煤与瓦斯突出概述.doc

煤与瓦斯突出一、概述在煤矿井下采掘过程中，在极短的时间内（几秒或几十秒），在瓦斯和地应力的作用下，突然从煤岩体内喷出大量的煤岩与瓦斯的现象，称为煤与瓦斯突出。是一种伴有声响和猛烈力能效应的动力现象，是煤矿最为严重的灾害之一。煤与瓦斯突出是矿井中一种复杂的动力现象，也是煤矿一种严重的自然灾害。1834年在法国鲁阿雷煤田依萨克矿井发年了第一次煤与瓦斯突出。随后在世界上的主要产煤国都发生了煤与瓦斯突出的动力现象。据不完全统计，各国突出次数共约四万次，突出次数超过 1000次的有中国、法国、前苏联、波兰、日本等五个国家。根据资料记载，世界上煤与瓦斯突出已有150多年的历史。1834年3月22日法国鲁阿尔煤田依萨克煤矿在急倾斜厚煤层平巷掘进工作面发生了第一次有记载的突出。当时支架工在架棚子时发现工作面煤壁外移，三个人立即外撤，撤退时一人被煤流埋没，一人被瓦斯窒息死亡，一人逃跑得救。突出煤沿巷道堆积13米长，煤粉散落15米长，迎头支架倾倒。世界上最大的一次突出发生在1969年7月13日原苏联的顿巴斯加加林矿井710米水平主石门揭穿厚度仅有1.03米的煤层时，突出煤量14200吨，瓦斯25万立方米以上。中国早在1939年吉林辽源矿务局就发生动力现象。有记载第一次的突出发生在1950年4月20日吉林辽源矿务局富国西二坑在掘进垂深280米的煤巷掘进工作面。我国最大的一次突出发生在1975年8月8日四川天府局三汇坝一矿主平硐（+280米），震动性放炮揭穿6号煤层时，突出煤岩12780吨，瓦斯140万立方米以上。我公司有记载第一次的突出发生在1984年10月13日八矿戊二皮下。我公司最大的一次突出发生在2000年10月15日八矿戊二皮下，突出煤岩562吨，瓦斯30103立方米。我矿于2002年5月2日在丁6-22160掘进工作面发生了瓦斯动力现象压出煤量2.2吨，涌出瓦斯近400立方米。由于煤与瓦斯突出严重影响安全生产，许多产煤国，如法国、比利时、日本等国在七十年代初期 已停止开采突出危险煤层。为防治煤与瓦斯突出，长期以来，世界各国进行了大量的工作，取得了很大的成效，已建立起了一套综合防治突出的措施，从而使煤与瓦斯突出得到了较好的控制。我国是煤与瓦斯突出最为严重的国家之一，从南到北都发生了突出现象，突出累计数占了全世界的7080%。现国外矿井基本已关闭，不再生产。我国煤炭成本的四分之一是用于防治瓦斯费用，突出最严重的矿井是原苏联顿巴斯煤矿，目前产量已减少了70%。我国突出矿井多，国有煤矿约130多对，占五分之二左右。现小煤矿，乡镇煤矿等都有突出现象发生，10人以上的突出事故19932004年统计共发生10多次，平均死亡约4050人/次。如郑煤集团2004年10月20日发生的特大突出，突出量达1894T，瓦斯约25万M3，死亡148人（突出后引发瓦斯爆炸）。二、我国煤矿瓦斯突出的几个特点 1、突出矿井的分布广在部分地区比较严重。四川、重庆、辽宁、湖南、河南等，特别是湖南省的突出矿井数和突出总次数均占全国总数的1/3以上，而特大型突出的比例更大，占全国该类型突出次数的一半以上。 2、突出分布在不同类型的煤层 在我国突出矿井中，煤层赋存情况比较复杂，有煤层群，也有单一煤层，有急倾斜煤层，也有倾斜和缓倾斜煤层，有薄煤层也有中厚煤层及厚煤层，特别是单一突出煤层的矿井占突出矿井的1/3。3、突出矿井的始突深度不一样 我国各煤矿由于受地质条件和其它一些因素的影响，开始发生煤与瓦斯突出的深度差别很大。有的矿井距地表垂深5060米就开始发生突出。如在湖南省的邵阳地区距地表垂深50米就开始发生突出，而一次1300T的特大突出，垂深仅为95米。表现为南方始突深度较浅，北方较深。 4、中小型突出占绝大多数，大强度突出次数也不少 据统计，突出总数中突出强度在50T以下的小型突出约占73%；突出强度在50100T之间的中型突出约占14%；突出强度在100500T之间的大型突出约占11%；突出强度在5001000T之间的特大型突出约占1.2%；突出强度超过1000T的特别大型突出占0.8%。我国煤矿中所发生的突出，以中小型突出为主，占绝大多数。大型和特大型突出的比例小，但绝对次数仍有100多次，并且多数发生在石门揭煤时，这仍应予重视。（二）、煤与瓦斯突出的危害1879年4月17日比利时阿拉波二号井，向上掘进580610米水平之间的上山眼时，发生了世界上最猛烈的一次突出，突出煤量420吨，喷出瓦斯50万立方米以上。瓦斯喷出时，瓦斯逆风流从提升井冲至地面，距井口23米的绞车房附近的炉火引燃了瓦斯，火焰高达50米，井口建筑物烧成一片废墟，2小时后火焰将熄灭时，又连续发生了7次瓦斯爆炸（每隔7分钟左右1次），井下209人，死亡121人，地面3人烧死，11人烧伤。1972年湖南红卫煤矿石门揭煤远距离放炮时发生了突出，突出煤量4500t，喷出瓦斯138.5万立方米，高浓度瓦斯从主井口喷出，井口附近瓦斯浓度达15%，较长时间稳定在9%左右，从北翼井口喷出的瓦斯，被信号房的炉火点燃，火柱高达30m，进口房和主扇被烧毁。总之，突出的危害可以概括为：1、破坏通风设施，通风系统，摧毁采掘空间，损坏机电设备；2、喷出大量的煤岩能堵塞巷道，造成煤岩埋人事故；3、涌出的瓦斯造成人员窒息，瓦斯燃烧和爆炸事故；4、严重影响单产单进，造成经济效益大幅下降。三、煤与瓦斯突出的一般规律1、突出发生在一定的深度。随着开采深度的增加，突出危险性逐渐增大，主要表现在突出次数增多，突出强度增大，突出煤层数增多，突出危险区域扩大。如我公司在浅部开采时无突出，随着开采深度的增加，发生了突出。我公司在-250米以上时只发生了4次突出，在-300米以下时突出了93次。2、突出多发生在地质构造区。如断层、褶曲、岩浆岩侵入的地区3、突出的气体主要是瓦斯，少数情况下突出CO2。（吉林营城、甘肃窑街）。4、突出煤层的特点是：煤的力学强度低，且变化大；透气性差；瓦斯放散初速度高；湿度小；层理紊乱、遭受过地质构造力严重破坏的“构造煤”。即煤体破坏程度越严重，煤的强度越小，突出危险性越大。5、突出危险呈明显的分带性，因为突出的主要因素受地质构造控制的缘故，地质构造具有呈带状分布的特征。如向斜轴部地区、向斜轴部与断层、褶曲交汇处、岩浆岩侵入地区形成变质煤与非变质煤交混或邻近地区、煤层受挤压扭曲严重地区、煤层倾角骤变、走向拐弯、变厚、特别是煤层中软分层由薄变厚的地区，压性、压扭性断层地带易发生突出。还有采掘工作面应力集中地带，易发生突出。在地质构造区，软分层变厚处突出强度最大；其次是倾角变化、褶曲部位；“无构造”的突出强度较小。一般拉应力产生的张扭性断层，突出强度小；压扭性断层突出强度较大，而褶曲多为压应力形成。从我局十矿、十二矿来看：突出分布具有明显的区域性，无地质构造时也可能发生突出。6、采掘工作往往可激发突出（即突出常发生在外力冲击作用下）。如落煤与震动作业、爆破、割煤、打钻、手镐作业、挖柱窝等。7、突出危险性随着硬而厚的围岩（硅质灰岩、砂岩等）存在而增高。围岩透气性越差，致密的岩层越厚，且所占的比重越大，煤层的瓦斯含量越高，越有利于煤层瓦斯的储存，其突出危险性也越大。突出主要发生区各突出点的瓦斯含量在8.511.6m3/t。8、在煤与瓦斯突出之前大部分有预兆。9、石门突出次数较多，强度较大。大于下山、平巷、上山、回采工作面突出强度最小。四、煤与瓦斯突出的分类（一）、按动力现象的力学特征分类，可分为以下几种类型。1、煤和瓦斯突出煤和瓦斯突出是在地应力和瓦斯压力共同作用下，采掘工作面的煤体遭到破坏，破碎的煤以极快的速度向采掘空间抛出，并伴随急剧涌出大量的瓦斯。这种煤和瓦斯混合流具有强大的动力效应，可使井巷设施和通风系统受到严重破坏。其主要特征有： 突出的煤向外抛出的距离较远，具有明显的分选现象；抛出煤的堆积角小于煤的自然安息角；抛出煤的破碎程度高，含有大量的碎煤和手捻无粒感的煤粉；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；有大量的瓦斯涌出，瓦斯涌出量远超过突出煤的瓦斯含量，有时会使风流逆转；突出的孔洞呈口小腔大的犁形、舌形、倒瓶形及其它分岔形。2、煤的突然倾出煤的突然倾出是由于采掘工作面在地应力作用下，煤体受到破坏后，当其煤体自身重力超过了煤层的凝聚力和煤层与围岩接触局部摩擦力，加之瓦斯在一定程度上参与作用，使得煤的机械强度降低，从而导致破碎而松散的煤体突然向采掘空间倾出，并伴随涌出大量瓦斯。倾出煤就地堆积，坡度近似或等于煤的自然安息角，无分选现象；主要是碎煤块，粉末状煤少；有大量瓦斯，但波击范围小，不出现瓦斯逆流现象，时间较短，强度小，无明显的动力效应；多发生在煤质松散、煤层倾角大和煤层厚度大的情况下；孔洞多为口大腔小，孔洞轴线多沿煤层倾斜或铅垂（厚煤层）方向延伸。主要是地应力和煤自重及煤岩的位能和弹性变形能共同作用的结果。3、煤的突然压出煤的突然压出是由于地应力（尤其是开采过程中的集中应力）的作用，使得采掘工作面的煤体被抛出或发生位移，瓦斯和煤的自重因素基本上不参与作用。压出有两种形式，即煤的整体位移和煤有一定距离的抛出，但位移抛出的距离较小；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；压出的煤呈块状，无分选现象；巷道内的瓦斯涌出量增大，造成短时间内风流中瓦斯浓度超限；压出可能无孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞、半圆形孔洞。主要是地应力，煤岩的弹性变形能共同作用的结果。4、岩石和瓦斯突出岩石与瓦斯突出是由于在较高的地应力和外界动力的作用下，岩体瞬间被破坏并向巷道空间抛出，同时涌出大量的瓦斯。其主特征有： 几乎都是由放炮引起的，它与正常爆破崩落岩石的区别在于突出的岩石量比正常爆破时要多，抛出距离远；突出岩石一般为砂岩，有分选性现象；突出瓦斯量较大，甚至出现逆流；动力效应明显，破坏支架，推倒矿车。突出后在岩体中形成极不规则的空洞，其位置多在巷道上方或上隅角。（二）、按动力现象强度分类强度指每次动力现象抛出的煤岩数量（吨或立方米）和瓦斯量（立方米）。小型突出：强度小于50吨/次（几十分钟后瓦斯浓度可恢复正常）；中型突出：强度50100吨/次（经过一个班以上瓦斯浓度可恢复正常）；次大型突出：强度100500吨/次（经过一天以上瓦斯浓度可恢复正常）；大型突出：强度5001000吨/次（经过几天回风系统瓦斯浓度可恢复正常）；特大型突出：强度大于1000吨/次（经过长时间排放后瓦斯浓度可恢复正常）。（三）、按工作面类型分为：石门揭煤突出、下山突出、平巷突出、上山突出、采煤工作面突出。（四）、按生产工序分为：爆破突出、割煤突出、打钻突出、手镐作业突出水力落煤突出等。五、煤与瓦斯突出预兆：煤与瓦斯突出预兆可分为有声预兆和无声预兆有声征兆：地压活动剧烈，顶板来压，不断发生掉碴和支架断裂声，煤层中发生震动，手摸煤壁感到冲击，听到煤炮声或闷雷声，般是先远后近，先小后大，先单响后连响，突出时伴随巨雷般响声。无声征兆：工作面遇地质变化，煤层厚度不一，尤其是煤层中软分层变化，瓦斯涌出量忽大忽小，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，有时煤体碎块从煤壁崩出，打钻时严重顶钻、夹钻、喷孔等。从我局突出预兆来看有明显的区别：丁组煤层突出前有明显的煤炮声，突出前煤炮声愈明显突出程度愈严重；戊组煤层突出前无明显的预兆，但突出点附近有地质构造存在，突出强度大。六、浅谈煤与瓦斯突出的机理和突出过程（一）、煤与瓦斯突出的机理解释突出的原因和过程的理论称为突出机理。主要是研究突出的因素和条件以及它的发生和发展过程。许多国家运用统计分析、现场观测和实验室摸拟等方法对突出机理开展了广泛深入的研究，取得了一些成果，但迄今还未得到根本解决。虽然提出了几十种不同的假说，而只能对某些现象给予解释，尚未能得出统一和完整的突出机理理论。各种假说大体可以归纳为：以瓦斯为主导作用的假说。如：瓦斯包说、突出波说、裂缝堵塞说、瓦斯膨胀说、卸压瓦斯说、煤结构不均匀说、火山瓦斯说、瓦斯粉煤说、瓦斯解吸说等。以地压为主导作用的假说。如：岩石变形潜能说、集中应力说、震动波波动说、应力叠加说、放炮突出说、顶板位移不均匀说、拉应力波说等。 化学本质假说。认为瓦斯突出是由于煤在很大的深度内，变质时发生的化学反应而引起的。综合假说。这是目前国内外多数研究者的观点。即煤与瓦斯突出是由地应力、瓦斯和煤的物理力学性质等因素综合作用的结果，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：A、地应力是指煤层中煤体所受到的地层应力，其中包括构造应力、地层自重应力和采动应力。B、瓦斯因素是指煤层中的瓦斯含量和瓦斯压力。C、煤的物理力学性质主要指煤的破坏程度、煤体抵抗破碎的力学性能（抗压、抗拉、抗剪强度和弹性摸量等）及煤层透气性能等。上述三个因素是相互紧密联系在一起的，至于彼此间在数量上如何组合并决定突出的条件，则还没有了解清楚。但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，地质构造是引起突出的决定因素，高压瓦斯是突出的主要动力，煤层坏是突出的有利条件，采掘活动是突出的诱因，而煤的物理力学性质则是阻碍突出的因素。煤与瓦斯突出中的一个主要因素是瓦斯参数，参与突出的主要瓦斯参数是煤体中的瓦斯含量（压力）。压力的大小是煤体中瓦斯含量多少的体现，而含量与煤的变质程度有关、还与煤系的地层封闭瓦斯条件有关。含量愈高、压力愈大突出的强度及瓦斯涌出量也越大。瓦斯压力在参与突出过程中为突出提供了动力来源，并在瓦斯压力突然降低、释放膨胀潜能的过程中，促使及加速煤的破碎。一般来说瓦斯压力越大，其突出危险程度越大，这不但表现在不同煤层在同一煤层的不同区段或深度也有所体现。当然也有特殊情况：如较低瓦斯压力下发生的突出。这些情况说明突出过程相当复杂，是多种因素煤综合作用的结果。（二）、突出的过程及阶段突出的发生和发展大体要经历四个阶段：准备阶段；动力阶段（诱发阶段）；扩展阶段（突出发展）；停止阶段（突出终结）。即：准备、激发、发展、终结 1、准备阶段：弹性变形潜能和瓦斯的积聚，工作面附近煤体处于临界应力状态，孔隙和列隙增加，但尚未破坏煤与煤体的动力的联系。见图2： 正常是 、P，突出时变成了、P，很靠近工作面，加之煤很软时，极易发生突出。2、发动阶段：随着采掘工作面的进行，使工作面附近的高应力煤层迅速破坏，伴随着裂隙的产生，煤的破碎，并导致瓦斯的剧烈解吸和煤的进一步破碎和粉化。 3、扩展阶段：弹性变形能和瓦斯能的共同作用下，使煤体更迅速和连续的破坏，并形成煤和瓦斯混合流抛出。（见煤体自发性破坏示意图3） 煤的破坏与打碎，是瓦斯的作用结果而地质方面地质构造产生的结果是突出的原因；地质构造产生的结果是地应力的原因。4、停止阶段：煤体破坏停止，瓦斯从突出孔洞和突出物中的涌出逐渐减弱，瓦斯煤混合物沿巷道的移动停止。总的来说，对突出机理的认识还有待于在今后的继续研究中加深。七、防治煤与瓦斯突出的技术与发展突出既是极其复杂的矿井瓦斯动力现象，又是煤矿井下严重的自然灾害。近百年来，世界各国在防治突出方面虽进行了大量的工作，但到目前为止，对各种地质、开采条件下突出发生的规律还没有完全掌握，也未能完全杜绝突出发生。对煤矿生产来看，防治突出的任务有两个方面：一是防止突出发生，或减小突出的频率和强度；二是避免突出造成人身伤亡事故。就防治突出措施的发展来看，可概括为三个发展阶段。第一个阶段为以安全防护措施为主的阶段，其主要措施是震动性放炮。在人员远离工作面的条件下，放震动炮诱导突出，以保证人身安全。在20世纪50年代以前，世界各国广泛应用这一措施。例如，法国在1922-1930年期间，仅在法国南部的卡尔矿区，用震动性放炮诱导发生了700次煤与二氧化碳突出，突出总煤量达16万t，未发生突出人身伤亡事故。第二阶段为普遍采用防止突出技术措施的阶段，即在石门揭开突出煤层，以及在突出煤层的采掘工作面，普遍采用防突措施，如开采保护层、超前钻孔、松动爆破等。该阶段大致从20世纪50年代开始，除采用防突措施外，仍辅助采用安全防护措施。第三阶段为综合措施阶段，其主要特点是在综合措施中加入了突出危险性预测和防突措施效果检验两个环节，使防突工作更加有的放矢，措施防突效果进一步提高。以下简要介绍现用“四位一体”综合防突措施，按防治煤与瓦斯突出细则要求，在开采突出煤层时，必须采用综合措施，包括：（1）突出危险性预测；（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。第二章 煤与瓦斯突出危险性预测一、煤与瓦斯突出危险性预测概述（一）煤与瓦斯突出危险性预测的目的和意义：1、通过预测区分煤层、煤层某一区域和采掘工作面的突出危险性，以便 区别对待，采取不同的技术、管理措施；2、提高防空工作的准确性，减少盲目性，在安全生产的前提下，降低消耗，节约人力、物力、改善矿井的经济效益；3、指导防突措施的合理运用，确保矿井安全生产；4、使防突工作建立要科学检测手段的基础上。二、突出危险性预测的分类细则第21条规定：煤层突出危险性预测分为区域突出危险性预测和工作面突出危险性预测。区域突出危险预测应预测煤层和煤层某一区域的突出危险性；一般在地质勘探、新井建设、开拓新水平、新采区时进行。工作面突出危险性预测应预测工作面煤体附近的突出危险性，一般在工作面推进过程中进行。三、煤层突出危险性划分和技术管理原则1、根据预测范围不同，煤与瓦斯突出危险性的划分不同细则第5条规定：矿井在采掘过程中只要发生过一次煤与瓦斯突出，该矿井即为突出矿井，发生突出的煤层定为突出煤层。细则第22条规定：经过预测，把煤层划分为突出煤层和非突出煤层。对于突出煤层的某一区域，按突出危险程度分类：细则第23条规定：突出煤层经区域预测后可划分为突出危险区、突出威胁区、无突出危险区。在突出危险区内工作面采掘作业前，应进行工作面的预测。采掘工作面经预测后可划分为突出危险工作面、无突出危险工作面。细则第24条规定：在突出威胁区内，根据煤层突出危险程度，采掘工作面每推进30100米，应用工作面预测的方法连续进行不少于两次的区域预测验证，其中任何一次有突出危险时，该区域改划为突出危险区。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。2、依据工作面突出危险程度不同，采掘工作面应采取的技术管理原则1）突出危险工作面技术管理原则进行采掘作业前，必须采取防突措施；采取防突措施后，必须进行防突措施的效果检验；经检验后措施有效，可采取安全防护措施进行作业；经检验后措施无效，必须重新执行措施或制定新的防突措施，直到该措施有效为至。2）、突出威胁工作面技术管理原则（1）采掘工作面可不采取防突措施，但必须采取安全防护措施；（2）在突出危险区域内的突出威胁工作面，每推进一个循环，工作面在进行检验性的预测。通过预测升级为突出危险工作面；仍然为突出威胁工作面。四、煤层突出危险性预测的方法（单项指标法）（1）单项指标法：原理是依据煤与瓦斯突出机理和以下有密切相关的四个单项指标来预测 煤层的突出危险性。 煤的破坏类型煤的破坏类型指煤体结构受构造应力作用后，由于其破坏程度不同煤的物理、力学性质和特征也不同，而形成的类型。根据煤的物理、力学性质分五类：类：非破坏煤：类：破坏煤：类：强烈破坏煤；类粉碎煤；类：全粉煤。煤的破坏程度越严重，其突出危险性也越大。 细则第26条规定：类、类为非突出煤层；类、类、类为突出煤层。 瓦斯放散初速度指标（P）：物理意义是表示含有瓦斯的煤体充分暴露时，放散瓦斯（从吸附转化为游离状态）快慢的一个指标。在瓦斯含量相同的条件下，P越大，煤的破坏程度越严重，越有利于突出的发生和发展。P10为突出煤层。 煤的坚固性系数f：物理意义是表示煤的抵抗外力破坏能力的大小的一个综合指标。在试验室用落锤法测定。f0.5为突出煤层。瓦斯压力P：物理意义是表示未暴露煤体内原始瓦斯压力。单位：MPaP0.74MPa为突出煤层。单项指标法的每项指标应选择有代表性的测点，多次测定压力和P，取最大值，f取最小值；如本矿区没有突出临界值，可采用细则规定；上述指标只有全部达到或超过其临界值时方可划为无突出煤层。五、突出煤层的区域突出危险性预测细则第28条规定：突出煤层中的区域预测方法可采用瓦斯地质统计法或综合指标法，预测结果报矿务局总工程师批准。（1）采用瓦斯地质统计法进行区域预测时，应根据已开采区域确切掌握的煤层赋存和地质构造情况与突出分布的规律，划分出突出危险区域和突出威胁区域。（2）煤层区域突出危险性综合指标有D值和K值两个指标。细则第30条规定：煤层区域性突出危险性，可按D值和K值两个综合指标判断：D=(0.0075H/f-3)(p-0.74) K=P/f当D0.25、K15同时成立时，该区域定为突出危险区域；当其中任一指标小于临界值或同时小于临界值时；当两个括号内都为负值或其中一个括号为负值时，应定为突出威胁区域。六、工作面突出危险性预测（一）、煤巷掘进工作面突出危险性预测1、预测目的防突细则第2324条规定：在突出危险区域内，工作面进行采掘前应进行工作面预测。通过预测将采掘工作面划分为突出危险工作面和无突出危险工作面。2、煤巷掘进工作面突出危险性预测方法煤巷掘进工作面预测方法有钻孔瓦斯涌出初速度法；R值指标法；钻屑指标法；其它经检验有效的方法（钻屑温度、煤体温度、放炮后瓦斯涌出量等）。(1)钻孔瓦斯涌出初速度法基本原理是依据钻孔瓦斯涌出初速度越大，工作面突出危险性越大的规律，来预测采掘工作面的突出危险性。钻孔瓦斯涌出初速度是采掘工作面钻孔打完后，瓦斯从钻孔中单位时间内涌出的最大流量(L/min)，一般用q表示。它全面反映了煤体的应力状态、瓦斯含量、煤层的透气性及煤的物理力学性质的综合性指标，即反映了决定煤层突出危险性的主要因素。瓦斯涌出初速度法预测时，应按下列步骤进行：a在掘进工作面的软分层中，靠近巷道两帮0.5m处，各打一个平行于巷道掘进方向的钻孔直径42mm，深3.5m；b用专门的封孔器封孔，气压为2Mpa；封孔后测量室长度为0.5m；c须在打完钻后2min内完成，当实测的q值q临时，该作面应为突出危险工作面；当实测的q值小于q临时，该作面应为无突出危险工作面。d如预测为无突出危险工作面，每米应留有2m的超前距。细则规定煤层灰分大于30%时，q临=4.5L/min，煤层灰分小于30%时，q临=4.0L/min。(2)钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性，应按下列步骤进行：在煤巷掘进工作面打2个（倾斜或急倾斜）或3个（缓倾斜）直径42mm，深810m的钻孔。钻孔应布置在巷道的软分层中，一个位于巷道工作面的中部，并平行于掘进方向，其它钻孔的终孔点位于巷道轮廓线以外24m处；每钻进1米，收集全部钻屑，用弹簧秤称重；当实测的S值等于或大于S临时，该工作面应为突出危险工作面；当实测的S值小于S临时，该作面应为无突出危险工作面。如预测为无突出危险工作面，每米应留有2m的超前距。细则规定S临=6Kg/m。 (3)R值指标法基本原理是依据钻屑煤量和钻孔瓦斯涌出初速度越大，煤与瓦斯突出危险性越大的规律，来预测采掘工作面的突出危险性。R值是一个综合性指标，它全面反映了煤体的应力状态、瓦斯含量、煤层的透气性及煤的物理力学性质，即反映了决定煤层突出危险性的主要因素，从而是一种可靠的预测方法。 R值的计算公式R=(Smax-1.8)*(qmax-4)。（1.8为钻孔直径为42mm时的每米钻屑量，沿钻孔长度为常数；4为每米钻孔瓦斯涌出速度的临界值）。Smax、qmax为钻孔沿孔长的最大钻屑量和最大瓦斯涌出初速度。R值指标法判断煤巷掘进工作面突出危险性，应根据实测资料确定，如无实测资料时，取R临=6。当任何一个钻孔中的R值等于或大于R临时，该工作面预测为突出危险工作面；当实测的R值小于R临时，该作面预测为无突出危险工作面。如预测为无突出危险工作面，每米应留有2m的超前距。当R值为负值时应用单项指标预测。3、采煤工作面突出危险性预测防突细则第39条规定，采煤工作面沿工作面每10-15米打一个直径42mm，深度不小于3.5米钻孔进行预测，预测指标和煤巷掘进工作面相同。4、在突出煤层中有下列情况之一者，应视为突出危险工作面，执行防突措施防突细则第31条规定：在突出煤层中有下列情况之一者，应视为突出危险工作面：、在突出煤层的构造破坏带，包括断层、褶曲、火成岩侵入等。、煤层赋存条件急剧变化的区域。、采掘应力叠加的区域。、在工作面预测过程中出现喷孔、顶钻等动力现象。、工作面出现明显的突出预兆。5、防突措施效果检验防突措施采取后，根据煤矿安全规程和防治煤与瓦斯突出细则规定对防突措施应进行效果检验，效果检验实际上就是再预测一次，效果检验孔应小于或等于措施孔，并应布置在两个措施孔之间。如果预测指标都在该煤层突出危险临界值以下，则认为措施有效；反之则认为措施无效。当措施无效时，必须采取防治突出的补充措施，并经补充措施的效果检验后，方可采取安全防护措施进行施工。当措施孔等于效检孔孔深时，经检验措施有效后，必须保留5m投影孔深的超前距。当效检孔小于措施孔孔深时，且两孔投影孔深的差值不小于3m时，经效检措施有效后，可采用2m投影孔深的超前距。第三章 防治煤与瓦斯突出的技术措施 在我国50年代后期，突出增多，所以人们对防突有了进一步的认识，采取了不同方法及措施术等来解决煤与瓦斯突出问题，煤与瓦斯突出的防治已成为煤矿安全技术的一大课题。为此煤矿安全规程第177条和防治煤与瓦斯突出细则第2条规定：开采突出煤层时，必须采取包括突出危险性预测、防治突出措施、防治突出措施的效果检验、安全防护措施的综合措施。一、制定煤与瓦斯突出措施的基础工作(1)正确确定煤层和煤层区域以及采掘工作面的突出危险性；(2)选择合理的防突措施； (3)熟悉掌握煤与瓦斯突出的预兆和特征，采取必要的安全防护措施，确保安全生产；(4)加强防突知识的教育和培训工作，使全体员工都具有一定的防突基本知识和技能，了解基本的救护知识，提高自保互保能力。二、制定煤与瓦斯突出措施的基本原则(1)消除和减少能引起煤与瓦斯突出的能量积聚，并防止这种能量的突然释放排除瓦斯，卸除压力或把采掘工作面前方的集中应力向煤体终深方向推移的原则。可选用措施有：开采保护层、大直径钻孔，超前排放钻孔、水力冲孔、预抽煤层瓦斯、松动爆破等。(2)增强煤体的稳定性，改变煤体的物理力学性质，增强煤体的抗破碎能力即加固煤体抑制突出的原则。可选用措施有：金属骨架、前探支架、煤层注水等。三、防突措施的分类(1)按防突措施的作用范围分类：分为区域性防突措施和局部性防突措施。(2)按措施的作用层位：可分为邻近层和本煤层措施。(3)按措施的使用地点：可分为石门揭煤措施、煤巷掘进措施、采煤工作面的防突措施等。四、区域性防治突出措施细则第2条规定：在采用防治突出措施时，应优先选择区域性防治突出的措施；如不具备采取区域性防治突出措施的条件时，必须采取局部区域性防治突出措施。区域性防治突出的措施包括开采保护层、预抽煤层瓦斯、煤层注水等。1、开采保护层细则第45条规定：“在突出矿井开采煤层群时，必须首先开采保护层，开采保护层后，在被保护层中受到保护的地区按无突出煤层进行采掘作业，在未受到保护地区，必须采取防治突出措施。” 迄今为止开采保护层仍然是防止煤和瓦斯突出最有效、最经济的一种区域性防治突出措施。该方法1933年法国最先使用，我国四川天府矿务局使用最好。 1)、保护层的作用保护层先采以后，在其上下的煤层会发生卸压变形、位移、导致煤体的透气性增大，瓦斯得到排放，瓦斯压力与瓦斯含量下降，煤体变硬等。从而使保护范围内的突出危险性丧失，而且使其采掘时的瓦斯涌出量大大降低，并可提高经济效益。保护层是在突出矿井煤层群中首先开采没有突出危险或突出危险性较小的煤层，细则第46条规定：选择保护层必须遵守下列规定：首先选择无突出危险的煤层作为保护层；矿井中所有煤层都有突出危险时应选择突出危险程度较小的煤层作为保护层；选择保护层时，应优先选择上保护层。2)、开采保护层时应注意的问题不得在采空区留煤柱；开采厚度0.5m的保护层时必须先检验保护层的实际保护效果；在有抽放瓦斯系统的矿井开采保护层时，应同时抽放被保护层瓦斯，开采近距离保护层时，必须采取有效的措施严防被保护层的初期卸压瓦斯突然涌入保护层采掘工作面或误穿突出煤层。2、预抽煤层瓦斯预抽煤层瓦斯的作用即是通过向突出危险煤层内打大量的密集钻孔或巷道，造成局部卸压，同时排放瓦斯、释放瓦斯潜能；再经过较长时间的预抽煤层瓦斯，进一步降低突出危险煤层中的瓦斯含量和瓦斯压力，从而使煤层弹性能变小，煤体的应力下降，相应煤体的强度和煤层的透气性增加，使被抽煤层减小或消除了突出的危险性，达到了防突的目的。钻孔的布置：可采用穿层钻孔和沿煤层布置方式，钻孔间距应均匀、各相邻钻孔在抽放期内达到有效控制范围应相接或稍有重叠，不留“孤岛”。细则第5556条规定：穿层钻孔的封孔深度应不小于3m，顺层钻孔的封孔深度应不小于5m，钻孔孔口的抽放负压应不小于13Pa，抽放后突出煤层的残存瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始瓦斯含量，煤层瓦斯预抽率应大于25%，达不到该预抽指标的区域，在进行采掘作业时，都必须采取防治突出的措施。3、煤层注水作为区域性防突措施的煤层注水，应在大面积范围内均匀布置顺层长钻孔来实现。通过钻孔向煤体注水，使煤体的湿度，增加了煤的可塑性，在煤层随后开采时可减少工作面前方的应力集中；当水进入煤层内的裂缝和孔隙后，可使煤体中的瓦斯放散初速度减慢。因此煤层注水可以减缓煤体弹性潜能及瓦斯潜能的突然释放，降低或消除发生突出的可能性。注水钻孔直径50100mm，一般孔间距515m。钻孔长度应能控制整全所需的湿润范围；封孔长度应超过巷道卸压圈的影响范围，必须大于5m。可采用机械式封孔器或水泥砂浆密封钻孔。对于防突要求来说，注水后煤的水份应不小于5%。煤层注水按其工艺划分可划分为高压注水和中长压注水。煤层注水按钻孔深浅可分为长孔注水和浅孔注水。回采工作面最好采用中低压、小流量、大面积、长时间注水，防突效果明显。五、局部性防突措施局部性防突措施是指针对井下某一地点、工作面或巷道等局部范围内起防突作用的措施而言的。1、石门揭煤局部防突措施细则第62条规定：石门防治突出措施可采用抽放瓦斯、水力冲孔、排放钻孔、金属骨架或其它经实验证明有效的措施。2、煤巷掘进防突措施细则第69条规定：在突出煤层中掘进平巷时，可采用边掘边抽瓦斯、超前排放钻孔、松动爆破、前探支架、水力冲孔或其它经实验证明有效的措施。细则第75条规定：在突出煤层中掘进上山时，可采用超前排放钻孔、松动爆破、掩护挡板或其它保证作业人员安全的防护措施。松动爆破孔沿工作面每隔23米打一个，孔深不小于3米，炮泥封孔长度不小于1米。措施实施后，必须经措施效果检验后方可进行采煤。超前工作面距离不少于2米。3、采煤工作面防突措施细则第84条规定：有突出危险煤层的采煤工作面可采用松动爆破、注水湿润煤体、超前排放钻孔、预抽煤层瓦斯等防治突出措施。并尽量采用刨煤机或浅截式采煤机采煤。使用松动爆破和浅孔注水措施时，超前距不得少于2m。超前排放钻孔就是在工作面的前方打几个钻孔，人为地造成和保持一个较长的卸压带，避免在工作面附近出现应力集中或高压瓦斯，以消除突出危险。细则第70条规定：超前排放钻孔可适用于煤层透气性较好、煤质较硬的突出煤层，钻孔直径一般为75120mm；钻孔深度为1012m，超前于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3m，钻孔应尽量布置 在软分层中，控制巷道断面轮廓线外24m，钻孔数量应根据钻孔有效排放半径确定，而且必须对超前钻孔进行效果检验。超前排放钻孔施工前应对工作面进行加固、支护。采煤工作面松动爆破措施用于煤质较硬的煤层，围岩稳定性较好的煤层。采煤工作面浅孔注水湿润煤体措施用于煤质较硬的煤层。注水孔沿工作面每隔23米打一个孔深不小于3米，注水压力不小于8Mpa。发现水从煤壁或从相邻的注水钻孔中流出时，即可停止注水。注水后必须经措施效果检验后方可进行采煤。注水孔超前工作面距离不少于2米。第四章 安全防护措施细则第91条规定：井巷揭穿突出煤层或在突出煤层中进行采掘工作时，都必须采取安全防护措施，安全防护措施主要包括：石门揭煤震动性放炮、远距离放炮、压风自救、避难硐室、防突反向风门、隔离式自救器等。一、石门揭煤震动性放炮震动性放炮的目的在于利用炸药爆破时产生的震动，诱导瓦斯突出，有准备地使突出发生在一没有人员在场，二有充分的预备瓦斯煤尘或燃烧和预防人员窒息等措施的情况下。震动性放炮适用于顶板良好，煤层瓦斯压力小于1Mpa的情况下，效果取决于岩柱的厚度、炮眼的布置、炮眼的数目和装药量等因素。二、加强通风管理突出矿井有它特殊的规律性，比瓦斯矿井管理要复杂的多，矿井通风是一个重要的管理环节。采掘工作面要确保独立的通风系统，突出后把灾区控制在最小的范围，以提高通风系统的抗灾能力。煤矿安全规程（2001年）第113条“有煤岩与瓦斯二氧化碳突出危险的每个采区必须设置至少一条专用回风巷。”采区进回风巷必须贯穿整个采区，严禁一段为进风巷一段为回风巷。专用回风巷：在采区巷道中专门用于回风，不得用于运料、安设电气设备的巷道。在煤（岩）与瓦斯突出区，专用回风巷内还不得行人。第114条“开采有煤岩与瓦斯二氧化碳突出危险煤层时，严禁任何两个工作面之间的串联通风。”第115条“有煤岩与瓦斯突出危险的采煤工作面不得采用下行风。”第118条“开采突出煤层时,工作面回风侧不应设置调节风窗。”第125条“严禁在在煤岩与瓦斯突出矿井中安设辅助通风机。”第127条“突出煤层的掘进通风方式必须采用压入式。”防突反向风门：根据细则第95条规定突出危险区域应设置防突反向风门，防止突出后破坏通风系统。反向风门必须设在掘进工作面的进风侧，以控制突出的瓦斯能沿回风道流入回风系统；反向风门必须牢固可靠，并至少设置两道；反向风门墙垛嵌入巷道周边岩石的深度不少于0.2m，墙垛厚度不少于0.8m，门和门框采用坚实的木质结构，门框厚度不少于100mm，风门厚度不少于60mm，两道风门的间距不少于4m，通过墙垛的风筒必须安装防逆风装置，放炮时反向风门必须关闭。（防突反向风门应处于常闭状态。）三、避难硐室细则第97条规定：井下避难硐室应设在采掘工作面附近和放炮员操纵放炮的地点，避难硐室数量及其距采掘工作面的距离，应根据具体条件确定。避难硐室相邻巷道侧的墙体和隔离门构筑必须符合下列要求：1、墙体采用砖、料石和砼等其它坚固性材料砌筑，厚度由集团公司根据预测发生突出强度实际作出明确规定。2、隔离门必须向外开启，门轴设在工作面一侧。长度和宽度应根据避维的最多人数确定，但每人使用面积不得少于0.5平米，支护必须良好，无杂物、无积水。3、避难硐室必须用不燃性材料支护。4、启用的避难硐室距工作面不少于200米，并安设直通地面调度室的电话和压风自救装置。应有减压装置和带有阀门控制的呼吸嘴，每人供风量不少于0.1m3/min，四、压风自救系统压风自救系统由管路、开关、送气器、急救袋等部分组成压风自救安装原则：井下发生煤与瓦斯突出时有害气体波及到的区域，在此区域内有人工作的地点都必须安装压风自救装置。在掘进工作面，自巷道回风口开始，每50m设置一组不少于5个的自救袋，靠近迎头一组安装不少于15个的自救袋，并且随着工作面的掘进而前移，距迎头保持2540m的距离。在采煤工作面，距采面上出口2540m设置一组压风自救袋，机巷在下出口以外50米的放炮地点安装一组压风自救袋，以上两组压风自救袋的数量分别按工作面的最多人数确定，放炮时的设岗警戒处安设一组不少于5个的自救袋。压风自救系统的风压为0.30.7Mpa，每人供风量不小于0.1m3/min，安装高度距巷道底板1.0 1.3m。五、远距离放炮细则第96条规定：采用远距离放炮时放炮地点应设在进风侧反向风门之外或避难硐室内。放炮时所有人员撤到距工作面不小于200m的避难硐室内，关上隔离门，打开压风自救装置通风。采煤工作面放炮时，人员必须全部撤到进风巷距安全出口（采面下出口）50米以外的压风自救处，回风系统必须撤人停电，关闭反向风门，并安排专人在反向风门外站岗警戒，躲炮时间不少于30min。掘进工作面放炮时，人员必须全部撤到反向风门之外或避难硐室内，避难硐室距工作面不小于200m，回风系统撤人停电，关闭反向风门，并安排专人在反向风门外站岗警戒，躲炮时间不少于30min。放炮后由当班班长、瓦检员、放炮员进入工作面验炮，确认无问题后，其它人员方可进入工作面。 六、隔离式自救器主要使用于井下采掘作业中当发生瓦斯爆炸、煤尘爆炸、火灾、煤与瓦斯突出等灾害时，造成环境缺氧、巷道内有毒有害气体危及矿工生命安全时，可及时佩戴它免受危害，实现逃生之目的。细则第101条规定：突出矿井的每一入井人员必须随身携带隔离式自救器。自救器分为过滤式自救器和隔离式自救器。隔离式自救器又可分为压缩氧自救器和化学氧自救器。过滤式自救器在环境中氧气浓度低于18%或CO浓度超过1.5%，就会失去自救性能。在煤与瓦斯突出危险工作面，若发生突出时，巷道内的大部分气体是CH4。当CH4体积浓度大于15%时，氧气浓度就会低于18%；当CH4体积浓度大于40%时，氧气浓度就会下降到12.5%左右，人员感到呼吸困难。因此在突出危险工作面应佩戴隔离式自救器。1、化学氧自救器1)、化学氧自救器有AZH-20W型，中等劳动强度者使用20min。静坐使用60min、以上。呼吸气路为往复式闭路呼吸系统，呼气时，气体经口具、降温网、进入生氧药罐内发生化学反应，吸收CO2，产生O2进入气袋储存起来。吸气时，在肺部负压作用下，储存在气袋内的气体再经药罐内生氧剂、呼吸导管、降温网、口具、进入佩戴者肺内。2)、使用方法及操用程序A、去掉保护套；B、用拇指掀起红色扳手，拉断封印条，开启封口带；C、揭开上外壳扔掉；D、抓住头带取出呼吸保护器；E、从口具中拔出口具塞，嘴对口具大口呼气，使气袋鼓起，将口具片完全含在嘴唇和牙齿之间使口部闭封并咬住口具上牙桩；F、夹上鼻夹开始用嘴呼吸；G、取下矿工帽，戴好头带，慢慢撤离灾区。3)、注意事项A、在佩戴过程中不可把自救器碰瘪，一旦碰瘪取不出气袋，则失去自救功能；B、使用前必须先把气袋吹鼓，含口具夹上鼻夹；C、要沉着冷静撤离（在十分紧急情况下可以快跑，但使用时间相对缩短）；D、在整个逃生路程中，要注意保持口具鼻夹戴好，不漏气，绝不可以从口内取出口具说话，需要联络时打手势；E、吸气时，气体比外界气体干热是正常现象，对人无害，千万不能摘掉；F、气袋体积瘪而不鼓，渐渐缩小，表明自救器使用时间快到终点。2、压缩氧自救器压缩氧自救器与人体的呼吸系统连接组成闭路循环呼吸系统，它的使用不受环境中有害气体种类和气体成份的限制，是煤矿井下发生瓦斯爆炸、火灾、突出等灾害时，人员从灾区安全撤离的自救工具。中等劳动强度者使用45min。氧气瓶压力20Mpa，定量供氧量大于1.1L，自动补给氧量大于90L/分，重量小于3.5Kg。当仪器使用时，人体呼出的气体，经口具呼吸软管进入CO2吸收剂腔体内