第5章 煤与瓦斯突出的基础知识

第一节 煤与瓦斯突出及其基本规律
① 小型突出：突出煤（岩）量小于50 t。 ② 中型突出：突出煤（岩）量在50（含50）～ 100 t。 ③ 次大型突出：突出煤（岩）量在100（含 100）～500 t。
第一节 煤与瓦斯突出及其基本规律
④ 大型突出：突出煤（岩）量在500（含 500）～1 000 t。 ⑤ 特大型突出：突出煤（岩）量大于或等于1 000 t。
第一节 煤与瓦斯突出及其基本规律
③ 煤的突然倾出。煤突然倾出并涌出大量瓦 斯简称倾出，诱发倾出的主要因素是地应力，即 结构松软、饱含瓦斯、内聚力小的煤，在较高的 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。实现突然倾出的主要力是失稳 煤体的自身重力，瓦斯在一定程度上也参与了倾 出过程，在急倾斜煤层中较为多见。
第一节 煤与瓦斯突出及其基本规律
倾出具有的特征：倾出的煤按自然安息角堆 积、无分选现象，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； 无明显动力效应；常发生在煤质松软的急倾斜煤
层中；巷道瓦斯涌出量明显增加，抛出煤的吨煤
瓦斯涌出量大于30 m3/t。
第一节 煤与瓦斯突出及其基本规律
第五章 煤与瓦斯突出的基础知识
第一节 煤与瓦斯突出及其基本规律
第二节 影响煤与瓦斯突出的地质条件
复习思考题
第一节 煤与瓦斯突出及其基本规律
一、 煤与瓦斯突出基础知识
1.煤与瓦斯突出
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、岩和瓦斯由煤体或岩体内 突然向采掘空间抛出的异常的动力现象。它是 煤与瓦斯突出、煤的突然倾出、煤的突然压出、 岩石与瓦斯突出的总称。
重庆南桐矿区构造应力场及突出点分布，如 图5-1所示。
第一节 煤与瓦斯突出及其基本规律
第一节 煤与瓦斯突出及其基本规律
3.煤与瓦斯突出受巷道布置和开采集中应力 的影响
在巷道密集布置区、采场周边的支承压力区、 邻近层应力集中区域等处进行采掘作业，容易发 生煤与瓦斯突出。
第一节 煤与瓦斯突出及其基本规律
第一节 煤与瓦斯突出及其基本规律
煤的构造结构如图5-2所示。
第一节 煤与瓦斯突出及其基本规律 煤与瓦斯突出煤显微镜照片如图5-3所示。
（a） 粒状结构；（b） 网状结构;（c） 片状结构； （d） 定向排列结构；（e） 鳞片状结构；（f） 压扭性结构
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7.大多数煤与瓦斯突出发生在爆破和破煤工
主要包括岩石变形潜能假说、应力集中假说、 剪应力假说、振动波动假说、冲击式移近假说、 顶板位移不均匀假说、应力叠加假说。
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3.化学本质假说 化学本质假说认为瓦斯突出时煤层中不断进 行地球化学过程—煤层氧化—还原过程。该过程 由于活性氧及放射性物质的存在而加剧，生成一 些活性中间物，导致瓦斯高速形成。中间产物和 煤中有机物质的相互作用，使煤分子遭到破坏。
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（1） 突出的煤（岩）碎块掩埋人员和设备。 突出发生时，喷出的煤（岩）碎块被抛出数十 米甚至数千米，数量由数千吨到数万吨，有的 可能堵塞满巷道断面，造成人员掩埋致死，生 产设备、设施被埋，给矿井造成人员伤亡、财 产损失，迫使矿井生产中断。
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（6） 突出发生后，破坏矿井通风设施，造 成矿井通风系统紊乱，使灾害进一步扩大。
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4.煤与瓦斯突出分类
（1） 煤与瓦斯突出按动力现象力学特征分 类。 ① 煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出。煤 （岩）与瓦斯(二氧化碳)突出简称突出。诱发突 出的主要因素是地应力和瓦斯压力的联合作用， 通常以地应力作用为主、瓦斯压力作用为辅。
（2） 无声预兆。工作面瓦斯异常、瓦斯浓 度忽大忽小等。统计表明，许多大强度煤与瓦 斯突出前，常常有瓦斯浓度忽大忽小预兆。
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（3） 煤体结构预兆。煤体出现层理紊乱、 煤体干燥、煤体松软、色泽变暗而无光泽、煤 层产状急剧变化、煤层波状隆起以及层理逆转 等。
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（4） 矿压显现预兆。支架来压、煤壁开裂、 掉渣、片帮、工作面煤壁外鼓、巷道底鼓、钻孔 顶夹钻、钻孔严重变形、垮孔及炮眼装不进炸药 等。
（5） 其他预兆。一些煤与瓦斯突出发生前，
会出现工作面温度降低、煤壁发凉、特殊气味等
预兆。
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9.其他因素诱发煤与瓦斯突出
在煤与瓦斯突出危险区域内，回拆巷道支 架和工作面支架时容易诱发煤与瓦斯突出，清 理煤与瓦斯突出孔洞及回拆支架也会导致再次 发生煤与瓦斯突出。
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2.呈明显的分区分带性 煤与瓦斯突出大都发生在地质构造带内， 特别是压扭性构造断裂带、向斜轴部、背斜倾 伏端、扭转构造、帚状构造收敛部位、层滑构 造带、煤层光滑面、煤层倾角突变地带和煤层 厚度突变地带等。
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例如，重庆天府矿区3次特大型突出都发生在 地质构造地带；重庆南桐矿区地质构造与煤与瓦 斯突出分布具有集中控制和局部控制的内在规律。 据辽宁北票矿区统计，90％以上的突出发生在地 质构造区和岩浆岩侵入区。
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2.地压为主导作用假说 地压为主导作用假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 应力和采掘过程中形成的集中应力等。
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在地压作用下，煤层处于弹性状态，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。
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二、 煤与瓦斯突出基本规律 大量煤与瓦斯突出资料的统计分析表明，煤 与瓦斯突出具有一定的规律性。了解这些规律， 对于制定防治煤与瓦斯突出的措施，有一定的参 考价值。
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1.煤与瓦斯突出危险程度随开采深度的增加 而增大 生产实践表明，始突深度以下煤与瓦斯突出 频率与开采深度呈正相关关系，随着开采深度 的增加，煤与瓦斯突出危险程度相应增加。
1.瓦斯为主导作用假说 瓦斯为主导作用假说普遍认为煤与瓦斯突出 的主要动力来源于高压瓦斯，当采掘工作接近或 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。
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主要包括瓦斯包假说、粉煤带假说、煤透气 性不均匀假说、突出波假说、裂缝堵塞假说、闭 合孔隙瓦斯释放假说、瓦斯膨胀应力假说、火山 瓦斯假说、瓦斯解析假说、瓦斯水化物假说、瓦 斯—煤固溶体假说。
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② 煤的突然压出。煤的突然压出并涌出大 量瓦斯简称压出。诱发与实现煤的压出主要因 素是受采动影响所产生的地应力，瓦斯压力与 煤的重力是次要的因素。
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压出的基本特征：压出有煤的整体位移和煤 有一定距离的抛出两种形式，但位移和抛出的距 离都较小；压出后，在煤层与顶板之间的裂隙中 常留有细煤粉，整体位移的煤体上有大量裂隙； 压出的煤呈块状，无分选现象。巷道瓦斯涌出量 增大，抛出煤的吨煤瓦斯涌出量大于30 m3/t；压 出可能无孔洞或呈口大腔小的楔形、半圆形孔洞。
5.煤与瓦斯突出煤层具有较高的瓦斯压力和 瓦斯含量 煤与瓦斯突出煤层的瓦斯压力大于0.74 MPa， 瓦斯含量大于8 m3／t。据统计，我国有些突出 矿井的煤层瓦斯含量高达20 m3／t及其以上。
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6.煤与瓦斯突出煤层强度低，软硬相间 煤与瓦斯突出煤层的特点是强度低，而且 软硬相间，透气性系数小，瓦斯的放散速度高， 煤的原生结构遭到破坏，层理紊乱，无明显节 理，光泽暗淡，易粉碎。如果煤层顶板坚硬致 密，煤与瓦斯突出危险性增大。
4.煤与瓦斯突出主要发生在巷道掘进过程中
平巷掘进发生的煤与瓦斯突出次数最多，上 山掘进在重力作用下发生煤与瓦斯突出的概率最 高，石门揭煤发生煤与瓦斯突出的强度和危害性 最大。煤与瓦斯突出次数和强度，随煤层厚度、 特别是软分层厚度的增加而增加。煤层倾角越大， 煤与瓦斯突出的危险性越大。
第一节 煤与瓦斯突出及其基本规律
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其突出的基本特征有：突出的煤向外抛出的 距离较远，具有分选现象；抛出煤的堆积角小于 自然安息角；抛出煤的破碎程度较高，含有大量 碎煤和一定数量的手捻无粒感的煤粉；
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有明显的动力效应，如破坏支架，推倒矿车， 损坏或移动安装在巷道内的设施等；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；突出孔洞呈口小腔大的梨形、 舌形、倒瓶形、分岔形或其他形状。
在重庆地区统计的132次煤与瓦斯突出事故 中，发生在爆破和破煤工序中的有124次，占 95％；有些矿井爆破后没有立即发生突出，而 是在延迟一定时间发生的突出，其危害性更大。
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8.煤与瓦斯突出前常有预兆发生
（1） 有声预兆。煤体发生闷雷声、爆竹声、 机枪声、嗡嗡声，打钻喷孔及出现哨叫声、蜂 鸣声等异常声响。这些由煤体内部发出的声响 统称为响煤炮。
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三、 煤与瓦斯突出发生地点分析
我国煤与瓦斯突出发生地点统计数据如表5-1 所示。
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四、 煤与瓦斯突出机理
煤与瓦斯突出机理是指煤与瓦斯突出的 原因、条件及其发生、发展过程。目前，煤 与瓦斯突出机理归纳起来有4大类假说。
第一节 煤与瓦斯突出及其基本规律
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2.突出煤层 突出煤层是指在矿井范围内发生过突出的或 经鉴定有突出危险的煤层。 煤矿发生生产安全事故，经事故调查认定为 突出事故的，发生事故的煤层即为突出煤层。 矿井有下列情况之一的必须立即进行突出煤 层鉴定，鉴定未完成前按照突出煤层管理：
第一节 煤与瓦斯突出及其基本规律
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（2） 煤与瓦斯突出按照突出强度分类。煤 与瓦斯突出强度是指每次煤与瓦斯突出抛出的煤 （岩）数量和瓦斯量。由于煤与瓦斯突出发生过 程中瓦斯量难以准确计量，一般以突出的煤（岩） 量作为分类依据。按照突出强度可将煤与瓦斯突 出分为小型突出、中型突出、次大型突出、大型 突出、特大型突出5类。
④ 岩石与瓦斯突出。岩石与瓦斯突出是在地 应力和外界动力作用下，岩层瞬间被破坏向巷道 空间抛出，同时涌出大量瓦斯的现象，基本特征 是：在炸药直接作用范围外，发生破碎岩石被抛 出现象；抛出的岩石中，含有大量的砂粒和粉尘；
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产生明显动力效应；巷道二氧化碳（瓦斯） 涌出量明显增大；在岩体中形成孔洞；有突出危 险的岩层松软，呈片状、碎屑状，其岩芯呈凹凸 片状，并具有较大的孔隙率和二氧化碳（瓦斯） 含量。
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4.综合假说 综合假说认为煤与瓦斯突出是地压、瓦斯、 重力和煤的物理性质综合作用的结果。主要包 括能量假说、应力分布不均匀假说、分层分离 假说、破坏区假说。
（2） 突出时产生的巨大动力效应，可能摧 毁巷道支架导致冒顶事故的发生，摧毁矿车、 生产设备，造成矿井生产局面混乱。 （3） 突出产生的高浓度瓦斯和二氧化碳气 体由数百立方米到数百万立方米，能使井巷充 满，造成井下人员因氧气浓度下降而发生窒息 死亡。
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（4） 突出产生的高浓度瓦斯经风流稀释后 达到爆炸界限时，遇到火源就会发生瓦斯爆炸事 故，影响更为严重。 （5） 突出强度较大时，煤与瓦斯突出所产 生的含煤粉或岩粉的高速瓦斯流能够造成风流逆 转现象，危险性更大。
( 1） 煤层有瓦斯动力现象的。
（2） 相邻矿井开采的同一煤层发生突出的。 （3） 突出矿井开采的非突出煤层以及有突 出煤层的煤田内高瓦斯矿井的开采煤层，在矿 井延深和开拓新采区（盘区）的过程中测定的 煤层瓦斯压力达到或者超过0.74 MPa的。
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3.煤与瓦斯突出危害性 我国是世界上煤与瓦斯突出现象最为 严重、危害性最大的国家之一。煤与瓦斯 突出有6个方面的危害：