煤与瓦斯突出分类、特点、机理及规律

煤与瓦斯突出分类、特点、机理及规 律
一、煤与瓦斯动力现象的分类及其危险程 度的划分
二、突出假说、突出过程现场测定实例和 突出机理
三、突出发生的一般规律
煤与瓦斯突出概念
煤与瓦斯突出是煤层中存储的瓦斯能和 应力能的失稳释放，表现为在极短的时间内 向生产空间抛出大量煤岩和瓦斯。抛出煤岩 从几吨到上万吨瓦斯从几百到上百万立方米， 并可能诱发瓦斯爆炸。
煤体自重力：在铅垂方向t.z M gHM (0.013 ~ 0.016)HM（13-6）
顿巴斯加加林矿特大突出
❖ 1969.7.13在深710m主石门揭L3煤 层,突出煤 1.45万t,煤堵满主石门长度550m副石门长 270m，瓦斯25万m3,突出孔面积超过1.1万m2;
❖ 煤层倾角67。，瓦斯含量20m3/t，瓦斯压力 5Mpa，注水75m3 后为瓦斯压力降至 2.4~3.9MPa，煤厚1.03m，构造煤厚0.4m。
突出假说
➢煤与瓦斯的突出机理是指煤与瓦斯突出的发动、 发展和终止的原因、条件及过程。
➢根据现场统计资料及实验研究提出的各种假说。 归纳起来，这些假说可分为四类：
✓瓦斯为主导作用的假说 ✓地应力作用说 ✓化学本质说 ✓综合作用假说（国内外大多数学者认可 ）
二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理
（a）巷道布置平面图
（b）巷道及考察孔布置剖面图
图13-4 +537m水平杰列卓夫卡煤层考察巷道布置示意图
二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理
突出过程现场测定实例
✓考察结果 （1）原始的透气性及瓦斯压力：
测定的煤层原始瓦斯压力如图13-5所示。
图13-5 K3煤层原始瓦斯压力测定结果
二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理
1、注水措施无效, 构造煤未湿润； 2、受逆断层、岩浆侵入、构造及构造应力影响
（水平应力系数3倍）； 3、石门保护煤柱集中应力； 4、注水后瓦斯压力2.4~3.9MPa>始突值。
南桐东林矿石门突出 突出煤量130t
三汇坝一、二矿主平硐 三次特大突出
1975.08.08 突出12780t（煤60%，矸石40%），瓦斯140万m3； 1977.07.05突出2807t， 瓦斯60万m3； 1983.01.14突出5000t ，瓦斯44.5万m3。
一、煤与瓦斯动力现象的分类及其危险 程度的划分
按突出危险程度分类
➢ 根据《防突规定》的相关要求，突出危险 程度的划分如下： ✓突出煤层； ✓突出矿井； ✓突出危险区和无突出危险区； ✓突出危险工作面； ✓无突出危险工作面。
一、煤与瓦斯动力现象的分类及其危险 程度的划分
岩石与瓦斯突出
➢ 根据国内外资料，岩石与瓦斯突出一般 具有如下规律：
突出假说
➢应力分布不均匀说
该假说认为突出煤层的围岩中具有较高的不均 匀分布的应力，其主要原因是地质构造运动，个别 情况下是由于采掘过程引起的（如留煤柱、冒顶 等）。
二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理
突出过程现场测定实例
➢中梁山煤矿突出过程现场测定
✓实测简介 试验地点在南井+290 m水平南西二半抬高石
（一）按动力现象的力能特征分类 （二）按动力现象的强度分类 （三）按突出危险程度分类 （四）岩石与瓦斯突出
一、煤与瓦斯动力现象的分类及其危险 程度的划分
按动力现象的力能特征分类
《
煤
与 瓦
煤与瓦斯动力现象
斯
突
出
矿
井 鉴 定 规
煤突 与然 瓦喷 斯出
煤瓦 的斯 压涌 出出 伴
煤瓦 的斯 倾涌 出出 伴
靠近顶板顶层煤厚7m为变质煤；底层4~5m为正常煤；倾角 25度；距地表垂深373m； ❖ 煤巷掘进头距三半煤门15.8m时，为防突打直径75mm钻孔8 个，孔长6.5~10m,排放瓦斯17d后,掘进3.8m,残孔2.7~6.2m, 工作面煤炮声连续不断,10min响煤炮达82次,打炮眼10个,深 1m,炮响后约4~5min出现两次强烈震动,发生突出,12m煤柱 被摧毁； ❖ 火成岩构造，变质煤，两巷接近形成集中应力叠加等都对突 出起了重要作用。排放孔残余长度不足，措施无效。
二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理
突出假说
➢能量说
✓认为突出是由煤的变形潜能和瓦斯内能引起的。 ✓含瓦斯煤层发生煤与瓦斯突出的条件，可简化为
We A
(13-1)
式中： We ——煤的弹性能；
——瓦斯的膨胀能；
A ——煤破碎到标志突出特征的粉煤时的能量。
二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理
三汇坝一矿主平硐突出
❖ 1988.8.8突出点情况： ❖ 突出点煤厚（构造煤）南
帮>5.0m;北帮0.1m；瓦斯 压力0.7MPa；,距地表 500m；位于F34-4逆断层 下盘；煤岩破坏严重。 ❖ 震动性放炮揭煤，人员全 部撤至地面，无其它防突 措施。
南桐鱼田堡矿石门自行破岩突出
1988.10.16突出情况： 1 突出点距地表垂深445m;瓦斯压力超过3.7MPa; 2 受向斜与扭转构造影响以及开采应力叠加作用; 3 大面积构造煤。
煤层
巷道掘进
2002年4月7日，淮北芦岭煤矿 发生特大型突出
煤与瓦斯突出案例
突出煤岩量10500t，死亡13人
2002.4.7突出情况： ❖ 突出点 ：二水平818-3#溜煤斜巷 ❖ 突出点8、9煤合层厚9.5m; ❖ 全搓揉成构造煤;瓦斯压力>2.65Mpa; ❖ 该巷恰位于小向斜轴部;区域构造应力较活跃,其方向恰与
煤层
巷道掘进
2002年4月7日，淮北芦岭煤矿 发生特大型突出
煤与瓦斯突出案例
煤层
巷道掘进
2002年4月7日，淮北芦岭煤矿 发生特大型突出
煤与瓦斯突出案例
煤层
巷道掘进
2002年4月7日，淮北芦岭煤矿 发生特大型突出
煤与瓦斯突出案例
煤层
巷道掘进
2002年4月7日，淮北芦岭煤矿 发生特大型突出

煤与瓦斯突出案例
突出假说
➢综合作用假说
✓认为突出是地应力、瓦斯、煤的力学性质等因素 综合作用的结果。
✓较全面地考虑了突出的动力与阻力两个方面的主 要因素。
✓主要包括振动说、分层分离说、破坏区说、动力 效应说、游离瓦斯压力说、能量假说和应力分布 不均匀说。
✓我国学者还提出了发动中心说、流变说、球壳失 稳说和煤与瓦斯突出的力学作用机理等 。
1989.3.27.1269-1煤巷突出
两突出点仅相距17m，
突出 2800t煤。
❖ 突出点距地表202m，地质构造复杂，煤 层顶板倾角8o，底板倾角38o，瓦斯压力 1.65Mpa，水平厚度45m，煤搓揉严重， 硬度低。煤巷掘进打钻喷孔、顶钻、响煤 炮。
一、煤与瓦斯动力现象的分类及其危险 程度的划分
煤与瓦斯突出案例
煤层
巷道掘进
2002年4月7日，淮北芦岭煤矿 发生特大型突出
煤与瓦斯突出案例
煤层
巷道掘进
2020020年2年44月月77日日，，淮淮北北芦芦岭岭煤煤矿矿 发生发大生型特煤大与型瓦突斯出突出
煤与瓦斯突出案例
煤层
巷道掘进
2002年4月7日，淮北芦岭煤矿 发生特大型突出
煤与瓦斯突出案例
煤层走向垂直;突出后打钻确定出一个断距3m走向逆断层; 受开采应力叠加影响。
煤与瓦斯突出实例及分析 芦岭矿自行破岩突出瓦斯涌出量随时间的变化
2004年10月20日，郑州大平 煤矿发生特大型突出，引发 瓦斯爆炸，死亡148人。
南桐矿务局鱼田堡矿+150m水平主运输石门突出
运输石门，自顶板方向揭穿4号煤层。该处距地表垂深325m， 煤层倾角30°，煤厚2.4m，煤层松软，顶板正常，底板有小错 动。压力2.26MPa。石门工作面距煤层2m时，曾听到十多次声 响，第—次放震动炮揭开煤层时发生了突出，抛出煤粉36t，岩 石20t，瓦斯4500m3。瓦斯浓度恢复正常后，沿煤门向前掘进， 在第二次突出前一个班发现煤亮度变暗，层理紊乱，煤壁往巷 道空间鼓动，有煤流出，工作面发冷，当放底炮崩4号煤底板时， 发生了第二次突出，突出煤粉1473t，岩石80m3，瓦斯逆流冲 出进风竖井井口到地面。
南桐鱼田堡矿1406煤巷突出
❖ 1968.1.20.
❖ 在非爆破作业时突出，5000t煤, 瓦斯350万m3。堵塞巷道549m。 瓦斯逆流1621m直至进风量 3600m3/min的进风井井口,波及 全矿井，抽风井防爆门被冲开, 工人前来关门时被瓦斯熏倒.
❖ 突出点垂深315m，煤厚2.83m, 倾角30o,在保护范围内掘进时, 作业正常安全,但距保护层采止 线7.15m时,巷道煤壁变松,迎头 和两帮发生三次片帮,距采止线 2.85m时,发生这次强烈突出.
❖ 突出点位于一向斜轴与一潜伏 断层交会地区。
❖ 南桐鱼田堡矿1406煤巷突出
红卫矿坦井二石门与1269-1煤巷突出
1972.2.20.二石门放炮揭煤突出
突出4500t煤，138.5万m3瓦斯。瓦斯 冲开风井口风门进入信号室并被炉子点燃， 火焰高数十米，烧毁井口设施。瓦斯逆流 到进风井地面工业广场的瓦斯浓度达 0.7%,主井井口瓦斯浓度一度达到15%,较 长时间稳定在9%。
✓ 岩石与瓦斯突出大都发生在构造破坏带； ✓ 国外的岩石与瓦斯突出，都发生在爆破时； ✓ 岩石与瓦斯突出后，在岩体中形成一定形
状的空洞。
二、突出假说、突出过程现场测定实 例和突出机理
（一）突出假说 （二）突出过程现场测定实例 （三）突出力能计算 （四）化学本质说 （五）综合作用假说
二、突出假说、突出过程现场测定实例和突出机理
突出过程现场测定实例
✓实测结果 突出发展过程现场实测结果如图13-2、13-3所示。