煤与瓦斯突出防突培训讲义.doc

煤与瓦斯突出第一节 基础知识一、煤与瓦斯突出的概念及基本情况1、概念在煤矿井下，由于地应力和瓦斯的共同作用，在极短的时间内，破碎的煤（岩）和瓦斯由煤体或岩体内突然地向采掘空间抛出的异常的动力现象，称为煤与瓦斯突出。注意区分：普通涌出、特殊涌出(瓦斯喷出、煤与瓦斯突出)。2、基本情况根据资料记载，世界上发生煤与瓦斯突出已有170多年的历史，世界上首次突出发生于1834年3月22日法国的鲁阿雷煤田依萨克煤矿，发生在一个急倾斜厚煤层掘进工作面。据不完全统计，至1990年止，世界上大约有20多个国家和地区发生过40000余次煤与瓦斯突出。主要发生在中国、俄罗斯、法国、波兰、日本五个国家。世界上最大的一次煤与瓦斯突出发生在1969年7月13日，原苏联的顿巴斯矿区加加林煤矿，是石门揭穿厚度仅1.03m的煤层时发生的，突出煤量14200t、CH4量25万m3，突出面积约1万m2。中国是世界上煤与瓦斯突出比较严重的国家之一，从1950年至1990年底，已在250多个矿井发生了16000余次煤与瓦斯突出，约占全世界突出总次数的40%，其中特大型突出有100多次。煤与瓦斯突出现象在我国最早发生于清朝光绪年间，发生在湖南省白沙煤田浅部小煤窑的煤炮、煤抛出等现象，当时的矿工称之为“打冲”。有文字记载，我国第一次煤与瓦斯突出发生在1951年4月辽宁省北票煤矿台吉一井。我国突出较严重的地区有：中南地区（湖南、江西，埋深仅40m就发生突出，一般在100m左右）、西南地区（四川、重庆、贵州，埋深在100400m,一般为200m左右）、华北地区（河南、山西，始突深度200500m,一般为300m左右）、东北地区（辽宁、黑龙江，始突深度100400m，最大为600m以上）。整个华南地区突出矿井有181对，占全国突出矿井总数274对的66.3%；其次是华北地区和东北地区，各为67对和21对突出矿井，分别占全国突出矿井总数的24.1%和7.6%；再其次是西北地区，有5对突出矿井，占全国突出矿井总数的2%。从突出频率和突出强度表现出突出较严重的矿区有：白沙、涟邵、南桐、天府、松藻、英岗岭、六枝、中梁山、芙蓉、北票、阳泉、鸡西等。我国最大的一次煤与瓦斯突出发生在1975年8月8日，地点是重庆天府矿务局三汇坝一矿主平硐揭穿煤层，突出煤量12780t、CH4量140万m3。其次是南桐鱼田堡煤矿，突出煤量为8327t。芙蓉矿区也是我国煤与瓦斯突出较为严重的矿区，特别是白皎煤矿为我国严重突出矿井之一。芙蓉矿务局至2005年4月已发生煤与瓦斯突出266次，其中白皎煤矿221次、红卫矿30次、珙泉矿5次、杉木树矿10次。白皎煤矿首次突出发生在1966年6月，埋深226m，突出煤量10t。白皎煤矿始突深度175m,发生在1966年12月，地点在二0盘区三甩车场，突出煤量7t。白皎煤矿最大的一次煤与瓦斯突出发生在1988年8月23日，地点在二0盘区的20102回风材料上山，是揭开四煤层后刷炮诱导突出，煤量2777t、CH4量491513m3。由于突出孔洞内浮煤氧化产生CO和温度增大，因此未清完就封闭了，导致该上山报废，造成直接经济损失6.8万元。白皎煤矿因煤与瓦斯突出而发生人员伤亡的事故有3起，一是1982年5月20日，809队掘进的2062机巷违章放炮突出，牺牲2人，突出煤量822t、CH4量10万m3；二是1991年3月23日，806队掘进的157施工上山无防突措施揭煤又违章放炮突出，死亡5人、重伤2人、轻伤3人，突出煤量422t、CH4量25078万m3；三是1993年3月27日，8015队掘进的15822切眼开口掘4m放炮突出，死亡11人、伤9人，突出煤量1520t、CH4量11.3万m3，经济损失100多万元。另外，在1993年7月5日，采煤十三队所采20142工作面推进11m时因邻近的四煤层卸压瓦斯从二煤层底板喷出，造成工作面正在作业的3名工人窒息死亡，喷出瓦斯量72555m3。红卫矿最大的一次煤与瓦斯突出发生在1995年11月，地点在0装车石门，突出煤量3100t、CH4量25.21万m3。该矿因煤与瓦斯突出而发生人员伤亡的事故有2起。一起是1986年采面放炮突出，死亡3人；二起是2003年10月29日，0水平东二石门揭穿煤层突出，死亡2人、伤30多人。二、煤与瓦斯突出的危害主要表现在三个方面：1、工作面或巷道内充满沼气，造成人员窒息，并给瓦斯爆炸创造条件。如白皎煤矿的“5、20”、“3、23”、“3、27”突出伤亡事故，共窒息死亡18人、伤14人，突出瓦斯均逆流到进风侧的主要巷道，且瓦斯达到了爆炸浓度范围，非常危险。2、破坏通风系统，造成风流紊乱或短时逆流。如：白皎煤矿的“3、23”、“3、27”突出瓦斯均逆流到东三大巷人车场。其中“3、27”突出瓦斯逆流达1340m，牛损坏了进风侧的正反向风门和启爆点的压风自救器主管。又如：南桐东林煤矿1983年6月20日，东北翼110m水平十一采区石门揭穿煤层后砌碹前撤支架时发生突出，摧毁风门4道，使上部1609北段工作面通风系统遭到破坏，邻近的十三采区进风被堵断，逆流瓦斯窜入邻近的九采区整个主干系统，矿井总回风流中瓦斯浓度达到16%，北翼风井两道风门被冲开。现场作业的7人全部被突出的煤埋住，1609北三段4名工人被瓦斯熏倒窒息，矿井北翼的九、十一、十三共三个采区的88名工人被围困。3、突出的煤（岩）埋住人员、堵塞巷道、破坏支架、损坏设备和设施。如：白皎煤矿1988年8月23日发生在20102回风材料上山的突出，煤（岩）堵塞二0盘区回风上山近100m，并把材料上山下口的耙斗机往外推进了10多米且掀翻在巷道内，回风上山巷道内敷设的轨道被扭成麻花状。又如：南桐东林煤矿1983年6月20日突出，煤（岩）堵塞巷道340m。三、煤与瓦斯突出的动力学特征和分类（一）、按动力学特征可分为三类：突出、压出、倾出。1、突出发动突出的主要作用力是地应力和瓦斯压力的联合作用，实现突出的基本能源是煤体内积蓄高压瓦斯潜能。其基本特征如下：（1）、突出的煤向外抛出距离较远，具有明显分选现象。（2）、抛出的煤堆积角小于煤的自然安息角。（3）、抛出的煤破碎程度较高，含有大量的块煤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备、设施。（5）、有大量的瓦斯涌出，瓦斯涌出量远远大于突出煤的瓦斯含量，有时会使风流逆转。（6）、突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶口形以及其它分岔形等。2、压出发动和实现压出的作用力是地应力，压出的基本能源是煤体内积蓄的弹性变形能。其基本特征：（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，无分选现象。（4）、巷道中瓦斯涌出增大，造成短时风流中瓦斯浓度超限。（5）、压出可能无孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞。3、倾出发动倾出的主要作力是地应力，实现倾出的主要作用力是失稳煤的自重力。其基本特征：（1）、倾出的煤就地按自然安息角堆积，并无分选现象。（2）、倾出的孔洞呈口大腔小，孔洞轴线沿煤层倾斜或铅垂方向发展。（3）、无明显的动力效应。（4）、倾出常发生在煤质松软的急倾斜煤层中。（5）、巷道内瓦斯涌出明显增加。第一类为突出，发生突出的力量是地应力和瓦斯压力的合力，其基本能源是煤中所积聚的瓦斯能；第二类为压出，实现压出的主要力量是地应力，其基本能源是煤中所积聚的弹性能；第三类为倾出，造成倾出的主要力量是地应力，其基本能源是煤的重力位能。尽管这三类动力现象统称为煤与瓦斯突出，但因发生的基本能源不同，其危害程度也不同。倾出的煤体是不同的碎块状，按重力方向堆积在原来位置的下方，堆积角基本为自然安息角，有时伴随着一定量的瓦斯涌出，极少有瓦斯逆流现象。压出的煤体是不同大小的碎块，有抛掷迹象，堆积方向为原来的对面，堆积角小于自然安息角，有时是整体位移的。压出时有大量瓦斯涌出，有时从裂缝喷出瓦斯，同样极少有瓦斯逆流现象，压出时可能推走设备，摧毁支架。与倾出、压出相比，突出的危害性最大，突出的煤体因高压气体的破坏作用，有时会出现大量的极细的微尘，突出物被瓦斯流搬运至远处，有时像几吨重的石块也会搬移数百米，颗粒带有一定的分选性，堆积角远小于自然安息角，突出时伴随大量瓦斯喷出，与突出物重量相比，由于突出产生的异常瓦斯涌出量每吨煤可达几十甚至数百立方米。涌出的大量瓦斯会造成几一米至数千米甚至全矿井瓦斯逆流，能严重破坏矿井通风系统和设施。从以上三种动力现象的基本能源和基本特征分析可以看出，倾出和压出对巷道设施、通风系统的破坏性不大，突出物的堆积距离也不远，一般只能发生埋人伤人事故。特别是在急倾斜掘进上山巷道时，因躲避空间狭窄，人员行动不便，很容易发生砸人事故。而突出时有明显的动力效应和大量的瓦斯气体涌出及产生大量煤尘，不仅发生埋人伤人事故，更容易破坏矿井通风系统，使人窒息并引起瓦斯、煤尘爆炸，造成更为严重的事故。（二）、按突出强度（煤、岩量）可分为五类：1、 小型突出，T50t；2、 中型突出，50T100t；3、 次大型突出，100T500t；4、 大型突出，500T1000t；5、 特大型突出， T1000t。(三)、突出矿井危险等级划分我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一，对于突出矿井的管理有着严格的要求。我国有250多对突出矿井，危险程度差别较大，若采用统一的管理方法，防突工作势必带有一定的盲目性。因此，有必要对突出矿井按照危险程度进行分级，以便实行分级管理。突出矿井危险等级划分方法突出矿井危险等级划分为较弱、中等、严重（即、级）三级。级突出矿井为严重突出矿井，满足下列条件之一者为严重突出矿井：（1）最大突出强度大于1000t/次；（2）近十年突出总次数大于100 次；（3）最大突出强度大于400t/次且近十年突出总次数大于10次。突出矿井为较弱突出矿井，凡同时具备下列条件者为较弱突出矿井：（1）最大突出强度小于100t/次；（2）近十年突出总次数小于20次。级突出矿井为中等突出危险矿井，凡不符合上述级和级的突出矿井皆为中等突出危险矿井。按上述分级方法，对所统计的117对突出矿井最终划分结果如下：严重突出矿井：天府三汇一矿、磨心坡矿、三汇三矿，沈阳红菱、西马矿，南桐鱼田堡矿、一井、二井、东林、砚石台，芙蓉白皎矿，白沙红卫矿坦家冲井、里王庙井、街洞矿富合并、正源吁井白沙马田矿艾和山井、桐子山井，桂阳县三五矿，六枝化处矿、大用矿、本岗矿、四角田矿、六枝矿，涟邵红山殿矿彭家冲井、蛇形山井、冷水江矿化溪井，北票冠山、台吉、三宝，娄底地局资江矿、大建矿南平井，松藻石壕矿、松藻二井、同华矿、打通二矿、打通一矿，衡阳市局芋子田井、常宁县红旗矿，淮南潘二、谢二矿，隆回县大园矿、斜岭矿、双江桥矿，中梁山北井、南井，焦作演马庄矿、焦西矿、中马村矿、九里山矿，乐平沿沟矿，涟邵地局金竹山矿士朱井、利民矿平峒井、斗笠山矿观山井，舒兰营城，邵阳县金华山矿、红石矿、牛轭塘矿，鸡西滴道矿，英岗岭建山矿、枫林矿，下花园一、二斜井，阳泉三矿、一矿，郴州地局嘉禾张家井、永兴红星矿红卫井，平顶山八矿，林东桐梓，萍乡青山矿，邵阳市局肖家冲矿、新乐矿、九公桥矿高毕井。中等突出矿井：涟邵金竹山矿、红山殿矿鲤鱼塘井、咸沙坝井，天府刘家沟、杨柳坝，鹤岗新一、南山，抚顺老虎台、龙凤矿，芙蓉矿区芙蓉矿、巡场矿，盘江老屋基矿、火烧铺斜井、土城，松藻逢春矿、松藻一井，包头五当沟矿、白狐沟矿、河滩沟矿，白沙地局街洞矿大路下井，焦作朱村矿、小马村矿、李封矿、马村矿田间并、位村，沈阳彩屯，靖远魏家地矿，涟邵地局芦茅江矿三井，双峰县秋湖矿、松木冲矿，阜新王营，英岗岭桥头、东村、伍家、桥二、桥一，石嘴山一矿，郴州地局郴县华塘矿召力井、宜章山门水矿青松井，鹤壁四矿、六矿，娄底地局马鞍山矿，淮北芦岭矿、海孜矿，六枝地宗矿、凉水井矿，嘉禾县焦冲元矿黑土凹井、铁炉下矿草塘井，平顶山十二矿、十矿，丰城建新矿、尚一矿、坪湖矿、八一矿，临武县水东矿天堂坪井，开滦马家沟矿、赵各庄矿，水城汪家寨平峒、老鹰山矿，攀枝花沿江，韩城桑树坪斜井、下峪口矿，涟源市新坪矿，石炭井三矿，下花园四并，萍乡巨源矿，邵阳县邵阳矿背里冲井，乐平仙槎矿，淮南新庄孜矿、潘三矿、谢一矿，林东南山，义马宜洛李沟矿，华蓥山李子垭矿，鸡西大通沟矿，邵阳市局宋家塘矿、短陂桥故。较弱突出矿井：石炭井乌兰矿，白沙红卫矿龙家山井、白山坪矿白山坪井，南桐红岩，娄底地局大建矿红星井，六枝苦竹林，淮南潘一矿，新邵县大花塘矿，峰峰薛村矿，水城那罗寨、小河矿井焦作韩王矿、冯营，资兴地局嘉禾矿浦溪井，焦作市方庄煤矿，邵阳市局九公桥矿枫江溪井、新邵县两市塘矿，英岗岭栗背山，涟邵牛马司矿水井头井、斗米山井，冷水江市涟溪矿，芙蓉珙泉，七台河新兴，韩城燎源，白沙地局南阳矿南阳庙井，平顶山五矿，株洲市局桃水矿泉塘冲井，嘉禾县袁家矿罗卜安井，八宝山庙良井。属级突出矿井有71对，占40%；属级突出矿井有77对，占44%,；属级突出矿井有29 对，占16%。四、煤与瓦斯突出的原因理论分析和实验室模拟试验均表明，煤和瓦斯突出是地应力、瓦斯和煤的物理力学性质三个因素综合作用的结果，即突出的本质决定于地压、瓦斯压力和煤层性质的某种形式的配合。此外，突出还与生产技术条件有关。突出的发生发展过程中，地应力在突出的发生阶段起决定作用，瓦斯梯度及瓦斯压缩能也参与发动突出，在突出发生后，瓦斯还起到破坏煤体、抛出碎煤并使之粉化、运移的作用。显然，煤的强度越大，抵抗突出的能力也越大，越不容易发生突出。有利于突出的条件是：煤岩体内应力高且煤体强度低、煤层瓦斯含量大，由于采掘作用改变了煤体的应力状态，使应力重新分布，破坏了原来的平衡状态，在应力及瓦斯压力梯度作用下发生突出。采用成型煤样的模拟突出实验表明，发生突出存在最小瓦斯压力，且这一最小瓦斯压力随着煤型抗压强度的增加而线性增加；而当煤样抗压强度相同时，最小瓦斯压力随轴向应力增加而减小。当轴向应力和煤样抗压强度相同时，瓦斯压力越大，突出的强度也越大。由此可以证明把应力和瓦斯压力作为突出的动力，把煤的强度作为突出时的阻力的观点是正确的。统计资料也表明了上述结论的正确性，即突出危险性随深度的增加而增大。地应力包括自重应力、地质构造应力、采动集中应力。地应力在突出过程中的主要作用有两个方面：一是使煤体产生位移和突然破碎，煤由静态变为动态；二是影响煤体内部结构，控制瓦斯的流动。地应力随着煤层埋藏深度的增加而增大，因此煤层开采到一定深度时才发生突出。煤层瓦斯压力是指煤层中瓦斯所具有的气体压力，由游离瓦斯形成。煤层瓦斯压力也是随着煤层埋深的增加而增大，根据有关资料，煤层埋藏深度(垂深)每增加814m，瓦斯压力就增大0.1Mpa左右。瓦斯压力参与突出的发动和发展，它不断把突出后破碎的煤炭及时地运走，使突出孔壁始终保持着一个较高的地应力梯度和瓦斯压力梯度，导致突出孔壁的破碎过程可以连续不断地向煤体深部延伸。煤体结构对突出的发动和发展起着决定性的影响。如煤层和煤分层的强度以及裂隙特性既决定着煤受力时煤层破坏速度、范围、破坏过程所耗功的大小。五、煤与瓦斯突出的一般规律根据突出资料分析可概括为：1、开采深度增加，突出的危险性增大。2、突出多发生于地质构造区。3、突出的气体主要是沼气，少数情况下突出CO2。4、煤体破坏程度越严重、煤的强度越小，突出危险性越大；煤层的厚度、倾角越大或其变化越大，突出危险性越大。5、采掘工作面应力集中区容易发生突出。6、突出发生于外力冲击作用下。7、围岩的透气性越差，煤层的瓦斯含量超高，其突出危险性越大。8、在发生煤与瓦斯突出前大多有预兆。六、煤与瓦斯突出的特点1、石门揭煤的突出强度最大，以揭开煤层的突出次数最多。2、煤层平巷与石门突出相比，压出和倾出类型所占比例较大，突出平均强度显著降低。但是，在一定条件下，煤巷突出仍较频繁，甚至发生强度较大的突出。3、上山掘进发生倾出较多，在急倾斜煤层更为显著。4、下山突出的平均强度与平巷差不多。5、回采工作面的突出次数在缓倾斜或近水平煤层比倾斜煤层明显增多。七、煤与瓦斯突出的预兆突出前的预兆主要从三个方面表出来：地压显现方面：出现煤炮声、支架断裂声、煤岩开裂、自行剥落、掉碴、底鼓、煤壁颤动、钻孔变形、垮孔、顶钻、夹钻、钻机负荷增大等。瓦斯涌出方面：出现瓦斯涌出异常、瓦斯浓度忽大忽小、煤尘增大、气温和气味异常、打钻时喷瓦斯(喷孔)、出现哨声、风声和蜂鸣声等。煤层结构与构造方面：出现煤层层理紊乱，煤体干燥、松软、强度不均，煤的色泽暗淡，煤厚与倾角变化，出现挤压褶曲、波状隆起、断层等。将以上预兆概括起来可分为有声预兆和无声预兆。有声预兆：地压活动剧烈、顶板来压发出的掉碴声和支架、煤岩断裂声；煤层中产生震动和冲击伴随的声响听到煤炮声、闷雷声、机枪声、风声、哨声等。无声预兆：工作面遇到地质变化，煤层厚度不一，尤其是煤层中的软分层增厚；瓦斯涌出量增大或忽在忽小；工作面气温变冷；煤层层理紊乱，硬度降低，光泽暗淡，煤体干燥，煤尘飞扬；煤体碎片从煤壁弹出；打钻时严重顶钻、夹钻、喷孔等。第二节 防治突出措施一、四位一体综合防突措的含义1、突出危险性的预测，2、防治突出措施，3、防治突出措施的效果检验，4、安全防护措施。二、突出危险性的预测（一）、预测的方式1、煤层突出危险性的预测在地质勘探时期和新井建设、矿井生产时期进行煤层突出危险性的预测。预测后分为突出煤层和非突出煤层。2、突出煤层区域性预测突出煤层要进行区域性预测。预测后分为突出危险区、突出威胁区、无突出危险区。3、工作面预测在突出危险区内要进行工作面预测。预测后划分为突出危险工作面和无突出危险工作面。（二）、预测方法1、煤层突出危险性预测预测指标有：煤的破坏类型、瓦斯放散初速度(P)、煤的坚固性系数(f)、煤层瓦斯压力(P)。其判断煤层突出危险性的临界值可参考下表。煤层突出危险性煤的破坏类型瓦斯放散初速度煤的坚固性系数煤层瓦斯压力（）突出危险、100.50.742、区域突出危险性预测突出煤层中进行区域突出危险性预测可采用瓦斯地质统计法和综合指标法。(1)瓦斯地质统计法划分突出危险区一般应符合下列要求：1)在上水平发生过一次突出的区域，下水平的垂直对应区域应预测为突出危险区：2)根据上水平突出点分布与地质构造的关系，确定突出点距构造线两侧距离线，并结合地质部门提供的下水平或下部采区的地质构造分布，按照上水平构造线两侧的最远距离向下推测下水平或下部采区的突出危险区域。3)未划定的其它区域为突出威胁区。(2)综合指标法D=(0.0075H/f3)(P0.74)K=P/f综合指标D、K临界值可参考下表。综合指标D综合指标K无烟煤其它煤种0.2520153、工作面突出危险性预测(1)单一指标预测方法1)钻孔瓦斯涌出初速度法(q、Zj)q=45L/min ，Zj=0.55。2)R值指标法R=(Smax-1.8)(qmax-4)，临界值Rm=6。3)钻屑指标法(S或K1或h2)S=6kg/m，K1=0.5mL/(qmin1/2) ，2=200Pa。4)V30或Q30指标法V30=9.0m3/t。5)钻屑温度指标法(T)T=3.0。6) KZ综合指标法KZ= K1max/f0.7=2.1。(2)多指标预测方法1)钻孔法即工作面前方施工直径42mm的钻孔，测试钻屑量S值和钻孔瓦斯涌出初速度q 值，还可以测试钻屑瓦斯解吸指标K1值。白皎煤矿的临界值：二煤层S4.0Kg/m ， q=4.0l/minm；四煤层S6.0 Kg/m ， q=5.0l/minm；石门揭煤S4.0Kg/m， q=3.0l/minm。2)煤煤体结构观测法此种方法主要用于突出威胁区内工作面突出危险性预测。测试指标有：K值（P/f）、类煤厚度M2、类煤厚度M3。临界值：K30、M20.5m、M20.3m。当以上指标达到或大于临界值时应立即实施钻孔法预测。3)多参数综合分析法测试指标有S值、q值、K1max/f0.7、V30、煤厚M、M2 、M3。观测的动力现象有：采掘作业过程中的突出预兆、打钻时的喷孔、顶钻、夹钻。将以上指标及各项因素进行综合分析判断采掘工作面突出危险性的变化。（三）、预测预报的意义和分类管理原则1、意义（1）通过预测区分煤层、区域、采掘工作面的突出危险性，以便区别对待采取不同的技术和管理措施。（2）提高防突工作的准确性，减少盲目性，在安全生产前提下，降低消耗，节约人力、物力、财力，改善矿井的经济效益。（3）、指导防突措施的合理使用，经检验可以在突出危险带采取适宜的防突措施，确保安全生产。（4）、使防突工作建立在科学检测手段的基础上。2、分类管理原则（1）在确认的无突出危险区内，可以不采取防治突出措施。（2）在突出威胁区，采掘工作面每推进30100m，应用工作面预测方法连续进行不少于两次区域性预测验证。其中任何一次验证为突出危险时，该区域应划为突出危险区。只有连续两次验证都为无突出危险时，该区域仍定为突出威胁区域。在突出威胁区，可以不采取防治突出措施，但其采掘工作面必须采取安全防护措施。（3）在突出危险区内必须进行工作面预测。预测后划分为突出危险工作面和无突出危险工作面。在突出危险工作面进行采掘作业前，必须采取防治突出措施。在无突出危险工作面进行采掘作业前可以不采取防治突出措施，但必须采取安全防护措施。三、防治突出措施(一) 区域性防治突出措施1、开采保护层防突细则第45条规定：在突出矿井开采煤层群时必须首先开采保护层。（1）概念在开采有突出危险的煤层群时，首先开采无突出危险或突出危险性较小的煤层，使突出煤层的地应力降低，瓦斯排放，煤的机械强度提高，减小以至消除突出危险的一种防突措施。（2）防突原理超前开采保护层后，其周围的岩层及煤层向开采层采空区方向移动和变形，引起地应力重新分布，在卸压角所限定的解放范围风，地应力降低，突出煤层卸压并产生垂直层面的膨胀变形，在煤层和岩层风，原有的裂隙扩大，并产生大小不同的新的裂隙，使煤层透气性在幅度增加；同时，卸压也为瓦斯的解吸和释放创造了有利条件。随着瓦斯的不断排放，一方面导致瓦斯压力下降，另一方面使得煤体的机械相应强度提高。因此，开采保护层起到了降低应力、排放瓦斯和提高煤体的机械强度三个方面的作用，达到了防止突出的目的。根据有些矿井的考察，保护层回采工作面推过二倍层间距长度以后，突出煤层地应力下降，其厚度一般膨胀2%以上，透气性系数增大十倍至百倍；钻孔瓦斯流量提高几十倍；大量瓦斯排放掉，煤层瓦斯压力一般降到0.6Mpa 以下，瓦斯含量降到10m3/t以下；煤的坚固性系数可提高48100%。（3）保护范围的确定a、保护层与被保护层之间的有效垂距如下表。煤层类别最大有效垂距（m）上保护层下保护层急倾斜煤层6080缓倾斜和倾斜煤层50100b、正在开采的保护层采煤工作面，必须超前于被保护层的掘进工作面，其超前距离不得小于保护层与被保护层层间垂距的两倍，并不得30m。c、对停采的保护层采煤工作面，停采时间超过3个月、且卸压比较充分，该采煤工作面的始采线、采止线及所留煤柱对被保护层沿走向范围可按卸压角5660划定。d、保护层沿倾斜的保护范围，按卸压角划定，如图一。(4)应用中应注意的事项a、不得在采空区留煤柱。特殊情况下非留煤柱不可时，应经批准，并将煤（岩）柱的位置和尺寸准确地标注在采掘工程图上。被保护层的瓦斯地质图上，也应相应的标出煤（岩）柱的影响范围，在这个范围内进行采掘作业时，必须采取防突措施。b、保护层的开采厚度0.5m时，必须检查其保护效果。如果效果不好，在开采被保护层时，必须采取防突的补充措施。c、开采保护层，具有抽放瓦斯系统的矿井，应同时抽放卸压瓦斯。开采近距离保护，必须采取安全技术措施，防止 被保护层初期卸压瓦斯突然涌入保护层采掘工作面，还必须严防误穿突出煤层的技术安全措施。2、预抽煤层瓦斯（1）、概念通过向突出煤层均匀布置钻孔，并预先抽放瓦斯，以削除或减小煤层突出危险性的一种防突措施。（2）、作用原理通过向突出煤层施工均匀的密集钻孔取煤造成局部卸压，同时排放瓦斯释放其潜能；然后再经过一定时间的预先抽放瓦斯进一步降低其瓦斯压力和瓦斯含量，并由此引起煤层的收缩变形、地应力下降、透气性增高、地应力和瓦斯压力梯度降低，煤的坚固性系数增高等变化，从而达到消除或减小煤层突出危险性的目的。（3）、瓦斯抽放方法的分类及适用条件可分为两大类、三种形式、五种方法。、 两大类a、本煤层抽放（顺煤层抽放）。适用于井下工作面所遇到的瓦斯来自煤层本身时，只有抽放开采层本身的瓦斯才能解决问题。b、邻近层抽放（穿层抽放）。适用于因地压活动，开采层的上、下相邻煤层内的瓦斯涌入开采层的采煤工作面面威胁生产时，采用此种方法可消除瓦斯突出威胁。三种形式a、预抽煤层。适用于煤层的瓦斯涌出量大、突出灾害威胁严重的煤层。b、边采边掘边抽。适用于由采掘引起的瓦斯涌出量较大，有一定突出危险的煤层。c、采空区抽放瓦斯。适用于瓦斯涌出量较大的回采工作面，以解决工作面。回风和隅角瓦斯超限。五种方法a、 钻孔抽放。抽放本煤层、邻近层均可采用。b、 巷道抽放。适用于煤层较厚透气性好，采掘时有大量的瓦斯涌出。c、 钻孔、巷道混合抽放。适用于既能开采又可打钻的条件下。d、 老空区封闭抽放。适用于老空区放顶后涌出大量瓦斯或丢煤太多涌出瓦斯。e、 地面钻孔抽放。采区距地表较浅，地面有施工条件的地方采用。（4）、防突细则中有关预抽煤层的规定第53条单一的突出煤层和无保护层可采的突出煤层群，可采用预抽煤层瓦斯防治突出措施。第54条 预抽煤层瓦斯钻孔可采用沿煤层或穿层布置方式。在未受保护的煤层中掘进钻场或掘进打钻所需的煤巷时，都必须采取防治突出措施。第55条 采用预抽煤层瓦斯防治突出措施时，钻孔封堵必须严密。穿层钻孔的封孔深度应不小于5m。钻孔孔口抽放负压应不小于13kPa，并应使波动范围尽可能的降低。第56条 采用预抽煤层瓦斯防治突出措施的有效性指标，应根据矿井实测数据资料确定。如果无实测数据，可参考下列指标之一确定：预抽煤层瓦斯后，突出煤层残存瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量。、 煤层瓦斯预抽率应大于25%。煤层瓦斯预抽率应用钻孔控制范围内煤层瓦斯储量与抽出瓦斯来计算。达不到上述预抽指标的区域，在进行采掘作业时，都必须采取防治突出的补充措施。采用煤层瓦斯抽出率作为有效性指标的突出煤层，在进行采掘作业时必须对预抽效果进行经常复查。注意，煤矿安全规程第一百九十条规定：煤层瓦斯预抽率大于30%。3、煤体注水（1）、概念通过向突出煤层均匀布置钻孔，然后注入一定压力的水，从而改变煤层的瓦斯动力学性质及物理力学性质，以消除或减小煤层突出危险性的一种防突措施。（2）、作用原理水被均匀地注入煤体，改变了煤的力学性质，增加了煤的可塑性，降低了煤的弹性能，使应力分布均匀化，弹性能释放的速度变小，降低了释放的功率；水进入煤体的孔隙，降低了瓦斯放散初速度（P可减小90%），增加了瓦斯流动的阻力，从而削弱了瓦斯在突出过程中的作用；钻孔施工过程中和注水时排放了煤体内部份瓦斯，减小了瓦斯内能。（3）、注水方式分高压短时注水和中压长时注水。（4）、注水工艺通过工作面顺槽向工作面前方煤体施工长钻孔，然后用水泥砂浆进行土封孔，使用注水泵向煤体内注入一定压力的水。注水结束后，保持一定时间以扩展润湿效果，使应力分布均匀化。（5）、参数钻孔长度比工作面长度短810m，钻孔直径4575mm，钻孔间距5m左右，封孔长度510m。注水压力P0.75H，但要大于煤层瓦斯压力。（6）、注意事项、当未能把计算的水量注入煤层时，要通过在距原注水孔4m 的地方补打钻孔进行注水。这时的注水压力要比原来低1520%，并须把注水孔封死。、煤层注水应超前工作面，使工作面前方形成一个注水带，其宽度SLVB 。L为使注水保持30昼夜湿润时间所必须的湿润区长度（m）。VB工作面的月推进度（m）。、煤层注水的关键在于使水均匀湿润煤体。因此要求做到“压而不裂，注而不漏”。还可以在水中添加湿润剂，以提高注水速度和湿润效果。、煤体注水区域性防突措施多采用中压长时注水。但对于地应力大、透气性低的煤层注水效果差些。（二）、局部防突措施所谓局部防突措施，就是指对煤矿井下某一地点、工作面或巷道等局部范围内起防突作用的措施。1、 超前排放钻孔（1）、概念是指在工作面前方一定距离的煤体内始终保持有足够数量的钻孔，由于钻孔的卸压与排放瓦斯的作用，人为地造成并保持在工作面前方有一较长的卸压带，以防止突出的发生。它分为大直径钻孔（120300mm）和(42120mm)小直径钻孔两种。超前排放钻孔是我国试验和应用较早的一种局部防突措施，迄今已有40多年的历史。我国约40%的突出矿井采用此种措施。早期采用大直径钻孔，但随着矿井开采深度的增加，煤层突出危险性增大，施工大直径钻孔发生困难，且在钻进过程中时有突出发生，以后逐渐减少了大直径钻使用，目前采用直径75120mm的钻孔较多，近几年由于强力煤电钻的应用，采用直径4275的钻孔也较多。（2）、作用原理向工作面前方打超前钻孔，使应力集中带移向煤体深部，并排放瓦斯和卸压。这样，工作面前方一定范围的突出能量释放，消除或减小了采掘过程中的突出危险性，达到了预防突出的目的。（3）、钻孔布置参数超前钻孔的布置主要取决于钻孔的有效影响半径和所需形成的卸压和排放瓦斯范围。有效排放半径实测确定，白皎煤矿测得42mm钻孔为0.50.7m，75mm钻孔为0.71.0m。控制范围：应控制巷道断面及其轮廓线外24m，严重突出危险带应达到巷道断面及其轮廓线外56m。钻孔长度：浅孔1015m，深孔3050m。（4）、适用条件、可适用于煤层透气性较好、煤质稍硬或煤质较软但能正常钻进的煤层。、可用于各种厚度和倾角的突出危险煤层的采掘工作面。、在地质构造和煤层变化带的适用性比采用其它措施效果相对要好些。（5）、注意事项、在煤巷掘进工作面第一次执行超前排放钻孔或无措施超前距时，必须采取浅孔排放或其它防治突出措施，在工作面前方形成5m执行措施的超前距（安全屏障）后方可进入正常防突措施施工，确保执行措施的安全。、开钻前应先将工作面两帮和迎面背严，以防止片帮、垮塌引起突出，也便于发现突出预兆。、为防止打钻时垮孔、夹钻、顶钻，可在硬煤中开孔，穿过应力集中带后进入软分层；也可使用空心钻杆从中供压风排渣；还可以采用变径钻头施工。、在打钻进程中有时也会发生突出，即使小直径钻孔也不例外。如：波兰就发生过打42mm钻孔突出事例；我国南桐一井1302采面探巷在1964年打钻，钻进7m 就发生煤炮声、顶钻、喷孔等现象，随后突出煤量190t；1993年4月10日，天府刘家沟煤矿打钻突出死亡4人。因此，钻进过程中要随时注意观察突出预兆，必要时停止钻进，撤出人员。、钻孔超前于石门揭煤工作面垂距3m(岩柱)，超前开煤巷掘进工作面的距离不得小于5m，超前于采煤工作面的距离不得小于2m。对于不少采取了超前钻孔排放措施后，仍发生突出的事故案例分析，其原因多数是钻孔控制范围和超前距不够所致。故必须保持足够的超前距和钻孔数，以取得有效的防突效果。、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。2、 松动爆破(预裂爆破)（1）、概念就是在工作面前方打一定深度的炮孔若干个，装药爆破，使煤体破裂和松动，从而使工作面前方应力集中带和瓦斯带移向煤体深部，达到卸压和排放瓦斯的作用，防止突出的发生。（2）、作用原理通过爆破，使钻孔周围煤体产生破碎、裂隙、松动，导致一定范围煤体的原始应力状态发生变化，使工作面前方的应力集中带移向煤体深部和两侧，并使影响范围内的煤层卸压，裂隙增加，透气性增大，促进了瓦斯的解吸和排放，煤的强度也相应地增高，这样就削弱或降低了突出的潜能，增强了煤体抵抗能力，从而起到了防止突出的作用。（3）、工艺及参数炮孔直径42mm。孔长：浅孔为23 m、深孔为812m.。控制范围：巷道及轮廓线外1.52m。孔数根据松动爆破有效半径确定。装药长度：眼深减去5m或2m超前距的长度，即为允许推进的长度。余下的眼深用黄泥、水炮泥充填。爆破：眼内、外所有雷管串联，正向一次起爆。（4）、适用条件可用于煤层赋存稳定，无地质构造变化，煤质较硬，顶底板较好，突出强度较小的煤层。（5）、注意事项、布孔合理，装药到位、适量，炮泥装够封实，才能充分发挥松动爆破的效果。、第一次使用时，在执行措施前必须采取排放钻孔或其它防突措施处理工作面前方5m 安全屏障。、在装药和充填炮泥时，应防止折断雷管脚线。、对于装药未到位或未启爆的炮孔部位应采取补打排放钻孔或其它防突措施消除其高应力。、松动爆破时，必须制定撤人、停电、站岗、远距离放炮、关闭反向风门等安全防护措施，并报矿务局总工程师批准。3、 预抽煤层瓦斯其概念和作用原理与区域性预抽煤层瓦斯措施相同。不同之处主要在钻孔参数在布置方面。预抽煤层瓦斯作为局部防突措施主要应用于掘进工作面（煤巷、半煤巷、石门揭煤）。一般采取密钻孔高负压抽放，即钻孔终孔间距23m、钻孔长度2050m、孔径6490mm。封孔长度57m。抽放负压孔口13Kpa。可以利用矿井抽放系统进行抽放和，也可以安设移动抽放泵进行抽放。需加强施钻、封孔、抽放、放水、监测工作，确保抽放质量和尽量缩短抽放时间，并达到预抽效果。4、 浅孔煤体注水煤体注水概念和作用原理与区域性措施基本相同。但浅孔煤体注水局部防突措施多用于回采工作面。根据其注水参数和工艺的不同可分为水力疏松、水力挤出、低压湿润。（1）、水力疏松钻孔参数：孔径4345mm，长度69m，封孔深度47m，钻孔间距R1.6L（L为封孔长度）。最小超前距等于渗透部分，即为2.0m，但允许的推进深度不大于封孔长度。注水参数：单孔注水量Q2Rqm/1000(L1+L2)式中：Q单孔注水量，m3; q单位注水量，L/t，q20L/t；m煤层厚度，m；煤层密度，t/m3；L1封孔长度，m；L2超前距，m。注水压力PH（0.0750.2）H（Mpa）式中：煤层上覆岩石的密度，t/m3；H煤层埋深，m。注水速度3L/min。水力疏松效果检验：可以采用钻孔法进行效果检验，但应注意钻孔瓦斯涌出初速度q值临界指标应降低。水力疏松工艺中的注意事项：、必须采用长度不少于2.5m 的软管或水力封孔器，利用加长器能把水力封孔器安在所要求的深度。、注水开始35min内必须缓慢地增高水的压力，直至最大值。、如果向钻孔中注入计算的水量，高压管路中的水压比注水时确定的水压降低30%以上，就可以结束注水。、当注水钻孔沿裂隙向工作面过早地透水时，必须离第一个钻孔2m远处重新打孔注水，且注水时相邻钻孔应重新封孔。5、 水力冲孔（1）、概念以岩柱或煤柱作安全屏障，自喷能力的突出危险煤层打钻，同时送入一定压力的水。通过钻头的切割的水射流的冲击破碎煤体，破坏煤岩山内部的应力和瓦斯的不稳定平衡，以激发潜能的释放，导致喷孔的发生和发展。（2）、作用原理是以安全煤岩柱为屏障，利用钻机打孔，借助钻进时喷射高压水射流的作用，造成煤体破碎形成孔道，并以水力脉冲疏通孔道，钻冲出煤炭和瓦斯。是诱导能控制的孔内小突出，造成煤体孔洞而逐步释放煤体和围岩的突出潜能，形成卸压区，从而起到利用突出防止突出，使大突出化为可控制的小突出。（3）、工艺参数钻孔布置：孔数3个，孔距5m，孔长2025m。水压：35Mpa。水量：1520m3/h。（4）、适用条件、 石门揭煤和煤岩掘进均可应用。、 煤质较软或有软分层，煤的坚固性系数f值在0.5以下。、 打钻时具有自喷能力的煤层。、 地应力大、煤质松软易于粉化和流变的突出煤层。6、 水力冲刷（1）、概念是利用高压水冲刷掘进工作面前方煤体，形成超前孔洞，从而使煤体得到卸压和排放瓦斯，以消除石门和煤巷掘进工作面的突出危险性。（2）、工艺参数水枪末端喷嘴直径3mm，水枪出水压10Mpa，排水量60L/min，冲刷孔洞的速度0.5m/min。先冲刷出长20m的中央勘探孔洞，而后向两侧冲刷出扇形布置的其余长度5m的槽形空洞。空洞的最小超前距10m，其巷道两帮外应冲刷出巷道轮廓线外4m宽度的空洞。（3）、适用条件、 煤层中的软分层厚度5cm。、 煤层中的软分层硬度系数f值0.6。（4）、注意事项、为了造成卸压槽，沿厚度和倾角均变化不大的构造破坏煤分层实施水力冲刷超前空洞。、要制定专门的安全措施。、实施过程中，冲刷出的煤和瓦斯就地排放，造成工作地点不安全，尤其是瓦斯涌出量较大时就无法连续工作，有时还会发生小型突出。因此，此措施还有待进一步完善。7、 开卸压槽用专门的机械在煤层或其围岩中开些平行或垂直煤层枯、顶底板的槽子，以达到卸压消除突出危险的目的。8、 金属骨架（1）、概念当石门掘至煤层一定距离时暂停掘进，在石门断面的顶部及两帮打钻孔并穿透煤层全厚进入顶底板岩石内0.5m以上，然后在孔内插入钢管或钢轨，一端伸入孔底，另一端露出孔外支承在支架上，用密集棚子、无腿棚子支撑或砌在混凝土碹内加以固定，形成一整体防护壳架，即叫金属骨架。（2）、作用原理一是打骨架固定孔的过程中排放了煤体中的一部份瓦斯，并相应地使一定范围内的煤体得到卸压，使石门周边形成一定的卸压排放瓦斯带；二是依靠支撑骨架，以增加煤体的稳定性。经过二者的综合作用，以达到石门揭煤防止突出的目的。（3）、工艺参数在石门高度的1/3和2/3处布置12排钻孔，孔径75108mm，孔间距0.20.4m。钻孔见煤位置控制在石门周边外1.5m以上。骨架材料采用钢管时直径不小于50mm，采用钢轨则不小于8Kg/m。钢管或钢轨的长度适当大于钻孔0.40.5m。（4）、适用条件一般用于煤质松软、突出危险性和强度不太大、地应力和瓦斯压力较小的急倾斜中厚煤层和薄煤层。（5）、注意事项、骨架孔打完后，为了防止垮落的煤粉和岩碴残留孔内而影响骨架送到孔底，应进行清孔，然后立即插入骨架。、在石门揭开煤层后，严禁拆除或回收金属骨架，以防止因悬煤的垮落而引起突出。同时，在地应力和瓦斯压力较大的地点还必须采取其它防突措施。四、防治突出措施的效果检验（一）、远距离和极薄煤层的保护效果检验保护层的开采厚度等于或小于0.5m、上保护层与突出煤层间距大于50m或下保护层与突出煤层间距大于80m时，都必须对保护层的保护效果进行检验。检验应在被保护层中掘进巷道时进行，检验方法可用钻孔法或综合分析法。如果各项测定指标都降到该煤层突出危险临界值以下，则认为保护层开采有效；反之，认为无效。（二）、预抽煤层瓦斯防治突出措施的效果检验预抽煤层瓦斯后，对预抽瓦斯防治突出措施效果的检验应在煤巷掘进时进行。检验方法按细则第35条规定的方法执行。（三）、石门揭煤工作面防治突出措施的效果检验石门防治突出措施执行后，应采取钻屑指标等方法检验措施效果。检验孔孔数为4个，其中石门中间一个、并应位于措施孔之间，其它3个孔位于石门上部和两侧，终孔位置应位于措施控制范围的边缘线上。如果检验结果的各项指标都在该煤层突出危险临界值以下则认为措施有效；反之，措施无效。（四）、煤巷掘进工作面防治突出措施的效果检验煤巷掘进工作面执行防治突出措施后，按细则第35条规定的方法进行措施效果检验。检验孔深应小于或等于措施孔深，并应布置在两个措施孔之间。如果测得的指标都在该煤层突出危险临界值以下，则认为措施有效；反之，认为措施无效。当措施无效时，无论措施孔还留有多少超前距，都必须采取防治突出的补充措施，并经措施效果检验有效后，方可采取安全防护措施施工。当检验孔孔深等于措施孔孔深时，经检验措施有效后，必须留有5m投影孔深的超前距。当检验孔孔深小于措施孔孔深，且两孔投影孔深的差值不小于3m时，经检验措施有效后，可采用2m投影孔深的超前距。（五）、采煤工作面防治突出措施的效果检验采煤工作面采用浅孔煤体注水或松动爆破措施时，可采用钻孔瓦斯涌出初速度法、钻屑指标法或其它经试验证实有效的方法检验防治突出措施的效果。检验钻孔应打在措施孔之间，测定方法按细则第35条规定实施。检验指标小于该煤层突出危险临界值时，则认为措施有效；反之，认为措施无效。在措施效果无效区段，必须采取补充防治突出的措施，并经措施效果检验有效后，方可采取安全防护措施施工，并应留有不小于2m的超前距。五、安全防护措施1、在突出危险煤层中进行采掘作业实行远距离放炮。细则96条。2、采掘工作面必须有独立可靠的回风系统，并保证回风系统中风流畅通。3、突出危险区设置反向风门，以控制突出的瓦斯能沿回风道流入回风系统。同时，通过风门的门墙孔应设逆止门，风门底部和水沟应设挡风帘。细则第97条。4、在井下设置避难所或压风自救系统。细则第97条5、入井人员携带