个或相邻两个采区中,同一煤层的同一区段,两个工作面进行相向采掘工作,当两个工作面相互接近时,由于两个工作面的采掘附加应力相互叠加,产生高应力区,易发生突出.因而在上述条件下,不能布置两个个相向采掘工作面.八、矿井瓦斯地质图瓦斯地质是研究矿井瓦斯涌出量,煤与瓦斯突出与地质构造的相互关系.在突出矿井中应统计,总结出本矿井煤与瓦斯突出与矿井地质构造的规律,并用于区域预测,划分突出危险区,突出威胁区和无突出危险区,能对防治瓦斯突出工作起到积极指导作用.突出矿井的瓦斯地质图,是一种突出历史资料的积累,它是在突出矿井日常工作中,对矿井瓦斯涌出量,煤与瓦斯突出和矿井地质资料不断积累完善的基础上得出的.突出矿井,为了治理突出,就必须及时编制好矿井瓦斯地质图,供今后生产用.九、防止误穿突出危险煤层严重突出矿井,为了防治瓦斯突出,常采用预抽突出煤层瓦斯的方法,防止在今后采掘工作中出现的煤与瓦斯突出,为了抽放突出煤层中的瓦斯,就要在突出煤层的顶底板岩石中开凿岩巷,通常岩巷距煤层要有一定的安全距离)其距离视煤层顶,底板的岩性而定*.但是当岩石巷道进入到地质变化带时,煤层的走向,岩性都发生了变化,若安全距离减少,岩石变软,受煤层中高压瓦斯推力的作用或岩石卸压的影响,会导致突出煤层自行揭穿或误穿煤层,形成突出.除此之外,在开采了保护层的被保护层（已受保护的突出危险煤层）中进行采掘工作时,同样也要防止采掘工作面误入未保护区（尤其是接近未保护区的边缘地带,危险性更大）,此处为高应力集中地区,容易发生突出,且突出强度较大.十、提高自我保护意识矿井工作人员,需要提高自我保护意识,掌握防治突出的基本知识开采突出矿井是一项难度大,技术复杂的工作.因为它的发生具有很大的随机性,为了防治它所采用防治突出的措施也需根据现场的实际情况,在原定的防治突出措施上进行适当的修改,方能对防治突出奏效.现场变化的信息反映到决策者时,需要有一定的时间,在这段时间内,工作人员对防治突出工作如不熟悉,继续或违章工作,就有可能酝酿出因突出而导致的重大人身伤亡事故.所以突出矿井的工作人员,必须接受防治突出知识培训,熟悉突出预兆和防治突出的基本知识,经考试合格后,方能上岗.突出矿井的工作人员掌握了防治突出的基本知识后,可以提高工作人员的自我保护意识,抵制一些因违章指挥而可能发生的突出事故.十一、突出危险煤层中禁止使用放顶煤采煤法

放顶煤采煤法是利用矿压,煤的自重落煤.突出煤层具有松软,瓦斯含量大的特征,这些特征有利于放顶煤采煤法,但这些特征恰恰是发生突出必不可少的条件.矿压‘应力(活动频繁,煤层松软,受煤体自重的影响,使煤层自顶板垮落（冒顶）,形成了新的暴露面,新暴露面上的瓦斯压力梯度陡增,在煤层中游离瓦斯压力作用下,煤层被破碎,瓦斯快速解吸形成强大的瓦斯气流,将被地应力和瓦斯破碎的煤块搬运到采掘空间中来,形成突出,若瓦斯与煤块的混合气流在流动过程中没有遇到阻力,突出将继续进行,直到混合气流受阻,新暴露面上的瓦斯压力梯度下降,不能再破碎煤体时,突出才被迫停止.由此看来,放顶煤采煤法不但