摘要在总结分析了国内外煤与瓦斯突出机理Word下载.docx

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（7）围岩的透气性越差、致密的岩层越厚，煤层的瓦斯含量越高，其突出的危险性也就越大；

（8）突出多发生在揭煤和煤层掘进工作面；

（9）在突出前大都出现预兆。

2煤与瓦斯突出的预测

2.1突出预测方法的分类

按预测预报范围和时间的不同，预测方法可分为3类：

第一是区域性预测，主要是确定煤田、井田、煤层和采掘区域性的突出危险性；

第二是局部预测，它是在区域性的基础上，根据钻探、采掘工程等资料，进一步对局部地区或要点的突出危险性作出判断；

第三是日常预测，它是在区域性预测、局部预测的基础上，根据突出预兆的各种异常效应，对突出危险发出警告。

2.2国内外煤与瓦斯突出的预测方法

2.2.1微震技术预测突出危险性

研究表明，煤和围岩受力破坏过程中发生破裂和震动，当从震源传出震波或声波的强度和频率增加到一定数值时，可能出现煤的突然破坏，发生突出。

突出是由连续的多起断裂引起的，而且异常的微震发射通常在断裂之前5～45s内产生，故微震法作为突出预报方法，有其广阔的应用前景。

俄罗斯在地震声学预测方法中取得了较好的研究成果。

2.2.2煤层温度状况预测突出的危险性

温度状况预测突出危险性的理论根据是：

瓦斯解吸时吸热，导致煤层温度降低。

温度降低越多，说明煤层瓦斯解吸能力越强，则突出危险性越大。

前苏联NA雷任科等学者，对采掘工作面近工作面地段的煤体温度状况进行了考察研究，用于突出危险性日常预测，并对掘进中发生的6次突出全部作出了预报。

原苏联的另一些学者，采用近工作面地带的温度与煤体原始温度之差作为突出预测指标，该预测方法被原苏联防突委员会推荐使用。

2.2.3煤层中涌出的氦或氡浓度的变化预测突出

研究表明在地震之前不仅有氡的反常涌出现象，而且有氦的反常涌出。

前苏联学者考察了顿涅茨煤田中2个不突出煤层和4个突出煤层的氦含量后指出：

自由释放的瓦斯中，氦含量高，瓦斯压力也相应的高。

煤中涌出的氦可以作为预测突出的一个指标，该项目正在继续进行。

2.2.4电磁辐射强度预测突出危险

电磁辐射是煤岩体受载变形破裂过程中向外辐射电磁能量的过程或物理现象，与煤岩体的受载状况及变形破裂过程密切相关。

采用电磁辐射法预测煤与瓦斯突出的优点是：

电磁辐射综合反映了煤与瓦斯突出等灾害动力现象的主要影响因素；

可实现真正的非接触预测，无需打钻，对生产影响小，易于实现定向及区域性预测，不受含瓦斯煤体分布不均匀的影响；

可实现动态连续监测及预报，能够反映含瓦斯煤体的动态变化过程；

既能探测煤壁附近的突出危险性及突出危险带的方位，又能检验防突措施的效果。

目前岩石破裂电磁辐射效应的研究取得了很多有益的成果，研究表明：

在煤岩层受力变形破坏过程中会产生电磁辐射，电磁辐射强度取决于所受力的大小和煤岩层的物理力学性质。

煤炭科学研究总院重庆分院利用这一原理研制的煤与瓦斯突出危险探测仪，在四川芙蓉矿务局进行了实际应用，取得了较好的效果。

2.2.5神经网络方法进行突出预测

煤与瓦斯突出，其发生是由地应力、高压瓦斯、煤的结构性能、地质构造、煤厚变化、煤体结构及围岩特征诸多因素决定的。

突出灾害的发生是极不规则的，其所处的系统是一个不断变化的系统，各种力学作用与这些作用所形成的地质体，大多数都处于复杂的非线性状态。

人工神经网络方法的出现，为解决这一问题开辟了一条新途径。

神经网络具有通过样本来“学习”的能力，一方面区别于传统的各种预测方法，实际应用时无须做出因素与突出相关关系的任何假设，只需将实际数据直接提供给网络来训练；

另一方面训练完成后的网络能以任何精度逼近真值，能够抽提、捕捉隐藏在历史数据中的规律，尤其是那些尚未被人类认识和揭示的规律，这些优点是传统方法无法比拟的。

3煤与瓦斯突出预兆及其防治

3.1煤与瓦斯突出预兆

煤与瓦斯突出前一般都有预兆，没有预兆的突出是极少数的。

突出预兆伴随其突出过程按其主要特征大体可分为“三个阶段”，各阶段的显现程度和处理原则各不相同，见表2。

3.2煤与瓦斯突出的防治措施

煤与瓦斯突出是一种极其复杂的动力现象，因其具有突发性、不完全的可知性，很难完全防止它的产生。

但是如果开展突出预测并采取行之有效的防治措施，仍可做到不发生或减少伤亡事故的发生。

目前防治煤与瓦斯突出工作，已不是单一的技术措施，而是一套完整的综合防治突出的系统工程。

防治突出首先要摸清楚它发生的地区、范围，采取必要的防治措施，改变其发生突出应具备的基本条件，使其不发生或降低其突出强度，并采取必要的进行煤巷道的设计时，要避开地质构造带和应力集中区；

施工关：

巷道和抽放钻孔必须按设计施工，落实到实处；

验收关：

巷道和抽放钻孔必须有专人验收，确保质量；

封孔关：

凡有矿井系统抽放和局部抽放系统的矿井，应采用新设备、新技术、新工艺、新材料，确保封孔质量，提高抽放效果；

抽放卸压关：

应按表计算，掌握抽放量、抽放率、瓦斯压力和解突必须按照颁发的防突细则的有关规定进行效果检验，符合要求后方准揭煤；

二次卸压关：

揭煤前可再打一组卸压孔，进行二次卸压。

3.2.2煤巷掘进防突

国内外实践证明，煤与瓦斯突出多发生在煤巷掘进过程中。

为了有效地防治煤巷掘进突出，应用超前排放钻孔、浅孔松动爆破、深孔控制爆破、预抽瓦斯以及上述措施与边掘边抽相结合的综合防突措施。

在一般和中等程度突出危险区域，大部分采取打少数超前卸压钻孔的方法解突；

在严重突出危险区域，大都采用超前钻孔、煤体固化和金属骨架等多种措施综合防治。

3.2.3大倾角不稳定煤层防突

在大倾角不稳定煤层中，重点采取超前密集钻孔和煤层注水防突措施。

超前密集钻孔是通过煤体前方的钻孔使煤体应力释放和转移，钻孔使煤体前方的高压瓦斯得以释放，使掘进头前方一定范围内形成低应力、低瓦斯区，达到防突或降低突出强度的目的。

目前国内外都不同程度地应用煤层注水措施来降低或消除瓦斯突出危险性，实验测试结果表明：

湿润煤的〖JP2〗瓦斯解吸量可达常压下煤的瓦斯解吸量的17%～27%，当煤样吸水饱和后，湿煤较干煤的透气系数要下降一个数量级。

国内外不少矿井煤层注水后的实际结果表明，注水结束后打开钻孔时几乎没有瓦斯涌出现象，在注水进行采掘时，瓦斯涌出量明显下降，并且放炮后的瓦斯涌出量比较均匀

煤与瓦斯突出预测防治技术的发展与展望

来源：

中国矿业商务网 

时间：

2008-4-11 

我院是我国最早从事瓦斯突出防治研究的专业研究院，研究领域涉及突出预测、防突出措施、措施效果检验和人身防护安全措施、突出机理等各方面。

在国内首先开展了开采保护层、大、小直径超前钻孔、钻孔水力冲刷、水力冲孔、深孔松动爆破、石门金属骨架等多种防突措施研究；

率先在国内开展了煤层与瓦斯突出区域性预测和工作面预测科研工作，提出了区域预测煤和瓦斯突出危险性综合指标P和K、煤层突出危险性指标△P、工作面预测钻屑量指标S、钻屑瓦斯解吸指标△h2、C及钻孔瓦斯涌出初速度指标g；

建立了区域预测综合防突技术思想，并在现场投入应用；

率先开展了AE声发射、瓦斯涌出特征非接触连续预测突出研究，以及机掘面防突措施研究。

20世纪50年代，我院于1956——1960年首先在北票、红卫、涟邵、焦作、梅田、六盘水等矿井进行瓦斯突出调查，建立了全国重点突出矿井卡片；

1958年率先在北票煤田台吉三井、冠山二井开采保护层，并获得成功，为最初的防突提供了最为有效的技术手段；

1959年继续在天府磨心坡井推广应用开采保护层，并结合瓦斯抽放综合防突。

20世纪60代初，我院即建立区域预测单项指标△P、f值，1960年——1965年进行了全国突出煤层△P、f值普查；

1961年——1963年在红卫、蛇形山矿进行开采保护层推广；

1964——1965年在红卫煤矿进行300mm大直径超前钻孔和水平分层采煤法自我卸压保护防突研究，并将大直径超前钻孔推广到北票、梅田等局；

1966——1968年在北票台吉、冠山三宝进行了13个煤层、14个石门的钻孔水力冲刷试验研究，均安全揭开石门；

1968年在北票三宝矿进行煤巷道水力冲孔防止突出措施工艺研究；

1968年国内率先在北票台吉矿进行深孔松动爆破防突措施研究；

1965——1967年在北票开展震动放炮揭开突出层，将震动放炮用瞬发雷管发展到毫秒雷管；

1967年我院在北票三宝一井、台吉矿首次应用煤的破坏类型、瓦斯放散初速度△P、煤的坚固性f区域突出危险性预测、提出了煤的突出危险性综合指标K。

20世纪70年代，1974——1975年，我院应用提出的综合指标K结合地质条件，对北票三宝、台吉两个矿各煤层进行区域突出危险性分类；

于1977年在北票矿务局试验研究超声波测定煤层应力，研制了超声波应力测定仪，并初步探索了地震指标与煤和瓦斯突出的关系（水氡指标及入射性元素放射性强度与突出关系）。

20世纪80年代，我院的突出研究工作有了飞跃，1980——1981年，我院在调查分析了我国一系列突出矿井始突深度、煤层瓦斯压力、煤的坚固性性系数f，综合考虑地应力、瓦斯和煤质这3项具有决定突出发生的主要因素，在北票、红卫经大量考察研究，提出了标志煤层突出危险性的综合指标D，并建立了地勘、基建和生产矿井预测煤层和区域突出危险性综合指标法（D、K指标），并在系统考察研究煤样暴露时间、破坏类型、瓦斯压力、煤样精度诸因素与瓦斯解吸规律基础上，在国内首次提出了预测工作面突出危险的钻屑瓦斯解吸指标△h2、衰减系数C和钻屑量指标S。

初步得出了标志突出危险性的钻屑倍率指标，研制了MD-1型井下瓦斯解吸仪，首次成功地利用△h2、C、S预测石门揭煤工作面突出危险性。

以上预测方法和指标的提出奠定了我国突出区域预测和工作面预测的理论和工艺技术基础。

1986年开始国家“七五”攻关，我院就“北票综合防突措施”、“焦作综合防突措施”、“瓦斯突出监测系统”进行重点科技攻关。

在北票试验成功了低透气性煤层网格布孔大面积预抽区域防突措施和钻孔卸压煤配合金属骨架防止石门揭煤突出新工艺，将石门揭煤时间由原来的3~6个月缩短到1~3个月；

在煤巷突出预测攻关中，首次在突出矿进行四位一体综合防突，经1800m巷道跟踪多参数预测，提出综合反映钻屑量、钻屑量解吸指标的综合指标F，首次用预测突出率、预测突出准确率、预测非突出准确率来评价突出预测方法适用性指标，并研制了MD-2型瓦斯解吸仪、ZCD-1型钻孔多级流量计、JN-1型封孔器等，成套工作面突出预测仪表，在全国突出矿井得到了广泛的应用。

在焦作试验成功工艺简单、装备配套的深孔控制卸压爆破局部防突措施，连续、安全掘进300m，最高月掘进速度达95.2m。

在安阳龙山矿试验研究了AE声发射非接触连续预测突出新方法，研制成功IMSC-1型煤矿声发射测定仪，被收入《中国技术成果大全》第八期（科学技术文献出版社，1994年）。

在完成上述攻关任务的同时，1987年在营城煤矿进行岩石（煤）与二氧化碳突出预测与防治研究；

1989年在北票、焦作率先开展利用监测系统预测突出及检验防突措施效果和机掘面防突措施研究。

20世纪90年代，我院瓦斯突出承担有“工作面预测敏感指标及临界值的确定”、“机掘面防突措施及配套装备的研究”、“利用综合参数连续预测突出方法及装备”三项国家“八五”重点科技攻关项目，攻关地点在焦作矿务局九里山矿。

在工作面敏感指标课题中，利用模糊数学方法确定综合模糊指标，预测突出准确率达61%，预测不突出准确率达100%；

机械防突措施中，研制了JX-2型开卸压槽装置，在国内首次利用机械装置开出连续的卸压槽，在严重突出煤层平均月掘进速度由27m提高到138m；

在连续预测课题中，研制了MSZH-1型声发射指标转换器及配套的声发射传感器，在国内首次成功地将声发射系统与矿井环境监测系统联网，初步提出相邻帮滑移平均小时事件相对变化率预测指标NE；

在动态瓦斯涌出研究中，扩展了矿井环境监测系统功能。

此外，我院1996年还开发了煤与瓦斯突出专家系统，目前正在开发DSS煤矿工程师决策系统。

在人身防护安全措施研究领域，我院早于1958年就研制成功了过滤式自救器，并得到普遍应用；

1976研制成功AZN-60型4h氧气呼吸仪；

1986年~1991年陆续研制成功AZH-40、AZH-15、AZH-20、AZH-60型系列化学氧自救器；

1986~1988年进行了超氧化钾药片成型工艺的国家“七五”重点科技攻关，其成果迅速产品化，并远销德国；

1993年又研制成功OSR系列化学氧自救器。

所有上述产品均已商品化、产业化，在煤矿得到广泛的应用。

在煤矿瓦斯突出理论研究方面，我院在20世纪50年代就开始突出煤层煤质结构、瓦斯放散特性与煤瓦斯突出关系的研究。

1959年我院首次应用压汞法研究突出煤、非突出煤孔隙、比表面积；

1961年率先进行煤的吸附变形测定研究，首次提出煤吸附变形定量关系。

20世纪70年代我院系统研究煤层瓦斯重烃组合对突出的影响，1972年提出煤与瓦斯突出最小瓦斯压力理论及数学模型，1978年提出瓦斯重烃组合成份和煤与瓦斯突出的关系。

20世纪80年代我院开始煤与瓦斯突出发生条件的研究，在实验室系统模拟（物理模拟）了煤的破坏类型、应力、瓦斯压力、含量等因素和煤与瓦斯突出的关系，系统地进行了突出煤、非突出煤冲击破碎率试验研究，在国内首次应用沉降分析技术对突出粉煤颗粒组份进行了突出、非突出煤碘吸附试验，系统地进行了等压、非等压解吸规律的研究。

20世纪90年代，我院系统开展了煤吸附瓦斯变形及变形力的研究，得出了吸附变形时变形力与瓦斯压力的数学关系；

首次开展了煤的分形孔隙与瓦斯突出的关系研究。

2“四位一体”综合防突措施

煤与瓦斯突出是极其复杂的矿井瓦斯动力现象，是煤矿井下最为严重的地质灾害之一。

原煤炭工业部于1988年颁发了《防治煤与瓦斯突出细则》把我国防突技术工作纳入了四位一体综合防突措施和轨道，使防突措施更加有的放矢，提高了措施的防突效果，提高了经济效益，取得了良好的效果，使我国的防突工作达到了一个新的阶段，形成了我国在煤矿生产中自己的综合防突措施体系。

3煤与瓦斯突出国家攻关项目成果简介

煤科总院抚顺分院在国家“七五”、“八五”、“九五”及煤炭行业的科技攻关中，取得的重要科研成果有如下几个方面：

3．1煤与瓦斯突出危险性工作面预测技术研究

由抚顺分院完成的国家“七五”科技攻关项目“北票综合防突措施研究”在我国首次提出了在全国普遍适用的工作面突出危险性预测方法，提出了包括利用钻屑量、钻屑瓦斯解吸指标、钻孔瓦斯涌出量等新时期单项指标和综合指标进行工作面预测较为详尽的实施方案。

该预测方法在《煤矿安全规程》中被确定为工作面突出预测的标准方法之一，在全国得到推广应用。

该成果荣获煤炭部科技进步三等奖。

该项技术的推广应用，提高了我国煤矿防治与瓦斯突出的能力，使我国的年突出次数大为降低。

自煤炭部颁发《防治煤与瓦斯突出细则》以后，“四位一体”的综合防突措施在全国大部分突出矿井得到了较广泛的应用。

在执行综合防突措施中，工作面突出危险性预测成为防治突出首要的一环。

突出预测的正确与否既关系着突出危险煤层开采的作业安全，也涉及到防突措施的实施范围，与煤矿的生产效率和经济效益密切相关。

国家“七五”攻关中，抚顺分院为全国的突出矿井提供了一套广为适用的预测方法和配套的参数测试仪表。

但要求各矿井根据自己的使用情况，采用适合于本矿区的敏感指标和临界值。

为此，抚顺分院在国家“八五”科技攻关项目“工作面突出敏感指标及临界值的确定研究”中，在我国首次提出了煤与瓦斯突出敏感指标及临界值的确定方法。

提出了利用聚类分析技术、模糊数学处理方法，确定突出敏感指标及临界值，使预测不突出准确率达到100%，预测突出的准确率达到60~70%。

该成果在北票、焦作、抚顺得到了应用。

获得了煤炭部科技进步二等奖。

3．2煤与瓦斯突出动态预测技术研究

传统的接触式突出预测技术一般需要施工钻孔，占用大量的作业时间，增加了防突费用和吨煤成本，而且是间断性的点预测方式，经常在非预测时段发生突出，往往会导致人员伤亡事故，所以煤与瓦斯突出连续预测成为近年来的主要研究方向。

抚顺分院在国家“八五”、“九五”科技攻关中提出了“利用综合参数连续预测突出方法及装备”、“声发射实时跟踪连续预测突出危险性技术研究”两项科研课题。

利用AE（AcousticEmssion）声发射技术和瓦斯动态涌出特征对煤与瓦斯突出危险性进行连续预测取得了较好的效果。

研制了能够与环境监测系统联网的声发射突出危险监测系统。

提出了声发射突出危险预测指示及瓦斯动态涌出指标和临界值，为煤矿的生产应用提供了一整套完整的技术方法。

该成果达到国际先进水平。

3．3煤与瓦斯突出强度预测技术研究

国家“九五”科技攻关中，抚顺分院完成了“煤与瓦期突出强度预测技术的研究”，在全国首次提出了突出危险强度预测理论和方法，提出了利用相似的理论，在实验室对煤与瓦斯突出进行三维模拟实验，通过改变纵向应力、横向应力、瓦斯压力、煤体强度等参数，建立了突出强度数学模型，作出了突出强度预测从定性预测到定量预测的一个尝试，取得了较大的科研价值。

该项成果达到了国际领先水平。

3．4煤与瓦斯突出预测预报专家系统的研究

该项课题对我国的主要突出矿井的预测参数值大小、指标、临界值和瓦斯突出方面的基础数据进行整理、归类、组成突出预测专家系统的数据库，利用计算机辅助决策技术对突出进行预测，形成煤与瓦斯突出预测预报专家系统。

该项课题填补了我国在这一领域的空白，使我国的突出预测技术从人工化走向智能化。

3．5煤与瓦斯突出防治措施研究

3．5．1水力压裂防突

抚顺分院在全国首次提出了水力压裂防突技术，并与山西阳泉、湖南红卫、抚顺、焦作煤矿合作，进行了现场试验，取得了较好的实验效果。

该项成果提出了水力压裂的一整套实施方法及装备，确定了煤层水力压裂工艺的基本参数。

3．5．2金属骨架及扩孔卸煤钻防突

在国家“七五”攻关项目“北票综合防突措施研究”中，抚顺分院与北票局协作提出了利用金属骨架和扩孔卸煤钻相结合进行石门揭穿突出危险煤层措施，并将该项成果进行完善和推广，从而使石门揭穿突出危险煤层的时间大为缩短，该项成果在全国得到了广泛的应用。

3．5．3机掘工作面防突

在国家“八五”攻关课题“机掘面防突措施及配套装备的研究”中，抚顺分院提出了一套利用卸压槽在综掘工作面防止煤与瓦斯突出的方法。

该方法规范了卸压槽防突措施的实施条件、开槽角度、深度、槽宽距离等实施工艺，并实现了割掘一体化。

该措施在焦作得到应用，使原本60~90m/月的掘进速度达到120m/月，提高了掘进速度，缓解了煤矿紧张的采掘接替形势，建立了突出危险煤层掘进综合机械化掘进防突体系。

4防突对策和技术展望

（1）认真贯彻执行“四位一体”防突综合措施，对防止突出事故来说，有两大任务：

一是防止突出发生，二是防止突出造成人身伤亡事故。

综合措施中的防突措施和安全防护措施分别是为解决上述任务的两条防线。

十多年来，某些突出严重的国有重点煤矿应用了综全防突措施取得了良好的效果，但大多数突出矿井仍未应用。

（2）提高突出危险性预测的准确性。

结合突出矿井的具体条件，通过科学试验可确定突出预测敏感指标和标志突出危险的临界值。

在“八五”、“九五”期间科技攻关的基础上，尽快实现用声发射、瓦斯涌出动态变化和电磁幅射等指标，对工作面突出危险性进行连续非接触式预测。

（3）提高防突措施的效果。

随着突出矿井机械化程度的提高，试验研究机采机掘工作面的防突措施。

包括从防突观点出发，尽量减小机械截煤深度，均速推进，改善工作面支撑状况，使工作面前方煤体应力均衡向前推移，避免形成大的集中应力，将突出危险性降至最小程度。

例如，在突出煤层加采面推广使用刨煤机，在机掘工作面试用带有超前掏卸压槽机构的掘进机等。

（4）优先推广使用开采保护层和预抽煤层瓦斯等区域性防突措施。

这是当前行之有效的防突治本措施。

开采保护层时应结合抽放瓦斯提高保护效果的扩大保护范围。

单一突出危险煤层提高瓦斯抽放率是世界煤矿抽放瓦斯领域又一亟待解决的难题，在这方面我国进行了大量科学试验工作，先后试验成功密集大直径钻孔、水力割缝、水力压裂、网络布孔、定向卸压爆破和交叉布孔等。

但这些方法往往由于工艺复杂，需要大量资金投入，难以在生产中推广使用。

寻求工艺较简单能适应突出矿井生产条件的提高煤层瓦斯抽放率的方法，仍是防突出工作的一个重大课题。

（5）加强突出矿井的瓦斯地质工作。

包括矿井地质构造和煤层赋存条件的预测工作，防止误揭突出煤层；

各种地质构造区域煤层瓦斯含量、瓦斯压力和地应力变化规律及其与突出危险性的关系；

各种地质构造对煤层的破坏程度和性质的影响等。

（6）加强突出机理研究。

当前突出综合假说已得到世界各国的普遍认同，但该假说只是定性地说明了突出原动力（地应力和瓦斯压力）和受力体（煤体）之间大致的能量和功的关系，且在许多方面认识上并不一致，例如，突出时释放的固体弹性变形潜能是主要来源于煤层还是围岩？

何以会突出那么多瓦斯，有特殊瓦斯吗？

构造应力是突出的必要条件，还仅是有利条件？

煤体发生连续自发（雪崩式0破坏的具体条件是什么？

延期性突出发生的原因何在？

等等。

上面这些问题仅涉及突出机理的物理本质方面，至于数学描述突出的发生、发展和终止过程，则是突出机理研究方面一个更为复杂的课题。

防治煤与瓦斯突出是世界煤矿安全技术领域一大难题。

经过数十年的科学研究和煤矿生产实践，现已初步形成我国自己的“四位一体”防突综合措施的每一个环节上不断完善提高，使突出预测更加准确，防突措施更加可靠，以保证突出矿井的安全生产。