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防突知识培训教材第一章 煤与瓦斯突出概况一 、煤与瓦斯突出的基本概念 煤与瓦斯突出是在煤矿井下开采过程中，在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤岩由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出，并伴随大量瓦斯涌出的一种很复杂的异常动力现象。煤与瓦斯突出是威胁煤矿安全生产的严重的自然灾害之一。二、 煤与瓦斯突出简史根据资料记载，世界上突出已有170多年的历史。1834年3月22日，法国鲁阿雷煤田依萨克煤矿，在急倾斜厚煤层平巷掘进工作面发生了世界上第一次煤与瓦斯突出。据不完全统计，世界上约有20多个国家和地区发生煤与瓦斯突出30000多次。其中中国、俄罗斯、法国、波兰和日本五个国家突出比较严重。世界上最大一次突出发生在1969年7月13日，是前苏联的顿巴斯矿区加加林煤矿，当石门揭穿厚仅1.3米煤层时，发生了突出，突出煤（岩）14200吨，涌出瓦斯25万立方米。中国是世界上突出最为严重的国家，目前有270多个突出矿井，已发生突出15000余次，占世界各种突出总数的40%以上。突出的主要省份有四川、重庆、湖南、贵州、江西、河南、辽宁、黑龙江等。国有重点煤矿有记载的最早的一次突出发生于1950年4月20 日，是吉林辽源矿务局富国矿西二坑。我国最大的一次突出发生在1975年8月8日，是四川天府矿务局三汇坝一矿在主平硐揭穿煤层时发生的，突出煤（岩）12780吨，涌出瓦斯近140万立方米。郑州矿区原为非突出矿区，但随着矿井开采深度的增加，特别是90年代以来，突出矿井不断增加，范围不断扩大。郑州矿区有不完全文字记载的第一次突出于1990年10月日发生在大平煤矿11111掘进工作面。三、 煤与瓦斯突出的危害煤与瓦斯突出是一种及其复杂的动力现象，它在短时间内向采掘空间抛出的大量煤(岩)并涌出大量的瓦斯，给矿井安全生产造成严重威胁。总结起来，其主要危害体现在以下三个方面：(1)突出煤流充塞巷道，能摧毁巷道设施，机电设备，破坏通风系统；(2)突出煤流埋人死亡，高浓度瓦斯造成人员窒息死亡；(3)遇火源引发瓦斯燃烧和爆炸等。案例1：1879年4月17日，比利时曾发生一次突出，突出强度为420吨，涌出瓦斯50万立方米，瓦斯喷出时，逆风流从提升井冲到地面，距井口23米的炉火导致瓦斯燃烧，火焰高达50米，井口建筑物烧成废墟。两小时后，火焰将熄灭时，又引起瓦斯连续爆炸7次，每隔7分钟爆炸一次。当时井下有209人，死亡121人，地面烧死3人，11人被烧伤。案例2：1971年六枝矿务局大用煤矿突出煤量2000余吨，死亡99人，风流逆转，造成人员窒息，遇害人员在距离突出地点700800米。案例3：1972年2月20日，湖南红卫煤矿石门揭煤远距离放炮时发生了突出，突出强度为4500吨，涌出瓦斯138.5万m3，高浓度瓦斯从主井口喷出，井口附近瓦斯浓度高达15%，较长时间稳定在9%；从北翼风井口，喷出瓦斯被信号房内的炉火引燃，火柱高达30米，井口房和主扇被烧毁。案例4：1999年12月26日沈阳矿务局红菱矿揭煤时发生特大型突出，突出煤量2000吨，瓦斯逆流2000多米，死亡28人，遇害多为局矿级和基层单位领导，其中包括矿总工、副总、局通风处处长5名处级干部，其他人员除放炮施工人员外，也多为区队长和矿救护人员。四、突出分类及特征根据动力现象的力学(能源)特征不同，煤与瓦斯突出可分为突出、压出与倾出三类。这三类力现象的发动都以地应力为主，所以它们的预兆相似(如有声响预兆等)，对震动以及引起应力集中的各因素都非常敏感，在应力集中地带、地质构造带、软煤带等处都易发生这三类现象。1 煤的突然压出发动与实现压出的主要作用力是地应力，瓦斯压力与煤的自重是次要因素，压出的基本能源是煤岩所积蓄的弹性变形能。压出的基本特征是：(1) 压出的固体物按弹性能释放的方向堆积，即压出的煤炭堆积在原来的位置，或在煤的自重力的参与下稍有偏移；煤炭堆积坡度一般小于自然安息角。(2) 压出的煤为大小不同的碎块，杂乱无章；有时煤整体位移，向外鼓出。(3) 压出时往往出现楔形、缝形或袋形等形状的孔洞，口大肚小，外宽内窄，深度一般为几米，多数压出看不到孔洞。(4) 压出时有大量的瓦斯（二氧化碳）涌出，有时从煤层或岩石的裂缝喷出瓦斯（二氧化碳），一般没有瓦斯逆流现象。(5) 发生压出时的瓦斯（二氧化碳）压力可推走设备和折断支架。2煤的突然倾出发动倾出的主要因素是地应力，即结构松软、含有瓦斯致使内聚力降低的煤，在较高地应力作用下，突然破坏、失去平衡，为其位能的释放创造了条件，实现倾出的主要力是失稳煤的自重。倾出的基本特征有：(1) 倾出的煤按重力方向堆积，即煤堆积在原来的位置的下方。煤堆积的坡度等于自然安息角。(2) 倾出的煤为大小不同的碎块，杂乱无章。(3) 倾出一般都有规则的孔洞，一般为舌形、梨形或袋形等口大内小的形状；孔洞轴线沿煤层倾斜方向延伸，其倾角一般大于45，位于原集中应力带内，孔洞的深度一般为几米到数十米。(4) 倾出时有大量瓦斯（二氧化碳）涌出，但一般没有逆流现象。3煤与瓦斯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，通常以地应力为主，瓦斯压力为辅，重力不起决定作用；实现突出的基本能源是煤内积蓄的高压瓦斯潜能。其基本特征是：(1) 突出的固体物具有气体搬运的特征。突出的煤有明显的分选性，由外向突出点的煤的颗粒度从粉末状到煤块逐渐增加（即先是煤粉，其后是细颗粒的煤，再后是粗颗粒的煤或煤块）；煤（岩）被高瓦斯气流运至远处，随巷道而拐弯，煤炭堆积的坡度小于煤的自然安息角。(2) 突出的固体物具有被高压气体粉碎的特征。大量的极细的煤炭粉末是突出时煤炭被高压瓦斯膨胀粉碎的结果，有时突出固体物被捣固压实，需要用风镐和手镐来清理。(3) 突出时大量的瓦斯（有的煤矿是二氧化碳）喷出，有瓦斯逆流现象。突出强度越大，瓦斯逆流越远，100t以下的突出一般为几十米；1000t以下的大型突出瓦斯逆流达几百米甚至达千米；超过1000t的特大型突出的瓦斯逆流可达千米至数千米以上，能严重破坏矿井通风系统。(4) 突出孔洞口小内大，通常为梨形或倒瓶形状。通常中心线沿煤层倾斜方向向上延伸或与煤层倾向线成不大的夹角，一般长度为几米到几十米，有时可能看不到孔洞，主要是被通常时位移的煤或碎煤所充填。五、突出强度及分类突出强度是指一次突出抛出的煤（岩）量（一般以t为单位）和涌出的瓦斯(或二氧化碳)量（以m3为单位），用以衡量突出规模的大小。由于瓦斯量的计算较困难，故暂以抛出的煤（岩）量作为划分突出强度的主要依据，并依此分为五种类型：（1）小型突出：强度1000t/次（突出后，经过长时间排放瓦斯，回风系统瓦斯浓度才恢复正常）。六、防突技术的发展历程防突技术大致可归纳为3个发展阶段：第一阶段：在20世纪50年代以前，以安全防护措施为主，避免人员伤亡。主要措施是采取震动放炮； 第二阶段：20世纪50至70年代，以防止突出措施为主，普遍采取防突措施（区域和局部措施），辅以安全防护措施；第三阶段：综合防突措施，增加了突出预测和措施效果检验内容，形成了包括突出危险性预测、防突措施、措施效果检验和安全防护措施的“四位一体”综合防突措施。第二章 煤与瓦斯突出突出规律及预兆煤与瓦斯突出一般都有一定的规律和预兆，了解和掌握突出的规律和预兆，就可以及时采取措施，有效地防止突出事故的发生，确保安全生产。一、煤与瓦斯突出的一般规律根据对国内外煤与瓦斯突出实例的调查、分析，可以得出以下规律：一般而言，地压越大，突出危险性越大；瓦斯压力越大，补给量越多，突出的危险性越大；煤的破坏类型越高，强度越小，突出危险性越大。具体说煤与瓦斯突出具有如下一般规律：1) 随矿井开采深度增加，突出的次数将增多，强度增大。生产实践表明，煤层露头部分和浅部开采中，没有发生突出，一般在垂深大于100200米时，才开始发生突出；当深度增加时，突出的次数增多，强度增大。这是因为开采深度越深，发动突出的两个因素即瓦斯压力和地压力也相应增大的缘故。2) 煤与瓦斯突出以掘进工作见多，掘进工作中又以石门揭煤和煤巷掘进居多。3) 突出主要发生在地质构造带内。如褶曲、断层和火成岩侵入区附近等。向斜轴部附近的突出危险性较大，而背斜轴部附近的突出危险性相对要小得多。 4) 煤层（特别是软分层）越厚，倾角越大，突出的次数就越多，突出强度越大。这是由于煤的强度和自重的影响。5) 煤层越湿润，矿井涌水量越大，突出危险性越小，反之越大。这是由于地下水流动可带走瓦斯，使瓦斯压力、瓦斯含量降低。6) 煤层顶底板坚硬致密、厚度较大时，突出危险性大，反之则小。这是因为煤层顶底板坚硬而致密的岩层且厚度较大时，其集中应力较大，瓦斯不易排放，故突出危险性较大。7) 突出常常发生在外力冲击作用下。大多数突出发生在落煤时，尤其在爆破时。突出的危险性随煤体震动而增加。8) 突出只发生在某些局部地带，其突出危险区的面积一般还不到突出煤层面积的10。突出危险区呈带状分布，是因为地应力、瓦斯压力、煤的力学强度和结构、煤的透气性等异常情况往往呈带状分布。9) 有些突出具有延期性。突出的延期性是指震动爆破后没有立即诱导突出而是相隔一段时间后才发生突出的的现象。其延期时间可能从几分钟到几小时，对生产和人员安全威胁较大，应特别注意。10) 突出前一般有预兆。二、煤与瓦斯突出的预兆大多数煤与瓦斯突出都显现程度不同的几种预兆，掌握与发现预兆，及时撤退人员，可以减少或防止伤亡事故的发生。概括起来，煤与瓦斯突出的预兆可分为有声预兆和无声预兆2类：1有声预兆1) 响煤炮。煤层在变形过程中发出劈裂声、机枪声、爆竹声、闷雷声。声音由远到近，由大到小；有短暂的，有连续的，时间间隔长短也不一致。2) 支架发出折裂声。突出前压力增大，支架发出嘎嘎响声甚至折裂声。2无声预兆1) 煤层结构与构造变化。层理紊乱，煤质变软，暗淡无光泽；煤层粉碎，煤质干燥；煤层厚度增大，倾角变陡；煤层受挤压褶曲、波状隆起。2) 地压显现。表现为压力增大使支架变形，煤壁外鼓、片帮、掉渣；用手摸扶煤壁时有冲击和震动感，炮眼变形装不进药，打钻时顶钻、垮孔等。3) 瓦斯涌出异常。瓦斯涌出量增大，或忽大忽小；煤尘浓度增大，空气气味异常、闷人。4) 气温变化。一般是巷道气温下降，煤壁发冷。应当指出的是，上述预兆，并不是在每次突出之前都同时出现，而是仅仅出现一种或几种。第三章 预测知识一、我矿常用的突出危险性敏感指标有哪些？其临界值各是多少？我矿常用的突出危险性敏感指标有：钻孔瓦斯涌出初速度，临界值为5L/min，用符号q表示；钻屑量，临界值为6kg/m，用符号S表示。二、什么是钻孔瓦斯涌出初速度、钻屑量？钻孔瓦斯涌出初速度是指在煤层中按规定的技术要求施工钻孔，在达到预定深度后，由距孔底1m长的测量室内涌出的最大瓦斯流量。钻屑量是指在煤层中按规定的技术要求施工钻孔，每钻1m钻孔所收集的全部钻屑重量。三、区域防突措施有哪些？我矿目前主要采用哪几种？区域防突措施是指在突出煤层进行采掘前，对突出煤层较大范围采取的防突措施。区域防突措施包括开采保护层和预抽煤层瓦斯2类。开采保护层分为上保护层和下保护层2种方式。预抽煤层瓦斯可采用的方式有：地面井预抽煤层瓦斯以及井下穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯、穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯、顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯、穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯、顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯等。预抽煤层瓦斯区域防突措施应当按上述所列方式的优先顺序选取，或一并采用多种方式的预抽煤层瓦斯措施。我矿目前主要采用的区域防突措施有顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯、顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯等方式。四、顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯、顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施的设计、施工应符合哪些要求?1. 钻孔直径：89-120mm。2. 钻孔间距及抽放时间：钻孔在煤层中的终孔间距不超过3m；钻孔瓦斯抽放时间不小于瓦斯抽放半径测定开始至结束的间隔时间（天）。3.钻孔控制范围：钻孔控制的煤层条带长度不小于60 m。条带长度范围内钻孔控制全煤厚，终孔距煤层顶（底）板不大于1.5m。倾斜、急倾斜煤层控制巷道上帮轮廓线外至少20m，下帮至少控制10m；近水平、缓倾斜煤层控制巷道两侧轮廓线外至少各15m（均为沿层面的距离）。4. 封孔段长度不小于8m。五、防治煤与瓦斯突出事故撤退原则及避灾路线？1、撤退原则:、位于事故地点进风侧人员应迎风撤退；、位于事故地点回风侧人员应迅速打开并戴好化学氧自救器尽快进入新鲜风流中；、如果人员在突出地点附近无法及时撤退时,应立即就近利用压风自救装置或避难所自救等候救援。2、 避灾路线：根据各区队作业地点的作业规程要求，叙述本区队各作业地点的防突避灾路线。 六、局部防突措施有哪些? 局部防突措施包括：超前预抽瓦斯钻孔、高压磨料水力割缝、超前排放瓦斯钻孔等。 七、掘进工作面施工钻孔出现夹钻、顶钻、喷孔等异常情况或掘进工作面预测（效检）指标超限时如何处理？ 掘进工作面施工钻孔出现夹钻、顶钻、喷孔等异常情况或掘进工作面预测（效检）指标超限时，不准采取加密排放钻孔措施，必须采取强化瓦斯抽放措施，抽放时间不小于24小时，且单孔抽放瓦斯浓度均降到5%以下时，方可进行效果检验。八、工作面效检后停工24小时的应如何处理? 工作面效检后停工24小时的，开工前重新效检。九、突出危险性判断方法有哪些？ 1）、瓦斯涌出初速度q值、钻屑量S值取所有预测钻孔的最大值作为该指标的测定结果，任一指标达到或超过临界值时，该工作面为突出危险工作面。 2）、在预测钻孔施工过程中出现喷孔、夹钻、顶钻等现象时，直接判定为突出危险工作面。十、预测（效检）钻孔布置特殊情况应如何处理？ 当煤层赋存条件发生明显变化、巷道层位变化或遇到地质构造时，预测钻孔布置方式、参数和孔数作相应调整，并经总工程师批准。十一、预测超前距是如何规定的？ 1）、每预测循环应留有不少于2m的预测超前距。 2）、预测（效检）超前距以各预测（效检）钻孔沿巷道轴线方向投影的最小值为准。十二、掘进工作面预测钻孔布置有哪些要求？ 1）、正常情况下巷道沿底板掘进，巷道顶煤厚度小于5m时，在掘进工作面中部，平行巷道轴线方向布置2#预测钻孔，距巷道底板1m左右；在掘进工作面两帮布置1#、3#预测钻孔，距巷道侧帮不大于0.5m，距巷道底板1m左右，终孔控制巷道轮廓线外2-4m；在掘进工作面中部靠近支架顶部，布置4#预测钻孔，孔口距巷道支架顶部1m左右，终孔控制顶煤全厚。钻孔直径均为42mm，深度8-10m。 2）、当巷道顶煤厚度大于或等于5m时，1#、2#、3#钻孔同前，4#钻孔靠近支架顶部左侧、1#、2#孔上方，孔口距顶1m，与巷道轴线方向向上呈45度夹角；5#钻孔靠近支架顶部右侧2#、3#孔上方，孔口距顶1m，与巷道轴线方向向上呈30度夹角。钻孔直径均为42mm，深度8-10m。 3）、巷道未沿底掘进，还必须对底煤进行预测控制，控制底煤全厚。第四章 安全防护1、远距离放炮 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所内，放炮地点距工作面的距离根据实际情况由矿总工程师确定。放炮员操纵放炮器地点应配备压风自救系统或自救器。 远距离放炮时，回风系统的采掘工作面及其他有人作业的地点，都必须停点撤人。放炮后30min后，方可进入工作面检查。2、反向风门反向风门是防止突出时瓦斯逆流进入进风道而安设的风门。在突出危险区设置反向风门时，必须遵守下列规定：（1）反向风门必须设在石门掘进工作面的进风侧，以控制突出时的瓦斯能沿回风巷道流入回风系统。（2）必须设置两道牢固可靠的反向风门，风门墙垛可用砖或混凝土砌筑，嵌入巷道周边岩石的深度不得小于0.2m，墙垛厚度不得小于0.8m。门框和门可用坚实的木质风门，门框厚度不得小于100mm，风门厚度不得小于50mm，两道风门之间的距离不得小于4m。 （3）放炮时风门必须关闭，对通过内墙垛的风筒，必须设有隔断装置。放炮后，矿山救护队和有关人员进入检查时，必须把风门打开顶牢。（4）反向风门距工作面的距离和反向风门的组数，应根据掘进工作面的通风系统和石门揭煤揭穿突出煤层时预计的突出强度确定。（5）由于木质反向风门有可能被大型或特大型突出产生的冲击波破坏，也可以采用液压反向风门。3、井下避难所（1）避难所设在采掘工作面附近和放炮员操纵放炮器的地方，避难所的数量和距采掘工作面的距离应根据具体条件确定。（2）避难所必须设置向外开启的隔离门，室内净高不得低于2m，每人使用面积不得少于0.5m2，避难所内设有与矿调度所直通的电话。（3）避难所内必须设有共给空气的设施，每人供风量不得少于0.3m3/min,如果采用压缩空气供风时，应有减压装置和有阀门控制的呼吸嘴。（4）避难所内应根据避难最多人数，配备足够数量的自救器。4、压风自救系统（1）压风自救系统安设在井下压缩空气管路上。（2）压风自救系统应设置在距采掘工作面2540m的巷道内、放炮地点、撤离人员与警戒人员所在的位置以及回风道有人作业处。长距离的掘进巷道中，每隔50m设置一组压风自救系统。（3）每组压风自救系统一般可供58人同时使用，压缩空气的供给量，每人不得少于0.1 m3/min。5、自救器 突出矿井每一入井人员，必须随身携带隔离式（压缩氧和化学氧）自救器。 第五章 案例分析一.“4.7”煤与瓦斯突出事故1、 事故概况2002年4月7日4时25分，某矿发生一起特大岩、煤与瓦斯突出事故，造成13人死亡。当日夜班，该矿基建一区共出勤8人，跟班干部一人，当班人员进点后先敲帮问顶，超前临时支护，后开始打眼。1时30分左右，通风区瓦检员白某测定迎头瓦斯浓度为0.26%。4时多，II818-3#溜煤斜巷岩、煤与瓦斯突出，与沿II818-3#岩石轨道巷，冲破-590m大巷的双向风门，逆流通过井底车场，波及到II82采区，致使II81、II82两个采区瓦斯超限，中央风井回风瓦斯浓度最高时为18%。突出的岩、煤将736米的巷道充满，实测突出的岩、煤总量为8729吨，突出的瓦斯总量为93万m3。2)、原因分析：1) 在工作面前方岩柱内，有与突出煤层相连的小断层弱面带作为突破口，在复杂、强大地应力和瓦斯压力联合作用下，掘进迎头用风锤打底部眼时，使断层附近的岩石和巷壁突然破坏,煤层瓦斯瞬间解吸，形成强大的瓦斯和煤粒风暴。2) 本区段煤层具有特厚而连片发育的构造煤，又有大于2.6MPa高瓦斯压力和各种叠加地应力的共同作用，以及多路通畅的巷道，共同构成了这次突出原因。3) 对II81四区段煤与瓦斯突出危险性认识不足，该区段煤与瓦斯区域防治措施编制不严密。在三号溜煤眼东西约120m范围内，没有探明煤层赋存情况、地质构造和瓦斯基本参数。三号溜煤眼再次施工时，未按照煤矿安全规程第181条验证抵制资料。4) 现场施工技术管理不严不细。三号溜煤眼施工措施规定，施工见铝土层位后应及时通知技术科地质组