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煤与瓦斯突出是煤矿中一种极其复杂的动力现象

煤与瓦斯突出是煤矿中一种极其复杂的动力现象,它是威胁煤矿安全生产的严重自然灾害之一,如果由于煤与瓦斯突出引起瓦斯爆炸和火灾事故,后果更为严重。

世界各主要产煤国家都发生过煤矿突出事故。

1834年3月22日,法国发生了世界上第一次有记载的突出,1950年辽源矿务局发生了我国第一次有记载的突出。

随着我国煤炭工业的迅速发展,矿井数目和开采深度日益加大,突出危险性也日益增大。

迄今全国约有250对国有重点煤矿发生了煤与瓦斯突出,另外,乡镇煤矿中也有数量众多的突出矿井,我国是世界上突出最严重的国家,突出矿井数占世界突出矿井总数的45%,突出次数最多,累计突出1.6万次,占世界突出总次数的35%,突出死亡事故最为严重(1960年5月14日四川同华煤矿发生煤与瓦斯突出,突出煤1000t,死亡271人,伤36人)。

它给广大职工生命财产造成巨大的损失,在社会上产生了巨大的负面影响。

因此,如何防止煤与瓦斯突出,确保矿井安全生产事关重大。

近百年来,世界各国在防治突出方面虽进行了大量的工作,但到目前为止,对各种地质、开采条件下突出发生的规律还没有完全掌握,也未能完全杜绝突出发生。

对煤矿生产来看,防治突出的任务有两个方面:

一是防止突出发生,或减少突出的频率和强度;二是避免突出造成人身伤亡事故。

一、煤与瓦斯突出的概念

煤与瓦斯突出是指煤与瓦斯(以甲烷为主的烃类气体,下同)在一个很短的时间内突然地连续地自煤(岩)壁抛向巷道空间所引起的动力现象。

在煤与瓦斯突出过程中,抛出的煤体有的只有几吨、几十吨,有的则达几百吨,特大型的突出甚至高达几千吨以上,同时涌出大量的瓦斯充满整个巷道空间。

根据目前的研究结果,引起煤与瓦斯突出的力有地应力和瓦斯的压力,作用介质为软煤和瓦斯。

二、突出的危害

1、产生的高压瓦斯流,能摧毁巷道,造成风流逆转、破坏矿井通风系统。

2、井巷充满瓦斯,造成人员窒息,引起瓦斯燃烧或爆炸。

3、喷出的煤岩,造成煤流埋人。

4、猛烈的动力效应可能导致冒顶和火灾事故的发生。

三、煤与瓦斯突出的形式及基本特征

1、突出。

地应力和瓦斯压力的联合作用,地应力作用为主,重力不起决定作用。

(1)突出的向外抛出距离较远,具有分选现象;

(2)抛出的煤堆积角度小于自然安息角;

(3)抛出的煤破碎程度较高,含有大量的煤块和手捻无粒感的煤粉;

(4)有明显的动力效应,破坏支架、推倒矿车、破坏和抛出安装在巷道内的设施;    

(5)有大量的瓦斯涌出,瓦斯涌出永远超过突出煤的瓦斯含量,有时会使风流逆转;

(6)突出的孔洞呈口小腔大的梨形、舌型、倒瓶形以及其它特殊的形状。

2、压出。

主要因素是受采动影响所产生的地应力,瓦斯压力和煤的自重是次要因素。

(1)压出有两种形式,即煤的整体位移和煤有一定距离的抛出,但位移和抛出的距离都较小;

(2)压出后,在煤层与顶板之间的裂隙中,常留有细煤粉,整体位移的煤体上有大量的裂隙;

(3)压出的煤呈块状,无分选现象;

(4)巷道瓦斯涌出量增大;

(5)压出可能无孔洞或口大腔小的楔形孔洞。

3、倾出。

主要因素是地应力。

(1)倾出的煤就地按自然安息角堆积,并无分选现象;

(2)倾出的孔洞呈孔大腔小,孔洞轴线沿煤层倾斜或铅垂方向发展;

(3)无明显的动力效应;

(4)倾出常发生在媒质松软的急倾斜煤层中;

(5)巷道瓦斯涌出量明显增加。

瓦斯撕裂裂纹过程;(4)煤壳失稳抛出过程;(5)煤体搬运过程及(6)静止解吸过程。

★突出危险煤层的基本特征

突出煤层和非突出煤层在媒质、结构、赋存条件以及特征等方面存在着明显的差异,这些差异是煤层突出危险性评价的依据。

一般来说,突出危险煤层具有以下特征:

1、具有较高的变质程度。

2、具有较高的瓦斯压力和瓦斯含量。

(0.74MPa,10m3/t)

3、透气性较低,顶底板一般为封闭型。

4、结构破坏类型较高、强度低。

(III、IV、V类,f<0.5)

5、瓦斯放散初速度较大。

10m2MPa·d

6、比表面积较大。

7、突出危险煤层具有明显区别于非突出煤层的孔隙结构特征。

大孔多,小孔少。

★在突出煤层中有下列情况之一的,视为突出危险工作面:

1、在突出煤层的构造破坏带,包括断层、褶曲、火成岩侵入等;

2、煤层赋存条件急剧变化的区域;

3、采掘应力叠加的区域;

4、在工作面预测过程中出现喷孔、顶钻等动力现象;

5、工作面出现明显的突出预兆。

四、煤与瓦斯突出的一般规律

(1)随着开深程度的增加,突出的危险性增大。

其主要表现为突出次数增多,突出强度增大,突出煤层增加,突出危险区域扩大。

(2)突出次数和强度随煤层的厚度,特别是软分层的厚度的增加而增加,突出最严重的煤层往往是最厚的主采煤层。

(3)突出的气体主要是甲烷,少数情况下突出二氧化碳。

一般情况下,瓦斯含量和瓦斯压力越大,突出危险越严重。

平均每吨煤突出的瓦斯量比煤层的瓦斯含量高,从数十到数百立方米,突出煤层的相对瓦斯涌出量都在10~15m3/t以上。

同一煤层瓦斯压力越高,突出危险性越大;不同煤层的瓦斯压力与突出危险性之间无直接关系,因为决定突出与否除瓦斯因素外,还有地应力、煤结构等因素。

在矿区的局部范围内,条件基本相同时,可以从煤层埋藏的深度与瓦斯压力之间的关系,以及不同的煤强度与突出开始深度之间的关系,导出具体条件下突出的最小瓦斯压力与煤强度之间的经验公式。

这种经验公式只有在条件相同时才能应用。

(4)煤体破坏程度越严重,煤的强度越小,突出危险越大。

一般情况下,煤层增厚时容易突出,合层时容易突出。

(5)由上向下的突出占大多数,由下向上的突出是极少数。

突出的危险性随着煤层倾角的增大而增加。

(6)尽管在煤层赋存稳定的地方也有突出,但是突出与地质构造有密切关系。

例如,向斜的轴部地区、向斜构造中局部隆起地区、向斜轴部与断层或与褶曲交汇地区、火成岩侵入变质煤与非变质煤交混地区、煤层扭转地区、煤层倾角骤陡、煤层走向拐弯、煤层厚度异常特别是软分层变厚、断层地带等都是突出点密集地区,也是大型突出最易发生的地区。

突出多发生在断层的上盘,尽管断层的下盘也有少数突出。

(7)在采掘形成的应力集中地区,如邻近层的煤柱上下、相向采掘接近区、巷道开口或贯通前、在采煤工作面的集中应力;内掘进上山等,突出危险性剧增,不仅突出次数多,而且突出强度大。

(8)突出一般以煤巷掘进时较多,回采工作面次之。

从巷道类型来看,石门揭穿煤层的全过程突出危险性最大,突出强度极高,一般在100t/次以上,喷出瓦斯超过万m3,瓦斯逆流数百米,易造成重大事故,必须认真防范。

(9)突出主要发生在工作面放炮时,不放炮的工作面则主要表现在连续推进时。

(10)煤层顶、底板的透气性越差,越有利于煤层瓦斯的储存,其突出危险性也越大。

(11)突出前有预兆:

煤体和支架压力增大,煤壁移动加剧,煤向外鼓出,掉碴,煤脱落,煤块射出,有劈裂声、煤炮声、似跑车一样的闷雷声,煤尘变大,瓦斯忽大忽小,温度降低或升高,顶钻或夹钻,煤硬度变化,煤质干燥、光泽变暗、层理紊乱等。

掌握预兆,及时采取措施,对保证人员安全是非常重要的。

☆五、“球壳失稳”假说与瓦斯现场突出规律

突出规律是现场多年来对突出现象的统计和总结的结果,它们的存在不是偶然的,而是有其背景和原因的,深入了解这些统计规律背后产生的原因有助于对突出机理的进一步认识。

(1)突出的次数和强度随着开采深度加大而增加

开采深度越大,无疑地应力越大。

地应力的增大在两个方面有助于突出的发生和突出强度的增加:

具有突出危险的软煤在地应力的作用下,具有渗流作用的裂纹和大孔大多闭合,煤体的渗透系数大大降低,煤体内的瓦斯不易流动。

同时,由于瓦斯向地面泄漏的通道加长,也有利于煤体内瓦斯的保存。

开采深度越大,这种保留瓦斯的作用就越明显。

"根据“球壳失稳”假说的原理,具有突出危险的软煤暴露后,将首先在地应力的作用下破坏,开采深度越大,地应力也越大,软煤就越破碎,释放出来的初始释放瓦斯膨胀能就越大,突出就越可能发生,发生突出的强度也越大。

(2)突出的次数和强度与煤层中软分层厚度的关系

煤层中的软分层是煤层形成的历史上遭受地质构造应力搓揉破坏而形成的。

尽管它与周围的硬煤属于同一时期形成的煤体,但其力学性质上与硬煤有很大差异,它的原始力学强度较小,在同等地应力作用下煤体内产生较多的裂隙,有利于煤体内初始释放瓦斯膨胀能的释放。

软分层厚度越大,释放出来的初始释放瓦斯膨胀能总量就越大,越有利于突出的发生。

在软分层较厚的情况下,形成的球盖状煤壳具有较大的曲率半径和对应的中心角,根据突出的第三个力学条件,这更有利于球盖状煤壳的失稳抛出,所以,在石门揭煤条件下,煤层中软分层厚度是一个重要的决定煤层突出危险性的因素。

在煤巷中巷道沿软分层掘进的条件下,如果软分层在煤层内是均匀分布,那么突出的次数和强度与软分层厚度关系不大,因为这时软分层已经沿厚度方向全部暴露,软分层越厚,工作面前方煤体内的卸压带也越长,只要暴露面附近煤体卸压带内的瓦斯能够充分释放,突出便不会发生。

但是地质构造应力作用下形成的软分层并非均匀分布的,而是随着巷道的推进,软分层厚度在不断变化,尤其是当掘进工作面从硬煤进入软煤时,这时的情况相当于石门揭煤的情况,煤层中软分层越厚,突出越容易发生。

因此,实际煤层中存在着软分层厚度越大,突出越容易发生的规律。

(3)煤层中原始瓦斯压力与突出危险性的关系

严格来说,煤层中的瓦斯压力是指煤体孔隙和裂隙内游离瓦斯的压力,在工作面前方的煤体内,这个压力值是变化的。

原始瓦斯压力则指煤层被扰动之前孔隙和裂隙中游离瓦斯的压力。

但它们之间又是相互联系的,煤层中的瓦斯压力总是由原始瓦斯压力开始变化,并且总是由大向小的方向变化。

在石门揭煤条件下,煤体破裂前煤层中的瓦斯不容易泄漏,煤层中的瓦斯压力就是原始瓦斯压力。

根据“球壳失稳”假说,瓦斯压力是发生突出的真正动力。

这时,从力学条件来看,原始瓦斯压力越大,煤体在地应力作用下破裂后形成的“I”型裂纹及球盖状裂缝中能够积聚的瓦斯压力就越大,“I”型裂纹就越容易撕裂,球盖状煤片就越容易失稳抛出。

从能量的角度来看,原始瓦斯压力越大,煤体内单位面积孔隙和裂隙上吸附的瓦斯量就越多,煤体破坏后,释放出来的初始释放瓦斯膨胀能就越大,突出就越容易发生。

因此,煤层中的原始瓦斯压力越大,越容易发生突出。

(4)突出时的吨煤瓦斯涌出量与煤层的原始瓦斯含量的关系

突出时涌出的瓦斯涌出量一般是在突出的过程中及突出后进行粗略统计得到的,如可以在矿井的回风巷中测量风流的风量及瓦斯浓度来进行。

将统计得到的总瓦斯涌出量除以突出时抛出的煤体质量就能得到突出过程中的吨煤瓦斯涌出量。

而煤层的原始瓦斯含量是通过实测或试验室测定得到的。

在突出过程中,涌出的瓦斯并不仅仅来自于突出的煤体。

(5)突出的危险性随着煤层的倾角增大而增加

在推导“球壳失稳”机理的过程中,考虑到煤体自身重力的影响远小于地应力和瓦斯压力,为简化起见,故将煤体重力这一因素忽略不计。

实际煤层中重力的影响是客观存在的,当突出阵面沿软分层推进时,如果煤层的倾角较大,无论是从力的角度还是从能量的角度来分析,都可以看出:

重力的影响将使突出阵面更易于向上发展,并且煤层倾角越大,这种作用越大。

尤其是在煤体比较破碎、松散和干燥时更是这样。

这时表面松散的煤体在重力的作用下能够突然冒落,使得内部有突出危险的煤体突然暴露,从而引起突出。

在这一过程中,开始时煤体的突然冒落属于倾出现象,此后突出煤体暴露,发生的是突出现象。

因此这一过程是两种动力现象的叠加。

这种动力现象发生后,现场可以发现突出的迹象,如煤体的安息角小于自然安息角,抛出煤体有气流搬运的痕迹等。

如果没有瓦斯作用的迹象,则属于倾出现象。

(6)突出与地质构造的关系

所谓地质构造是指由地壳运动而造成的岩层构造形态。

地质构造是多种多样的,有的简单,有的复杂,但其基本构造形态可以归纳为单斜构造、褶曲构造和断裂构造三类。

单斜构造比较简单,褶曲构造和断裂构造则比较复杂,与突出有密切关系的地质构造主要是一些褶曲构造和断裂构造,如封闭的向斜轴附近,煤层的扭转区,煤层倾角骤变地区,走向拐弯地点,煤层厚度的变化带尤其是软分层变厚带,煤包及分岔处,压性及压扭性小断层附近及岩浆侵入带等,这些地质构造都具有较好的保存瓦斯的特点。

在地质构造形成的过程中,地质构造附近的煤层受到了较大的破坏,部分煤体的强度大大降低,同时,有些地质构造中还储存了很高的构造应力。

当工作面揭露了这些地质构造附近的煤体时,煤体就会进一步破坏,并释放出大量的初始释放瓦斯膨胀能,导致突出。

由于在井田当中,地质构造是区域性分布的,因此,突出煤层内突出点的分布也是区域性分布的。

突出危险区只占突出煤层总面积的5%~10%。

(7)采掘形成的应力集中地区,突出危险性剧增

现场的统计资料表明,在采掘形成的应力集中区内作业时,突出危险性剧增。

如邻近层留有煤柱,相向采掘的两个工作面互相接近,巷道开口或两巷贯通之前在集中应力带的影响范围内掘进巷道等。

在应力集中带中,煤体内的应力将明显增加,如果是软煤,则集中应力可以达到0.5倍左右。

煤层内应力的增加主要从两个方面影响突出现象的发生:

①由于地应力的增加,煤层中的集中应力带内透气性系数降低,瓦斯泄漏减慢,有利于煤层内瓦斯的保存。

②巷道一旦揭露集中应力带内的软煤,煤体在地应力的作用下更加破碎,释放出来的初始释放瓦斯膨胀能增大,突出的危险性也增大。

因此采掘形成的集中应力带内突出危险性将会急剧增加。

(8)绝大多数突出发生在落煤时,尤其是在爆破时

煤层能否突出取决于煤层刚暴露时暴露面及其附近煤体内释放出来的初始释放瓦斯膨胀能的大小。

在地应力和煤体原始强度一定的条件下,煤体的初始释放瓦斯膨胀能与这时煤层内的瓦斯压力密切相关。

瓦斯压力越大,煤体中释放的初始释放瓦斯膨胀能就越大。

需要注意的是这里的瓦斯压力不是煤层内的原始瓦斯压力,而是煤层即将暴露时煤层的孔隙内的游离瓦斯压力,这个压力是随着时间变化的,尤其是在工作面前方的煤体内。

我们以软煤均匀分布的煤巷掘进为例,当掘进头推进到某一位置时,煤层内的瓦斯在压力的作用下必然向巷道空间渗流,同时由于地应力的作用,掘进头前方存在一段破裂带,破裂带内的透气性系数大大增加,非常有利于其中的瓦斯渗流,因此掘进头前方煤体内的瓦斯压丸分布是外低内高的,并随着时间的延长逐渐向内推进。

在这种情况下,如果掘进头是匀速推进的,或使用爆破掘进时每次只推进很小一段距离,则掘进头较难发生突出。

因为每次新暴露的煤面处残余的瓦斯压力已经足够的低。

但是,如果采用爆破掘进的进尺足够的大,使得每次新暴露的煤面处在暴露前尚有较高的瓦斯压力,相当一部分论著将其称为“深揭”作用,则突出就有可能发生。

如果掘进头前方的煤体内软硬煤体是不均匀分布的,软硬煤相间分布,则当掘进头从硬煤进入软煤时最容易发生突出。

由于硬煤的强度较高,支撑着掘进头前方的集中应力,破裂带较短,而软煤中由于地应力较大,透气性较小,瓦斯不容易泄漏,软煤中维持较高的瓦斯压力。

在进行落煤工艺时,尤其是通过爆破使掘进头一举进入软煤时,破坏的软煤中释放出大量的初始释放瓦斯膨胀能,很容易引起突出。

(9)与其他类型的巷道相比,石门揭煤的突出危险性最大,突出强度也最高

煤层内任一点的突出危险性取决于该点在暴露时释放出来的初始释放瓦斯膨胀能及软分层厚度的大小。

在石门揭煤时,由于岩石的强度往往大于煤体,而各类岩石的透气性小于煤体,这样在石门即将揭开煤层之前,煤层中的瓦斯泄漏量很少,能够保留足够大的瓦斯压力。

一旦揭开煤层,煤体内就会释放出大量的初始释放瓦斯膨胀能,从而引起突出。

正因为如此,同一地点的煤层用石门揭煤的方式揭开时具有较大的突出危险性,而采用煤巷掘进的方式揭露时,其突出危险性则要低一些,甚至消失。

根据前面对突出过程的描述,突出强度的大小不但与煤体初始释放瓦斯膨胀能及软煤厚度有关,而且与软煤的分布范围及巷道的尺寸有关。

在石门揭煤时,石门巷道的尺寸一般大于煤巷尺寸,突出时不容易在突出口处积聚起较高的气压,有利于突出阵面在煤体内发展,往往具有较大的突出强度。

所以目前大型及特大型突出都发生在石门揭煤的时候。

六、突出机理

解释突出原因和突出过程的理论,称为突出机理。

概括起来主要有以下几种,即“以瓦斯为主导作用的假说”,“以地应力为主要作用的假说”,“化学本身假说”及“综合假说”。

以瓦斯为主导作用的假说,包括有:

瓦斯包说、突出波说、裂缝堵塞说、闭合孔隙说、地质破坏带说、卸压堵塞说、瓦斯膨胀说、瓦斯解吸说等等假说。

以地压为主要作用的假说包括有:

岩石变形潜能说、集中应力说、应力叠加说、顶板位移不均匀说、塑性变形说、振动波动说、放炮突出说等等假说。

化学本质假说包括有地球化学说、瓦斯水化物说、重煤说、硝基化合物说等等假说。

这些假说都是从某一角度看突出,各有一定的局限性和片面性。

用地压为主导作用的假说,不能解释突出时煤的分选现象及生成大量的粉煤,并在突出时能喷出数十万乃至上百万m3的瓦斯,可以逆风流运行并充满数千米长的巷道等现象。

同样,用以瓦斯为主导作用的假说不能解释煤层的揭开和过煤门时的突出。

目前我国大多数研究者认为,煤与瓦斯突出是地压、高压瓦斯和煤体结构性能三个因素综合作用的结果,是聚集在围岩和煤体中大量潜能的高速释放。

并且高压瓦斯在突出的发展过程中起决定性作用,地压是激发突出的因素。

有人认为:

“地质构造是引起突出的决定因素”,高压瓦斯是突出的主要动力,煤层破坏是突出的有利条件,采掘活动是突出的诱发因素。

★目前对煤与瓦斯突出的机理仍存在诸多的争议

尽管目前我国大多数研究者趋向认为煤与瓦斯突出是地压、高压瓦斯和煤体结构性能综合作用的结果,但如果我们稍加注意,就可以发现该理论仍存在诸多的矛盾和争议,它主要表现在以下几点:

1、关于认为构造应力是影响突出的主要因素问题

(1)如果构造应力是影响突出的主要因素,那么靠近地质构造处应该是应力最大并发生突出,但有些突出则是工作面越过地质构造一段距离之后才发生突出。

(2)为什么突出多发生在中、小断层,而大断层并不突出?

(3)按照地质学的观点,水平褶曲是在水平方向的工作用力形成的,其背斜和向斜位置的构造应力应该是大致相等的,但从实际突出统计看,小的褶曲多发生在背斜,向斜却很少发生突出;大、中型褶曲则多发生在向斜,而背斜却很少发生突出。

它们是矛盾的。

2、关于认为地应力(主要是指采动应力)是影响突出的主要因素问题

(1)对于采动应力,回采工作面的采动应力要比掘进工作面的大许多,但回采工作的突出无论从突出次数还是从突出的强度方面一般要比掘进工作面少。

(2)回采工作面顶板周期来压,尤其是大顶的第一次冒落前,可谓地应力最大时,但我们并未听到这时更容易突出以及发生突出的实例。

(3)回采工作面推进得越慢,其采动压力越大越不容易突出。

而推进得越快,采动压力越小反而更容易发生突出。

(4)平顶山十矿一采面,在回采期间多次发生突出,但发生第一次突出时,工作面刚采了一半,且不说老顶,就连伪顶也未早落。

3、关于地质构造突出的原因有多种观点

当一条断层突出后,有人认为该断层附近煤体破碎,有人认为其富含瓦斯,还有人认为有构造应力。

仅构造应力而言,有人认为是后期构造应力,有人认为是先期构造应力。

可以说对突出的解释是多样性的,目前对突出的机理仍有待探讨。

七、防突措施

就防突措施的发展来看,可概括为三个发展阶段。

第一个阶段为以安全防护措施为主的阶段,其主要措施是震动性放炮。

在人员远离工作面的条件下,放震动炮诱导突出,以保证人身安全。

第二阶段为普遍采用防止突出技术措施的阶段,即在石门揭开突出煤层,以及在突出煤层的采掘工作面,普遍采用防突措施,如开采保护层、超前钻孔、松动爆破等,另辅助采用安全防护措施。

第三阶段为综合措施阶段,其主要特点是在综合措施中加入了突出危险性预测和防突措施效果检验两个环节,使防突工作更加有的放矢,措施效果进一步提高。

《防突细则》要求,在开采突出煤层时,必须采用综合措施,包括:

1、  突出危险性预测;

2、  防治突出措施;

3、  防治突出措施的效果检验;

4、  安全防护措施。

“四位一体”综合措施,符合当前对突出的理论认识水平和防突技术发展现状。

突出危险性预测是防突综合措施的第一个环节。

预测的目的是确定突出危险的区域和地点,以便使防突措施的执行更加有针对性。

防治突出措施是防突综合措施的第二个环节,它是防止发生突出事故的第一道防线,即防止突出发生。

防突措施仅在预测有突出危险的区域和区段应用。

防突措施的效果检验是防突综合措施的第三个环节,目的是在措施执行后检验预测指标是否降到突出危险值以下,以保证防突措施的防突效果。

安全防护措施防突综合措施的第四个环节,它是防止发生突出事故的第二道防线。

安全防护措施的目的在于突出预测失误或防突措施失效发生突出时,避免人身伤亡事故。

故首先要进行突出区域预测,把煤层划分为突出危险和非突出煤层,再通过区域预测把突出危险煤层划分为突出危险、威胁区和无突出危险区,最后通过工作面突出危险性预测把工作面划分为突出危险和无突出危险工作面。

只有在预测为突出危险的工作面才采用防治突出措施,且在措施执行后进行防突效果检验。

在突出煤层的危险区威胁区,仅采用安全防护措施,但应根据煤层的突出危险程度,采掘工作面每推进30~100m,应用工作面突出危险性预测方法连续进行不少于两次的验证性预测,其中任何一次验证为有突出危险时,该区域即改为突出危险区。

(二)制定防突出措施的基本原则

1、部分卸除煤层区域或采掘工作面前方煤体的应力,使煤体卸压并将集中应力区推移至煤体深部;

2、部分排放煤层区域或采掘工作面前方煤体中的瓦斯,降低瓦斯压力,减少工作面前方煤体中的瓦斯压力梯度;

3、增大工作面附近煤体的承载能力,提高煤体稳定性,如金属骨架、超前支护和注浆加固煤体等;

4、改变煤体的性质,使其不易于突出,如煤体注水后,煤体弹性减小,塑性增大,煤的放散瓦斯初速度降低,使突出不易发生;

5、改变采掘工艺条件,使采掘工作面前方煤体应力和瓦斯压力状态平缓变化。

上述前两个原则是减小发生突出的原能力,是釜底抽薪的办法,如开采保护层、预抽瓦斯、超前钻孔、水力冲孔、松动爆破等。

(三)防止突出措施分类

1、区域性防突措施。

开采保护层、大面积预抽煤层瓦斯和煤层注水等。

(预先采取,不干扰采掘作业,效果好)

2、局部防突9措施。

(在预测有突出危险的采掘工作面应用)超前钻孔、松动爆破、水力冲孔、金属骨架等。

八、各类巷道突出的特点及分析

巷道类型不同,突出的条件也不同,这就引起突出诸因素的作用发生一定的变化,形成突出的各自特点。

(一)石门突出

石门突出有四种类型:

爆破揭开煤层时的突出、延期突出、过煤门时的突出、自行冲破岩柱的突出。

其中以放炮揭开煤层时的突出所占比重最大,因为它对发生突出的条件来讲最有利。

现对这四类石门突出分析如下。

1、爆破揭开煤层时的突出

围岩的透气性比煤层小得多,石门揭开煤层前,煤层内的瓦斯未经排放,保存着原始的高瓦斯压力。

当放炮揭开煤层的瞬间,煤体地应力状态突然改变,新暴露面的煤体内瓦斯压力梯度达到最大值。

煤层新暴露部分在很高的瓦斯压力和一定的地应力共同作用下,如果这部分煤属乙类或丙类破坏结构,其力学强度较弱,就可能造成暴露煤壁的表层突然破碎,破碎的煤被膨胀着的高压瓦斯所携带抛向巷道。

这种连锁破碎抛出过程使突出向煤体深部扩展。

如果是急倾斜煤层,上悬煤体还有重力参与,突出向上方伸展。

从突出类型来看,爆破揭开煤层时的突出绝大部分属于瓦斯突出类型,除具有瓦斯突出的基本特征外,还有以下特征:

(1)靠近突出点一段距离的直巷几乎被突出煤堵满,弯曲巷道或上山也有堆积;

(2)有时只有煤层的某一分层或某几个分层突出,突出孔只沿这些分层扩展,煤层的其他分层以及围岩基本上没有显著的位移和破坏;

(3)突出孔位置和深度主要受瓦斯压力和煤结构分布的控制,在急倾斜煤层,因重力参与,对突出孔的发育方向有较

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