【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 常生產(chǎn)或造成事故。第二章 煤與瓦斯突出概況突出是一種復(fù)雜的瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，為了更好地防突就需要研究突出的預(yù)兆，進(jìn)一步探索突出的機(jī)理和一般規(guī)律，從而在根本上認(rèn)識(shí)突出的原因，采取相應(yīng)的綜合防突措施。煤礦在生產(chǎn)作業(yè)過程中，在地應(yīng)力和瓦斯壓力的作用下，大量的煤和瓦斯突然拋向采掘空間，且伴隨著強(qiáng)烈的動(dòng)力和聲響的現(xiàn)象，稱為煤與瓦斯突出。井下發(fā)生突出時(shí), 煤流埋人，造成人員窒息死亡；突出時(shí)的動(dòng)力現(xiàn)象，能摧毀巷道設(shè)施、通風(fēng)設(shè)施、機(jī)械設(shè)備、破壞通風(fēng)系統(tǒng)，造成災(zāi)害擴(kuò)大；甚至能引起礦井火災(zāi)或瓦斯爆炸。它是礦井最嚴(yán)重的災(zāi)害之一。本章著重介紹煤與瓦斯突出的預(yù)兆、分類、機(jī)理及一般規(guī)律等基本知識(shí)。第一節(jié) 煤與瓦斯突出的預(yù)兆在實(shí)踐中，通過分析和總結(jié)，一般的突出都有預(yù)兆。突出預(yù)兆分為無聲預(yù)兆和有聲預(yù)兆。所謂無聲預(yù)兆是指采掘空間原來相對(duì)穩(wěn)定的圍巖、頂板、瓦斯、地質(zhì)和工作環(huán)境等突然發(fā)生較大變化。有聲預(yù)兆是指采掘空間圍巖、支護(hù)設(shè)備等突然發(fā)生異常的能夠發(fā)出聲響的變化。一、無聲預(yù)兆（1）煤層層理紊亂、傾角變大、煤質(zhì)變軟、變疏、光澤暗淡，煤有濕變干、溫度降低。（2）工作面煤體和頂板壓力增大，煤壁外鼓、片幫、掉渣等礦壓顯現(xiàn)明顯。（3）瓦斯涌出量增大，瓦斯?jié)舛群龃蠛鲂?。?）打鉆時(shí)出現(xiàn)卡鉆、頂鉆、吸鉆、鉆屑量增多、瓦斯噴孔等現(xiàn)象。（5）煤塵濃度增大。二、有聲預(yù)兆（1）發(fā)出響炮聲、悶雷聲、厥炮聲、連續(xù)的機(jī)關(guān)槍聲等異常的聲響。（2）發(fā)出頂板巖石或煤層的斷裂聲、支柱折斷聲等。熟悉和掌握煤與瓦斯突出的預(yù)兆，能夠及時(shí)撤出人員，避開險(xiǎn)情，對(duì)減少人員傷亡、降低事故損失具有重要意義。例如，2009年11月3日，陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司寺家莊煤業(yè)有限責(zé)任公司15201工作面進(jìn)風(fēng)正巷橫貫掘進(jìn)工作面，14：00爆破后，8點(diǎn)班當(dāng)班人員進(jìn)行支護(hù)，采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)方式，支護(hù)2根錨桿、1根錨索后，8點(diǎn)班人員下班。下午四點(diǎn)班出勤12人，人員接著進(jìn)行支護(hù)，采用全錨索支護(hù)，支護(hù)好第一排后，由于頂板狀況不好不能爆破，故刨梁頭，開始支護(hù)第二排。由于右上角不接頂，于是跟班工長(zhǎng)上塌頂處（煤頭右上角有一倒漏斗狀塌孔，下口寬3m，塌孔高度2m）進(jìn)行構(gòu)頂，跟班隊(duì)長(zhǎng)進(jìn)行監(jiān)護(hù)。此時(shí)不斷有煤屑落下、掉渣，出現(xiàn)無聲預(yù)兆，此時(shí)跟班工長(zhǎng)便從便從構(gòu)頂處跳下，招呼掘進(jìn)工作面人員撤出。約5min后，當(dāng)人員撤至15201進(jìn)風(fēng)正巷綜掘機(jī)處時(shí)，便聽到“唰”的一聲，回頭一看，正巷掘進(jìn)工作面全是煤粉，什么也看不清楚，隨后迅速將人員全部撤至防突門外新鮮風(fēng)流處。此次突出煤量約148t，突出瓦斯11323m3。由于人員撤離及時(shí)，幸免了一場(chǎng)大難。第二節(jié) 煤與瓦斯突出的分類一、按突出動(dòng)力現(xiàn)象的力學(xué)特征分類煤礦井下的動(dòng)力現(xiàn)象指的是發(fā)生在巷道周圍的一切具有運(yùn)動(dòng)和聲響特征的現(xiàn)象。煤礦井下動(dòng)力現(xiàn)象的種類繁多，對(duì)所有的動(dòng)力現(xiàn)象進(jìn)行籠統(tǒng)的分類是困難的，必須對(duì)這些動(dòng)力現(xiàn)象按其性質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確的分類，將具有相同屬性的現(xiàn)象放在一起進(jìn)行研究，這將有利于揭示各種動(dòng)力現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。突出由于動(dòng)力現(xiàn)象的特征不同，而又分為幾種不同的類型，根據(jù)我國(guó)煤礦中發(fā)生的動(dòng)力現(xiàn)象，分為下列四種類型。煤與瓦斯突出煤與瓦斯（沼氣或二氧化碳）突出是指煤與瓦斯在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)突然地連續(xù)地自煤壁暴露面拋向巷道空間所引起的動(dòng)力現(xiàn)象。根據(jù)目前的研究成果，引起煤與瓦斯突出的作用力有地應(yīng)力和瓦斯壓力，通常以地應(yīng)力為主，瓦斯壓力為輔，重力不起決定作用，作用介質(zhì)為軟煤和瓦斯。這種煤與瓦斯具有強(qiáng)大的動(dòng)力效應(yīng)，可使井巷設(shè)施和通風(fēng)系統(tǒng)受到破壞。煤與瓦斯突出的主要特征是（1）突出的煤可拋出一定距離，其遠(yuǎn)近取決于強(qiáng)度的大小，有數(shù)米到數(shù)百米不等，有時(shí)突出的煤還有拐彎拋出一定距離的現(xiàn)象。（2）突出的煤堆積坡度小于煤的自然安息角，并有明顯的分選現(xiàn)象。（3）突出煤破碎程度較高，有大量的粉煤和極細(xì)的粉塵。（4）突出時(shí)伴隨有大量瓦斯急劇的涌出，使采區(qū)或總回風(fēng)流的瓦斯?jié)舛容^長(zhǎng)時(shí)間超限，甚至?xí)霈F(xiàn)瓦斯逆流現(xiàn)象，逆流距離視突出強(qiáng)度和礦井通風(fēng)能力的大小可達(dá)數(shù)十米乃至千米以上，瓦斯的波及范圍可達(dá)幾個(gè)采區(qū)乃至全井。（5）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。（6）突出后的孔隙多數(shù)位于巷道上方或上隅角，形狀多為口小腔大的梨形、倒瓶型等。煤的突然壓出煤與瓦斯壓出，簡(jiǎn)稱壓出，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。煤的突然壓出主要特征是：（1）壓出的煤拋出距離很近，一般為2～3m，堆積坡度較小，有時(shí)煤壁整體位移，使工作面煤壁鼓出或巷道底部煤體鼓起。（2）壓出的煤多為大塊或破碎狀，無分選現(xiàn)象。（3）發(fā)生壓出前工作面壓力顯現(xiàn)較為明顯，支架折斷、工作面掉渣、響煤炮等。（4）壓出時(shí)的瓦斯涌出量不大，不至于引起采區(qū)回風(fēng)瓦斯超限，但工作面回風(fēng)瓦斯?jié)舛瓤啥虝r(shí)增高或超限，再正常通風(fēng)情況下，很快就能恢復(fù)正常，只有在個(gè)別情況下會(huì)出現(xiàn)大量瓦斯涌出或從頂板裂隙中噴出瓦斯現(xiàn)象。（5）壓出時(shí)動(dòng)力現(xiàn)象明顯，如打到或折斷支架、推走采掘工作面的設(shè)備。（6）除煤壁整體位移外，壓出后所形成的空間不規(guī)則，有袋狀的，也有契形或縫形的。煤的突然傾出煤與瓦斯傾出。簡(jiǎn)稱傾出，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，實(shí)現(xiàn)傾出的主要力是失穩(wěn)煤的自重。煤的傾出的主要特征是：（1）傾出的煤按自然安息角堆積，并無分選現(xiàn)象。（2）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。（3）無明顯動(dòng)力效應(yīng)。（4）傾出常發(fā)生在煤質(zhì)松軟的急傾斜煤層中。（5）巷道瓦斯涌出量明顯增加。巖石與瓦斯突出巖石與瓦斯突出是由于在較高的地應(yīng)力和外界動(dòng)力的作用下，巖體瞬間被破壞并向巷道空間拋出，同時(shí)涌出大量的瓦斯（沼氣或二氧化碳）。巖石與瓦斯突出的主要特征是：（1）巖石與瓦斯突出幾乎都是由爆破引起的，它與正常爆破崩落巖石的區(qū)別在于突出的巖石量比正常爆破時(shí)要多，拋出的距離也遠(yuǎn)，視強(qiáng)度的大小，其拋出的距離可達(dá)數(shù)米到數(shù)十米以上。（2）突出巖石一般為砂巖，有分選現(xiàn)象。（3）突出時(shí)的瓦斯量較大（尤其是二氧化碳參與突出時(shí)），甚至出現(xiàn)瓦斯逆流現(xiàn)象。（4）動(dòng)力效應(yīng)明顯，破壞支架、推到礦車、搬走巨石等。（5）突出后在巖體中形成不規(guī)則的孔洞，其位置多在巷道上方或上隅角。除了以上這些動(dòng)力現(xiàn)象之外，煤礦井下還有：卸壓瓦斯的噴出、煤與二氧化碳的突出、二氧化碳與巖石的突出、巖爆、煤爆、采場(chǎng)沖擊地壓、煤炮、擠出、冒頂、井下透水等。二、按突出的強(qiáng)度分類突出強(qiáng)度是指每次突出的煤巖量和涌出的瓦斯量，主要以突出煤巖量作為劃分突出強(qiáng)度的依據(jù)。按照突出強(qiáng)度的大小可劃分為五類，即小型、中型、次大型、大型和特大型。（1）小型突出：強(qiáng)度小于50t/次（突出后，經(jīng)過幾十分鐘瓦斯?jié)舛瓤苫謴?fù)正常）。（2）中型突出：強(qiáng)度為5099t/次（突出后，經(jīng)過一個(gè)工作班以上，瓦斯?jié)舛瓤芍鸩交謴?fù)正常）。（3）次大型突出：強(qiáng)度為100499t/次（突出后，經(jīng)過1d左右，瓦斯?jié)舛瓤芍鸩交謴?fù)正常）。（4）大型突出：強(qiáng)度為500999t/次（突出后，經(jīng)過幾天，瓦斯?jié)舛瓤芍鸩交謴?fù)正常）。（5）特大型突出：強(qiáng)度大于1000t/次（突出后，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間排放瓦斯，回風(fēng)系統(tǒng)瓦斯?jié)舛炔拍芑謴?fù)正常）。第三節(jié) 煤與瓦斯突出的機(jī)理對(duì)突出機(jī)理的進(jìn)一步研究，掌握其在內(nèi)的關(guān)系和規(guī)律，是治理突出的一個(gè)基礎(chǔ)，有利于準(zhǔn)確地進(jìn)行突出的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，準(zhǔn)確地制定有效的防突技術(shù)措施。所謂突出的機(jī)理主要是指突出的本質(zhì)原因和過程，國(guó)內(nèi)外許多專家采用突出實(shí)例的統(tǒng)計(jì)分析、實(shí)驗(yàn)室研究和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)等方法，對(duì)突出機(jī)理進(jìn)行了廣泛深入的研究，提出了很多假說。綜合起來，突出機(jī)理假說大體分為以下幾類：（1）瓦斯主導(dǎo)說。如“瓦斯包”說、“煤粉帶”說、“煤空隙不結(jié)構(gòu)不均勻”說、“裂隙堵塞”說、“閉合孔隙瓦斯釋放”說、“瓦斯膨脹”說、“卸壓瓦斯“說、“火山瓦斯”說、“地質(zhì)破壞帶”說、“瓦斯解吸”說等。（2）地質(zhì)主導(dǎo)說。如“巖石變形潛能”說、“應(yīng)力集中”說、“剪切應(yīng)力”說、“塑性變形”說、“振動(dòng)波動(dòng)”說、“拉應(yīng)力”說、“應(yīng)力疊加”說、“沖擊移動(dòng)”說、“爆破突出”說、“頂板位移不均勻”說等。（3）化學(xué)本質(zhì)說。如“瓦斯水化物”說、“爆炸的煤”說、“重煤”說、“地球化學(xué)”說、“硝基化合物”說等。上述三種假說多以推測(cè)居多，缺乏實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)室的研究依據(jù)。（4）綜合假說。多數(shù)研究人員所持有的觀點(diǎn)，即突出是由地應(yīng)力、瓦斯與煤的物理力學(xué)性質(zhì)三者綜合作用的結(jié)果，由于研究的出發(fā)點(diǎn)與依據(jù)不同，對(duì)上述三種因素在突出中所起到的作用，看法也不盡相同。理論與實(shí)踐認(rèn)為，突出是一種能量突然釋放的現(xiàn)象，從能量平衡角度分析，只要研究能量集中與釋放全過程，就能有效進(jìn)行防突工作，例如，防止能量的過度集中與突然釋放，就能有效地控制突出的發(fā)生。想要達(dá)到這一點(diǎn)，就必須研究能量集中的條件和釋放的方式，現(xiàn)分析如下。應(yīng)力在突出發(fā)生的初級(jí)階段，扮演著極其重要的角色。通常我們把工作面的應(yīng)力分為三種，即垂直應(yīng)力，水平應(yīng)力和采掘附加應(yīng)力。垂直應(yīng)力是巖石自重造成的，它受控于垂深，在一個(gè)小的范圍內(nèi)，可視為常數(shù)。水平應(yīng)力為構(gòu)造應(yīng)力，它受控于地質(zhì)構(gòu)造的影響，在一個(gè)小的范圍內(nèi)，水平應(yīng)力也可視為常數(shù)。采掘附加應(yīng)力是進(jìn)行采掘工作時(shí)，破壞了采掘工作點(diǎn)的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)，促使應(yīng)力重新分布，使工作面附近形成了卸壓區(qū)、增壓區(qū)（應(yīng)力集中區(qū)）和正常壓力區(qū)。這三個(gè)區(qū)域的大小和范圍與工作面附近的巖性有關(guān)。采掘工作面的煤（巖）體，由于破壞了其原始受力狀態(tài)，在靠近工作面方向的煤體，由于解除了壓力，煤（巖）體向采掘空間發(fā)生位移（彈性回復(fù)后的膨脹變形和塑性流變），促使靠近采掘工作面的煤（巖）體中的應(yīng)力降低（小于垂直應(yīng)力值）形成了卸壓區(qū)。其卸壓范圍的大小取決于煤（巖）體的力學(xué)性質(zhì)：強(qiáng)度低，卸壓范圍大；反之，則小。由壓力理論可知，采掘后，由于應(yīng)力重新分布，必然會(huì)出現(xiàn)集中應(yīng)力區(qū)。其集中程度同樣也取決于煤（巖）體的力學(xué)性質(zhì)和采掘工作面類型：采煤工作面大于掘進(jìn)工作面，煤（巖）力學(xué)性質(zhì)好的大于差的。沒有受到采掘工作面影響的地區(qū)稱為正常壓力區(qū)。三個(gè)區(qū)域的分布通常采用鉆孔鉆屑量法確定。采掘工作面都有應(yīng)力集中現(xiàn)象，但并不一定都會(huì)發(fā)生突出，它僅是發(fā)生突出的一個(gè)必要的先決條件，通過分析研究，發(fā)生突出必須滿足以下兩個(gè)基本條件：（1）集中應(yīng)力峰值點(diǎn)必須靠近該采掘工作面。（2）必須具有形成突然卸壓的誘發(fā)條件。第一種條件是否能出現(xiàn)，取決于煤（巖）的力學(xué)性質(zhì)，煤層堅(jiān)硬或煤層變薄都能滿足條件。第二種條件的形成同樣與地質(zhì)條件有關(guān)，即煤層突然變厚或變軟，除此之外，還與采掘方式和速度有關(guān)。它是應(yīng)力破壞煤體不可缺少的條件，了解這些，就為防治突出工作指出了技術(shù)途徑。瓦斯也是突出過程中的一個(gè)重要因素，瓦斯的壓力梯度用于破碎煤體。煤層快速解吸出來的瓦斯所形成的瓦斯氣流，將被破碎的煤搬運(yùn)出工作面，其搬運(yùn)距離取決于煤層瓦斯含量的多少和解吸速度的高低。煤的物理性質(zhì)是指煤層對(duì)瓦斯的吸附能力和解吸速度，而力學(xué)性質(zhì)是指煤層的強(qiáng)度。瓦斯解吸速度低，瓦斯含量小，煤的強(qiáng)度高的煤層顯然是不利于突出的。綜合上述，突出的內(nèi)在因素是應(yīng)力、瓦斯和煤的物理力學(xué)性質(zhì)。而外在因素是形成集中應(yīng)力和造成突然卸載的條件。為了防突，必須改善其內(nèi)在因素和消除其形成集中應(yīng)力和突然卸載，這是防突的主要理論依據(jù)。第四節(jié) 煤與瓦斯突出的一般規(guī)律所謂突出的一般規(guī)律主要是指突出與開采深度、巷道類型、地質(zhì)構(gòu)造、作業(yè)方式、突出預(yù)兆、煤層厚度等因素之間的關(guān)系。目前認(rèn)為，雖然對(duì)突出的預(yù)測(cè)和防治還沒有百分之百的把握，但是經(jīng)大量的突出資料統(tǒng)計(jì)和分析，突出有以下基本規(guī)律：（1）突出危險(xiǎn)性隨開采深度增加而增大。突出強(qiáng)度和次數(shù)隨開采深度增加而增大：開采深度愈小，突出的危險(xiǎn)愈?。环粗?，愈大。且每個(gè)礦井和煤層都有一個(gè)發(fā)生的最小深度，當(dāng)小于這個(gè)深度時(shí)就不會(huì)發(fā)生突出，該深度稱為始突深度。（2）突出大都發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶。地質(zhì)構(gòu)造帶包括向斜軸部、頂板沖刷帶、斷層等。（3）突出煤層厚度特別厚度是軟分層厚度愈大，突出的危險(xiǎn)性愈大。同一煤層的煤層厚度分布不同，煤層厚度愈大，突出的危險(xiǎn)性愈大，其軟煤的厚度也分布不同，軟分層厚度愈大，突出的危險(xiǎn)性愈大。（4）煤的機(jī)械強(qiáng)度愈小，突出的危險(xiǎn)性愈大。煤的破壞類型愈大，煤的機(jī)械強(qiáng)度愈小，其f值愈?。ǎ?，突出危險(xiǎn)性愈大。（5）采掘工作面瓦斯突然增大，突出危險(xiǎn)性增大，采掘工作面在生產(chǎn)過程中，瓦斯頻繁超限，瓦斯涌出量增大，突出危險(xiǎn)性增大。（6）突出區(qū)域具有不均衡性。同一礦井的不同煤層突出危險(xiǎn)性不同，同一煤層的不同采區(qū)突出危險(xiǎn)性不同。（7）采掘的作業(yè)方式和生產(chǎn)工序不同，其突出危險(xiǎn)性不同。如爆破易誘導(dǎo)突出；采掘工作面控頂距愈大或時(shí)間愈長(zhǎng)，愈易發(fā)生瓦斯突出。（8）瓦斯壓力愈大，瓦斯含量愈大，煤的透氣性愈低，其突出的危險(xiǎn)性愈高。（9）圍巖愈堅(jiān)硬、致密，突出危險(xiǎn)性愈大。若煤層頂?shù)装鍨閳?jiān)硬而致密的巖層且厚度較大時(shí)，其集中應(yīng)力較大，瓦斯不易排放，故突出危險(xiǎn)性愈大；反之則小。若頂?shù)装逯芯哂腥菀罪L(fēng)化和遇水變軟的巖層時(shí)，將減少突出危險(xiǎn)性。（10）采掘工作面煤層傾解變大，突出危險(xiǎn)性增大。（11）煤層含水量愈大，突出危險(xiǎn)性愈小。煤層比較濕潤(rùn)，礦井涌水量較大，則突出危險(xiǎn)性較小。這是由于地下水流動(dòng)，可帶走部分瓦斯，溶解某些礦物，給瓦期流動(dòng)創(chuàng)造了條件。（12）具有滯后突出危險(xiǎn)性。滯后突出是指爆破后沒有立即誘導(dǎo)突出，而上隔一段時(shí)間后才發(fā)生突出。其延遲時(shí)間從幾分鐘到幾小時(shí)不等。第三章 區(qū)域綜合防突措施區(qū)域綜合防突措施就是針對(duì)突出危險(xiǎn)煤層采用的能夠較大范圍、較大幅度、較長(zhǎng)時(shí)間降低或消除突出危險(xiǎn)性的綜合防突措施。在以往的防突工作中，很多礦井主要以局部防突技術(shù)措施為主。但隨著礦井深度的增加、瓦斯含量的增大，很多煤礦的突出災(zāi)害越來越嚴(yán)重，以至于在工作面打鉆孔這樣的對(duì)煤體輕微的擾動(dòng)往往就能誘發(fā)突出。近幾年頻繁出現(xiàn)在實(shí)施局部防突措施的作業(yè)過程中發(fā)生突出傷人的事故，因此，僅靠局部防突措施已經(jīng)不能滿足當(dāng)前突出危險(xiǎn)程度日趨嚴(yán)重的深部礦井突出煤層的防突需要。而區(qū)域防突措施則能夠?qū)⒏蠓秶拿簩哟蠓冉档突蛳怀鑫ｋU(xiǎn)，使采掘作業(yè)和實(shí)施局部防突措施的作業(yè)人員能夠運(yùn)離嚴(yán)重突出煤層，保障作業(yè)人員安全