防突知识、突出危险性预测

1、防突知识、突出危险性防突知识、突出危险性预测预测谢一矿谢一矿 邱国涛邱国涛20152015年年1111月月1212日日一、煤与瓦斯突出知识一、煤与瓦斯突出知识 1、煤与瓦斯突出的定义 煤与瓦斯突出是指在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤与瓦斯由煤体内突然向采掘空间大量抛出的动力现象。 煤与瓦斯突出已有150多年的历史，1834年3月22日法国鲁阿尔煤田伊萨克矿井在急倾斜厚煤层平巷掘进工作面发生了世界上有记载的煤与瓦斯突出。 据不完全统计，世界上约有20多个国家（地区）发生过突出，约3万余次，世界上最大的突出发生在1969年7月13日原苏联顿巴斯矿区加加林煤矿，在710m水平主石门揭穿仅1.03

2、m厚的煤层时发生了突出，突出煤岩量约1.42万t，瓦斯约25万m，如果按每个家庭每月燃烧煤气50m计算，可供400户人家用一年。 我国吉林省辽源矿务局在1939年就发生过突出，有文字记载的是1950年4月20日辽源矿务局富国矿二号坑在掘进垂深280m的煤巷发生了突出。中国是世界上突出最为严重的国家之一，截止03年，仅国有煤矿发生了1.43万次突出，约占世界总突出次数的37%。国国 别别统计期统计期突出突出总次数总次数最大的突出最大的突出始突始突深度深度（m）突出瓦斯种类突出瓦斯种类注注喷出喷出煤量煤量（t）喷出喷出瓦斯瓦斯（万（万m3）中中 国国1950-198198451278014050C

3、H4,CO2法法 国国1834-197367885600185180CH4,CO2苏苏 联联1906-198156211400025120CH4另有砂岩与瓦斯突出另有砂岩与瓦斯突出3293次次波波 兰兰1894-1988168550008280CO2,CH4最大砂岩突最大砂岩突4300t，CO230.25万万m3日日 本本1926-19641000300017260CH4匈匈 牙牙 利利1894-1968550140027140CH4澳大利亚澳大利亚1895-198242510001.4130CH4,CO2加加 拿拿 大大1932-1968475350075200CH4,CO2捷捷 克克189

4、4-19844514202.580CH4,CO2+CH4另有岩石突出另有岩石突出250次次比比 利利 时时1847-1968300160013180CH4原联邦德国原联邦德国1903-19822137502.1200CH4英英 国国1921-197219225007200CH4,CH4+CO2美美 国国1904-19221603000CH4保加利亚保加利亚1933-1974198320120CH4罗马利亚罗马利亚1893-193520CH4,CO2土土 耳耳 其其1860-19753011001.1280CH4荷荷 兰兰1937-19621255CH4南斯拉夫南斯拉夫1958-197916CH

5、4总总 计计27910140002550CH4,CO2,CH4+CO2 2、突出煤层、突出矿井的定义 突出煤层是指在矿井井田范围内发生过突出的煤层或者经鉴定有突出危险的煤层。 突出矿井是指在矿井的开拓、生产范围内有突出煤层的矿井。国内突出矿井分布广，部分地区较严重国内突出矿井分布广，部分地区较严重 18个省(区)的一些矿井中，四川、重庆、贵州、湖南、江西、辽宁、河南等省较严重 湖南的突出矿井数和突出总次数，均占全国总数的1/3以上，特大型突出次数占一半以上2007- 2010年我国煤矿瓦斯事故统计年我国煤矿瓦斯事故统计 3、石门揭煤，揭煤作业 石门揭煤：石门自底（顶）板岩柱穿过煤层进入顶（底）

6、板的全部作业过程。 石门和立井、斜井工作面从距突出煤层底（顶）板的最小法向距离5m开始到穿过煤层进入顶（底）板2m（最小法向距离）的过程均属于揭煤作业。 4、冲击地压（岩爆） 井巷或工作面周围岩体，由于弹性变形能的瞬间释放而产生突然剧烈破坏的动力现象。常伴有煤岩体抛出，巨响及气浪等现象。 丁集矿丁集矿“4.19”4.19” 事故事故确定为在工作面掘进过程中由局部冲击地压引起煤与瓦斯突出。5、保护层 6、煤层瓦斯压力 煤层瓦斯压力是指煤层孔隙中所含游离瓦斯呈现的压力，即瓦斯作用于孔隙壁的压力。 煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量的一个重要因素，不论是煤中的游离瓦斯量，还是吸附瓦斯量，皆与瓦斯压力有关

7、。当煤的孔隙率相同时，游离瓦斯量与瓦斯压力成正比例；当煤的吸附瓦斯能力相同时，煤层瓦斯压力越高，煤的吸附瓦斯量就越大。在煤与瓦斯 突出发生、发展过程中，瓦斯压力起着重大的作用，瓦斯压力是突出预测的主要指标之一。 7、煤层瓦斯含量 煤层瓦斯含量是单位质量煤中所含的瓦斯体积（换算为标准状态）的量，单位是m3/t或mL/g。煤层露头地质构造煤层围岩性质影响煤层瓦斯含量的因素煤的变质程度煤田地质史煤层埋藏深度水文地质条件8、突出的分类及特征、突出的分类及特征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留有细煤粉，整体位移的煤体

8、上有大量的裂隙；3.压出的煤呈块状，无分选现象；4.巷道瓦斯涌出量增大；5.压出可能无孔洞或呈口大腔小的契形，半圆形孔洞。压出1.倾出的煤就地按自然安息角堆积，无分选现象；2.倾出的孔洞多为口大腔小，孔洞轴线沿煤层倾斜或铅垂（厚煤层）方向发展；3.无明显动力效应；4.倾出常发生在煤质松软的急倾斜煤层中；5.巷道瓦斯涌出量明显增加。倾出突出1.突出的煤向外抛出距离较远，具有分选现象；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，含有大量碎煤和一定数量手捻无粒感的煤粉；4.有明显的动力效应；5.有大量的瓦斯涌出，瓦斯涌出量远远超过突出煤的瓦斯含量，有时会使风流逆转；6.突出孔洞呈

9、口小腔大的梨形，舌形，倒瓶形，分岔形以及其他形状。瓦斯压力瓦斯压力煤体结构煤体结构地应力地应力 突出突出突出的主要发动因素突出发展过程准备阶段稳定阶段激发阶段发展阶段瓦斯涌出方面预兆：瓦斯增大或忽大忽小，煤尘增多，气温降低，打钻顶钻或夹钻，喷瓦斯或煤，风声、哨声、蜂鸣声等。地压显现方面的预兆：工作面煤体和支架压力增大，出现煤炮声、支架响声、底鼓、煤壁移动加剧、外鼓、颤动、掉碴、开裂、煤体自行剥落和钻孔变形等。煤层结构和构造方面的预兆：煤体干燥、光泽暗淡、层理紊乱；煤的强度变得松软或不均匀；煤厚增大；倾角变大；挤压褶曲、波状隆起、顶底板阶梯凸起、断层等煤与瓦斯突出每次突出前都有每次突出前都有预兆

10、出现，预兆出现，但出现预兆的种但出现预兆的种类和时间是不同类和时间是不同的，熟悉和掌握的，熟悉和掌握预兆，对于及时预兆，对于及时撤出人员、减少撤出人员、减少伤亡具有重要的伤亡具有重要的意义。意义。9、突出的预兆 10、煤与瓦斯突出的危害 主要是煤与瓦斯瞬间涌入工作面并破坏巷道、设备、系统，冲击波伤人、煤流埋人，瓦斯造成人员窒息，引起瓦斯、煤尘爆炸，延误生产等。 我国最大的一次突出发生在1975年8月8日天府矿务局三汇坝一矿揭K1煤层，突出煤与岩石12780t，喷出瓦斯140万m，其动力效应表现为破碎的煤与岩石被抛出1170m，有110m巷道全部塞满，平硐内有一辆装有矸石的矿车被推出30m多，摧

11、毁3道风门，气流把平硐的石料、坑木吹出50m多，重1t的巨石被瓦斯流推出120m远。 突出孔洞情况，下部如图，上部高度不详 11、煤与瓦斯突出的一般规律（1）突出发生在一定的深度上，并随着深度的增加，突出危险性增大。（2）突出的次数和强度随着煤层厚度特别是软分层的厚度的增加而增多。（3）突出与地压的关系。地压愈大，突出的危险性愈大。在集中压力区内突出的危险性增加。（4）突出的气体主要是甲烷，个别矿井突出二氧化碳，同一煤层，其瓦斯压力越高，突出危险性越大。（5）突出与围岩性质的关系。若煤层顶底板为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，故突出危险性愈大；反之则小。若顶底板中具

12、有容易风化和遇水变软的岩层时，将减少突出危险性。（6）突出与水文地质的关系。实践表明，煤层比较湿润，矿井涌水量较大，则突出危险性较小；反之则大，这是由于地下水流动，可带走瓦斯，溶解某些矿物，给瓦斯流动创造了条件。 （7）突出具有延期性，突出的延期性变化就是震动放炮后没有诱导突出而相隔一段时间后才发生突出。其延迟时间从几分钟到几小时。 12、突出强度分类 小型突出：强度10t/次 中型突出：强度1099t/次 次大型突出：强度100t499t/次 大型突出：强度500999t/次 特大型突出：强度1000t/次 13、煤与瓦斯突出的机理 煤与瓦斯突出是威胁煤矿安全生产的最严重的自然灾害。自从18

13、34年法国发生世界上第一次煤和瓦斯突出以来，40多个产煤国家发生了突出。我国的瓦斯突出极为严重，至今为止，已发生突出万次以上。 煤与瓦斯突出一般是在工作面放炮或采掘等诱导因素出现后随即发生的。这样的突出称之为正常突出。还有一种突出是在工作面放炮或采掘等诱导因素出现后延迟一定时间才发生，称之为延期突出。延期突出由于延期时间有长有短，难以确定，不好预防。 人类对煤与瓦斯突出机理的研究已经近200年了，对突出机理的假说不下40种，尽管各有差别，但归纳起来有六类，主要的仍然是三大类：瓦斯主导学说、地压主导学说、瓦斯主导学说、地压主导学说、综合作用假说。综合作用假说。“瓦斯包瓦斯包”说说突出波突出波说说

14、瓦斯膨瓦斯膨胀说胀说瓦斯水瓦斯水化物说化物说瓦斯运瓦斯运移说移说前苏联贝可夫提出前苏联赫利斯特尔维切提出前苏联尼靠林提出 前苏联学者提出 1988年提出瓦斯主瓦斯主导学说导学说集中应力集中应力说说岩石变形岩石变形潜能说潜能说应力叠加应力叠加说说地应力为地应力为主导作用主导作用的假说的假说 综合假说综合假说：此假说种类很多，有代表性的是前苏联霍多特等人于1976年最先提出的。 其要点是：1)除了地层重力，高压瓦斯外，在煤层中不存在任何其他能源。突出是地应力，瓦斯压力和煤的物理力学性能综合作用的结果。2)地压破碎煤体是造成突出的首要原因，而瓦斯则起着抛出煤体和搬运煤体的作用。从突出总能量来说，瓦斯

15、是完成突出的主要能源。3)实验资料表明，只有煤强度很低，与围岩摩擦力不大时，地压造成的煤的变形潜能和围岩动能，才能把煤体破碎形成突出。煤强度是形成突出的一个极为重要的因素。 还有能量假说、应力分布不均匀假说、化学本质假说等。 从上面介绍的突出机理不难看出，瓦斯是突出的主要因素，没有瓦斯就谈不上瓦斯突出。没有瓦斯的动力现象称之为冲击地压；没有动力效应的瓦斯急剧涌出称之为瓦斯喷出。因此可以说：治理瓦斯突出的方向是消除高压瓦斯的存在。所以我国治理瓦斯的行政强制手段是“四位一体”防突。国家煤矿安全监察局要求：国有煤矿中的高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井，要严格按照煤矿瓦斯抽采基本指标的要求，制定和落实瓦斯先抽

16、后采的措施，推进高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井加大瓦斯抽采力度，真正做到“多措并举、应抽尽抽、抽采平衡”，实现抽、掘、采关系平衡，确保不抽不采，达不到瓦斯抽采指标要求的不采。发现达不到抽采指标要求的采掘工作面要立即停止生产， 限期达标，逾期仍不达标的，必须按瓦斯抽采达标煤量核减煤炭产量计划；对小煤矿中的煤与瓦斯突出矿井和应进行瓦斯抽采的高瓦斯矿井，必须制定并落实瓦斯抽采规划，建立瓦斯抽采系统，2008年底前全部装备到位并投入使用，逾期未安装或不投入使用的，一律停止生产。高压的游离瓦斯是突出的根源，防治瓦斯的关键就是要消除煤层中的突出瓦斯。其方向是：采取开采保护层、抽采等措施，减少乃至消除煤层瓦斯，使

17、之形不成瓦斯突出的条件；采取控制地压新举措，消除采掘工作面周边应力集中，从而解除瓦斯在“应力三区”作用下运移形成突出条件。根据瓦斯运移的理念，在采掘工作面前方一定距离抽放瓦斯，可以有较好的抽放效果。二、突出危险性预测二、突出危险性预测 1、工作面预测主要是评定煤层是否从非突出危险状态向突出危险状态的过渡，而防突措施的效果检验则是检验煤层从突出危险状态向非突出危险状态的过渡。 根据国内外统计资料表明，突出地点仅占采掘面积的7%15%。因此大家必须做好这百分之几的功课。 可参照可参照 煤巷掘进煤巷掘进工作面工作面 预测方法预测方法进行。进行。钻屑指标法、复合指标法、R值指标法、其他经试验证实有效的

18、方法。石门揭煤工作面煤巷掘进工作面采煤工作面2 2、采掘工作面突出危险性预测的方法、采掘工作面突出危险性预测的方法应当选用综合指标法、 钻屑瓦斯解吸指标法、 其他经试验证实有效的方法进行。 说明：说明：由于突出机理尚未完全认识清楚，预测手段还不十分精确等因素，有的矿井出现过“低指标”发生动力现象或突出。分析原因可能有以下几方面：一是在现有的理论和技术上采用的方法存在缺陷，及时所有的操作、测定都完全规范，也可能出现误报；二是钻孔施工能否布置到薄弱部位及仪器自身的误差、现场操作的影响因素；三是人的因素等。因此，在预测时，除要认真、规范预测外，还需综合分析其他信息，是预测更加准确、可靠。煤层的构造破

19、坏带，包括断层、剧烈褶曲、火成岩侵入等煤层赋存条件急剧变化采掘应力叠加工作面出现喷孔、顶钻等动力现象工作面出现明显的突出预兆3.工作面地质工作面地质构造、采掘作构造、采掘作业及钻孔等发业及钻孔等发生的各种现象生的各种现象 在突出煤层，当出现上述第（4）、（5）情况时，应判定为突出危险工作面；当有上述第（1）、（2）、（3）情况时，除已经实施了工作面防突措施的以外，应视为突出危险工作面并实施相关措施。 4、立井、斜井揭煤工作面的突出危险性预测按照石门揭煤工作面的各项要求和方法执行。 5、综合指标法预测石门揭煤工作面突出危险性 计算公式为： D = (0.0075H/f-3)(P-0.74) K

20、= p/f石门揭煤工作面突出危险性预测石门揭煤工作面突出危险性预测综合指标综合指标D D、K K参考临界值参考临界值综合指标 D综合指标 K0.25无烟煤其他煤种2015 说明：该方法综合考虑了影响突出的地应力、瓦斯、煤的物理力学性质三大因素，是我国预测石门突出危险性应用较多的一种方法。其核心在于瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数和煤层瓦斯压力的测定。 6、钻屑瓦斯解吸指标法预测石门揭煤工作面突出危险性 采用钻屑瓦斯解吸指标法预测石门揭煤工作面突出危险性时，由工作面向煤层的适当位置至少打3个钻孔，在钻孔钻进到煤层时每钻进1m采集一次孔口排出的粒径13mm的煤钻屑，测定其瓦斯解吸指标K1或h2值。测

21、定时，应考虑不同钻进工艺条件下的排渣速度。钻屑瓦斯解吸指标法钻屑瓦斯解吸指标法煤 样h2指标临界值（Pa） K1指标临界值（mL/g.min1/2） 干煤样2000.5湿煤样1600.4主要介绍钻屑指标法和复合指标法主要介绍钻屑指标法和复合指标法 A、钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性 采用钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性时，在近水平、缓倾斜煤层工作面应向前方煤体至少施工3个、在倾斜或急倾斜煤层至少施工2个直径42mm、孔深810m的钻孔，测定钻屑瓦斯解吸指标和钻屑量。 钻孔应尽可能布置在软分层中，一个钻孔位于掘进巷道断面中部，并平行于掘进方向，其他钻孔的终孔点应位于巷道断面两侧轮廓

22、线外24m处。 钻孔每钻进1m测定该1m段的全部钻屑量S，每钻进2m至少测定一次钻屑瓦斯解吸指标K1或h2值。 各煤层采用钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性的指标临界值应根据试验考察确定，在确定前可暂按表3的临界值确定工作面的突出危险性。 如果实测得到的S、K1或h2的所有测定值均小于临界值，并且未发现其他异常情况，则该工作面预测为无突出危险工作面；否则，为突出危险工作面。钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性钻孔布置图钻孔布置图 正视图 俯视图2 4 m810m钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性的参考临界值的

23、参考临界值钻屑瓦斯解吸指标h2 （Pa ）钻屑瓦斯解吸指标K1（mL/g.min1/2）钻屑量Skg/mL/m2000.565.4解读钻屑瓦斯解吸指标解读钻屑瓦斯解吸指标K K1 1值值巴雷尔公式（平方根公式） K1= K1比例常数，当t=1时，K1值为煤样自煤体脱落暴露在大气中后第1min内，每克煤样的瓦斯解吸量，mL/g.min1/2；Q在解吸时间t3时，每克煤实测的瓦斯解吸量，mL/g；W测定前每克煤已解吸出的瓦斯量，mL/g；tWQ + t钻屑自煤体切屑下来计算到测定时的总时间，min。t=t1+t2+t3； t1钻屑在钻孔内被运输的时间（用钻杆的转速、钻杆的螺距和输送效率计算出钻屑每

24、输送1m所需的时间，再乘以长度L加以校正。用42mm煤电钻打钻时通常采用0.1L加以校正，若使用压缩空气或水作为排渣载体，因其流速高，t1可以不考虑；若孔径加大，0.1L也必须校正），min； t2从取样到开始测定的时间（通常在2min内）； t3煤样放入仪器后的测定时间，min。解读钻屑量解读钻屑量S S值值 当在一个有应力存在的岩体中打钻，钻孔中排出的钻屑量由三部分组成：1、钻头切削所产生的钻屑量，2、钻头在岩体中，由于打钻时钻头在钻孔内跳动所产生的超切削钻屑量，3、由于应力使钻孔变形、缩孔，被钻头附加切削出来的钻屑量。 从产生的钻屑量组成来看，前两个可视为定值，只有第三个为变量。当钻头为42mm时，每打1m钻孔，理论上计算能排出实体煤1.3854L/m，再考虑到煤体膨胀和钻头超切削而导致钻屑增加量（此部分增加量为正常值的