第二章煤与瓦斯突出分类及其规律.docx

1、第二章煤与瓦斯突出分类及其规律第二章 煤与瓦斯突出分类及其规律第一节 煤与瓦斯突出的概念、分类及危害一、煤与瓦斯突出的相关概念和特点煤矿在采掘过程中，在地应力和瓦斯（含二氧化碳）的共同作用下，破碎的煤（岩）和瓦斯由煤（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。它是矿井瓦斯涌出的一种形式。突出矿井是指在矿井的开拓、生产范围内有突出煤层的矿井。其中，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。煤与瓦斯突出的主要特点是：（1）煤与瓦斯突出后，会喷出大量的瓦斯和煤尘，突出时间极短，一般持续几分钟或几秒钟。（2）破碎的煤（或岩石）常常被抛出一定的距离。使突出

2、地点人员窒息死亡或被掩埋、卷走，巷道被堵塞或冲垮。（3）突出后在煤（岩）体内，往往形成大小不同、开关不一的孔洞。（4）突出时，常常伴有猛烈响声和强大的动力效应。所谓动力效应，就是突出所形成的冲击波能破坏支架、推倒矿车、移动巨石等的一种动力现象。（5）喷出的瓦斯量大大超过煤层的瓦斯含量，往往有几千到几万甚至几百万立方米。（6）突出过程中，不但能顺风流向回风方向冲击，而县常常发生瓦斯逆流现象，即瓦斯流沿着通风相反方向流动。有的逆流很远，可达几百米甚至上千米；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。（7）煤与瓦斯突出后的高浓度瓦斯，开始不会立即爆炸，但在一定供氧条件下

3、，遇火则能引起燃烧；待降到爆炸界限内，遇火源就会爆炸。因此，突出矿井的火源管理非常重要。（8）煤与瓦斯突出后，可能在同一地点发生第二次、第三次突出。二、煤与瓦斯突出的分类煤与瓦斯突出的分类方法有两种，一是按突出现象的力学特征分类，二是按突出强度分类。（一）按突出现象的力学特征分类1、煤与瓦斯突出（简称突出）发生突出的主要因素是地应力和瓦斯压力和联合作用，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仙积蓄的高瓦斯能量。 判断突出现象的基本特征是：（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从粉末状到煤块逐渐增加（即先是煤粉，其后是细颗粒的煤，

4、再后是粗颗粒的煤或煤块）；煤（岩）被高瓦斯气流运至远处，随巷道而拐弯，煤炭规程的坡度小于煤的自然安息角。（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，需要人员用风镐或手镐来清理。（3）突出时大量的瓦斯（有的煤矿是二氧化碳）喷出，有瓦斯逆流现象。突出强度越大，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，能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。突出中心线沿煤层倾斜方向向上

5、延伸或煤层倾向线成不大的夹角，一般长度为几米到几十米，有时可能看不到孔洞，主要是被突出时位移的煤或碎煤所充填。2、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。（4）压出时有大量的瓦斯（二氧化

6、碳）涌出，有时从煤层或岩石的裂缝喷出瓦斯（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）压力可推走设备和折断支架。3、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、内聚力小的煤（岩），在较高的地应力的作用下，突然被破坏，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：（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。煤堆积的坡度等于自然安息角。（2）倾出的煤为大小不同的碎块，杂乱无章。（3）倾出一般都是规则的孔洞，一般为舌形、梨形或袋形等口大内小的形状；孔洞轴线沿煤层倾斜方向延

7、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到数十米。（4）倾出时有大量瓦斯（二氧化碳）涌出，但一般没有逆流现象。（二）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）量比较困难，所以通常以煤（岩）数量作为划分突出强度的主要依据。（1）小型突出：突出的煤（岩）数量小于100t。（2）中型突出：突出的煤（岩）数量为100499t。（3）大型突出：突出的煤（岩）数量为5001000t。（4）特大型突出：突出的煤（岩）数量大于1000t。三、煤与瓦斯突出的危害（1

8、）矿井中一旦发生煤瓦斯突出，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备。（2）冲出的煤岩会堆塞巷道、埋压人员和阻绝人员撤出。（3）煤与瓦斯突出会使通风系统遭到严重破坏，风流逆转，使人员窒息、死亡。（4）煤与瓦斯遇火还可能引发瓦斯爆炸燃烧，造成井毁人亡的特大灾害事故。第二节、煤与瓦斯突出机理一、煤与瓦斯突出的机理解释突出原因和突出过程的理论，称为突出机理。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，至今对煤与瓦斯突出发生的原因还没有统一认识，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

9、斯，即认为煤与瓦斯突出是因为采掘工作接近或沟通存储有大量高压瓦斯的区域（或地点）时，高压瓦斯突然喷出造成的。2、地压作用说地压用途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，积蓄着很大的弹性潜能，当采掘工作接近或进入这些区域（或地点）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（主要指急倾斜煤层）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。目前国内外大多数学者认为综合作用说更切合初阶。二

10、、煤与瓦斯突出的全过程煤与瓦斯突出的全过程，一般可划分为4个阶段：准备、发动、抛出和停止阶段。（1）准备阶段。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；阻力降低过程是因落煤工序使煤体由三向受力状态变为两向甚至单向受务状态，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预兆。（2）发动阶段。在此阶段，极好应力状态的部分煤体突然破碎卸压，发出巨响和冲击，使瓦斯作用在突然碎裂煤体上的推力向巷道自由方向增加几倍至十几倍，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

11、此阶段中，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，增强了瓦斯风暴的搬动力。这时瓦斯流连同碎煤从煤体内在极短的时间内抛出并形成强大的动力效应，随着碎煤被抛出和瓦斯的快速喷出，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，又进入准备阶段，当条件具备时，即可发生第二次、第三次突出。（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。这时

12、煤的突出虽然停止了，而从突出孔周围卸压区与突出煤炭中涌出瓦斯的过程并没有完全停止，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。第三节、煤矿瓦斯地质与突出资料的整理瓦斯地质是把瓦斯作为一个地质体，从地质角度研究煤层瓦斯赋存、涌出和煤与瓦斯突出的自然规律，为煤矿生产建设和能源开发服务的一门新兴的边缘学科。通过瓦斯地质工作，能够了解控制煤与瓦斯突出的地质因素，为防治煤与瓦斯突出提供依据。一、控制煤与瓦斯突出的地质因素控制煤与瓦斯突出的地质因素有：（1）突出煤系和突出煤层的特征；（2）煤层瓦斯含量和瓦斯压力；（3）地应力；（4）煤体结构；（5）地质构造类型。二

13、、瓦斯地质资料的收集瓦斯地质资料和突出资料的收集和整理对矿井研究、制订切实可行的防突措施具有十分重要的意义。1、实施防突措施时瓦斯地质资料的收集（1）收集各钻孔的开孔位置，包括距控制点（防突基点）的距离、距巷道两帮的距离和开孔的高度。（2）收集实施防突措施地点的煤层高度、软分层厚度和煤层各分层的破坏类型。（3）收集煤层的倾角、倾向、地质构造的产状、形态和落差。（4）画现场施工的素描图，包括钻孔位置、煤层位置、构造形态等内容。（5）收集竣工钻孔的方位和倾角。（6）收集钻孔的长度，钻进长度内出现的喷孔、垮孔和顶（卡）钻现象。（7）钻孔喷煤时喷出的距离，实施防突措施前后和实施过程中的瓦斯变化情况。（

14、8）钻孔钻不到位的原因。2、发生突出事故后资料的收集（1）收集资料时的注意事项。发生突出事故后，防突工必须及时到现场收集突出资料。必须经矿总工程师同意后才能进入突出现场，并且必须有两名防突工同行，携带压缩氧自救器和瓦斯检查仪及收集资料所需的地质罗盘、皮尺等工具。必须待突出地点的瓦斯浓度下降后才能进入突出现场收集资料。特殊情况需要及时收集时，必须根据现场实际情况由矿总工程师同意，并指派救护队员或瓦斯检查工与防空工进入现场，并按提定的路线进入。进入现场时，随时检查进入线路的瓦斯浓度。到达突出现场后，要认真观察巷道支护和顶板岩石情况。如顶板有悬矸，要将进出路线的悬矸找净；如巷道支护被突出破坏，要认真

15、观察，在保证自身安全的前提下，可以进入；如不能保证自身安全，则不能进入。（2）收集资料的内容。收集突出工作面进、回风巷道和突出孔口、孔内的瓦斯浓度。测量突出抛出的煤炭的距离、堆积高度和形态及煤炭堆积角度。观察所抛出的煤有无分选性、分选堆积情况，特别注意观察有无煤粉及煤粉的厚度和位置。巷道支护的破坏范围和破坏形态。突出对其他物体的破坏和影响情况。突出孔洞的位置、孔洞的轴线方位和倾角，突出孔洞的形态、大小、深度和高度等。突出点附近的煤层产状（倾向、倾角）、结构、厚度和软分层厚度等突出孔邻近煤层的松软煤体范围，煤体内空隙、缝隙的宽度、长度和方位等。在收集资料、做好记录的同时，应绘制素描图。三、突出资

16、料的整理和分析收集突出资料后，按要求对资料整理成台账或卡片，并绘制图纸，以作为突出档案长期保存和进行突出原因的分析、突出事故的处理依据，并为在采掘生产活动中编制防突措施提供科学依据。1、突出资料的整理 （1）突出煤量按以下几种方法进行计算：利用突出孔洞的几何形状计算突出煤的体积（m3），再乘以煤的密度。利用突出所抛出的煤在巷道中堆积的形态（长度、高度）计算体积（m3），再乘以松散煤的密度。利用突出后清理突出煤体的装车车数，计算突出煤量。（2）突出瓦斯量是指工作面发生后增大部分的瓦斯量至工作面恢复到发生突出前的正常瓦斯涌出量，所增加的瓦斯涌出量为突出瓦斯量。计算突出瓦斯量时，利用瓦斯监测仪，提取

17、突出工作面回风流的瓦斯浓度和测定的风量进行计算。若工作面回风流的瓦斯监测仪被损坏，可利用该采区或矿井回风流的瓦斯监测仪和该采区或矿井回风量进行计算。计算时，从发生突出开始至瓦斯浓度下降到突出前工作面的正常瓦斯浓度的这段时间的瓦斯量减去工作面这段时间内正常瓦斯涌出量。瓦斯量按下式计算：瓦斯量（m3）=风量（m3）瓦斯浓度（%）（3）建立突出台账突出台账包括以下内容：突出时间，突出点位置（突出地点距石门或主要巷道的距离），突出点坐标，突出类型（突出、喷出或压出），突出煤量，突出瓦斯量，突出煤层名称，突出伤亡情况，该煤层累计突出次数，突出前工作面使用的作业工具，突出前采取的防突措施，突出地点的煤层倾

18、角、厚度、软分层厚度，地质构造形态等，如表2-1所列表2-1 煤与瓦斯突出资料台账时间年 月 日 时 分作业工具突出地点名称突出类型距 m ， 距 m突出煤量坐标xyz突出累积煤层特征煤层名称厚度/m倾角/（）软分层厚/m破坏类型突出瓦斯量/m3伤亡情况/人地质构造突出孔洞素描突出前的防突措施预测或检验孔数/个最大参数超前距/m消突措施措施名称参数资料收集人日期 年 月 日填表人（4）建立突出卡片突出卡片除有突出台账的内容外，还应有突出前工作面的瓦斯浓度、风量、突出后瓦斯浓度随时间的变化情况、煤种类型、顶（底）板岩性、邻近煤层和邻近区域开采情况、地质构造叙述、工作面支护形式、空顶距离、支架间距

19、、支护质量、工作面通风方式、突出前工作面瓦斯涌出量及风量、突出前采取的防突措施、突出预兆、突出前及突出时发生过程的描述、突出点距地表的垂直浓度、巷道类型、突出孔洞形状、轴线方向、轴线倾角、突出煤抛出距离及堆积角、动力效应（支架及其他物体破坏情况）、突出孔洞及附近煤层平面图、剖面图、突出煤堆积的平面、剖面图等，如表-2所列。表2-2 矿井动力现象记录卡片编号 公司 矿井突出日期地点离主要大巷距离/m标高煤层特征名称离地表垂深/m厚度/m巷道类型倾角/（）突出处煤层剖面图（注比例尺）煤质顶（底）板岩 性顶板底板邻近层开采情况上部下部地质构造描述（断层、褶曲、厚度倾角及其他）支架形式棚间距离/m空顶

20、距离/m支架质量通风方式有效风量/m3min-1正常瓦斯浓度/%绝对涌出量/m3min-1突出前作业工具突出前采取措施（附小图）突出预兆突出前及突出后当时发生过程的描绘发生突出现象后的主要特征空洞形状、轴线与水平面的倾角喷出煤量及岩石量/t煤喷出距离及堆积坡度喷出煤的粒度及分级情况突出地点附近围岩及煤层破碎情况动力效应（支架破坏及气浪等）突出前瓦斯压力及突出后瓦斯涌出情况其他突出孔洞及煤堆积情况（注比例尺）现场见证人（姓名、职务）伤亡情况动力现象类型及分析意见单位负责人审核填表人（5）进行矿井突出汇总统计突出较为严重的矿井，应对所有的突出进行汇总，并建立矿井突出汇总表。从表中能清晰地看出每年矿

21、井发生突出的次数，各煤层发生突出的次数，回采、掘进及上山发生的突出次数等。能为矿井宏观掌握突出情况、分析突出原因、采取针对性的防突措施提供综合评价。矿井防突汇总表按表2-3建立。表2-3 矿井突出现象汇总表年度实际年产量/t突出次数/次突出次数煤层突出煤量/t突出煤量煤层突出强度伤亡人数瓦斯涌出 量/m3回采/次石门/次平巷/次上山/次号煤层/次号煤层/次号煤层/次回采/t石门/t平巷/t上山/t号煤层/t号煤层/t号煤层/t全矿最大/t全矿平均/t2、突出资料的分析发生煤与瓦斯突出后，必须对突出原因进行分析， 以便吸取教训，对下一步的采掘活动采取针对性的防突措施。在分析突出原因时，应全方位考

22、虑与突出有关的问题，最后得出分析结果。突出原因应从以下几方面进行分析：（1）区域构造应力。发生突出的区域有无大构造（向斜、背斜及断层等）存在，突出点在构造部位的位置，煤层走向或倾斜方向有无区域性的较大变化，区域内小构造是否复杂，区域两翼有无大构造。最后得出区域内是否存在构造应力和产生构造应力方向的结论。地质构造区的压应力和扭应力是最容易引发突出的构造应力，同时区域内复杂的小构造形成的构造应力也容易引发突出。（2）区域矿山压力和采动应力。区域矿山压力：突出部位垂直于地表的岩石厚度越厚，矿山压力越大，越容易发生突出。采动应力：采煤工作面发生突出的部位邻近煤层或本煤层有无已停采和停掘的工作面，突出部

23、位是否在采动应力的影响范围内。应实测工作面前方的应力影响范围，若未进行实测，可参考下面数据进行考虑：采煤工作面前方应力逐渐上升，至30m时为最大值，30m后逐渐下降，至120m时恢复到原始应力值；掘进工作面前方46m为应力最大值，以后逐渐下降，至1012m时恢复到原始应力值。采动应力影响范围最容易发生突出，特别是应力高峰值部位更易发生突出。（3）邻近工作面突出情况。突出工作面两翼和上、下部的本煤层和邻近煤层是否发生过突出；突出点与构造的关系，构造延展与工作面突出点的关系。（4）煤体结构对比。突出点煤体与工作面正常地带的煤体结构（煤层厚度、各分层厚度、煤的光泽度、煤受破坏的类型等）是否存在差异。

24、（5）构造情况突出点部位有无地质构造存在，地质构造的形态，突出点们于构造部位的位置，地质构造的延展方向，突出点及邻近煤层的走向和倾角的变化情况。（6）防突措施。突出前实施的防突措施，包括突出前13个循环实施防突措施的突出危险性预测、防突措施的效果检验和控制范围、实施防突钻孔时的异常情况及煤层结构、地质变化等。（7）突出前的作业方式。落煤工具、炮眼个数和深度、装药量和支护情况等。（8）发生突出的过程。突出前工作面出现的异常情况，突出后煤炭抛出情况和瓦斯涌出量情况等。四、瓦斯地质图1、瓦斯地质图的定义和类型综合反映瓦斯赋存分布规律及其地质条件、瓦斯含量、瓦斯涌出量、瓦斯突出点分布及瓦斯突出预测参数

25、等瓦斯、地质诸因素的基础图件叫做瓦斯地质图，它是瓦斯地质工作成果的反映。瓦斯地质图的主要类型有以下几种：（1）瓦斯地质柱状图。这种图件在煤系综合柱状图或地层柱状图的基础上叠加瓦斯内容编制而成。可以反映某一块段、某一井田或矿区的煤系地质概况，主要内容除一般地质内容外，还应说明煤系地层的透气性和煤层的瓦斯特征。（2）瓦斯地质剖面图。它是以地质剖面图为基础，叠加上瓦斯内容后编制的。按剖切范围的大小，还可以做进一步划分，其中突出点剖面图是反映突出点局部范围的具体特征的图件。矿井、矿区瓦斯地质剖面衅是反映沿某一方向剖面线上瓦斯地质特征的图件，该图应尽量反映剖面线及邻近部位的瓦斯资料，如大型突出点位置、突

26、出带范围等，并附以剖面线上瓦斯参数的变化曲线。（3）瓦斯地质平面图。其范围可以是一个矿井、一个矿区或更大、更小的区域。矿井瓦斯地质图。一般选用矿井可采煤层底板等高线图作为编制底图，比例尺选用1：20001：5000.对于开采多煤层的矿井，要分煤层编制。对于开采倾斜煤层的矿井，则以煤层立面投影图为底图。无论是平面图还是立面图，均应表示瓦斯、地质两方面的内容。瓦斯方面的内容有：a.各种瓦斯参数的实际测量点。如实测瓦斯含量点、实测瓦斯压力点、瓦斯喷出点、突出点等。应按坐标展绘点位，并标注实测数值。对于突出点要按强度划分5级，采用同一花纹不同大小的图例来表示，还应表示突出的瓦斯量。b.各种瓦斯等值线。

27、首先圈定瓦斯风化带和甲烷带的界线，在甲烷带内勾绘掘进巷道绝对瓦斯涌出量等值线，采煤工作面相对瓦斯涌出量等值线，瓦斯含量等值线等。c.各项瓦斯参数在井田范围内的分区、分带线，或瓦斯地质单无的界线。根据井田瓦斯含量、瓦斯涌出量、突出危险程度的差异，进行块段的划分。地质方面的内容有：要反映井田范围内与瓦斯赋存和突出分布相关的地质条件。主要包括煤层围岩的岩性特征，煤、岩层产状及变化，井田地质构造，煤层厚度及其变化，煤层和煤体结构等项。可分别采用等高线、等厚线、等深线、等值线表示，也可以把各种实际材料转换成地质指标，在图纸上用各种地质指标等值线或分区带线等来表示。矿区瓦斯地质图。一般以矿区主采煤层底板等

28、高线图为底图，比例尺选用1：100001：50000，其主要内容与矿井瓦斯地质图相似，但因其范围较大，还有一些不同的要求，如矿区内各个矿井可按不同瓦斯等级分别进行区划；对基建矿井或待开发的井田，要进行瓦斯等级和突出危险性的预测；若不同井田变质程度有差别，应按煤质牌号或高、中、低变质带来圈定范围；可以适当削减一部分地质因素，增大等值线的差异等。矿区和矿井瓦斯地质平面图必须配有相应比例尺的瓦斯地质因素，增大等值线的差异等。矿区和矿井瓦斯地质平面图必须配有相应比例尺的瓦斯地质剖面图和瓦斯地质综合柱状图。2、瓦斯地质图在防突工作中的作用瓦斯地质图在防突工作中的作用是：（1）利用瓦斯地质图进行区域和工作面突出危险性预测。根据瓦斯、地质诸因素分析，加上实测的瓦斯参数，可直接进行某一区域或某一工作面的突出危险性预测，确定某区域或某工作面突出管理等级。（2）利用瓦斯地质图进行瓦斯地质综合分析，并且对某区域或某一工作面进行突出危险带预测。经过预测划分突出危险带和无突出危险带，从而解放一些区域，可以按无突出危险区、突出威胁区或无突出危险工作面进行管理。（3）瓦斯地质图为制定防突技术措