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