防治煤与瓦斯突出知识培训讲解

案例分析
南桐矿务局某矿一个工作面，由于埋藏比较深， 地温较高，平时工作面较热，有天中午12点 多工作面突然温度下降，感到很凉爽，结果 1:13分发生突出事故。
10 瓦斯地质基础知识
瓦斯是复杂的气体地质体，受着地质条件的控 制。瓦斯含量、涌出量大小和发生煤与瓦斯突 出受地质构造演化条件的控制，并且存在着明 显的分区、分带特征。
1 煤层突出危险性预测
预测煤层突出危险性，应在地质勘探、新井建设、新 水平、新采区开拓和准备时进行。预测煤层突出危险 性指标可采用煤的破坏类型、瓦斯放散初速度 （⊿p）、煤的坚固性系数（f）和煤层瓦斯压力（p）， 其判断煤层突出危险性的临界值，应根据矿井的实测 资料确定，如无实测资料时，可参照《细则》。预测 后把煤层划分为突出煤层和非突出煤层。
（2） 采用综合指标对石门工作面进行 突出危险性预测－Ⅰ
石门工作面进行 突出危险性预测－Ⅱ
综合指标D值有以下公式计算： D=(0.0075H/f-3)(P-0.74)
式中: D——煤层的突出危险性综合指标； H——开采深度， m； P——煤层瓦斯压力，取两个测压钻孔实测瓦斯压力的最大
目前我国煤矿常用的突出危险性预测指标主要有：钻
孔瓦斯涌出初速度法q、钻屑瓦斯解吸指标法△H2、
钻屑指标法S、综合指标R值等，另外也有使用K1值、 Cq值或其它指标。
1、钻孔瓦斯涌出初速度（q）
q值指标综合反映了瓦斯压力、应力状态、透 气性和瓦斯放散能力，q越大突出危险性越大。 利用q值进行工作面突出危险性预测的方法也 不尽相同。
地应力的作用，一是使煤体产生位移和突然破碎，煤 由静态变为动态；二是地应力影响煤体内部结构，控 制着瓦斯的流动。
在没有开采前，煤岩体是处于三向应力平衡状态，当 开掘巷道或进行回采工作时，就破坏了原来的应力平 衡状态，使煤岩体的应力重新分布，煤体向作业空间 膨胀变形。
(1) 地应力的作用－Ⅱ
值，Mpa； f——软分层煤的平均坚固度性系数。
综合指标K值。 K＝△p/f
4 掘进工作面危险性预测
根据《规程》第188条和《细则》第23条之规定，在 突出危险区域内进行采掘作业时，必须采取综合防治 突出措施，工作面进行采掘前，应进行工作面突出危 险性预测，将工作面划分为突出危险工作面和无突出 危险工作面。
应力状态的变化一般有下列原因：
（１）、巷道进入地质破坏区； （２）、石门揭开煤层时； （３）、巷道从硬煤进入软煤带； （４）、煤的冒落等。 另外还有工作面迅速推进时；煤层突然加载，如巷道
顶板下沉；煤层突然卸压，如悬臂梁断裂等
（2）瓦斯的作用
瓦斯是成煤过程中的产物，以游离状态和吸附状态存 于煤裂隙和孔隙中，促使煤体产生潜能，降低煤的强 度。其中吸附瓦斯量占瓦斯含量的80──90%以上， 是造成瓦斯突出的重要能源。
据统计，2005年度我国煤矿事故发生3341起，死亡5986人。 其中10人以上特大事故58起，死亡1739人。
瓦斯事故405起，死亡2157人，占总数的36％；10人以上特 大瓦斯事故39起，占69％。
39起特大瓦斯事故中，低瓦斯矿井18起，占46.2％，高瓦斯 矿井21起，占53.8％。
效应。
9 煤与瓦斯突出预兆
有声预兆：煤炮声；顶板断裂声；支架变形声、瓦 斯涌出“嘶嘶”声等。
无声预兆：煤层赋存变化，煤突然变厚或变薄；构 造破坏严重，煤层层理紊乱、硬度降低、光泽暗淡； 瓦斯涌出量增大或忽大忽小；气温降低；片帮掉渣， 有时煤体碎片从煤壁上弹出；打钻时严重顶钻、夹 钻或喷孔等。
综合指标D、K的突出临界指标值应根据实测数据确定， 如无实测资料，可参照《细则》，确定区域突出危险 性。
2 区域预测－Ⅱ
3 瓦斯地质法： （1）简单统计法:瓦斯地质统计法就是利用地质构造对煤与瓦斯
突出条件及突出点的分布具有显著的作用与影响的特点进行区域 预测，是根据已开采区域确切掌握的煤层赋存和地质构造条件与 突出分布的规律，划分出突出危险区域与突出威胁区域。 （2）综合分析法:选用了多个指标作为建立综合判据的基本参数： 坚固性系数、瓦斯放散初速度、瓦斯压力、煤厚、煤厚变化、小 构造密度、突出点个数、埋深、平面变形系数、弹性应变能密度 以及综合指标D、K值。通过这些指标研究已知区各单元的相对 突出危险程度。
3 石门揭煤工作面危险性预测
石门的突出强度最大，以揭开煤层时的突出次数最多。 放炮揭开煤层的瞬间，煤体地应力状态突出改变，煤 层的暴露面在瓦斯压力和地应力作用下，表层突出破 碎，急剧向巷道抛出大最煤（岩）和瓦斯。
石门突出的特点是强度大，造成的破坏严重，在揭穿 突出煤层的全过程中，都存在突出危险，揭穿同一煤 层时甚至连续发生突出。由于石突出的强度大，瓦斯 喷出逆风流可达数千米，致使整个矿井形成危险环境。
1 煤与瓦斯突出的概念
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，并伴随涌出大 量瓦斯的一种很复杂的异常动力现象
2 国外煤与瓦斯突出概况
1834年3月22日，法国鲁阿雷煤田依萨克煤矿， 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。
3 国内煤与瓦斯突出概况
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。
4 郑煤集团各矿煤与瓦斯突出情况
按照突出强度的大小可分为四类，即：小型、中型、 大型和特大型。
① 小型突出：强度小于100吨； ② 中型突出：强度100吨（含100吨）~500吨（不含
500吨）之间； ③ 大型突出：强度在500吨（含500吨）~1000吨（不
含1000吨）之间； ④ 特大型突出：强度在1000吨（含1000吨）以上。
但是，综合假说也有一些解释不了的现象，比如延时突出等， 因此，近年来河南理工大学刘明举教授等又提出了流变假说。
6 煤与瓦斯突出的因素
地应力的作用 瓦斯的作用 煤的物理力学性质的影响 外部因素的影响
(1) 地应力的作用－Ⅰ
突出煤层中存在着地应力，它包括上覆岩层自重应力、 地 质构造应力和采掘集中应力.
2 有足够的瓦斯流把碎煤抛出，并且突出孔道 要畅通，以便在空洞壁形成较大的地应力梯度 和瓦斯压力梯度，从而使煤破碎向深部扩展。
3 煤体强度不足以抗拒突然释放的地应力和瓦 斯压力。
7 煤与瓦斯突出分类及其特征
按照动力现象的力学的基本特征，可分为三类，即： 突出、压出、倾出，统称为煤与瓦斯突出。
大量的生产实践证明，构造煤发育的地带都是 瓦斯聚集的地带，瓦斯涌出量成倍的增加。
第二部分 突出危险性预测及效果检验
国内外开采突出煤层的实践证明,突出只发生在某些局 部地带,突出煤层中突出危险带的面积仅占5~10%。通 过在突出煤层进行突出危险性预测,把突出煤层划分为 突出危险区、突出威胁区和无突出危险区;把采掘工作 面划分为突出危险工作面和无突出危险工作面,从而采 取不同级别的综合防突措施,做到在安全的前提下,大 量地节约防突工程量、工作量，减少防突工作的盲目 性。
2 区域预测－Ⅰ
1 单指标预测：指标有煤层埋藏深度、煤的变质程度、 瓦斯压力或瓦斯含量、瓦斯放散初速度ΔP、煤层的结 构破坏类型、煤的坚固性系数f、地质构造复杂系数K 等。
2 综合指标预测：煤层区域性突出危险性，可按下列 两个综合指标判断： D=(0.0075H/f-3)(P-0.74) 或 K=△P/f
突5出煤机与理就瓦是斯解突释出发机生理突出的原因和过程的理论。
煤与瓦斯突出是一种复杂的动力现象，世界上许多产煤国家 对煤与瓦斯突出的机理开展了广泛研究，提出了多种假说。 其中有瓦斯为主导作用的假说、地压为主导作用的假说、流 变假说和综合假说……。
综合假说：50年代中期，苏联A.A.斯科琴斯基院士根据开采 突出危险煤层的经验以及当时科研工作的成果，提出煤与瓦 斯突出是由地应力、煤层瓦斯和煤层物理力学性质综合作用 的结果。目前综合假说得到普遍认同，是瓦斯突出防治技术 的理论基础。
层顶板； ④钻孔直径42mm，孔深3.5m。
(2)突出危险性的判断
按照《细则》36条规定，q值的临界值应根据 实测资料分析确定，如果没有实测资料时，可 以参考《细则》中给出的临界值（见下表）。
临界值qm(L/min) ：煤的挥发分Vdnf（%） 5~15 : 5.0、15~20 ： 4.5、20~30 ：4.0、30 以上4.5
郑煤集团直属矿井目前有4对突出矿井，在生 产的有大平 、告成和超化煤矿三对矿井，技 改矿井一对——崔庙矿。
按突出矿井设计的登封分公司有五对：缸沟矿、 东坪矿、腾升矿、兴达矿、三元东矿，另外， 二七分公司所属的部分矿井也不同程度的出现 了动力现象。
大平煤矿为250m，告成煤矿为365m，超化煤 矿为435m。
q值指标预测仪器主要是q值测定仪，另外配套 仪器仪表还需要测试杆、封孔胶囊、测量段、 软管、压力表、气筒、坡度规、秒表等。
(1)预测钻孔的布置及预测方法
根据《细则》第36条规定， ①钻孔尽量布置在软分层中； ②钻孔靠近巷道两帮，分别距巷道两帮0.5m； ③水平角平行于巷道掘进方向，倾角平行于煤
（1） 采用钻屑解吸指标预测突出危险性
采用钻屑瓦斯解吸指标（∆h2或K1值）进行石 门工作面突出危险性预测时，石门工作面距煤 层的最小距离应为3～10m。在巷道前方沿揭 煤方向向煤层施工两个以上预测钻孔，钻孔直 径50～75mm，孔深要求打穿煤层。