煤與瓦斯突出 防治技術與管理體係
平煤集團公司通風管理中心
李國旗 高級工程師
★ 緒 論
煤與瓦斯突出是嚴重威脅煤礦安全生產的自然災害之一。中國是一個煤與瓦斯突出比較嚴重的國家，到目前已經發生各類突出15000次，每年由於突出死亡50多人。因此，學習掌握煤與瓦斯突出基本知識，搞好防治突出工作，保證安全生產，是廣大煤礦職工的一項艱巨和長期的任務。
煤與瓦斯突出 防治技術與管理體係
第一部分、煤與瓦斯突出概述
第二部分、防治突出綜合技術措施
第三部分、煤與瓦斯突出事故處理
第四部分、煤與瓦斯突出防治管理體係
第一部分、突出概述
一 . 煤與瓦斯突出基本概念
二、煤與瓦斯突出簡史
三 . 煤與瓦斯突出的危害
四. 突出煤的物理力學性質
五 . 煤與瓦斯突出的分類
六 . 煤與瓦斯突出的預兆
七 . 煤與瓦斯突出的規律
八 . 典型案例
一、煤與瓦斯突出的基本概念
煤與瓦斯突出是在煤礦井下開采過程中，在地應力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤岩由煤體或岩體內突然向采掘空間拋出，並伴隨湧出大量瓦斯的一種很複雜的異常動力現象。
二.煤與瓦斯突出簡史（1）
根據資料記載，世界上突出已有170多年的曆史。1834年3月22日，法國魯阿雷煤田依薩克煤礦，在急傾斜厚煤層平巷掘進工作麵發生了世界上第一次煤與瓦斯突出。
據不完全統計，世界上約有20多個國家和地區發生煤與瓦斯突出30000多次。其中中國、俄羅斯、法國、波蘭和日本五個國家突出比較嚴重。
世界上最大一次突出發生在1969年7月13日，是前蘇聯的頓巴斯礦區加加林煤礦，當石門揭穿厚僅1.3米煤層時，發生了突出，突出煤（岩）14200噸，湧出瓦斯25萬立方米。
煤與瓦斯突出簡史（2）中國
中國是世界上突出最為嚴重的國家，目前有270多個突出礦井，已發生突出15000餘次，占世界各種突出總數的40%以上。突出的主要省份有四川、重慶、湖南、貴州、江西、河南、遼寧、黑龍江等。
國有重點煤礦有記載的最早的一次突出發生於1950年4月20 日，是吉林遼源礦務局富國礦西二坑。
我國最大的一次突出發生在1975年8月8日，是四川天府礦務局三彙壩一礦在主平硐揭穿煤層時發生的，突出煤（岩）12780噸，湧出瓦斯近140萬立方米。
煤與瓦斯突出簡史（3）平煤
平頂山原為非突出礦區，但隨著礦井開采深度的增加，特別是89年以來，突出礦井不斷增加，範圍不斷擴大。目前，全公司有突出礦井5對（四礦、五礦、八礦、十礦和十二礦），有突出預兆礦井5對（一礦、六礦、十一礦、十三礦和香山公司）。
平頂山礦區有文字記載的第一次突出於1984年10月13日發生在八礦戊二沿煤皮帶下山。
平頂山最大一次突出於2000年10月15日發生在八礦戊二沿煤皮帶下山，突出煤量551噸，湧出瓦斯30103立方米。
到2002年底，共計發生各類突出125次，總突出煤量6763噸，總湧出瓦斯442178立方米。發生突出死亡事故3起8人。
三 . 煤與瓦斯突出的危害
煤與瓦斯突出是一種及其複雜的動力現象，它在短時間內向采掘空間拋出的大量煤(岩)並湧出大量的瓦斯，給礦井安全生產造成嚴重威脅。
(1)突出煤流充塞巷道，能摧毀巷道設施，機電設備，破壞通風係統；
(2)突出煤流埋人死亡，高濃度瓦斯造成人員窒息死亡；
(3)遇火源引發瓦斯燃燒和爆炸等。
案例1：
1879年4月17日，比利時曾發生一次突出，突出強度為420噸，湧出瓦斯50萬立方米，瓦斯噴出時，逆風流從提升井衝到地麵，距井口23米的爐火導致瓦斯燃燒，火焰高達50米，井口建築物燒成廢墟。兩小時後，火焰將熄滅時，又引起瓦斯連續爆炸7次，每隔7分鍾爆炸一次。當時井下有209人，死亡121人，地麵燒死3人，11人被燒傷。
案例2：
1971年六枝礦務局大用煤礦突出煤量2000餘噸，死亡99人，風流逆轉，造成人員窒息，遇害人員在距離突出地點700~800米。
案例3：
1972年2月20日，湖南紅衛煤礦石門揭煤遠距離放炮時發生了突出，突出強度為4500噸，湧出瓦斯138.5萬立方米，高濃度瓦斯從主井口噴出，井口附近瓦斯濃度高達15%，較長時間穩定在9%；從北翼風井口，噴出瓦斯被信號房內的爐火引燃，火柱高達30米，井口房和主扇被燒毀。
案例4：
1999年12月26日沈陽礦務局紅菱礦揭煤時發生特大型突出，突出煤量2000噸，瓦斯逆流2000多米，死亡28人，遇害多為局礦級和基層單位領導，其中包括礦總工、副總、局通風處處長5名處級幹部，其他人員除放炮施工人員外，也多為區隊長和礦救護人員。
案例5：
2002年4月7日，安徽省淮北礦業集團公司蘆嶺煤礦發生了一次煤與瓦斯突出事故，突出煤量5000餘噸，湧出瓦斯30餘萬立方米。突出的煤充填巷道700多米，其中400多米巷道被填實，造成13人死亡。
案例6：
1990年11月4日平煤集團十二礦己15-17—16041風巷，在掘進到727m時曾發生煤與瓦斯壓出，壓出煤量19噸，湧出瓦斯量1400m3。1991年1月22日該工作麵掘進到865m時又發生煤與瓦斯壓出事故，壓出煤量91噸，湧出瓦斯量4200m3，造成流煤埋人，1人死亡。
案例7：
97年10月3日，遼寧撫順礦務局老虎台礦-880m首采區-780水平中央運輸石門掘進工作麵發生煤與瓦斯突出，突出煤量1017噸，湧出瓦40337立方米，造成7人死亡。其中在工作麵作業的6人被煤流與瓦斯衝出15m後被煤流埋住死亡，另有一人在距離工作麵約80m以外的中央進風石門拐彎處被瓦斯窒息死亡。工作麵裝岩機和兩台礦車被衝出13到15m遠，部分支架扭曲變形。突出煤堆積長度85米，發生突出時有連續2分鍾左右的轟隆聲，並有大量瓦斯湧出，進風石門口瓦斯瞬間達到10%，石門口以裏瓦斯達到40%以上，造成風流逆轉300米以上。
案例8：
2002年8月13日，平煤五礦己17~23200機巷在掘進機割煤、架棚子時發生突出，造成6人死亡，其中5人被突出煤流埋住，另有一人在撤退中缺氧窒息。突出煤拋出長度20.7米，煤量123噸，湧出瓦斯9800立方米。
四. 突出煤的物理力學性質（1）
煤與瓦斯突出發生在煤層中，煤的結構特征對突出也有顯著影響。根據大量突出點的調查統計，在發生突出的地點及附近的煤層都具有層理紊亂、煤質鬆軟的特點，人們習慣上把這種煤叫做軟分層，或稱軟煤。在突出礦井，煤質變軟是突出的一種預兆。
所謂軟分層或者軟團塊、軟煤，是與正常煤層相比而言的。這種煤層比正常煤分層的強度明顯降低，具有極端的鬆散性和易碎性，用手撚搓易成厘米、毫米級碎粒甚至煤粉。從地質角度分析，軟分層煤屬於構造煤，它是煤層在構造應力作用下形變的產物。
突出煤的物理力學性質（2）
按照煤在構造作用下的破碎程度，構造煤分為三種類型：
碎裂煤：煤被密集的相互交叉的裂隙切割成碎塊，這些碎塊保持尖棱角狀，相互之間沒有多大的位移，僅在一些剪性裂隙表麵煤被磨成細粉，原生結構可見。
碎粒煤：煤已破碎成粒狀，由於運動過程中顆粒間相互磨擦，大部分顆粒被磨去了棱角，並被重新擠壓，主要粒級在1mm以上。原生結構已破壞，構造鏡麵發育。
糜棱煤：煤已破碎成細粒狀或細粉狀，並被重新擠壓，其主要粒級在1mm以下，有時煤粒磨得很細，隻相當於岩石的粉砂級。由於這種煤是在強烈形變和發生塑性流動情況下造成的，肉眼和鏡下常可看到流動構造，如長條狀顆粒的定向排列等。
突出煤的物理力學性質（3）
煤結構破壞程度的分類
國內外不少研究者采用煤結構的破壞程度預測煤與瓦斯突出的危險性。
煤的結構與突出的關係主要表現在原生結構被破壞的構造結構上。煤的結構破壞越嚴重，煤的機械強度也就越小，而且破壞後的煤增加了破裂麵，煤內瓦斯的放散速度亦大為提高，因而，突出危險煤層的全部或大部分是由裂隙極多、鏡麵發育、層理紊亂、破碎嚴重的煤所組成，這就是所謂的“構造煤”。
蘇聯和我國一些單位對煤結構破壞程度的研究，進行了煤的破壞類型劃分，從突出危險性區域預測的需要出發，對煤的破壞類型做了劃分，見下頁煤的破壞類型表
煤的破壞類型
突出煤的物理力學性質（5）
煤的物理力學性質研究意義
1. 構造煤是引起突出的必要條件之一（發生突出的地點必須有構造或叫軟分層的存在）。
2. 突出煤層中構造煤厚度的增大，突出危險性也相應的增強。
3. 對構造煤宏觀、微觀的研究，有助於我們認識突出發生的內在原因和機理。
4. 構造煤的厚度變化和分布規律在一定程度上標誌著突出發生的危險程度，對構造煤分布規律的研究有助於我們從地質角度進行突出預測。
五 . 煤與瓦斯突出的分類
4.1 按動力現象的力學特征分類
按照動力現象的力學的基本特征，可分為三類，即：突出、壓出、傾出，統稱為煤與瓦斯突出。
4.2 按突出的強度分類
按照突出強度的大小可分為四類，即：小型、中型、大型和特大型。
1 、突出的基本特征
煤與瓦斯突出，簡稱突出，其基本特征為：
1. 突出的煤向外拋出距離較遠，具有明顯的分選現象；
2. 拋出的煤堆積角小於煤的自然安息角；
3. 拋出的煤破碎程度高，含有大量的塊煤和手撚無粒感的煤粉；
4. 有明顯的動力較應，破壞支架，推倒礦車，破壞和拋出安裝在巷道內的設施；
5. 有大量的瓦斯（二氧化碳）湧出，瓦斯（二氧化碳）湧出量遠遠超過突出煤的瓦斯（二氧化碳）含量，有時會使風流逆轉；
6. 突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、到瓶形以及其它分岔形等。
煤與瓦斯突出基本特征圖示
2、 壓出的基本特征
煤與瓦斯壓出，簡稱壓出，其基本特征為：
1. 壓出有兩種形式，即煤的整體位移和煤有一定距離的拋出，但位移和拋出的距離較小；
2. 壓出後，在煤層與頂板之間的裂隙中，常留有細煤粉，整體位移的煤體上有大量的裂隙；
3. 壓出的煤呈塊狀，無分選現象；
4. 巷道瓦斯（二氧化碳）湧出量增大；
5. 壓出可能無孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞。
煤與瓦斯壓出的基本特征圖示
3 、傾出的基本特征
煤與瓦斯傾出，簡稱傾出，其基本特征為：
1. 傾出的煤按自然安息角堆積，並無分選現象；
2. 傾出的孔洞呈孔大腔小，孔洞軸線沿煤層傾斜或鉛垂（厚煤層）方向發展；
3. 無明顯動力效應；
4. 傾出常發生在煤質鬆軟的急傾斜煤層中；
5. 巷道瓦斯（二氧化碳）湧出量明顯增加。
煤與瓦斯傾出的基本特征圖示
2 、按突出的強度分類
突出強度是指每次突出的煤岩數量和湧出的瓦斯量，主要以突出煤岩量做為劃分突出強度的依據。
① 小型突出：強度小於100噸；
② 中型突出：強度100噸（含100噸）~500噸（不含500噸）之間；
③ 大型突出：強度在500噸（含500噸）~1000噸（不含1000噸）之間；
④ 特大型突出：強度在1000噸（含1000噸）以上。
六 . 煤與瓦斯突出的預兆
實踐證明，大多數突出都有一些能為人的感官覺察到的預兆。熟悉和掌握它，並在現場工作中注意觀察，對於減少突出危害，保證人身安全，有著重要意義。突出的預兆主要表現在以下三個方麵：
煤與瓦斯突出的預兆(1)
地壓顯現方麵的預兆：煤炮聲、支架折裂聲、煤岩開裂、自行剝落、掉渣、底鼓、煤壁顫動、鑽孔變形、垮孔、頂鑽、夾鑽等。
瓦斯湧出方麵的預兆：瓦斯湧出異常、瓦斯濃度忽大忽小、煤塵增大、氣溫和氣味異常、打鑽噴孔、出現哨聲、風聲和蜂鳴聲等。
煤層結構與構造方麵的預兆：煤層層理紊亂、煤體幹燥、煤體鬆軟或強度不均勻、煤的色澤暗淡、煤厚與傾角變化、擠壓褶曲、波狀隆起、斷層等。
概括起來，這些預兆可分為有聲預兆和無聲預兆。
煤與瓦斯突出的預兆（2）
有聲預兆：地壓活動劇烈、頂板來壓、不斷發生掉渣和支架斷裂聲；煤層產生震動、手扶煤壁感到震動和衝擊；聽到煤炮聲或悶雷聲，一般是先遠後近、先小後大、先單響後連響，突出時伴有巨雷般響聲。
無聲預兆：工作麵遇到地質變化、煤層厚度不一，尤其是煤層中軟分層變化；瓦斯湧出量增大或忽大忽小；氣溫降低、煤層層理紊亂、硬度降低、光澤暗淡、煤體幹燥、煤塵飛揚、有時煤體碎片從煤壁上彈出；打鑽時嚴重頂鑽、夾鑽或噴孔等。
七、突出的一般規律(1)
(1)開采深度增加，突出危險性增大；如平頂山礦區，89年以前礦井的開采深度大多在垂深400m以上開采，屬非突出礦區。但隨著開采深度的增加，八礦、十二礦、十礦、五礦、四礦相繼發生突出，由原來的高、低瓦斯礦井升格為突出礦井。目前這些礦井的開采深度已達到800m以上。
(2)突出多發生在地質構造區；如平頂山礦區的125次各類型突出，突出點有地質構造的占73次，占總突出次數的58.4％。
(3)煤體破壞程度越嚴重，煤的強度越小，煤層越厚，特別是軟分層厚度增加，突出危險越大。如平頂山礦區的突出，60％以上與煤層中的軟分層厚度有關。
煤與瓦斯突出的一般規律（2）
(4)采掘應力集中區容易發生突出。有以下幾種情況：
a 、相鄰巷道的應力疊加（包括兩巷相交和巷道貫通等）;
b、采區巷道的應力疊加；
c、相鄰采場的應力疊加；采場的影響範圍比較大，兩采場互 相接近，產生的應力疊加更加明顯。有以下幾種情況：采空區和采麵應力疊加、相向回采和鄰近煤層采掘活動引起的應力疊加等。
(5)圍岩的透氣性越差，致密岩層越厚，突出危險越大。
(6)突出常發生在外力衝擊作用下，如放炮、割煤等；如平頂山礦區的125次突出，放炮57次，割煤48次，占突出總次數的84％
煤與瓦斯突出的一般規律（3）
(7)突出的氣體主要是沼氣，亦有二氧化碳；如平頂山礦區的突出氣體均為沼氣等。
(8)發生突出前大都有預兆。如平煤125次突出，有突出預兆的占114次，占總次數的91.2%。
(9)絕大多數突出發生在煤巷掘進工作麵。石門突出危險性最大。如平煤掘進工作麵突出計87次，占總次數的87%。
(10)煤層突出危險區常呈帶狀分布。
平煤礦區煤與瓦斯突出情況
截止2004年10月底
突出深度分類分析：
突出煤層分類分析
平煤礦區煤與瓦斯突出規律
①隨著礦井開采深度的增加，突出危險性增大
② 絕大多數突出發生在煤巷掘進工作麵
③ 突出多發生在地質構造帶
④ 大多數突出前有作業方式誘導
⑤ 突出前大多數有預兆
⑥ 煤與瓦斯突出危險呈條帶分布
⑦ 煤的碳化程度越高，其突出危險性增大
⑧ 由西向東，突出的危險性隨之增大
平煤礦區突出地質構造關係
平煤礦區突出與采掘工藝的關係
平煤礦區突出與施工工序的關係
平煤礦區突出與突出預兆的關係
工作麵瓦斯突出區域預測效果
平頂山十礦工作麵瓦斯突出預測成果：減少瓦斯突出治理工程量50%以上
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