第二章煤与瓦斯突出分类及规律

第二章煤与瓦斯突出分类及其规律第一节煤与瓦斯突出的概念、分类及危害一、煤与瓦斯突出的相关概念和特点煤矿在采掘过程中，在地应力和瓦斯（含二氧化碳）的共同作用下，破碎的煤（岩）和瓦斯由煤（岩）体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象，叫做煤与瓦斯突出。

它是矿井瓦斯涌出的一种形式。

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。

其中，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。

煤与瓦斯突出的主要特点是：（1）煤与瓦斯突出后，会喷出大量的瓦斯和煤尘，突出时间极短，一般持续几分钟或几秒钟。

（2）破碎的煤（或岩石）常常被抛出一定的距离。

使突出地点人员窒息死亡或被掩埋、卷走，巷道被堵塞或冲垮。

（3）突出后在煤（岩）体内，往往形成大小不同、开关不一的孔洞。

（4）突出时，常常伴有猛烈响声和强大的动力效应。

所谓动力效应，就是突出所形成的冲击波能破坏支架、推倒矿车、移动巨石等的一种动力现象。

（5）喷出的瓦斯量大大超过煤层的瓦斯含量，往往有几千到几万甚至几百万立方米。

（6）突出过程中，不但能顺风流向回风方向冲击，而县常常发生瓦斯逆流现象，即瓦斯流沿着通风相反方向流动。

有的逆流很远，可达几百米甚至上千米；冲击波能破坏通风系统，改变风流方向造成通风混乱，不利于人员的撤退和救灾。

（7）煤与瓦斯突出后的高浓度瓦斯，开始不会立即爆炸，但在一定供氧条件下，遇火则能引起燃烧；待降到爆炸界限内，遇火源就会爆炸。

因此，突出矿井的火源管理非常重要。

（8）煤与瓦斯突出后，可能在同一地点发生第二次、第三次突出。

二、煤与瓦斯突出的分类煤与瓦斯突出的分类方法有两种，一是按突出现象的力学特征分类，二是按突出强度分类。

（一）按突出现象的力学特征分类1、煤与瓦斯突出（简称突出）发生突出的主要因素是地应力和瓦斯压力和联合作用，通常以地应力为主、瓦斯压力为辅。

实现突出的基本能量是煤体仙积蓄的高瓦斯能量。

判断突出现象的基本特征是：（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，煤炭规程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，需要人员用风镐或手镐来清理。

（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 以下的大型突出的瓦斯逆流达几百米，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）突出的孔洞口小内大，通常为梨形或倒瓶形状。

突出中心线沿煤层倾斜方向向上延伸或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，主要是被突出时位移的煤或碎煤所充填。

2、煤突然压出并涌出大量瓦斯（简称压出）发生与实现煤压出的主要因素是煤层受采动影响所产生的地应力，瓦斯压力和煤的自重力是次要因素。

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。

3、煤突然倾出并涌出大量瓦斯（简称倾出）发生倾出的主要因素是地应力，即结构松软、富含瓦斯、内聚力小的煤（岩），在较高的地应力的作用下，突然被破坏，失去平衡，为其能量的释放创造了条件。

实现突然倾出的主要动力是失稳煤体的自重力。

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）倾出一般都是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。

（二）按突出强度分类突出强度是指每次发生突出现象所抛出的煤（岩）数量（一般以t为单位）和涌出的瓦斯（二氧化碳）量（以m3为单位）。

由于在突出时，统计和计算瓦斯（二氧化碳）量比较困难，所以通常以煤（岩）数量作为划分突出强度的主要依据。

（1）小型突出：突出的煤（岩）数量小于100t。

（2）中型突出：突出的煤（岩）数量为100~499t。

（3）大型突出：突出的煤（岩）数量为500~1000t。

（4）特大型突出：突出的煤（岩）数量大于1000t。

三、煤与瓦斯突出的危害（1）矿井中一旦发生煤瓦斯突出，大量的煤岩固体物和瓦斯气体即以极快的速度喷出，巨大的冲击力会破坏井巷设施和装备。

（2）冲出的煤岩会堆塞巷道、埋压人员和阻绝人员撤出。

（3）煤与瓦斯突出会使通风系统遭到严重破坏，风流逆转，使人员窒息、死亡。

（4）煤与瓦斯遇火还可能引发瓦斯爆炸燃烧，造成井毁人亡的特大灾害事故。

第二节、煤与瓦斯突出机理一、煤与瓦斯突出的机理解释突出原因和突出过程的理论，称为突出机理。

煤与瓦斯突出是一种受多因素影响的、极其复杂的动力现象，至今对煤与瓦斯突出发生的原因还没有统一认识，研究者提出了许多假说，总的来讲可归纳为以下3种。

1、瓦斯作用说瓦斯作用说认为煤与瓦斯突出的主要动力来源于高压瓦斯，即认为煤与瓦斯突出是因为采掘工作接近或沟通存储有大量高压瓦斯的区域（或地点）时，高压瓦斯突然喷出造成的。

2、地压作用说地压用途说认为煤与瓦斯突出是地压作用的结果。

地压包括岩石静压力、地质构造力和采掘过程中形成的集中压力等。

在地压作用下，煤层处于弹性变形状态，积蓄着很大的弹性潜能，当采掘工作接近或进入这些区域（或地点）时，弹性潜能突然释放，使煤体破碎、抛出而发生突出。

3、综合作用说综合作用说认为煤与瓦斯突出是地压、瓦斯（包括瓦斯压力、含量和吸附瓦斯瞬时解吸速度等）、重力（主要指急倾斜煤层）和煤的物理性质（包括煤的强度和破坏类型）综合作用的结果。

目前国内外大多数学者认为综合作用说更切合初阶。

二、煤与瓦斯突出的全过程煤与瓦斯突出的全过程，一般可划分为4个阶段：准备、发动、抛出和停止阶段。

（1）准备阶段。

此阶段经历着两个过程，即能量积聚过程和阻力降低过程。

能量积聚过程是地应力集中，煤体受压，煤体的弹性增加，孔隙压缩，使瓦斯压缩能提高；阻力降低过程是因落煤工序使煤体由三向受力状态变为两向甚至单向受务状态，煤的强度骤然下降。

经过以上两个过程后，煤体内显现出有声和无声预兆。

（2）发动阶段。

在此阶段，极好应力状态的部分煤体突然破碎卸压，发出巨响和冲击，使瓦斯作用在突然碎裂煤体上的推力向巷道自由方向增加几倍至十几倍，这时膨胀瓦斯流开始形成，大量吸附瓦斯进入解吸过程，加强了流速。

（3）抛出阶段。

在此阶段中，破碎的煤在高速瓦斯流中呈悬浮状态流动，这些煤在煤体内外瓦斯压力差的作用下被破碎成更小粒度，撞击与摩擦也加大了煤的粉化程度，煤的粉化又加速了吸附瓦斯的解吸作用，增强了瓦斯风暴的搬动力。

这时瓦斯流连同碎煤从煤体内在极短的时间内抛出并形成强大的动力效应，随着碎煤被抛出和瓦斯的快速喷出，突出孔壁内的地应力与瓦斯压力分布进一步发生变化，煤体内由于瓦斯排放，瓦斯压力下降，致使地应力增加，导致破碎区连续地向煤体深部扩展，又进入准备阶段，当条件具备时，即可发生第二次、第三次突出。

（4）停止阶段。

当突出孔洞发展到一定程度时，由于堆积的突出物的堵塞和地应力的分布满足了成拱静力平衡条件，导致突出停止。

这时煤的突出虽然停止了，而从突出孔周围卸压区与突出煤炭中涌出瓦斯的过程并没有完全停止，异常的瓦斯涌出还要持续相当长的时间，这就形成了突出的瓦斯量大大超过煤的瓦斯含量的现象。

第三节、煤矿瓦斯地质与突出资料的整理瓦斯地质是把瓦斯作为一个地质体，从地质角度研究煤层瓦斯赋存、涌出和煤与瓦斯突出的自然规律，为煤矿生产建设和能源开发服务的一门新兴的边缘学科。

通过瓦斯地质工作，能够了解控制煤与瓦斯突出的地质因素，为防治煤与瓦斯突出提供依据。

一、控制煤与瓦斯突出的地质因素控制煤与瓦斯突出的地质因素有：（1）突出煤系和突出煤层的特征；（2）煤层瓦斯含量和瓦斯压力；（3）地应力；（4）煤体结构；（5）地质构造类型。

二、瓦斯地质资料的收集瓦斯地质资料和突出资料的收集和整理对矿井研究、制订切实可行的防突措施具有十分重要的意义。

1、实施防突措施时瓦斯地质资料的收集（1）收集各钻孔的开孔位置，包括距控制点（防突基点）的距离、距巷道两帮的距离和开孔的高度。

（2）收集实施防突措施地点的煤层高度、软分层厚度和煤层各分层的破坏类型。

（3）收集煤层的倾角、倾向、地质构造的产状、形态和落差。

（4）画现场施工的素描图，包括钻孔位置、煤层位置、构造形态等内容。

（5）收集竣工钻孔的方位和倾角。

（6）收集钻孔的长度，钻进长度内出现的喷孔、垮孔和顶（卡）钻现象。

（7）钻孔喷煤时喷出的距离，实施防突措施前后和实施过程中的瓦斯变化情况。

（8）钻孔钻不到位的原因。

2、发生突出事故后资料的收集（1）收集资料时的注意事项。

①发生突出事故后，防突工必须及时到现场收集突出资料。

②必须经矿总工程师同意后才能进入突出现场，并且必须有两名防突工同行，携带压缩氧自救器和瓦斯检查仪及收集资料所需的地质罗盘、皮尺等工具。

③必须待突出地点的瓦斯浓度下降后才能进入突出现场收集资料。

特殊情况需要及时收集时，必须根据现场实际情况由矿总工程师同意，并指派救护队员或瓦斯检查工与防空工进入现场，并按提定的路线进入。

④进入现场时，随时检查进入线路的瓦斯浓度。

⑤到达突出现场后，要认真观察巷道支护和顶板岩石情况。

如顶板有悬矸，要将进出路线的悬矸找净；如巷道支护被突出破坏，要认真观察，在保证自身安全的前提下，可以进入；如不能保证自身安全，则不能进入。

（2）收集资料的内容。

①收集突出工作面进、回风巷道和突出孔口、孔内的瓦斯浓度。

②测量突出抛出的煤炭的距离、堆积高度和形态及煤炭堆积角度。

③观察所抛出的煤有无分选性、分选堆积情况，特别注意观察有无煤粉及煤粉的厚度和位置。

④巷道支护的破坏范围和破坏形态。

⑤突出对其他物体的破坏和影响情况。

⑥突出孔洞的位置、孔洞的轴线方位和倾角，突出孔洞的形态、大小、深度和高度等。