煤與瓦斯突出的防治技術課件

　　第二部分、煤與瓦斯突出的防治技術

　　一 . 煤與瓦斯突出機理

　　二 . “四位一體”綜合防突措施

　　三 . 煤層突出危險性預測

　　四 . 防治突出措施

　　五 . 防治突出措施的效果檢驗

　　六 . 安全防護措施

　　一 . 煤與瓦斯突出機理(1)

　　突出機理就是解釋發生突出的原因和過程的理論。

　　煤與瓦斯突出是一種複雜的動力現象，世界上許多產煤國家對煤與瓦斯突出的機理開展了廣泛研究，提出了多種假說。

　　煤與瓦斯突出機理 (2)

　　1、 國外煤與瓦斯突出假說

　　瓦斯為主導作用的假說

　　地壓為主導作用的假說

　　化學本質假說

　　能量假說

　　綜合假說

　　瓦斯為主導作用的假說

　　①瓦斯包說

　　②粉煤帶說

　　③煤孔隙結構不均勻說

　　④突出波說

　　⑤裂隙堵塞說

　　⑥瓦斯膨脹說

　　⑦卸亞瓦斯說

　　⑧火山瓦斯說

　　⑨地質破壞帶說

　　⑩瓦斯解吸說

　　地壓為主導作用的假說

　　①岩石變形潛能說

　　②應力集中帶說

　　③剪切應力說

　　④塑性變性說

　　⑤振動波動說

　　⑥衝擊式移近說

　　⑦拉應力波說

　　⑧應力疊加說

　　⑨放炮突出說

　　⑩頂板位移不均勻說

　　化學本質假說

　　①瓦斯水化物說

　　②爆炸煤說

　　③重煤說

　　④地球化學說

　　⑤硝基化合物說

　　能量假說

　　蘇聯B.B.霍多特提出，長期以來在國際上享有盛譽。在實驗室試驗的基礎上，從能量的觀點出發，用數學方法分析計算了煤層的變形潛能Wt 、瓦斯內能λ以及造成突出破壞需要的能量A ，提出了能量假說。

　　球殼失穩假說

　　突出的發生發展是以球蓋狀煤殼的形成、發展及失穩拋出為特點的

　　突出過程的實質是地應力破壞煤體，煤體釋放瓦斯，瓦斯使煤體裂隙擴張並使形成的球殼失穩破壞

　　瓦斯膨脹能是發動突出的真正的動力及能源

　　流變假說

　　含瓦斯煤岩體在外力的作用下，當達到或超過其屈服載荷時，則明顯地表現為時間上的三個階段，即變形衰減階段、均勻變形階段和加速階段

　　第Ⅰ、第Ⅱ階段對應於突出的準備階段，第Ⅲ階段是突出的發生發展階段，突出是含瓦斯煤岩體快速流變的結果

　　瓦斯、地應力、煤的物理力學性質和時間過程是突出的重要影響因素

　　綜合假說

　　50年代中期，蘇聯A.A.斯科琴斯基院士根據開采突出危險煤層的經驗以及當時科研工作的成果，提出煤與瓦斯突出是由地應力、煤層瓦斯和煤層物理力學性質綜合作用的結果。

　　目前綜合假說得到普遍認同，是瓦斯突出防治技術的理論基礎。

　　突出的動力是 地應力和 煤層中的瓦斯;突出的阻力是 煤層的物理力學性質。這三者稱為煤與瓦斯突出的“三因素”

　　煤與瓦斯突出機理 (3)

　　3、煤與瓦斯突出的三因素：

　　〈1〉地應力的作用

　　突出煤層中存在著地應力，它包括上覆岩層自重應力、地 質構造應力和采掘集中應力，采掘工作麵前方局部煤體內存在一個集中應力帶，這裏的地應力高於原始煤體的應力，瓦斯壓力接近於原始煤體的瓦斯壓力。

　　地應力的作用，一是使煤體產生位移和突然破碎，煤由靜 態變為動態;二是地應力影響煤體內部結構，控製著瓦斯的流動。由於工作麵前方煤體內存在著一個集中應力帶，使距掘進迎頭L米的集中應力帶內，煤的裂隙、孔隙受壓縮 變小，阻礙煤體內瓦斯的正常運移流動。那麼，什麼是地應力呢?我們通過一個簡單的物理現象來予以說明。

　　煤與瓦斯突出的三因素

　　我們知道，一個彈簧，給它一個壓力P，就產生一個反作用力P1，也就是說，我們用力把彈簧壓下去後，彈簧就蓄積一個彈起的能量。同樣，煤岩層也具有一定的彈性，由於在幾百米深的地下開采，必然受到上覆岩層給它的一個壓力，使煤層蓄積一個向外膨脹的潛能。

　　在沒有開采前，煤岩體是處於三向應力平衡狀態，當開掘巷道或進行回采工作時，就破壞了原來的應力平衡狀態，使煤岩體的應力重新分布，煤體向作業空間膨脹變形。

　　煤與瓦斯突出的三因素

　　采掘工作麵地應力狀況及對突出的影響：

　　采煤工作麵前方存在一個集中應力區，其峰值距離采麵煤壁的距離越小，越容易破壞采麵煤體而引發煤與瓦斯突出。因此，必須加強工作麵支護，使采麵煤體的集中應力向煤體深部推移，或在采麵采取人為卸壓措施，如打排放鑽孔、實施淺孔爆破等。

　　掘進工作麵前方的地應力，可分為三個帶，即：卸壓帶、集中應力帶和常壓帶，亦叫做原始應力區。從防突角度

　　講，集中應力區距離工作麵越近，工作麵煤體越易發生破壞而引發煤與瓦斯突出。解決該問題的措施，就是在突出危險區域采取人為卸壓措施，如打排放鑽孔、實施深孔爆破和放慢掘進速度等，使集中應力帶向深部推移。

　　煤與瓦斯突出的三因素

　　以上情況說明，具有較高的地應力是發生煤與瓦斯突出的先決條件，即起著發動突出的作用。在地質構造帶，由於構造應力的存在，就是采深不大也可能發生突出。

　　因此，發生煤與瓦斯突出的第一個充分必要條件是： 煤層和圍岩具有較高的地應力和瓦斯壓力，並且在近工作麵地帶煤層的應力狀態發生突然變化，使潛能有可能突然釋放。

　　應力狀態的變化一般有下列原因：

　　煤與瓦斯突出的三因素

　　(1)、巷道進入地質破壞區;

　　(2)、石門揭開煤層時;

　　(3)、巷道從硬煤進入軟煤帶;

　　(4)、煤的冒落等。

　　另外還有工作麵迅速推進時;煤層突然加載，如巷道頂板下沉;煤層突然卸壓，如懸臂梁斷裂等。

　　煤與瓦斯突出的三因素

　　〈 2〉瓦斯的作用

　　瓦斯是成煤過程中的產物，以遊離狀態和吸附狀態存於

　　煤裂隙和孔隙中，促使煤體產生潛能，降低煤的強度。)

　　煤體中瓦斯含量是指每噸煤所含的瓦斯量，也就是煤體中遊離和吸附兩種狀態瓦斯量的總和。其中吸附瓦斯量占瓦斯含量的80──90%以上。瓦斯壓力決定煤層中瓦斯含量的多少，是造成瓦斯突出的重要能源。

　　在卸壓帶瓦斯壓力梯度是平緩的，在集中應力帶瓦斯壓力梯度顯著增大，形成作用於壓力降低方向(掘進迎頭)的力，參與突出的發展。

　　煤與瓦斯突出的三因素

　　在掘進巷道揭露煤層引起瓦斯流動後，隨著煤壁暴露時間 t 的不斷增長，流動場範圍 L 不斷擴大，工作麵附近瓦斯壓力梯度不斷下降變緩。最危險的是在t→0時，即爆破見煤的瞬時，瓦斯壓力梯度最大，此時最容易發生突出。

　　因此，煤與瓦斯突出發展的第二個必要和充分條件是：有足夠的瓦斯流把碎煤拋出，並且突出孔道要暢通，以便在空洞壁形成較大的地應力梯度和瓦斯壓力梯度，從而使煤破碎向深部擴展

　　煤與瓦斯突出的三因素

　　〈3〉煤的物理力學性質與突出的關係

　　煤結構和力學性質，與發生突出的關係很大。一般來說，煤愈硬、裂隙愈小，所需的破壞功愈大，要求的地應力和瓦斯壓力愈高。反之亦然。因此，在地應力和瓦斯壓力為一定值時，軟煤分層易被破壞，突出往往沿軟煤分層發展。

　　煤與瓦斯突出的三因素

　　〈4〉外部因素的影響

　　外部因素(工作麵推進度、爆破等)對煤與瓦斯突出的發生和發展也有重要影響。工作麵快速推進時，有助於應力狀態發生突然變化，從而激發突出。反之，工作麵緩慢推進時，應力狀態變化是平緩的，發生突出的可能性就小。

　　工作麵若快速推進時，由於工作麵前方煤體中集中應力帶沒有向深部推移時間，高壓瓦斯沒有有效排放，造成集中應力帶距離工作麵的正常距離L1大於異常距離L2，使工作麵突出危險性增加，特別是在爆破瞬間的突出危險性最大。

　　二 .“四位一體”綜合防突措施

　　1.防突技術的發展

　　煤與瓦斯突出在煤礦出現已經超過一個半世紀，為了防治突出和避免造成人身傷亡事故，國內外進行了大量的研究，提出和應用了多種防突措施。縱觀防突技術的發展史，大體有三個發展階段：

　　1、以安全防護措施為主的階段，即在突出發生時，避免發生人身傷亡事故。在本世紀50年代前，屬於這一階段。

　　防突技術的發展

　　2、是以防治突出措施為主的階段，即在突出礦井普遍采用防突措施，使它不發生突出。本世紀50~70年代屬於這個階段。

　　3、是采取綜合防突措施階段，即將突出危險性預測引入綜合防突措施。前蘇聯在70年代中期開始采用綜合防突措施，我國80年代末開始采用防突綜合措施 ，1988年我國《防突細則》頒布後，在各突出礦井普遍推廣。

　　2.“四位一體”綜合防突措施

　　突出危險性預測

　　防治突出措施

　　防治突出措施的效果檢驗

　　安全防護措施

　　根據《煤礦安全規程》第177條和《煤與瓦斯突出細則》第2條之規定，開采突出煤層時，必須采取突出危險性預測、防治突出措施、防治突出措施的效果檢驗和安全防護措施等綜合防治突出措施。

　　三 .突出危險性預測

　　1、 突出危險性預測分類

　　2、 煤層突出危險性預測流程

　　3 、區域突出危險性預測

　　4、 工作麵突出危險性預測

　　1、 突出危險性預測分類

　　2、 煤層突出危險性預測流程

　　突出危險性預測的意義

　　國內外開采突出煤層的實踐證明,突出隻發生在某些局部地帶,突出煤層中突出危險帶的麵積僅占5~10%。通過在突出煤層進行突出危險性預測,把突出煤層劃分為突出危險區、突出威脅區和無突出危險區;把采掘工作麵劃分為突出危險工作麵和無突出危險工作麵,從而采取不同級別的綜合防突措施,做到在安全的前提下,大量地節約防突工程量、工作量，減少防突工作的盲目性。

　　3 、區域突出危險性預測

　　3.1 煤層突出危險性預測

　　3.2 突出煤層危險區域預測

　　3.1 煤層突出危險性預測(1)

　　①實際突出鑒定

　　(《細則》第5條、《規程》第176條)

　　② 單項指標法

　　(《細則》第26條)

　　③ 煤層彈性變形特性E、G

　　(俄羅斯)

　　煤層突出危險性預測(2)

　　①實際突出鑒定

　　根據《煤礦安全規程》第176條和《煤與瓦斯突出防治細則》第5條之規定，礦井在采掘過程中隻要發生過一次煤與瓦斯突出，該礦井即定為突出礦井，發生突出的煤層即定為突出煤層。

　　突出礦井及突出煤層

　　確定程序

　　煤層突出危險性預測(3)

　　②單項指標法

　　根據《煤與瓦斯突出防治細則》第26條之規定，可用煤的破壞類型、瓦斯放散初速度、煤的堅固性係數和煤層瓦斯壓力預測煤層的突出危險性，其臨界值應根據礦井的實測資料確定，如無實測資料，可參考《細則》推薦數據劃分，隻有全部指標達到或超過其臨界值時方可劃為突出煤層。

　　《細則》推薦劃分標準

　　煤的破壞類型Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 以上

　　瓦斯放散初速度ΔP ≥10

　　煤的堅固性係數f≤0.5

　　煤層瓦斯壓力P≥0.74

　　煤層突出危險性預測(4)

　　③煤層彈性變形特征

　　俄羅斯學者從突出煤層和非突出煤層選取煤樣，在實驗室利用超聲波確定其彈性模量E、剪切模量G，突出煤層和非突出煤層的E、G有明顯差異，並與煤層的變質程度有關

　　對於非突出煤層的E、G有：

　　G=(0.270-0.001Vdaf )109

　　E=(0.790-0.006Vdaf )109

　　當某一煤層的E、G實驗室測試結果大於上述計算值時，該煤層屬突出危險煤層

　　3.2 突出煤層危險區域預測(1)

　　① 瓦斯地質統計法

　　(《細則》第29條)

　　②綜合指標法

　　(《細則》第30條)

　　③單項指標H、E、G

　　(俄羅斯)

　　④綜合指標B

　　(俄羅斯)

　　突出煤層危險區域預測(2)

　　根據《煤與瓦斯突出防治細則》第28條之規定，突出煤層中的區域預測可采用瓦斯地質統計法或綜合指標法進行，預測結果報礦務局總工程師批準

　　① 瓦斯地質統計法(《細則》第29條)

　　根據已開采區確切掌握的煤層賦存、地質構造條件與突出分布的規律，劃分出突出危險區域和突出威脅區域

　　② 綜合指標法(《細則》第30條)

　　D=(0.0075H/f-3)(P-0.74)

　　K= ΔP /f

　　當D≥0.25、K ≥20(無煙)或15(其它煤種)時，劃為危險區域

　　突出煤層危險區域預測 (3)

　　③單項指標H、E、G(俄羅斯)

　　a、在臨界突出深度以下，煤層本身的彈性能和瓦斯能足以造成突出破壞，其發生與否，關鍵取決於煤層所需破碎功的大小

　　b、當構造應力作用於高彈性煤層時，在有脆性破壞傾向的煤層中可以形成煤層破碎功小的區帶

　　c、用E、G表示煤層的突出危險性傾向

　　d、通過計算煤層H、E、G的臨界值H0、E0、G0，並與H、E、G比較，確定區域突出危險性

　　預測程序框圖

　　突出煤層危險區域預測(4)

　　④ 綜合指標B(俄羅斯)

　　在地質勘探階段，通過對煤層岩心和瓦斯資料的研究，根據綜合指標B預測煤層的突出危險性

　　該指標經過廣泛驗證，列入部門標準

　　B≥15，煤層具有突出危險

　　B<15，煤層無突出危險

　　X 煤層平均瓦斯含量

　　X0 煤層殘餘瓦斯含量

　　R 煤層破壞程度

　　M 煤層厚度

　　C 煤層分層個數

　　H 開采深度

　　fn 圍岩特性

　　4 、工作麵突出危險性預測

　　定性指標

　　根據地質構造和突出預兆確定工作麵的突出危險性

　　定量指標

　　①鑽孔指標法

　　根據所打鑽孔的瓦斯湧出速度、鑽屑量、鑽屑瓦斯解吸特征等進行預測

　　②連續動態法

　　根據煤體破壞的地球物理特征、煤體結構特性和工作麵瓦斯湧出動態進行預測

　　根據《規程》第188條和《細則》第23條之規定，在突出危險區域內進行采掘作業時，必須采取綜合防治突出措施，工作麵進行采掘前，應進行工作麵突出危險性預測，將工作麵劃分為突出危險工作麵和無突出危險工作麵。

　　4.1 工作麵突出危險性預測指標

　　定性指標

　　根據《煤與瓦斯突出防治細則》第31條之規定，在突出煤層中有下列情況之一者，應視為突出危險工作麵：

　　①在突出煤層的構造破壞帶，包括斷層、褶曲、火成岩侵入等;

　　②煤層賦存條件急劇變化的區

　　③采掘應力疊加的區域;

　　④在工作麵預測過程中出現噴孔、頂鑽等動力現象;

　　⑤工作麵出現明顯突出預兆。

　　4.2工作麵突出危險性預測指標

　　鑽孔指標法

　　① 鑽孔瓦斯湧出初速度法

　　② 鑽屑瓦斯解吸指標法

　　③ 鑽屑指標法

　　④ R值指標法

　　以上4種預測指標是我國《細則》規定的主要預測指標

　　鑽孔瓦斯湧出初速度法

　　理論基礎

　　煤層鑽孔瓦斯湧出速度測定表明，在大多數情況下開始測量後0.5～2min函數q=f(t)達到最大值;

　　本方法由蘇聯馬凱耶夫煤礦安全研究所提出，在突出帶和非突出帶q和煤層力學性質不同：

　　綜合反映了煤層的破壞程度、瓦斯壓力和瓦斯含量、煤體的應力狀態及透氣性，可以綜合評價煤層的突出危險性。

　　鑽孔瓦斯湧出初速度法

　　煤巷掘進工作麵測試方法(《細則》第36條)

　　(1)靠近巷道兩幫，各打一個平行於巷道掘進方向直徑42mm、深3.5m的鑽孔，鑽孔布置在軟分層中;

　　(2)用專門的封孔器封孔，封孔後測量室長度為0.5m;

　　(3)測試工作必須在鑽孔打完後2min內完成。

　　每預測循環可進尺1.5m，留2m的超前距。

　　鑽孔瓦斯湧出初速度臨界值(Vdaf )

　　鑽孔瓦斯湧出初速度法

　　測試要點

　　測量室應位於應力集中帶或原岩應力帶

　　采用節流式流量計

　　打鑽後立即封孔測量

　　封孔嚴密

　　測試前檢查儀器，無氣路堵塞現象

　　應用效果

　　1969～1980年間在蘇聯頓巴斯127個礦井的3930個掘進工作麵和2070個回采工作麵應用，工作麵共推進1143Km，其中非突出危險1104.6Km(占96.7%)，突出危險帶38.4Km(占3.3%)。工作麵共穿過691個突出危險帶，其中有677個(占89%)是用該方法發現的，隻漏掉了14個危險帶。

　　平煤集團突出礦井主要采用該指標進行突出危險性預測，據94～97年間東三礦20個掘進工作麵統計，危險帶占總推進度的5%左右，預測突出危險帶的準確率可達60%～80%。

　　目前該方法是國內外突出礦井的主要預測方法。

　　鑽屑瓦斯解吸指標

　　理論基礎

　　鑽屑瓦斯解吸指標h2或K1值表示瓦斯含量的大小和解吸速度的快慢，即表示瓦斯能的大小及釋放速度。

　　鑽屑瓦斯解吸規律可用巴雷爾公式表示，Q1=K1T0.5 ， h2和K1值均表示煤樣在一段時間內的瓦斯解吸量， K1值是解吸第1分鍾的解吸量， h2是第4和第5分鍾內的解吸量， K1是按解吸規律推算的， K1是實測的

　　按照巴雷爾公式推算， K1 =0.016 h2

　　測試儀器與方法

　　h2用MD-2解吸儀測定，K1用ATY突出預測儀測定

　　可用於石門揭煤工作麵以及采掘工作麵的突出危險性預測

　　測試方法和臨界值根據《細則》第34條和附錄四進行。或K1值的測試方法和臨界值根據《細則》第34條和附錄四進行

　　平煤集團突出礦井采用h2作為預測指標之一

　　石門揭煤工作麵h2和K1的臨界值

　　鑽屑指標法

　　理論基礎

　　鑽屑量S表示煤層應力集中程度大小， h2或K1值表示煤層瓦斯大小及其釋放速度大小，分別從地應力和瓦斯的角度反映了煤層突出危險性的的大小，可以綜合反映煤層的突出危險性

　　地應力越大，S值越大

　　鑽屑瓦斯釋放速度越快， h2或K1值越大

　　測試方法

　　在煤巷掘進工作麵打2個(傾斜或急傾斜煤層)或3個(緩傾斜煤層)直徑42mm、深8～10m的鑽孔，鑽孔布置方式與《細則》第37條規定相同

　　鑽孔每打1m測定鑽屑量一次，每2m測定一次鑽屑解吸指標

　　根據每個鑽孔的S、 h2或K1的最大值預測突出危險性

　　當任一指標大於或等於臨界值時，該工作麵為突出危險工作麵

　　每預測循環留2m的超前距

　　鑽屑指標法預測掘進工作麵的臨界值

　　R值指標法

　　理論基礎

　　R值指標由蘇聯東方煤礦安全研究所1969年提出

　　鑽屑量S主要考慮了煤層的強度性質和應力狀態，瓦斯湧出初速度則主要考慮了瓦斯因素，把兩者結合在一起用來預測突出危險性是合適的

　　該方法同時考慮了工作麵的應力狀態、物理力學性質、瓦斯含量、透氣性和煤層的放散能力，即考慮了決定突出危險性的主要因素，是一個綜合指標

　　判斷指標

　　R=(Smax –1.8)(qmax -4 )

　　當任一鑽孔的R≥6時，突出危險工作麵

　　當任一鑽孔的R<6時，無突出危險工作麵

　　當任一鑽孔的R≥6時，突出危險工作麵

　　當R為負值時，應用單項指標預測

　　R值指標法

　　測試方法(《細則》第37條)

　　(1)在煤巷掘進工作麵打2個(傾斜或急傾斜煤層)或3個(緩傾斜煤層直徑42mm、深5.5～6.5m的鑽孔

　　(2)鑽孔布置在軟分層中，一個鑽孔位於巷道工作麵中部平行於掘進方向，其它鑽孔的終孔點應位於巷道輪廓線外2～4m處

　　(3)鑽孔每打1m，測定一次S和q

　　(4)測q時，測量室長度為1m，根據每個鑽孔的最大Smax和最大qmax

　　確定R值

　　(5)每預測循環留2m超前距

　　R值指標法

　　應用效果

　　七十年代下半期蘇聯東方煤礦安全研究所曾進行了數千次R值的測定，在所有情況下隻要R<6從未發生過一次突出，而在突出前R≥6;

　　目前在俄羅斯庫茲巴斯和卡拉幹達礦區主要采用R值預測掘進工作麵的突出危險性，在地質破壞帶R值均大於6;

　　平煤集團各突出礦井曾用R值預測突出危險性。

　　平頂山礦區突出礦井預測指標

　　四、防治突出措施

　　1、 區域性防突措施

　　2、 局部性防突措施

　　3、 各類防突措施適應條件及優缺點

　　製定防突技術措施的原則

　　降壓排瓦，增加煤體強度

　　降壓排瓦-----消除或減小能引起煤與瓦斯突出的能量聚集，並防止這種能量突然釋放，即排除瓦斯，卸除地應力和瓦斯壓力的原則;

　　增加煤體強度------增強煤體的穩定性，改變煤體的物理力學性質，增加煤體的抗破碎能力，即加固煤體，抑製突出的原則。

　　1、 區域性防突措施

　　1.1 開采保護層

　　1.2 預抽煤層瓦斯

　　1.3 煤層區域性預先注水

　　在煤層采掘之前，對煤層實施大麵積預先處理，以達到煤層卸壓、排放瓦斯及改變煤層物理力學性質的目的，從而大麵積消除煤層的突出危險性。在選擇防突措施時，應優先采用區域性防突措施。

　　1.1開采保護層

　　作用機理

　　在開采煤層群時，通過開采保護層，實現被保護層的卸壓和瓦斯排放，消除被保護層的突出危險性。

　　保護層的選擇

　　①首先選擇無突出危險的煤層作為保護層。

　　②礦井中所有煤層都有突出危險時，應選擇突出危險性較小的煤層。

　　③優先選擇上保護層。

　　有關保護層開采的技術要求和保護範圍、效果執行《規程》和《細則》的規定。

　　1.2預抽煤層瓦斯

　　作用機理

　　通過預抽煤層瓦斯，減少煤層瓦斯壓力和含量，降低瓦斯內能，提高煤體強度，以消除煤層的突出危險性。

　　技術要求

　　①采用平行布孔方式，鑽孔應控製整個預抽區域並均勻布孔;

　　②煤層瓦斯預抽率應大於30%;

　　③預抽後，突出煤層殘存瓦斯含量應小於該煤層始突深度處的煤層原始瓦斯含量;

　　在平頂山礦區，由於煤層透氣性低，瓦斯預抽率一般不超過10%，抽放效果差，單靠預抽不能消除煤層的突出危險性在采掘過程中還必須采取局部防突措施。

　　1.3煤層區域性預先注水

　　作用機理

　　水進入煤層的裂隙和孔隙，使原始煤體濕潤，增加了煤的可塑性和柔性，彈性模數降低20～30%，應力分布變的比較均勻，彈性能的釋放速度比較緩慢;水封閉了瓦斯流動的通道，減小了瓦斯放散速度，降低了瓦斯能的釋放速度;注水可以提高f值，增加了煤層的強度。

　　技術要求

　　①煤層最少有一個分層均勻濕潤，水分達到4%以上。

　　②沿煤層走向和傾向不留空白區。

　　③最好采用中低壓小流量長時注水。

　　該方法在俄羅斯作為區域性措施

　　2 、局部性防突措施

　　卸壓排放措施

　　超前鑽孔、抽放瓦斯、鬆動爆破、卸壓縫

　　水力化措施

　　煤層注水、水力鬆動、水力壓裂、水力爆破、水力衝孔

　　煤體圍岩強化措施

　　金屬骨架、前探支架

　　煤體圍岩強化措施一般與其它兩種措施共同使用

　　在煤層采掘過程中，在采掘工作麵向煤層體實施處理措施，以達到煤層卸壓、排放瓦斯及改變煤層物理力學性質的目的，從而消除工作麵附近煤層的突出危險性。

　　2.1超前鑽孔

　　作用原理

　　在采掘工作麵向煤層施工一定深度的鑽孔，對煤層進行卸壓和排放瓦斯，使應力集中帶向工作麵深部轉移，消除突出危險性。

　　技術參數

　　①鑽孔直徑75～120mm;

　　②保持一定的超前距(不小於5米);

　　③掘進工作麵應控製到巷道斷麵輪廓外2～4m;

　　④鑽孔應布置在煤層的軟分層中;

　　⑤鑽孔個數和間距根據鑽孔有效排放半徑而定。

　　2.1超前鑽孔

　　2.2瓦斯抽放

　　掘進工作麵超前抽放

　　對突出危險性嚴重的掘進工作麵實施超前鑽孔抽放;

　　超前鑽孔直徑75～120mm，深度25～30m以上，鑽孔5～12個，穿過工作麵前方的應力集中帶;

　　巷道輪廓四周的控製範圍2～4m;

　　抽放時間7～10天，一般不超過15天;

　　2.2瓦斯抽放

　　掘進工作麵隔離式抽放(邊掘邊抽)

　　對突出危險性相對不大、瓦斯湧出量大推進速度快的掘進工作麵實施隔離式抽放;

　　巷道兩幫卸壓帶內瓦斯在抽放負壓的作用下，被引入到抽放鑽孔中，隔斷瓦斯向巷道的湧出，減少巷道瓦斯湧出量;

　　鑽孔開口位置距煤壁2～2.5m，抽放區段距煤壁3～5m，與巷道軸線的夾角小於5° ;

　　鑽孔抽放期2～3個月。

　　2.3 鬆動爆破

　　掘進工作麵深孔鬆動爆破

　　鑽孔直徑42mm，孔深不小於8m，孔數根據爆破有效半徑確定;

　　控製到巷道輪廓線外1.5～2m的範圍;

　　超前距不小於5m;

　　必須執行撤人、停電、設警戒、遠距離放炮、反向風門等安全措施。

　　2.3鬆動爆破

　　采煤工作麵淺孔鬆動爆破

　　適用於煤質較硬、圍岩穩定較好的煤層;

　　沿采煤工作麵每隔2～3m打一個鑽孔，孔深不小於3m，炮泥封孔長度不得小於1m;

　　超前距不小於2m。

　　2.4卸壓縫

　　對突出危險性嚴重的采煤工作麵，在工作麵用專門機器開卸壓縫，引起煤層卸壓和排放瓦斯，消除突出危險性;

　　主要參數

　　卸壓縫的位置、高度、深度和割縫速度;

　　卸壓縫深度不超過1.5m～2m，並保證0.5m的超前距;

　　c、卸壓縫高度10～14mm，保證煤層充分卸壓，卸壓縫又能閉和，不積聚瓦斯;

　　應編製割縫過程中的防突措施。

　　2.5卸壓槽

　　在掘進工作麵的兩個隅角開卸壓槽，引起應力集中帶向深部轉移，消除突出危險性;

　　卸壓槽深度不小於0.5m，寬度60～80mm;

　　進尺超前距不小於0.5m;

　　可用鑽孔法或專用工具形成卸壓槽。

　　2.6水力鬆動

　　作用機理

　　在工作麵向煤層注入15～20MPa的高壓水，使煤層裂隙擴張，形成平行於工作麵煤壁的裂縫，引起煤體卸壓和排放瓦斯，應力集中帶向煤體深部轉移。

　　主要參數根據煤層的具體條件而定，包括封孔深度、注水壓力、注水量、有效注水半徑等。

　　在俄羅斯約有20%的采掘工作麵采用水力鬆動，回采工作麵突出頻率0.055，準備工作麵突出頻率0.057。

　　2.7水力壓裂

　　作用機理

　　在工作麵打直徑42～45mm的鑽孔，借助於高壓水將煤層向工作麵方向強製壓出，引起煤壁卸壓和排放瓦斯，消除突出危險性。

　　主要參數

　　鑽孔深度、封孔深度、鑽孔間距、注水壓力、注水時間、注水速度等

　　實施水力壓裂必須製定詳細的安全技術措施

　　在俄羅斯的應用表明，回采工作麵突出頻率0.264，準備工作麵突出頻率0.243。

　　3、各類防突措施適應條件及優缺點

　　五、 防治突出措施的效果檢驗

　　1. 目的和要求

　　2. 鑽孔布置方式

　　3. 檢驗方法

　　1. 目的和要求

　　為檢查控製防突措施的施工質量和有效性，確保消除突出危險性，保證工作麵安全進尺，必須實施防突措施的效果檢驗;

　　當防突措施無效時，必須再次執行防治突出的補充措施，隻有經措施效果檢驗有效後，方可在采取安全防護措施的前提下進行采掘作業，並留有不小於2m的檢驗超前距。

　　2. 鑽孔布置方式

　　檢驗孔的布置必須可靠控製防突措施的效果和有效範圍;

　　石門揭煤工作麵檢驗孔孔數為4個，其中石門中間1個，其它3個鑽孔位於石門上部和兩側，終孔位置應位於措施控製範圍的邊緣線上。

　　對於采掘工作麵檢驗孔位於措施孔之間，檢驗孔孔深應小於或等於措施孔;

　　檢驗孔不得與措施孔交叉穿透，不得采用措施孔或預測孔進行效果檢驗。

　　3. 檢驗方法

　　措施效果檢驗方法根據《細則》第34條、第35條采掘工作麵突出危險性預測方法的規定執行;

　　必須采用2個及以上指標;

　　選用的檢驗指標要適應防突措施的特性，如煤層注水措施不采用鑽屑量指標，可采用鑽孔瓦斯湧出初速度、鑽屑瓦斯解吸指標等

　　嚴格執行《細則》第四節防治突出措施效果檢驗。

　　六、 安全防護措施

　　1. 安全防護措施的作用

　　2. 安全防護措施的內容與要求

　　1.安全防護措施的作用

　　由於突出機理的複雜性，目前仍處於假說階段，尚未完全掌握突出發生、發展的數學物理本質，再加上煤層瓦斯賦存條件和地質條件的多變性，以及預測、措施執行和效果檢驗過程中人為因素的影響，降低了預測、效果檢驗的可靠性，即使在預測、效檢不超標的情況下，仍有可能發生突出。平頂山礦區也發生過多次低指標突出事故。

　　2. 安全防護措施的內容

　　根據《規程》第209條和《細則》第91條的規定，井巷揭穿突出煤層或在煤層中進行采掘作業時，都必須采取安全防護措施。安全防護措施包括震動放炮、遠距離放炮、避難所、壓風自救係統和隔離式自救器等。

　　2.1 采用震動放炮揭穿石門時， 必須遵守下列規定：

　　① 工作麵必須有獨立可靠的加在風係統，必須保證回風係統中風流暢通，並嚴禁人員通行和作業;

　　② 放震動炮由礦總工程師統一指揮，並由救護隊在指定地點值班，炮後至少以30min，由礦山救護隊人員進入工作麵檢查。根據檢查結果，確定采取的恢複送電、通風及排除瓦斯等具體措施;

　　③ 為降低震動放炮時誘發突出的強度，應采取擋樣設施;

　　④ 揭開煤層後，在石門附近30m範圍內掘進煤巷時，必須加強支護，嚴格采取防突措施。

　　⑤ 震動放炮要求一次全斷麵揭穿或揭開煤層。對緩傾斜煤層，應一次全斷麵揭開岩柱。如果震動放炮未能按要求揭穿煤層，在掘進剩餘部分進(包括掘進煤層和進入底(頂)板2m範圍內)，必須按照震動放炮的安全要求，進行放炮作業。煤層特厚或傾角過小不能一次揭開全厚時，在掘進剩餘部分時，必須采用抽放瓦斯、排放鑽孔、水力衝孔等防突措施。

　　2.2 突出危險區設置反向風門

　　反向風門平時開，放炮時必須關閉。反向風門必須安設在進風側，一組反向風門必須兩道，間距4m，風門距工作麵距離及組數應根據突出強度確定。

　　牆垛用混凝土或磚砌築，並嵌入周邊岩石中0.2m 以上，牆垛厚≥0.8m，門框厚度≥100mm，門厚≥50mm。

　　門垛上設鐵風筒，並有防逆流隔斷裝置。

　　突出嚴重區應采用液壓反向風門(鋼結構)。

　　2.3 采用遠距離放炮

　　采用遠距離放炮時，放炮地點應設在進風側反向風門之外或避難所內，放炮地點距工作麵的距離根據實際情況由局總工程師確定。放炮地點應配備壓風自救係統或自救器。放炮時，回風係統都必須停電撤人，放炮30min後，方可進入工作麵檢查。

　　根據我國石門揭煤突出統計，煤拋出的最大距離為1170m(天府局三彙一礦揭K1煤層時)，而大多數特大型突出，拋煤距離均在200m以內。據前蘇聯研究資料，從開始出現明顯的預兆到發生突出之間的最短時間間隔為2~3min。在此期間，如果人員以8Km/h的速度快跑的話，能跑出270~400m的距離。考慮到人員對出現預兆瓜的遲緩，以煤層揭開地點到避難所的距離取200m為宜。在采掘工作麵附近和放炮啟動地點，也需設避難硐室，考慮到采掘工作麵的突出強度比石門揭煤時為小，巷疲乏斷麵也比石門端麵小，因此，此距離應小於200m，根據情況確定。

　　2.4 避難所、壓風自救係統(1)

　　突出礦井應在井下設避難所或壓風自救係統，根據情況，可設置其中之一或混合設置，並符合下列要求：

　　(1)井下避難所的要求是：

　　①設在采掘工作麵附近和放炮地點，數量和距采掘工作麵的距離根據具體情況確定;

　　②門必須向外開啟，室內淨高不低於2m，長寬依工作地點最多人數確定，麵積不得少於0.5m2/人，有直通調度室電話;

　　③避難所內必須設有供給空氣設施，每人供風量不少於0.3m3/min。應有減壓裝置和帶有閥門控製的呼吸嘴;

　　④避難所應根據最多人數配備足夠的自救器。

　　避難所、壓風自救係統(2)

　　(2)壓風自救係統的要求是：

　　① 壓風自救係統安設在井下壓縮空氣管路上;

　　② 設置在距采掘工作麵25~40m的巷道內、放炮點、撤離與警戒人員所在位置及回風道有人作業處。長距離掘進巷道中，每隔50m設置一組壓風自救係統;

　　③ 每組可供5~8個人用，但每人不得少於0.1m3/min。

　　2.5 其它

　　① 電氣設備須有專人檢查、維護，每旬查一次防爆性能;

　　② 突出煤必須及時清理，以防自燃引起瓦斯爆炸;

　　③ 對突出空洞，應充填或支護，不應放出鬆散煤體;

　　④ 突出礦井每一入井人員，必須隨身攜帶隔離式(壓縮氧和化學氧)自救器。