突出防治技术.doc

煤矿安全技术培训教材矿井煤与瓦斯突出防治技术2009年12月3日星期四1目 录第一章煤与瓦斯突出及其防治概况1第一节 煤与瓦斯突出概述1第二节 矿井瓦斯动力现象分类7第三节 煤与瓦斯突出的一般规律10第四节 煤与瓦斯突出机理11第五节 突出防治技术简述14第六节 突出矿井的管理19第七节 突出矿井的鉴定21第二章煤与瓦斯突出综合防治措施概论24第三章煤与瓦斯突出危险性预测29第一节 煤与瓦斯突出危险性预测分类及突出危险性划分29第二节 突出预测预报的理论基础30第三节 区域突出危险性预测31第四节 工作面突出危险性预测35第四章区域性防治突出措施40第一节 开采保护层41第二节 预抽煤层瓦斯58第五章局部防治突出措施68第一节 石门揭煤防突措施68第二节 煤巷掘进工作面防突措施76第三节 回采工作面防突措施81第六章防治突出措施效果检验85第七章防治岩石与二氧化碳（瓦斯）突出措施88第一节 岩石与二氧化碳（瓦斯）突出概述88第二节 岩石与二氧化碳（瓦斯）突出危险性预测89第三节 防治岩石与二氧化碳（瓦斯）突出措施91第八章安全防护措施92第九章防突设备、仪器97第一节 实验室有关参数测定设备97第二节 突出危险性预测仪表及装置99第三节 防突措施实施装备104第四节 安全防护装备110第一章 煤与瓦斯突出及其防治概况第一节 煤与瓦斯突出概述在煤矿地下采掘过程中，在极短的时间内，从煤（岩）壁内部向采掘工作面空间突然喷出大量的煤（岩）和瓦斯的现象，称为煤（岩）与瓦斯突出，简称瓦斯突出或突出。它是一种伴有声响和猛烈力能效应的极其复杂的动力现象，能摧毁井巷设施、破坏通风系统，使井巷充满瓦斯和煤岩抛出物，可以造成人员窒息、煤流埋人，甚至可能引起瓦斯爆炸与火灾事故，导致生产中断等，因此，它是严重威胁煤矿安全生产的灾害之一。1834年3月22日，法国鲁阿雷煤田伊萨克矿平巷掘进时发生了世界上第一次有记载的突出。迄今为止，世界各主要产煤国家都发生过这种现象（参见表1-1）。据不完全统计，发生突出的次数在4万次左右。世界上最大的一次突出于1969年7月13日发生在前苏联的顿巴斯加加林矿，当石门揭穿厚1.03m的煤层时，发生了强度为14000t、瓦斯25万m3以上的突出。1879年4月17日，比利时阿拉波二号井发生了一次强度为420t、瓦斯50万m3的突出，瓦斯逆风流从提升井冲至地面，在距井口23m处的绞车房附近的火炉引燃了瓦斯，火焰高达50m，井口建筑被烧成一片废墟，2h后火焰将要熄灭时，又连续发生了7次瓦斯爆炸，井下209人，死亡121人，地面3人被烧死，11人烧伤。在法国和比利时，由于煤与瓦斯突出严重影响安全生产，从六十年代末和七十年代初已停止开采突出危险煤层，其它如日本、美国、英国等发达国家，也已先后采取了类似政策，停止开采突出煤层或关闭突出矿井。表1-1 各国的突出情况一览表国别统计时间突出总次数最大的突出参与突出的发生突出的最浅深度（m）强度（t）瓦斯（万m3）瓦斯种类煤种类中国法国前苏联波兰日本匈牙利比利时加拿大澳大利亚捷克保加利亚英国土耳其联邦德国荷兰罗马尼亚南斯拉夫19501981187919731906198018941979192619741894197619471968194619681885196818941978193319741926197219691975190319761937196418931935195819799845678854461534100052547447548038019819228501220约1612780560014200500030001400160035004004203202500110050055140102575172713752.571.1CH4，极少CO2CO2，CH4，CO2+CH4CH4CO2，CH4，CO2+CH4CH4CH4CH4CH4，CO2+CH4CO2，CO2+CH4CH4，CO2+CH4CH4CH4，CO2+CH4CH4CH4，CO2CH4烟煤，无烟煤烟煤，无烟煤烟煤，无烟煤烟煤，无烟煤烟 煤褐煤，烟煤烟 煤烟煤，无烟煤烟煤，无烟煤烟煤，无烟煤烟 煤烟 煤烟煤，无烟煤烟煤，无烟煤褐 煤501801208022014018018018080120180280200我国是世界上突出最严重的国家之一。在 1950年5月2日吉林省辽源矿务局富国二矿发生了我国首次有记载的煤与瓦斯突出。据不完全统计，至1988年，我国发生突出的矿井有250个，突出总次数约14300次，强度在千吨级以上的特大型突出100多次。自1950年后，全国的突出次数呈逐年上升趋势，到1980年达到高峰，而后又呈下降趋势，尤其是原煤炭部1988年颁布防治煤与瓦斯突出细则并在全国推行“四位一体”综合防突措施后，突出得到有效控制，年突出次数维持在200300次。1975年8月8日天府矿务局三汇一矿+280m水平平峒揭开K1煤层时，发生了我国最大的一次煤与瓦斯突出，突出煤岩12780t、瓦斯140万m3。突出地点距地表垂深约500m。突出地点距平峒口1170m，正处于F144逆断层下盘，距断层面仅20m。平峒从底板方向揭开K1煤层，由于受地质构造的影响，煤层厚度及倾角均有很大变化。据事后清理现场发现，北帮煤层变薄、分岔，其上分层的上段厚1m，上分层的下段则成煤线为0.1m；下分层0.9m，其中也含夹石0.10.3m；南帮煤层上部较厚，达5m以上，下部亦分岔成5层。煤层破碎、松软属粉状结构。煤层产状变化急剧，倾角由正常的32变至55左右。岩层的层理紊乱，受挤压的现象明显。在突出前，当平峒掘进到距煤层11m处，向前方打了两个钻孔，孔径75mm，发现煤、岩层不正常，测得瓦斯压力为0.53MPa。后另打两个孔，测得煤层瓦斯压力与第一次近似为0.7 MPa左右。两次测压封孔均不严密，以致测得压力不高，误认为突出危险性小，而确定将平峒毛断面由19m2缩小为梯形断面6.8m2，然后采用震动性放炮揭开煤层。放震动炮位置时所留岩柱，上部厚度为1m左右，下部厚度为6m，在下部岩石刷斜面施工过程中，上部岩柱因震动而垮穿煤层，揭露面积为0.6m2。在工作面布置炮眼57个，只有52个眼装药，上部5个炮眼因已垮穿煤层未装药，共用炸药120Kg，雷管90个。采用电容式放炮器在平峒外放炮，炮响3至4s后，发生了突出。当时向平峒外涌出的瓦斯，好似一阵狂风，把地面井口的纸屑、木块和小碎石等卷起，吹到50m以外，随即大量瓦斯携带煤粉涌出，呈黑浓烟状，持续40min才逐渐下降。在突出后2h45min内共涌出瓦斯量140万m3。突出时在距突出点700多m远的+465m水平中平峒内的三道风门被瓦斯气流冲开，并将风门外一辆装有钎子和半车矸石的矿车冲出30多m远。在主平峒有一块重1t多的巨石被气流冲走120多m，另一块重达3t的巨石被冲出60余m拐了两个90急弯而进入变电所。突出的煤矸堆积情况是：在距突出点110m处，煤矸封棚顶，堆积高度3.73.9m；距突出点150m处，堆积高度2.7m；距突出点300m处，堆积高2.1m；距突出点350m处，堆积高1.6m；距突出点684m处，堆积高度0.8m，以后逐渐减小。突出煤矸从主平峒冲入南茅口大巷，堆积长度达60m，其中约20m堵满巷道顶部；煤矸冲入北茅口大巷堆积长度达250m，约100m堵满棚顶，同时下车场和变电所都充满煤粉，突出的煤岩分选性较强。突出煤岩堆积情况如图1-1所示。在清理过程中，采用打复杆，穿梁接顶，边清边发碹的措施，穿过突出空洞。突出空洞分布在平峒顶部，底部和两帮（距底板1.5m）的煤岩体是完整的。突出空洞下部的形状如图1-2所示，孔洞高度不详。图1-1 三汇一矿+280m水平平峒揭煤突出煤炭堆积图图1-2 三汇一矿+280m水平平峒揭K1煤层时突出孔洞图分析我国的瓦斯突出情况，有以下一些特点：1）突出矿井的分布面广，在部分地区比较严重我国有20多个省（区）的一些矿井发生了突出，其中四川、重庆、贵州、湖南、江西、辽宁和河南等省的突出情况比较严重，不仅突出次数多，而且强度也大。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的突出矿井中，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，也有中厚煤层和厚煤层。特别是单一突出煤层的矿井占了突出矿井总数的1/3，并且在多煤层可采的突出矿井，相当一部分矿井的所有可采层均属突出煤层，无保护层可采。因此全国至少有1/3甚至约一半的突出矿井，需采用本煤层防治突出的措施。3）突出矿井的始突深度不一我国各煤矿，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500600m时才开始发生突出，如抚顺老虎台矿、本溪的红阳二矿以及淮南的谢三矿；也有些矿井则在垂深5060m处就开始发生突出，如湖南省邵阳地区的沙田煤矿和郴州地区的罗卜安矿，均在离地表垂深50m处发生突出。湖南省邵阳地区隆回县战备煤矿发生特大型突出，垂深仅为95m，突出强度为1300t。总的来说，开始发生突出的深度浅和特大型突出的深度浅，虽然不是我国突出矿井的普遍现象，但在南方煤田中则是一个明显的特点。4）中小型突出占绝大多数，大强度突出次数也不少根椐有关统计分析，突出总次数中突出强度在50t以下的小型突出占73.77%；突出强度在50100t之间的中型突出占13.45%；突出强度在100500t之间的次大型突出占11.15%；突出强度在5001000t之间的大型突出占0.91%；突出强度超过1000t的特大型突出占0.7%。这一分析表明，我国煤矿中所发生的突出，以中小型突出为主，占绝大多数，大型和特大型突出占的比例很小，但绝对次数仍有100多次，并且多数又发生在石门揭煤时，这仍应予以重视。特别是在选择和应用防治措施时，必须考虑这一基本特点，既要考虑对付大型和特大型突出，又不能忽视解决大量中小型突出的一般常用措施。除了发生煤与瓦斯突出外，还发生岩石与瓦斯突出，例如顿巴斯矿区在1965年1984年期间，共发生砂岩与瓦斯突出3474次，最大强度3500t。各国突出的岩石大多是砂岩，也有少数岩盐、砂质页岩、粉岩等，德国曾发生过世界上最大的一次钾盐与二氧化碳突出，突出强度达10万t。发生煤（岩）与瓦斯突出时，喷出的瓦斯主要成份是甲烷或二氧化碳，也有二者的混合体。我国绝大多数的突出为煤与瓦斯突出，但也有少量的岩石与二氧化碳突出（吉林营城煤矿、和龙煤矿、甘肃窑街三矿等）及岩石与甲烷突出（北票台吉竖井、阜新东梁和五营煤矿），突出的岩石主要是砂岩，也有少量含硕砂岩及安山岩。在陕西铜川矿区还发生过岩石与油气突出现象。百余年来，为了防治突出，各国对煤与瓦斯突出机理、预测和防治措施等进行了大量的科学研究和试验，虽然取得了明显的成效，但迄今为止，尚不能完全杜绝突出事故。第二节 矿井瓦斯动力现象分类一般把有瓦斯参与且有动力效应显现的现象称为矿井瓦斯动力现象，它包括：煤与瓦斯突出（简称突出）、煤体压出并伴随大量瓦斯涌出（简称压出）、煤体倾出并伴随大量瓦斯涌出（简称倾出）、岩石与瓦斯（二氧化碳）突出等，前三种人们习惯统称为煤与瓦斯突出。一、动力现象的力学特征分类按动力现象的力学特征不同可分为突出、压出和倾出三类，不同类型的突出其特征有所不同，但基本特征主要表现在：孔洞位置及形状、抛出煤岩的粒度及其分选性、抛出距离及堆积坡度、强度、瓦斯量及瓦斯流的运行方向、动力效应和预兆等方面，不同类型的突出其特征简介如下：1、 煤的突然倾出煤的突然倾出主要是重力引起的，瓦斯在一定程度上也参与了倾出过程，在急倾斜煤层中较为多见，倾出具有如下特征：倾出孔洞呈口大腔小，在上山巷道，孔洞常沿煤层倾斜或铅垂（厚煤层）延伸，多呈梨形；在平巷，孔洞多分布在工作面上方及上隅角，形状多为椭圆形，孔洞的顶部一般呈自然拱形，孔洞中心线与水平面的夹角大于煤的自然安息角。倾出的煤主要是碎煤，有时也可见到少量粉煤，无分选现象。倾出的煤量由数吨到数百吨，多数情况下不超过100t，煤的抛出距离一般较小，堆积角度一般近于自然安息角。倾出后瓦斯涌出量会明显增加，但吨煤瓦斯涌出量一般少于或近于煤层瓦斯含量。一般无明显的动力效应。倾出前经常出现的预兆是：煤的硬度变低，工作面掉渣，支架压力增加等。2、煤的突然压出主要是由地应力引起的，有两种形式，即煤的整体位移和煤有一定距离的抛出。压出具有如下特征：煤的整体位移或抛出距离不远。压出后可能没有孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞。压出后煤层和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。巷道瓦斯涌出量增大，有时大量的瓦斯涌出会延续较长时间。抛出的煤可打断或折断工作面支架，但动力效应一般不严重。压出前经常出现的预兆是：工作面掉渣，支架压力增加，煤体内出现劈裂声、闷雷声等。3、 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出是地应力和瓦斯的共同作用下发生的，其特征如下：突出孔洞的位置和形状是各式各样的，大部分位于巷道上方或上隅角，形状为口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形以及其它分叉形等，孔洞中心线与水平面的夹角一般小于或大于自然安息角，但很少有水平方向的。煤的抛出距离较远，具有分选现象。抛出煤的堆积角小于自然安息角。抛出煤的破碎程度较高，含大量的块煤和手捻无粒感的粉煤。有大量的瓦斯涌出，吨煤瓦斯涌出量远远大于煤层瓦斯含量，有时造成风流逆转。有明显的动力效应，破坏支架、推倒矿车、推倒或抛出安装在巷道里的设施。突出前经常出现的预兆是：煤变软、光泽变暗，煤壁掉渣，支架压力增加，瓦斯涌出忽大忽小，煤壁温度降低，煤体深部出现闷雷声、噼啪声、沙沙声等。二、 按动力现象的强度分类强度是指每次动力现象抛出的煤（岩）的数量（以t 或m3为单位）和瓦斯量（以m3为单位）。由于在动力现象发生过程中瓦斯量的计量工作尚存在一些技术问题（如自动记录仪表，统一计算标准等），现在分类主要依据抛出的煤（岩）重量，据此可分为：小型突出：强度1000 t 第三节 煤与瓦斯突出的一般规律迄今为止,人们对突出的机理尚未完全了解,但对大量的突出事例进行的分析表明,煤与瓦斯突出有一些基本规律。一、突出危险性随深度的增加而增大我国煤层的始突深度变化范围很大，由数十米到数百米。白沙、涟邵、梅田等矿区始突深度仅为7080m，而抚顺本煤层的始突深度为620m。多数突出矿井煤层的始突深度在200300m。对同一煤层来说，在始突深度以下，突出的次数和强度随深度的增加而增大。二、突出危险性随煤层厚度增加而增大，尤其是软分层的增厚对同一煤田来说，突出煤层愈厚突出危险性愈大。例如南桐矿务局的6号煤层厚1.01.5m，4号煤层厚2.53.2m。发生突出的次数分别为97次和325次；突出平均强度分别为43t/次和88t/次；最大突出强度分别为450t和5000t。三、突出大多数发生在掘进工作面突出可发生在各类巷道工作面，石门揭煤、煤巷掘进、采面、上山、下山巷道等都发生过突出，但主要发生在煤巷掘进工作面。根据19511981年突出事例的统计，煤巷掘进工作面的突出占81.8%；采煤工作面占15.8%；执行防突措施时发生突出占2.4%。在掘进工作面中，石门揭煤发生的突出虽然次数较少，占总次数的5.76%，但平均突出强度最大，达316t/次。千吨以上的特大型突出，绝大多数是在石门揭开煤层时发生的。四、突出多发生在地质构造带地质构造带包括：断层、褶曲、火成岩侵入和煤层赋存条件（煤层厚度、倾角和走向）变化等区域。五、突出前大多数均有预兆煤与瓦斯突出前，都会出现各种各样有声和无声预兆。有声预兆包括煤体中的闷雷声、机枪声、爆竹声、嗡嗡声等。无声预兆包括支架来压、掉渣、片帮、工作面煤壁开裂、煤壁外鼓、底鼓和炮眼变形、风流中瓦斯浓度忽大忽小、顶钻、钻孔喷煤喷瓦斯、煤层层理紊乱，煤变松软、暗淡无光泽、煤变干燥和煤尘增多等。有时在突出发生前，还会出现煤壁和工作面气温降低，有特殊气味。六、突出前作业方式除自然因素外，对突出来说，采掘作业是一个诱导因素。工作面有人作业时会发生突出，但无人作业时也有不少的突出事例。各种作业方式时都发生过突出，其中以放炮作业时发生突出的次数最多。第四节 煤与瓦斯突出机理煤与瓦斯突出的机理，是指煤与瓦斯突出的原因、条件及其发生、发展过程，是进行突出预测和采取防治措施的理论依据。关于突出机理，迄今为止尚未得到根本解决。多数国家采用现场统计资料分析、实验室研究和现场观测的方法，对突出机理进行了广泛深入的研究，提出了很多假说。这些假说只能对某些现象给予解释，还不能得到统一的完整的突出理论，突出假说归纳起来大体可分为下列几类。一、以瓦斯为主导作用的假说该类假说认为突出主要是以瓦斯为主导作用的，典型的假说有：“瓦斯包”说、“煤粉带”说、“煤孔隙结构不均匀”说、“裂隙堵塞”说、“突出波”说、“闭合孔隙瓦斯释放”说、“瓦斯膨胀应力”说、“火山瓦斯”说、“瓦斯解吸”说、“地质破坏带”说等。二、以地压为主导作用的假说该类假说认为突出主要是以地压为主导作用的，典型的假说有：“岩石变形潜能”说、“应力集中”说、“剪应力”说、“振动波动”说、“冲击移动”说、“顶板位移不均匀”说、“应力叠加”说、“塑性变形”说、“拉应力”说、“放炮突出”说等。三、 化学本质假说这类典型的假说有：“瓦斯水化物”说、“瓦斯煤固溶体”说、“重煤”说、“爆炸的煤”说、“地球化学”说、“硝基化合物”说等。四、综合假说综合假说是多数研究人员所持有的观点，认为煤与瓦斯突出是由地应力、瓦斯和煤的物理力学性质三者综合作用的结果。虽然对上述三种因素在突出中所起的作用看法不尽相同，但都认为：煤与瓦斯突出是一种能量的集中释放现象，从能量平衡角度分析，研究出能量集中与释放全过程，就能有效防治突出。突出的发生和发展，大体要经历几个阶段：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，孔隙和裂隙增加，但尚未破坏与煤体的力的联系。2）发动阶段 随着采掘工作的进行，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。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。研究工作表明，应力在突出发生的初期阶段扮演着极其重要的角色。通常把工作面应力分为三种：垂直应力、水平应力和采掘附加应力。垂直应力是上覆岩石自重造成的，受控于垂深和岩性，水平应力主要为构造应力，受地质构造的影响较大，这二者在一个小的范围内可以认为是一个常数，采掘附加应力是采掘作业时，破坏了工作面地点的原始应力平衡状态，促使应力重新分布，使工作面附近形成了卸压区、应力集中区和正常应力区，这三个区域的大小和范围与工作面附近的岩性有关。应力在突出中的主要作用是：一是使煤体发生最初的变形、位移和破碎，激发突出；二是在突出发展阶段和瓦斯压力梯度联合作用对煤体进行进一步的剥离和破碎；三是影响煤体内部孔隙裂隙结构的闭合程度，控制瓦斯的流动和解吸。瓦斯在突出中的主要作用是：一是在较高的瓦斯压力梯度下破碎煤体，和应力联合或独立激发突出；二是在突出发展阶段和地应力联合作用对煤体进行进一步的剥离和破碎，使突出不断向深部发展；三是煤层快速解吸出来的瓦斯所形成的瓦斯流，将被破碎的煤搬运走、并加以粉碎，使新暴露的孔洞壁附近保持较高的地应力梯度和瓦斯压力梯度，为突出的进一步发展提供条件。煤的物理性质是指煤层的瓦斯解吸能力和解吸速度，力学性质主要是指煤层的坚固性。瓦斯解吸速度快、坚固性系数小的煤层显然是容易发生突出的。综上所述，突出的内在因素是地应力、瓦斯和煤的物理力学性质，而外在因素是采掘工作形成应力集中和造成突然卸载条件。除了以上几种假说外，近几年来，我国学者又通过研究，提出了突出的流变机理和球壳失稳机理，是突出机理研究的新进展。总的来说，对突出机理的认识还有待今后继续研究和加深。第五节 突出防治技术简述一、防突技术的发展历程由于突出机理尚未得到完全解决，难以制定有效的防突措施，所以未能完全杜绝突出的发生，但通过长期的实践和研究，煤与瓦斯突出在很大程度上是可以防治的。近150余年的发展看，防突措施可以分为三个阶段。第一阶段是以安全防护措施为主的阶段，即在突出发生时，避免发生人员伤亡事故。其主要措施是采用震动放炮，即在人员远离工作面的条件下，放震动炮诱导突出。在20世纪50年代以前，各国广泛采用这一措施。第二阶段是以消除突出因素为主要目的防止突出措施阶段，即在突出煤层普遍采用防突措施，使它不发生突出。在20世纪5070年代属于这个阶段。提出和应用了多种区域性和局部性防突措施，如开采保护层、预抽煤层瓦斯、煤体注水、超前排放钻孔、松动爆破、水力冲刷、金属骨架等。在该阶段，同时辅助采用安全防护措施。第三阶段是采取综合防突措施阶段，其主要特点是在以上阶段的措施基础上加入了突出危险性预测和防突措施效果检验两个环节，使之成为“四位一体”综合防突措施。综合防突措施使防治突出的措施更加有的放矢、措施效果更加提高。当然，要有效防治突出，应该从矿井的设计阶段就开始进行，矿井的合理采掘部署对生产期间防突的成效、难度、成本等起着相当重要的作用。随着矿井开采深度的不断加深，采掘强度不断加大，特别是集约化开采对防突的要求将不断提高，主要表现为常规的防突方法已不适应自然条件和采掘方式的变化，例如打钻时发生突出的问题，集约化开采矿井对防突的高效要求问题，受市场经济影响，突出矿井对防突的低成本、高效率要求问题等。所以，防突技术随着条件的变化，还需不断研究、不断发展，以适应时代的要求。防突技术的发展趋势是，研究采用高科技手段，预测煤层突出危险性和提高防突措施的针对性和有效性。二、突出防治技术1、综合防突措施体系我国目前采用的是综合防突措施，俗称“四位一体” 防突措施，它包括以下内容：(1) 突出危险性预测；(2) 防治突出措施；(3) 防突措施效果检验；(4) 安全防护措施。以上“四位一体”综合措施，把煤矿防突技术归纳为四个方面，符合当前对突出的理论认识水平和防突发展现状，对我国的防突工作起到积极的指导作用。图1-3是我国综合防突措施的执行体系图。煤科总院重庆研究院曾提出过“五步配套”综合防突措施，即在“四位一体” 防突措施基础上增加合理的采掘部署一环，在矿井或采区设计阶段从采掘部署上就充分考虑防突问题，可以变被动为主动，可以大大减轻生产中的防突压力。区域预测有危险 突出煤层突出威胁区安全防护措施推进30100m工作面预测突出危险区无突出危险安全防护措施采掘工作有突出危险防突措施效果检验安全防护措施采掘工作突出威胁面危险工作面安全防护措施非突区验证性预测无危险无效有效图1-3 综合防突措施工艺流程执行综合防突措施具有以下优点：使防突措施更加有的放矢，通过预测，使防突措施仅在突出煤层的突出危险区域或其中的突出危险工作面实施，克服了措施的盲目性。缩小了防突措施的使用范围，提高了矿井的采掘速度和煤炭产量，可以显著提高突出矿井的经济效益。由于进行了防突措施的效果检验，可大大提高了措施的有效性和可靠性。采取了安全防护措施，可以减少突出造成的人员伤亡。2、突出危险性预测我国把突出危险性预测分为区域性预测和工作面预测两类。区域性预测的任务是确定井田、煤层、煤层区域的突出危险性；工作面预测也称日常预测或点预测，任务是确定工作面附近煤体的突出危险性，即当工作面向前推进时有无突出危险。3 、防突措施防突措施包括区域性措施和局部性措施大类，防突措施的基本原理是通过卸压和瓦斯排放以减少突出的原动力，或者增大煤体对突出的阻力因素，从而达到防突的目的。其中卸压和瓦斯排放的措施国内外使用最为广泛。防突措施主要包括：开采保护层、大面积预抽煤层瓦斯、超前排放钻孔、抽放瓦斯、松动爆破、金属骨架、水力冲孔、水力割缝、水力疏松、预裂爆破、注浆固化煤体等。4、 防突措施效果检验防突措施的执行效果如何，能否达到消除突出的目的，需要进行效果检验才能确定。防突措施效果检验方法和指标一般和突出危险预测时相同，不同的是检验钻孔要布置在措施孔之间。根据效果检验结果，判断防突措施的有效性，只有当检验指标值小于其临界值时，才能认为消除了突出危险，否则，应实施补充防突措施，直至效果检验确认无突出危险为止。5、 安全防护措施安全防护措施是“四位一体”综合防突措施的第四个环节，其目的在于当突出预测失误或防突措施无效且检验失误而导致突出时，避免造成人员伤亡的一种措施，从而建立起防止突出事故的第二道保障线。安全防护措施主要包括震动放炮、远距离放炮、反向风门、避难所、压风自救系统和隔离式自救器等。其中反向风门和压风自救系统的应用在防止突出伤害方面起到了明显的效果。我国煤矿安全规程和防治煤与瓦斯突出细则对安全防护措施有比较详细的规定。第六节 突出矿井的管理实践经验和突出事故教训告诉我们，为了有效地防止突出的发生，除了正确的制订防突措施之外，还必须加强突出矿井的组织和技术管理工作，这样才能保证防突措施的贯彻和实施。1、加强矿井组织管理工作应依据煤矿安全规程和防治煤与瓦斯突出细则的有关规定，在防突计划、机构、人员、制度、装备、培训等方面建立健全各项组织管理措施。（1） 防突机构和人员矿井成立专门的防突机构或在通风（安全）部门配备专门的防突人员，负责制定防突措施、填写突出卡片、掌握突出动态、进行日常突出危险性预测和效果检验工作。（2） 防突措施计划矿井在编制年度、季度、月生产计划的同时，必须按照综合防突措施的要求，编制防突措施计划。（3） 制度及责任制建立“四位一体”综合防突组织管理制度，编制各项防突工作的操作规程和审批程序。认真把好防突措施的编制、审批、贯彻、落实、监督、检查各个关口，严格防突参数汇报、填写、送审、发放各个环节。“作业规程”中必须有防突内容，或专门编制各工作面的防突措施。建立落实防突措施计划的责任制。矿长对防突管理工作负全面责任，负责检查和平衡防突工作，解决防突所需的人力、财力和物力；矿总工程师对防突负技术责任，负责组织编制、审批、实施、检查防突工作的规划、计划和措施；从事防突工作的专职技术人员，在总工程师领导下，具体进行技术方案、防突措施工程和有关规程的编制和设计等。责任制把防突措施的编制、审批、落实以及突出危险性预测、预测结论审批、防突措施实施、措施监督、安全防护措施执行、放炮等工作具体落实到各职能部门和具体人员，并建立相应的奖惩制度。（4） 防突装备配备和完善必要的安全装备，如防突用钻机、突出预测仪器、隔离式自救器、压风自救系统等。（5） 人员培训对矿井各级人员进行不同层次的防突知识培训。第一，对矿井有关部门的管理和技术人员进行防突知识、防突管理制度、突出预兆、防突措施、安全防护措施等进行培训，组织学习煤矿安全规程和防治煤与瓦斯突出细则的有关规定；第二，对专职防突人员进行专门培训，使之掌握防突的一般知识、突出预测的具体操作技能和其它防突技能；第三，对一般工人进行防突知识、防突管理制度、突出预兆、防突措施、安全防护措施、自救器的使用、工人自救和互救、避灾路线等进行普及性培训。2、要加强突出矿井的日常技术管理工作突出矿井除按煤矿安全规程和防治煤与瓦斯突出细则的要求编制防治突出的专门设计外，还应制定详细的技术管理规定，加强日常技术管理工作，主要包括以下几个方面。1）搞好地质测量工作；2）建立完善可靠的通风系统，加强通风管理；3）采掘工作面必须按设计施工，保证工程质量；4）突出矿井的电气设备必须符合煤矿安全规程的要求；5）加强井巷支护，防止突出煤层因垮落而引起突出；6）加强爆破工作的管理；7）处理好突出孔洞。3、加强技术基础工作，认真收集和分析突出原始资料收集突出原始资料，有助于分析突出原因，吸取事故教训、总结规律，为制订符合矿井实际的防治突出技术措施和管理措施，提供基础资料。所以必须重视和加强突出原始资料的收集、整理和分析工作。第七节 突出矿井的鉴定煤矿安全规程规定，矿井在采掘过程中，只要发生过一次煤与瓦斯突出，该矿井定为突出矿井，发生突出的煤层定为突出煤层。并报省（区）煤炭管理部门审准，报省级煤矿安全监察部门备案。但是，矿井采掘过程中所发生的动力现象，到底是不是煤与瓦斯突出？由哪个单位或部门来确定动力现象的性质？根据什么原则和方法进行确定？申报鉴定突出矿井的程序如何等等问题，对此，煤矿安全规程都提出了具体要求。1、突出矿井鉴定的组织机构和鉴定范围（1）凡煤矿在开采过程中发生了瓦斯动力现象，在确定为突出矿井之前，必须对所发生的动力现象的性质进行鉴定。（2）由国家煤矿安全监察局授权的科研机构负责受理全国煤矿突出现象的鉴定工作。（3）鉴定的范围主要是煤矿中实际发生的瓦斯动力现象，或虽已发生多次，但一直未定性的瓦斯动力现象。通过鉴定弄清瓦斯动力现象的性质和类型，作为确定矿井是否属于具有煤与瓦斯突出的技术依据。2、突出矿井的鉴定方法突出矿井鉴定的方法，主要是以实际发生的瓦斯动力现象为依据，按照煤矿安全规程、防治煤与瓦斯突出细则和煤与瓦斯突出矿井鉴定规范，确定是否属于突出以及属于哪种类型的突出。当其动力现象的特征不明显时，可根据地质因素、煤结构、瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数、瓦斯压力等，进行综合分析，加以判断。凡经鉴定属于突出类型中的任何一种，矿井即应定为突出矿井。3、突出矿井鉴定报告矿井发生瓦斯动力现象后，由煤炭企业提出申请，由国家煤矿安全监察局授权的科研机构负责进行技术鉴定，并提出鉴定报告。4、鉴定报告的报批程序煤炭企业根据科研机构提出的鉴定报告，向省（区）级煤炭管理部门申报，经审准后报省级安全监察部门备案，审批后的文件应抄送原鉴定单位和国家煤与瓦斯突出档案室（设在重庆煤科分院）存档。确定为突出的矿井后，应严格按突出矿井的管理原则进行管理。第二章 煤与瓦斯突出综合防治措施概论煤与瓦斯突出是一种极其复杂的矿井瓦斯动力现象,是煤矿井下最严重的自然灾害之一。近百年来，世界各国在防治突出方面虽然进行了大量的工作，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事故发生。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。从防治突出措施的发展来看，可概括为三个阶段。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，以保证人生安全。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19221930年期间，仅在法国南部的卡尔矿区，用震动性放炮诱导了700次煤与二氧化碳突出，突出总量达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，普遍采用防止突出措施，如开采保护层、超前钻孔、松动爆破等。该阶段从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。 以下简要介绍我国现用的“四位一体”防突措施。按我国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。 上述“四位一体”综合措施，把煤矿防突技术明确地归结为四个方面，符合当前对突出的理论认识水平和防突技术发展的现状，对我国防突工作起到了指导作用。 突出危险性预测是防突综合措施的第一个环节。预测的目的是确定突出危险的区域和地点，以便使防突措施的执行更加有的放矢。国内外多年来开采突出煤层的实践表明，突出呈区域分布。在突出煤层开采过程中，只有很少的区域（大致占整个开采区域的10%30%）或区段才发生突出，因此，不论是否有突出危险，在突出煤层采掘过程中普遍采用防突措施，这在技术上是不合理的，在经济上是不合算的。这样执行的结果使防突工作带有一定的盲目性，且由于在原来无突出危险的区域和地点采用了防突措施，必将导致人力和财力的浪费，大大减缓了采掘进度。随着防突科学技术的发展，突出预测已逐渐从试验研究阶段进入实用阶段。我国1988年颁布了第一部防治煤与瓦斯突出细则后，普遍要求在各突出矿井开展突出预测工作。 防治突出措施是防突综合措施的第二个环节。它是防止发生突出事故的第一阶段，即防止突出发生。防突措施仅在预测有突出危险的区域和区段应用。防治突出措施是国内外防突工作的重点。数十年来在我国各突出矿区，试验研究成果了多种防突技术措施。 防突措施的效果检验是防突综合措施的第三个环节。目的是在措施的执行后检验预测指标是否降低到突出危险值以下，以保证防突措施的防突效果。实践表明，各种防突措施，特别是局部防突措施，尽管经科学试验证实防突措施是有效的，但在生产中推广应用后，都无例外地发生过多多少少的突出。即使在同一突出煤层，该措施在通常情况是有效的，但在有些区段则无效。措施失效的原因在于井下条件的复杂性，如煤层赋存条件变化，地质构造条件变化以及采掘工艺方式变化等。根据对南桐、松藻、天府、中梁山和北票五个局1996年发生突出事例分析表明，当年共发生突出388次，其中81次是在执行防突措施后发生的，占突出总次数的24.3%。前苏联在19811985年期间，共计发生突出240次（放炮诱发的突出未计算在内）其中58次（占24%）是在采取措施情况下发生的，在这58次突出中，有21次是在措施执行过程中发生的，有24次是未完全按措施和措施效果检验方法执行而发生的，有13次是在措施执行后发生的。为了提高措施的防突可靠性，要求在防突措施执行后，对其防突效果进行立竿见影的检验。检验结果无效时，应采取附加防突措施。 安全防护措施是综合防突措施的第四个环节，它是防止发生突出事故的第二道防线。安全防护措施的目的在于突出预测失误或防突措施失效发生突出时，避免人身伤亡事故。我国煤与瓦斯突出已发生1.4万余次，但突出造成的人身伤亡事故仅是极少数，主要时因为采取了安全防护措施（震动性放炮和远距离放炮等）。“四位一体”防突综合措施的执行流程见图1-3。 按照该系统，首先经突出区域预测，把煤层划分为突出危险和非突出危险煤层，再通过区域预测把突出危险煤层划分为突出危险区、威胁区、和无突出危险区，最后通过工作面突出危险性预测把工作面划分为突出危险和无突出危险工作面。仅在预测为突出危险的工作面采取防治突出措施，且在措施执行后进行防突效果检验。在突出煤层的突出威胁区，只需采取安全防护措施，但应根据煤层的突出危险程度，采掘工作面每推进30100m，应用工作面突出危险性预测方法连续进行不少于两次的验证性预测，当其中任何一次验证为有突出危险时，该区域即改划为突出危险区。 按图1-3执行综合措施有以下优点：（1）使突出措施做到有的放矢。仅仅在突出煤层突出危险区中的突出危险工作面，才采取防突措施，克服了防突措施的盲目性。在预测无突出危险的工作面，用工作面预测来代替防突措施，这将大大缩小突出煤层开采时防突措施的实施范围，使突出煤层采掘速度提高。（2）提高措施的防突有效性。从图1-3看出，在防突措施执行以后，进行措施效果检验，检验结果如无效，则采取补救措施，直至有效为止，这就大大提高了防突措施的可靠性。（3）提高突出矿井的经济效益。由于在突出威胁区不采取防突措施，在无突出危险工作面用较简单易行的工作面突出危险性预测代替了大量消耗人力、财力的局部防突措施，这就节省了大量的防突措施费用。采用防突综合措施可提高突出煤层采掘速度，提高煤产量，能显著提高突出矿井的经济效益。第三章 煤与瓦斯突出危险性预测第一节 煤与瓦斯突出危险性预测分类及突出危险性划分煤矿井下煤与瓦斯突出的发生具有突然性，防治它需要投入大量的人力、物力。根据国内外的统计资料表明，突出矿井的建设投资要比非突出矿井增加2530%，吨煤成本增加1.52倍，采煤效率要减少2528%，工作面日产要减少4060%。因此，国内外的研究人员都设法研究煤体中各种突出要素的变化规律，以便科学地区划出有突出危险和无突出危险的区域，并及时地在突出危险采掘工作面发出突出危险预报，以达到保障安全生产和减少防突工程量、提高矿井工效、降低采煤成本的目的。预测预报工作较好的国家有前苏联、波兰、德国、法国、英国及澳大利亚。其中苏联使用得最好，每年用此法要开凿数十公里的巷道，使掘进速度与产量较过去提高2530%。其余各国也各有自己的独特预测方法，在生产中也起到较好的作用。我国于八十年代开始正式研究煤层突出预测预报技术，从地质勘探时期的区域煤与瓦斯危险性预测、建井期间的区域煤与瓦斯危险性预测、生产时期的区域煤与瓦斯危险性预测，到生产过程中的日常煤与瓦斯危险性预测预报、已形成了系统的突出危险性预测预报技术体系，为我国开展煤与瓦斯突出防治工作起到了非常重要的作用。突出的预测预报方法，世界各国都是建立在瓦斯、地压及综合假说的基础上，利用煤层的强度、受力状态、含瓦斯情况以及它们在突出前所出现的异常变化，及时判断煤层的突出危险程度。目前我国根据煤层预测地点的范围大小，将煤层突出危险性预测分为区域性突出危险性预测和工作面突出危险性预测（日常预测），其中，工作面突出危险性预测包括石门揭煤工作面、竖、斜井揭煤工作面，煤巷掘进工作面及采煤工作面的突出危险性预测。区域预测应预测煤层和煤层区域的突出危险性，并应在地质勘探、新井建设、新水平和新采区开拓或准备时进行。工作面预测是预测工作面附近煤体的突出危险性，应在工作面推进过程中进行。在地质勘探、新井建设、矿井生产时期应进行区域预测，把煤层划分为突出煤层和非突出煤层。突出煤层经区域预测后可划分为突出危险区、突出威胁区和无突出危险区。在突出危险区域内，工作面进行采掘前，应进行工作面预测。采掘工作面经预测后，可划分为突出危险工作面和无突出危险工作面。第二节 突出预测预报的理论基础众所周知，突出发生的三大要素是地压（包括采掘工作所造成的附加压力）、瓦斯含量、煤的物理力学性质，它们以谁为主，这要看当时的具体条件，当地压大、瓦斯含量较小时、压出、倾出的可能性较大；当瓦斯含量大、地压不显著时，小型突出居多；只有当地压与瓦斯含量都大时，才会产生较大的突出。煤的物理力学性质则是上述三种情况必不可少的条件。因此，突出预测预报的理论基础是建立在上述三种要素的变化幅度及规律上，如果能及时地掌握它们的大小及其变化规律，那么突出预测预报将是科学可信的。突出多发生在地质构造带附近，通常都为压扭性构造。在此地段，煤层受力，使煤的结构发生破坏，通常还伴随有碳化程度增高、瓦斯含量增大的现象。由于压扭性构造封闭条件较好，瓦斯不易散失，则发生突出的三大要素也较其它地区具备得更充分，当掘进工作面进入此地段时，突出的几率也随之而增加。如果在此地段测定煤层中的地压、瓦斯及煤的物理力学性质，都较正常区有显著的变化。测定煤层地压大小是一件既复杂而又困难的工作，因此在点预测预报工作中多采用间接的办法，即利用钻孔排粉量来间接地判断地压与煤的力学性质状况。测定煤层中瓦斯含量也是一项较困难的工作，因此在日常预测预报中，也采用了钻孔瓦斯涌出初速度或钻孔排出煤粉的瓦斯解析量或其解析特征，来间接地判断煤层中瓦斯含量的大小。用上述两种指标的大小综合判断煤层的突出危险性，做出日常预测预报结论。这些指标不在于其值的大小，而能否作出及时、正确的判断取决于其变化的幅度，变化幅度越大，则突出危险性越高。这一条是突出预测预报能否取得成功的关键。第三节 区域突出危险性预测煤层突出危险性区域性预测应在矿区地质勘探、新矿井建设和新水平开拓时进行。我国目前采用的区域性预测方法如下。一、利用单项指标法进行煤层突出危险性预测设计新矿井前必须确定新建矿井煤层突出危险性，编制设计任务书的单位应根据地质勘探部门提供的矿井突出危险性的基础资料，并参照邻近矿井突出情况和预测煤层突出危险性指标，与部授权的煤炭科研单位共同确定矿井突出危险性，方可将矿井突出危险性列入设计任务书中，报上级批准后，作为新矿井的设计依据。新矿井预测煤层突出危险性的指标可用煤的破坏类型、瓦斯放散初速度(DP)、煤的坚固性系数(f)和煤层瓦