第一部分、煤与瓦斯突出概述

煤与瓦斯突出防治技术与管理体系李力上页下页★绪论煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿安全生产的自然灾害之一。中国是一个煤与瓦斯突出比较严重的国家，到目前已经发生各类突出15000次，每年由于突出死亡50多人。因此，学习掌握煤与瓦斯突出基本知识，搞好防治突出工作，保证安全生产，是广大煤矿职工的一项艰巨和长期的任务。上页下页煤与瓦斯突出防治技术与管理体系第一部分、煤与瓦斯突出概述第二部分、防治突出综合技术措施第三部分、煤与瓦斯突出事故处理第四部分、煤与瓦斯突出防治管理体系上页下页第一部分、突出概述一.煤与瓦斯突出基本概念二、煤与瓦斯突出简史三.煤与瓦斯突出的危害四.突出煤的物理力学性质五.煤与瓦斯突出的分类六.煤与瓦斯突出的预兆七.煤与瓦斯突出的规律八.典型案例上页下页一、煤与瓦斯突出的基本概念煤与瓦斯突出是在煤矿井下开采过程中，在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤岩由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出，并伴随涌出大量瓦斯的一种很复杂的异常动力现象。上页下页二.煤与瓦斯突出简史（1）根据资料记载，世界上突出已有170多年的历史。1834年3月22日，法国鲁阿雷煤田依萨克煤矿，在急倾斜厚煤层平巷掘进工作面发生了世界上第一次煤与瓦斯突出。据不完全统计，世界上约有20多个国家和地区发生煤与瓦斯突出30000多次。其中中国、俄罗斯、法国、波兰和日本五个国家突出比较严重。世界上最大一次突出发生在1969年7月13日，是前苏联的顿巴斯矿区加加林煤矿，当石门揭穿厚仅1.3米煤层时，发生了突出，突出煤（岩）14200吨，涌出瓦斯25万立方米。返回上页下页煤与瓦斯突出简史（2）中国中国是世界上突出最为严重的国家，目前有270多个突出矿井，已发生突出15000余次，占世界各种突出总数的40%以上。突出的主要省份有四川、重庆、湖南、贵州、江西、河南、辽宁、黑龙江等。国有重点煤矿有记载的最早的一次突出发生于1950年4月20日，是吉林辽源矿务局富国矿西二坑。我国最大的一次突出发生在1975年8月8日，是四川天府矿务局三汇坝一矿在主平硐揭穿煤层时发生的，突出煤（岩）12780吨，涌出瓦斯近140万立方米。上页下页煤与瓦斯突出简史（以平顶山矿为例）平顶山原为非突出矿区，但随着矿井开采深度的增加，特别是89年以来，突出矿井不断增加，范围不断扩大。目前，全公司有突出矿井5对（四矿、五矿、八矿、十矿和十二矿），有突出预兆矿井5对（一矿、六矿、十一矿、十三矿和香山公司）。平顶山矿区有文字记载的第一次突出于1984年10月13日发生在八矿戊二沿煤皮带下山。平顶山最大一次突出于2000年10月15日发生在八矿戊二沿煤皮带下山，突出煤量551吨，涌出瓦斯30103立方米。到2002年底，共计发生各类突出125次，总突出煤量6763吨，总涌出瓦斯442178立方米。发生突出死亡事故3起8人。上页下页三.煤与瓦斯突出的危害煤与瓦斯突出是一种及其复杂的动力现象，它在短时间内向采掘空间抛出的大量煤(岩)并涌出大量的瓦斯，给矿井安全生产造成严重威胁。(1)突出煤流充塞巷道，能摧毁巷道设施，机电设备，破坏通风系统；(2)突出煤流埋人死亡，高浓度瓦斯造成人员窒息死亡；(3)遇火源引发瓦斯燃烧和爆炸等。上页下页案例1：1879年4月17日，比利时曾发生一次突出，突出强度为420吨，涌出瓦斯50万立方米，瓦斯喷出时，逆风流从提升井冲到地面，距井口23米的炉火导致瓦斯燃烧，火焰高达50米，井口建筑物烧成废墟。两小时后，火焰将熄灭时，又引起瓦斯连续爆炸7次，每隔7分钟爆炸一次。当时井下有209人，死亡121人，地面烧死3人，11人被烧伤。上页下页案例2：1971年六枝矿务局大用煤矿突出煤量2000余吨，死亡99人，风流逆转，造成人员窒息，遇害人员在距离突出地点700~800米。上页下页案例3：1972年2月20日，湖南红卫煤矿石门揭煤远距离放炮时发生了突出，突出强度为4500吨，涌出瓦斯138.5万立方米，高浓度瓦斯从主井口喷出，井口附近瓦斯浓度高达15%，较长时间稳定在9%；从北翼风井口，喷出瓦斯被信号房内的炉火引燃，火柱高达30米，井口房和主扇被烧毁。上页下页案例4：1999年12月26日沈阳矿务局红菱矿揭煤时发生特大型突出，突出煤量2000吨，瓦斯逆流2000多米，死亡28人，遇害多为局矿级和基层单位领导，其中包括矿总工、副总、局通风处处长5名处级干部，其他人员除放炮施工人员外，也多为区队长和矿救护人员。上页下页案例5：2002年4月7日，安徽省淮北矿业集团公司芦岭煤矿发生了一次煤与瓦斯突出事故，突出煤量5000余吨，涌出瓦斯30余万立方米。突出的煤充填巷道700多米，其中400多米巷道被填实，造成13人死亡。上页下页案例6：1990年11月4日平煤集团十二矿己15-17—16041风巷，在掘进到727m时曾发生煤与瓦斯压出，压出煤量19吨，涌出瓦斯量1400m3。1991年1月22日该工作面掘进到865m时又发生煤与瓦斯压出事故，压出煤量91吨，涌出瓦斯量4200m3，造成流煤埋人，1人死亡。返回上页下页案例7：97年10月3日，辽宁抚顺矿务局老虎台矿-880m首采区-780水平中央运输石门掘进工作面发生煤与瓦斯突出，突出煤量1017吨，涌出瓦40337立方米，造成7人死亡。其中在工作面作业的6人被煤流与瓦斯冲出15m后被煤流埋住死亡，另有一人在距离工作面约80m以外的中央进风石门拐弯处被瓦斯窒息死亡。工作面装岩机和两台矿车被冲出13到15m远，部分支架扭曲变形。突出煤堆积长度85米，发生突出时有连续2分钟左右的轰隆声，并有大量瓦斯涌出，进风石门口瓦斯瞬间达到10%，石门口以里瓦斯达到40%以上，造成风流逆转300米以上。上页下页案例8：2002年8月13日，平煤五矿己17~23200机巷在掘进机割煤、架棚子时发生突出，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。突出煤抛出长度20.7米，煤量123吨，涌出瓦斯9800立方米。上页下页四.突出煤的物理力学性质（1）煤与瓦斯突出发生在煤层中，煤的结构特征对突出也有显著影响。根据大量突出点的调查统计，在发生突出的地点及附近的煤层都具有层理紊乱、煤质松软的特点，人们习惯上把这种煤叫做软分层，或称软煤。在突出矿井，煤质变软是突出的一种预兆。所谓软分层或者软团块、软煤，是与正常煤层相比而言的。这种煤层比正常煤分层的强度明显降低，具有极端的松散性和易碎性，用手捻搓易成厘米、毫米级碎粒甚至煤粉。从地质角度分析，软分层煤属于构造煤，它是煤层在构造应力作用下形变的产物。上页下页突出煤的物理力学性质（2）按照煤在构造作用下的破碎程度，构造煤分为三种类型：碎裂煤：煤被密集的相互交叉的裂隙切割成碎块，这些碎块保持尖棱角状，相互之间没有多大的位移，仅在一些剪性裂隙表面煤被磨成细粉，原生结构可见。碎粒煤：煤已破碎成粒状，由于运动过程中颗粒间相互磨擦，大部分颗粒被磨去了棱角，并被重新挤压，主要粒级在1mm以上。原生结构已破坏，构造镜面发育。糜棱煤：煤已破碎成细粒状或细粉状，并被重新挤压，其主要粒级在1mm以下，有时煤粒磨得很细，只相当于岩石的粉砂级。由于这种煤是在强烈形变和发生塑性流动情况下造成的，肉眼和镜下常可看到流动构造，如长条状颗粒的定向排列等。上页下页突出煤的物理力学性质（3）煤结构破坏程度的分类国内外不少研究者采用煤结构的破坏程度预测煤与瓦斯突出的危险性。煤的结构与突出的关系主要表现在原生结构被破坏的构造结构上。煤的结构破坏越严重，煤的机械强度也就越小，而且破坏后的煤增加了破裂面，煤内瓦斯的放散速度亦大为提高，因而，突出危险煤层的全部或大部分是由裂隙极多、镜面发育、层理紊乱、破碎严重的煤所组成，这就是所谓的“构造煤”。苏联和我国一些单位对煤结构破坏程度的研究，进行了煤的破坏类型划分，从突出危险性区域预测的需要出发，对煤的破坏类型做了划分，见下页煤的破坏类型表上页下页煤的破坏类型突出煤的物理力学性质（4）破坏类型光泽构造与构造特征节理性质节理面性质断口性质强度亮层状构造、块状构造，条带一组或二三组节理、节理有充填物（方解石等），次参差阶状，贝坚硬，用手Ⅰ类与清晰明显系统发达、有次序生面很少，节理、劈理面平整状，波浪状难以掰开（非破坏煤）半亮亮1.尚未失去层状较有次序次生节理面多，且不规则,节理面有擦纹，滑皮，节理参差多角用手极易剥Ⅱ类与2.条带明显，有时扭曲，有错动与原生节理呈网状节理平整，易掰开成小块，中等（破坏煤）半3.不规则块状，多棱角硬度亮4.有挤压特征半1.弯曲呈透镜体构造节理不清，系统不发达，有大量擦痕参差及粒状用手捻之成Ⅲ类亮2.小片状构造次生节理密度大粉末，偶尔较与3.细小碎块，层理较紊，无次序硬（强烈破坏煤）半暗Ⅳ类暗粒状或小颗粒胶结而成，似天节理失去意义，成粉块状粒状用手捻之成（粉碎煤）淡然煤团粉末,偶尔较硬Ⅴ类暗1.土状构造，似土质煤土状可捻成粉末,（全粉煤）淡2.如断层泥状疏松上页下页突出煤的物理力学性质（5）煤的物理力学性质研究意义1.构造煤是引起突出的必要条件之一（发生突出的地点必须有构造或叫软分层的存在）。2.突出煤层中构造煤厚度的增大，突出危险性也相应的增强。3.对构造煤宏观、微观的研究，有助于我们认识突出发生的内在原因和机理。4.构造煤的厚度变化和分布规律在一定程度上标志着突出发生的危险程度，对构造煤分布规律的研究有助于我们从地质角度进行突出预测。返回上页下页五.煤与瓦斯突出的分类4.1按动力现象的力学特征分类按照动力现象的力学的基本特征，可分为三类，即：突出、压出、倾出，统称为煤与瓦斯突出。4.2按突出的强度分类按照突出强度的大小可分为四类，即：小型、中型、大型和特大型。上页下页1、突出的基本特征煤与瓦斯突出，简称突出，其基本特征为：1.突出的煤向外抛出距离较远，具有明显的分选现象；2.抛出的煤堆积角小于煤的自然安息角；3.抛出的煤破碎程度高，含有大量的块煤和手捻无粒感的煤粉；4.有明显的动力较应，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（二氧化碳）涌出，瓦斯（二氧化碳）涌出量远远超过突出煤的瓦斯（二氧化碳）含量，有时会使风流逆转；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。上页下页煤与瓦斯突出基本特征图示返回上页下页2、压出的基本特征煤与瓦斯压出，简称压出，其基本特征为：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（二氧化碳）涌出量增大；5.压出可能无孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞。上页下页煤与瓦斯压出的基本特征图示返回上页下页3、倾出的基本特征煤与瓦斯倾出，简称倾出，其基本特征为：1.倾出的煤按自然安息角堆积，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（厚煤层）方向发展；3.无明显动力效应；4.倾出常发生在煤质松软的急倾斜煤层中；5.巷道瓦斯（二氧化碳）涌出量明显增加。上页下页煤与瓦斯倾出的基本特征图示返回上页下页2、按突出的强度分类突出强度是指每次突出的煤岩数量和涌出的瓦斯量，主要以突出煤岩量做为划分突出强度的依据。①小型突出：强度小于100吨；②中型突出：强度100吨（含100吨）~500吨（不含500吨）之间；③大型突出：强度在500吨（含500吨）~1000吨（不含1000吨）之间；④特大型突出：强度在1000吨（含1000吨）以上。返回上页下页六.煤与瓦斯突出的预兆实践证明，大多数突出都有一些能为人的感官觉察到的预兆。熟悉和掌握它，并在现场工作中注意观察，对于减少突出危害，保证人身安全，有着重要意义。突出的预兆主要表现在以下三个方面：上页下页煤与瓦斯突出的预兆(1)地压显现方面的预兆：煤炮声、支架折裂声、煤岩开裂、自行剥落、掉渣、底鼓、煤壁颤动、钻