煤与瓦斯突出分类及其规律

二、煤与瓦斯突出机理
着碎煤被抛出和瓦斯快速喷出，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，又进入阶段， 当条件具备时，即发生第二次、每三次突出。
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，但这时，煤的突出虽然停止了，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。
案 例
• 三、 防止同类事故的措施 • 1. 认真执行已定的施工措施和作业规程的编制审查制度， 严格监督检查，当生产条件变化时，要及时修改补充， 重新核批。 • 2. 必须结合井下工程施工实际，编制好矿井灾害预防与 处理计划。针对施工中可能出现的瓦斯突出隐患，制订 防隐患排除的技术安全组织措施，并交生产管理人员和 生产工人贯彻实施。 • 3. 加强施工现场的技术管理工作，做到情况明，措施准， 排除隐患及时，从生产管理上全面落实“安全第一，预 防为主”的方针。
一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害
㈡ 煤与瓦斯突出的分类 1. 煤与瓦斯突出分类的方法 煤与瓦斯突出分类方法有两种：一是按突出现象的力学特征分 类；二是按突出强度分类。
2. 按突出现象的力学特征分类
共分三类：煤与瓦斯突出（简称突出）；煤突然压出并涌出大 量瓦斯（简称压出）；煤突然倾出并涌出大量瓦斯（简称倾出）。 ⑴ 煤与瓦斯突出（简称突出） 发生煤与瓦斯突出的主要因素是地应力和瓦斯压力的联合作用， 通常以地应力为主、瓦斯压力为辅。实现突出的基本能量是煤体内 积聚的高瓦斯能量。
一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害
2. 什么是突出矿井和突出煤层？
突出矿井：是指在矿井开拓、生产范围内有突出煤 层的矿井。 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。 3. 煤与瓦斯突出的主要特点 ⑴ 煤与瓦斯突出后，会喷出大量的瓦斯和煤尘，突
出时间短，一般持续几分钟或几秒钟。
中心线沿煤层倾斜方向向上延伸或与煤层倾向线成不大的夹角，
一般长度为几米到几十米，有时可能看到到孔洞，主要是被突 出时位移的煤或碎煤所充填。
一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害
⑵ 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压力影响所产 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
案 例
• 场，堆积至二井平峒，在长达1200米的巷道内，745米长的巷道 三分之二的断面被堵塞，突出瞬时风流逆向，高浓度瓦斯充满 施工井巷并通过与生产共用的＋280水平平峒进入三汇一井运输 大巷和平区， 又通过施工临时上山进入该井＋46.5水平运输巷 和北翼采区，使灾区47人被困，三汇一井229名工人受阻。经过 紧急抢救，除被困的47人中有12人遇难外，61人轻度窒息。事 故直接经济损失约33万元。 • 二、 事故原因分析 • 1. 错误地根据原有地质资料和设计文件认为皮带运输机上山只 在岩层中掘进，穿过F4断层，不穿煤层。加之施工管理的盲目 性，从指导思想上就放弃了预防措施。在编制两条上山的施工 组织设计时，没有提出掘进时的防灾措施；编制作业规程时， 没有提出遇断层时探明层位、防止煤和瓦煤突出问题，也未从 技术上采取任何措施。
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至 数十米。 ④ 倾出时有大量的瓦斯（二氧化碳）涌出，但一般没有 逆流现象。
一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害
3. 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）的量比 较困难，所以通常以煤（岩）数量作为划分突出的主要依据。 ⑴ 小型突出：突出的煤（岩）数量小于100t；
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，需要用风镐或手镐来清理。
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一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害
③ 突出的大量的瓦斯（二氧化碳）喷出，有瓦斯逆流现 象。突出的强度越大，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，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
案 例
• 2. 施工中遇F4断层后，发现地质构造发生异常 变化，又未采取任何措施，直到皮带运输机上 山工作面炮眼穿媒后，也未采取任何安全措施， 未撤离人员就违章放炮，诱导了煤和瓦斯突出。 • 3. 盲目突击生产，不分条件，不讲科学，片面 号召谁先完成任务谁先放假过春节，以致出现 包任务，不包安全，抢任务违章作业现象。当 施工现场险情十分明显时，既未落实排隐患抢 险的安全措施，又未制止不顾后果的违章放炮。
一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害
⑹ 突出过程中，不得能顺风流向回风方向冲击，而且常常
发生瓦斯逆流现象（即突出的瓦斯流沿着进风风流的反方向流
动），有的逆流很远，可以达到几百米甚至上千米；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。
⑺ 煤与瓦斯突出后的高浓度瓦斯，开始不会爆炸，但在一 定的供氧条件下，遇火则到燃烧；待瓦斯浓度降到爆炸界限内时， 遇火源则会爆炸，因此，突出矿井的火源管理非常管理重要。 ⑻ 煤与瓦斯突出后，可能在同一地点发生第二次、第三次 甚至更多次突出。
煤与瓦斯突出分类及其规律
2013年4月
主要内容： 一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害。
二、煤与瓦斯突出机理。
三、煤与瓦斯突出规律及预兆。
案 例
• 1983年1月22日地质人员在检查施上现场发现异常变化 后，提出工作面可能穿越煤层，要求在探明无煤后才能 继续掘进的书面意见，但未引起有关领导同志的重视， 也未采取任何措施。 • 1月24日，皮带运输机上山掘到561米处。8时30分开 始打眼，第一个炮眼深1.8米，见煤长度0.6米，以后打 的5个炮眼也见煤。10时40分， 打完20个炮眼，装药5.1 公斤。装药前工作面瓦斯浓度为0.42％，在无任何安全 技术措施的情况下，于11时15分放炮，引起煤与瓦斯的 特大强度突出，突出煤量5000立方米，瓦斯55万立方米。 突出的煤炭和岩石沿皮带运输机上山冲向下车
一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害
⑵ 破碎的煤（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埋、卷走，巷道被 堵塞或冲垮。 ⑶ 突出后在煤（岩）体内，往往形成大大小小不同、 形状不一的孔洞。
⑷ 突出时，常常伴有猛烈响声和强大的动力效应。
（动力效应就是突出所形成的冲击波能破坏支护、推倒矿 车、移动巨石等的一种动力现象） ⑸ 喷出的瓦斯量大大超过煤层的瓦斯含量，往往有几 千立方米到几万甚至几百万立方米。
备。
2. 冲出的煤（岩）会堵塞巷道，埋压人员的阻绝人员撤出。 3. 煤与瓦斯突出会使通风系统遭到严重破坏，风流逆转， 使众多的人员窒息、死亡。 4. 突出的瓦斯遇火还可能引发瓦斯爆炸、燃烧事故，造成 井毁人亡的特大灾害事故。
二、煤与瓦斯突出机理
㈠ 煤与瓦斯突出机理 解释突出的原因和突出过程的理论称为突出机理。
二、煤与瓦斯突出机理
2. 发动阶段。在此阶段，极限应力状态的部分煤体突然破 碎卸压，发出巨响和冲击，使瓦斯作用在突然破裂煤体上的推力
向巷道自由方向增加几倍至几十倍，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。在这个阶段中，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，增加了瓦斯风暴的搬动力。这时瓦斯流 连同碎煤从煤体内以极短的时间抛出并形成强大的动力效应，随
⑵ 中型突出：突出的煤（岩）数量为100～500t；
⑶ 大型突出：突出的煤（岩）数量为500～1000t； ⑷ 特大型突出：突出的煤（岩）数量大于1000t；
一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害
㈢ 煤与瓦斯突出的危害
主要有以下几方面
1. 矿井中一旦发生煤与瓦斯突出，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
一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害
④ 压出时有大量的瓦斯（二氧化碳）涌出，有时从煤层 或岩的裂缝喷出瓦斯（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）压力可推走设备和破 坏支护。
⑶ 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、 仙聚力小的煤（岩），在较高的地应力的作用下突然被破坏，
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，对煤与瓦斯突出发生的原因至今还没有统一的认识，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面接近或沟通了存储有大量 高压瓦斯的区域（地点）时，高压瓦斯突出喷出造成的。
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。
一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害
㈠ 煤与瓦斯突出的相关概念及特点 1. 什么是煤与瓦斯突出？ 煤矿在采掘过程中，在地应力和瓦斯（二氧化碳） 的共同作用下，破碎的煤（岩）和瓦斯（二氧化碳）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。 煤与瓦斯突出是矿井瓦斯涌出的一种形式。是一种 非正常的涌出。
一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害
2. 按突出现象的力学特征分类
⑴ 煤与瓦斯突出（简称突出）
突出现象的基本特征有以下几方面： 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由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块煤）；煤（岩） 被 高瓦斯气流运至远处，随巷道而拐弯，煤炭堆积的坡度小于煤的
安全监控T1甲烷传感器趋势图
1:37:30由0.4%开始增加至1:44:15的0.9%，然后降到0，再升到 0.9%，直至1：47突出。 从预兆到突出近9分钟。
二、煤与瓦斯突出机理
㈡ 煤与瓦斯突出的过程
煤与瓦斯突出的过程，一般可划分为四个阶段：准备、发
动、抛出和停止阶段。 1. 准备阶段。在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 采掘后使煤体由三向受力状态变为两向甚至单向受力状态，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 的预兆。
二、煤与瓦斯突出机理
2. 地压作用说
地压作用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，积蓄着很大的潜能，当采
掘工作接近或进行这些区域（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（主要是指急倾斜 煤层而言）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。目前国内外大多学者认为综合作用说更切合实际。
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。倾出的基本特征有以下几点：
一、煤与瓦斯突出的概念、分类及危害
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，煤堆积的坡度小于自然安息角。
② 倾出的煤为大小不同的碎块，杂乱无章。 ③ 倾出一般都有规则的孔洞，一般为舌形、梨形或袋形