瓦斯防治之瓦斯突出的原因和规律

煤矿安全之瓦斯防治（五）课题五瓦斯喷出的原因和规律一、瓦斯喷出的原因及规律瓦斯喷出及预防瓦斯喷出是指采掘空间周围的煤岩裂缝或空洞向外喷出大量瓦斯的现象，在喷出时常常伴随有声响和一定的动力效应，瓦斯喷出量很大时可能造成风流逆转。1、瓦斯喷出的原因及规律瓦斯喷出发生的原因是：在煤或岩层中天然的或因采掘工作形成的孔洞、裂隙内积存有大量的高压瓦斯，这是形成瓦斯喷出的内在因素；在开采过程中的机械振动、爆破穿透或地压活动形成卸圧裂缝，这是造成瓦斯喷出的外在因素。瓦斯喷出有以下规律：（1）瓦斯喷出与地质变化有密切关系，多发生在地质构造破坏带，如断层、断裂、褶曲和石灰岩溶洞附近。（2）煤层顶、底板岩层中有溶洞、裂隙发育的石灰岩或烧变岩层，其中又积聚有大量的高压瓦斯时，则有可能发生大规模的瓦斯喷出。（3）瓦斯喷出前一般都有明显的预兆，如风流中瓦斯浓度增加或忽大忽小，工作面有发凉的感觉或有瓦斯喷出的“嘶嘶”声等。（4）瓦斯喷出一般都有明显的喷出口。课题五瓦斯喷出的原因和规律二、预防和处理瓦斯喷出的措施预防和处理瓦斯喷出的措施预防和处理瓦斯喷出的措施可概况为“探、排、引、堵”4个方面。（1）探。通过打钻，探明工作面前方及两侧是是否存在断层、裂隙或溶洞，了解其位置、空间大小以及其中的瓦斯赋存情况。（2）排。排放或抽放瓦斯。（3）引。将瓦斯引至回风流。（4）堵。封堵裂隙。对于有瓦斯喷出危险的工作面，除了采取以上措施之外还必须布置独立的通风系统，并适当加大风量，保证工作面及其回风流中瓦斯不超限和不影响其他区域。课题五瓦斯喷出的原因和规律三、煤与瓦斯突出的发生原因及规律在煤矿地下采掘过程中，从煤、岩体内部突然（几秒钟到几分钟）喷出大量的煤和瓦斯的现象，称为煤与瓦斯突出，简称突出。煤与瓦斯突出是煤矿的一种严重自然灾害，其主要危害是：①它能摧毁井巷设施，破坏通风系统；②能使井巷中瞬间堆积大量的煤（岩）和充满高浓度的瓦斯，造成人员被埋压和窒息；③突出的瓦斯遇火源则可能发生燃烧或爆炸事故。（一）煤与瓦斯突出的原因及规律１、煤与瓦斯突出的原因可归纳为三种：1）瓦斯作用说2）地压作用说3）综合作用说课题五瓦斯喷出的原因和规律2、煤与瓦斯突出的一般规律人们对大量突出资料的统计分析表明，煤与瓦斯突出有以下规律：（1）突出发生在采掘达到一定的深度以后。（2）突出多发生在地质构造附近，如断层、褶曲、扭转和火成岩侵入区附近。（3）煤层顶底板坚硬致密、厚度较大时，突出危险性大，反之则小。（4）突出次数和强度，随煤层厚度特别是软分层厚度的增加而增加。（5）突出煤层的瓦斯含量和瓦斯压力都比较高。（6）突出煤层的特点是强度低，而且软硬相间，透气系数小，瓦斯的放散初速度高，煤的原生结构遭到破坏，层理紊乱，无明显节理，光泽暗淡，易粉碎。（7）进行落煤工序时易放散突出，爆破更容易引起突出。（8）突出具有延迟性。（9）突出前常有预兆。课题五瓦斯喷出的原因和规律四、煤与瓦斯突出的预兆突出的预兆分为有声预兆和无声预兆。有声预兆主要有：①响煤炮。②煤层或岩层的破裂声。无声预兆主要有：①煤层结构及构造的变化，如层理紊乱、每体变软、光泽变暗，煤层顶板出现梯状凸起等。②地压的变化，如支架变形，煤壁外鼓、偏帮、掉渣，煤岩自行脱落等。③其他预兆，如瓦斯浓度忽大忽小，煤尘增大，气味异常，打钻时喷瓦斯、喷煤等。课题五瓦斯喷出的原因和规律五、防治煤与瓦斯突出的综合措施《规程》规定：开采突出煤层时，必须采取突出危险性预测、防治突出措施的效果检验、安全防护措施等综合防治突出措施。1、煤层的突出危险性预测突出矿井必须对突出煤层进行区域突出危险性预测（简称区域预测）和工作面突出危险性预测（简称工作面预测）。突出煤层经区域预测可划分为突出危险区、突出威胁区和无突出危险工作面。对采掘工作面实施防治突出措施后，应按工作面预测方法进行措施效果检验。措施效果检验指标都在该煤层突出危险临界值以下的，认为措施有效。课题五瓦斯喷出的原因和规律1）预测指标(1)、煤的瓦斯放散指数ΔP：一般情况下，ΔP＞15～25时有突出危险。(2)、煤的坚固系数f

：当f

0.6～0.8时有突出危险；f＞1.2时，无突出危险。(3)、软煤比软煤分层厚度与煤层总厚度之比称软煤比，亦称揉皱系数。该值越高，煤层越不稳定，突出可能性越大。(4)、钻孔瓦斯涌出量和钻渣量可以在掘进工作面即时预测，它综合反映了工作面前方煤体渗透性、破坏程度、瓦斯涌出速度和岩层应力状态。课题五瓦斯喷出的原因和规律2、防治煤与瓦斯突出的技术措施1）区域性防治突出措施（1）开采保护区区域性防突措施主要有开采保护层和预抽煤层瓦斯两种。1、开采保护层保护层：在突出矿井中，预先开采的、并能使其它相邻的有突出危险的煤层受到采动影响而减少或丧失突出危险的煤层称为保护层。被保护层：后开采的煤层称为被保护层。保护层位于被保护层上方的叫上保护层，位于下方的叫下保护层。

1)、开采保护层的作用(1)地压减少，弹性潜能缓慢释放；(2)煤层膨胀变形，形成裂隙与孔道，透气性增加；(3)煤层瓦斯涌出后，煤的强度增加课题五瓦斯喷出的原因和规律课题五瓦斯喷出的原因和规律2).保护范围保护范围：指保护层开采后，在空间和时间上使危险层丧失突出危险的有效范围。（1）垂直保护距离保护层与被保护层间的有效垂距:上：急<60m,缓：<50m下：急<80m,缓：<100m（2）沿倾斜的保护范围确定沿倾向的保护范围就是沿倾向划定被保护层的上、下边界(以冒落角)。（3）沿走向的保护范围。超前距一般不得小于两个煤层之间垂直距离的两倍，至少不小于30m。(4)煤柱的影响课题五瓦斯喷出的原因和规律二)局部防突措施1、松动爆破作用机理：松动爆破是向掘进工作面前方应力集中区，打几个钻孔装药爆破，使煤体松动，集中应力区向煤体深部移动，同时加快瓦斯的排出，从而在工作面前方造成较长的卸压带，以预防突出的发生。松动爆破分为深孔和浅孔两种．深孔松动爆破一般用于煤巷或半煤岩巷掘进工作面。

2、钻孔排放瓦斯—3.5~4.5孔/m2作用机理：石门揭煤前，由岩巷或煤巷向突出危险煤层打钻，将煤层中的瓦斯经过钻孔自然排放出来，待瓦斯压力降到安全压力以下时，再进行采掘工作．钻孔数和钻孔布置应根据断面和钻孔排放半径的大小来确定每m2断面不得少于3.5～4.5孔。此法适用于煤层厚、倾角大、透气系数大和瓦斯压力高的石门揭煤时。也大量用于突出危险煤层的煤巷掘进。缺点时打钻工程量大，瓦斯压力下降慢，等待时间长。课题五瓦斯喷出的原因和规律3、水力冲孔---在煤岩柱保护下，高压水作用机理：是在安全岩(煤)柱的防护下，向煤层打钻后，用高压水射流在工作面前方媒体内冲出一定的孔道，加速瓦斯排放。同时，由于孔道周围煤体的移动变形，应力重新分布，扩大卸压范围。此外，在高压水射流的冲击作用下，冲孔过程中能诱发小型突出。使煤岩中蕴藏的潜在能量逐渐释放，避免大型突出的发生。煤巷掘进水力冲孔后，由于瓦斯排放和煤炭湿润，不但预防了突出煤尘少，煤质变硬不易垮落和片帮。水力冲孔适用于地压大、瓦斯压力大、煤质松软的突出危险煤层。4、超前钻孔作用机理：它是在煤巷掘进工作面前方始终保持一定数量的排放瓦斯钻孔。它的作用是排放瓦斯增加煤的强度，在钻孔周围形成卸压区，使集中应力区移向煤体深部。急倾斜中厚或厚煤层上山掘进时，可用穿透式钻机，贯穿全长后，再由上而下扩大断面然后用人工修整到所需断面。课题五瓦斯喷出的原因和规律超前钻孔适用于煤层赋存稳定、透气系数较大的情况下。如果煤质松软，瓦斯压力较大，则打钻时容易发生夹钻、垮孔、顶钻，甚至孔内突出现象。5、金属骨架作用机理：金属骨架是一种超前支架。当石门掘进工作面接近煤层时，通过岩柱在巷道顶部和两帮上侧打钻，钻孔穿过煤层全厚，进入岩层0.5m。孔间距一般为0.2m左右，孔径75～100mm然后将长度大于孔深0.4～0.5m的钢管或钢轨，作为骨架插入孔内，再将骨架尾部固定，最后用震动放炮揭开煤层。此法适用于地压和瓦斯压力都不太大的急倾斜薄煤层或中厚煤层。在倾角小或厚煤层中，金属骨架长度大，易于挠曲，不能很好地阻止煤体移动，效果较差。6、超前支架作用机理：用于有突出危险的急倾斜煤层、厚煤层的煤层平巷掘进时。为了防止因工作面顶部煤体松软垮落面导致突出，在工作而前方巷道顶部事先打上一排超前支架，增加煤层的稳定性。课题五瓦斯喷出的原因和规律7、卸压槽近年来在采掘工作而推广使用了卸压槽的方法，作为预防煤（岩）与瓦斯突出和冲击地压的措施。它的实质是预先在工作面前方切割出一个缝槽，以增加工作面前方的卸压范围。8、震动放炮1）、岩柱厚度>1.5m2）、炮眼数和炮眼布置，单列三组楔形掏槽3）、装药量：f=3-4,4-5kg/m3,f=6-8,5-7kg/m34）、注意事项：(1)撤人；(2)断电，(3)30min检查；(4)防止扩大(矸石堆和反向风门)3、防治煤与瓦斯突出技术措施的效果