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煤与瓦斯突出一、概述在煤矿井下采掘过程中，在极短的时间内（几秒或几十秒），在瓦斯和地应力的作用下，突然从煤岩体内喷出大量的煤岩与瓦斯的现象，称为煤与瓦斯突出。是一种伴有声响和猛烈力能效应的动力现象，是煤矿最为严重的灾害之一。煤与瓦斯突出是矿井中一种复杂的动力现象，也是煤矿一种严重的自然灾害。1834年在法国鲁阿雷煤田依萨克矿井发年了第一次煤与瓦斯突出。随后在世界上的主要产煤国都发生了煤与瓦斯突出的动力现象。据不完全统计，各国突出次数共约四万次，突出次数超过1000次的有中国、法国、前苏联、波兰、日本等五个国家。根据资料记载，世界上煤与瓦斯突出已有150多年的历史。1834年3月22日法国鲁阿尔煤田依萨克煤矿在急倾斜厚煤层平巷掘进工作面发生了第一次有记载的突出。当时支架工在架棚子时发现工作面煤壁外移，三个人立即外撤，撤退时一人被煤流埋没，一人被瓦斯窒息死亡，一人逃跑得救。突出煤沿巷道堆积13米长，煤粉散落15米长，迎头支架倾倒。世界上最大的一次突出发生在1969年7月13日原苏联的顿巴斯加加林矿井710米水平主石门揭穿厚度仅有1.03米的煤层时，突出煤量14200吨，瓦斯25万立方米以上。中国早在1939年吉林辽源矿务局就发生动力现象。有记载第一次的突出发生在1950年4月20日吉林辽源矿务局富国西二坑在掘进垂深280米的煤巷掘进工作面。我国最大的一次突出发生在1975年8月8日四川天府局三汇坝一矿主平硐（+280米），震动性放炮揭穿6号煤层时，突出煤岩12780吨，瓦斯140万立方米以上。我公司有记载第一次的突出发生在1984年10月13日八矿戊二皮下。我公司最大的一次突出发生在2000年10月15日八矿戊二皮下，突出煤岩562吨，瓦斯30103立方米。我矿于2002年5月2日在丁6-22160掘进工作面发生了瓦斯动力现象压出煤量2.2吨，涌出瓦斯近400立方米。由于煤与瓦斯突出严重影响安全生产，许多产煤国，如法国、比利时、日本等国在七十年代初期已停止开采突出危险煤层。为防治煤与瓦斯突出，长期以来，世界各国进行了大量的工作，取得了很大的成效，已建立起了一套综合防治突出的措施，从而使煤与瓦斯突出得到了较好的控制。我国是煤与瓦斯突出最为严重的国家之一，从南到北都发生了突出现象，突出累计数占了全世界的70—80%。现国外矿井基本已关闭，不再生产。我国煤炭成本的四分之一是用于防治瓦斯费用，突出最严重的矿井是原苏联顿巴斯煤矿，目前产量已减少了70%。我国突出矿井多，国有煤矿约130多对，占五分之二左右。现小煤矿，乡镇煤矿等都有突出现象发生，10人以上的突出事故1993—2004年统计共发生10多次，平均死亡约40—50人/次。如郑煤集团2004年10月20日发生的特大突出，突出量达1894T，瓦斯约25万M3，死亡148人（突出后引发瓦斯爆炸）。二、我国煤矿瓦斯突出的几个特点1、突出矿井的分布广在部分地区比较严重。四川、重庆、辽宁、湖南、河南等，特别是湖南省的突出矿井数和突出总次数均占全国总数的1/3以上，而特大型突出的比例更大，占全国该类型突出次数的一半以上。2、突出分布在不同类型的煤层在我国突出矿井中，煤层赋存情况比较复杂，有煤层群，也有单一煤层，有急倾斜煤层，也有倾斜和缓倾斜煤层，有薄煤层也有中厚煤层及厚煤层，特别是单一突出煤层的矿井占突出矿井的1/3。3、突出矿井的始突深度不一样我国各煤矿由于受地质条件和其它一些因素的影响，开始发生煤与瓦斯突出的深度差别很大。有的矿井距地表垂深50—60米就开始发生突出。如在湖南省的邵阳地区距地表垂深50米就开始发生突出，而一次1300T的特大突出，垂深仅为95米。表现为南方始突深度较浅，北方较深。4、中小型突出占绝大多数，大强度突出次数也不少据统计，突出总数中突出强度在50T以下的小型突出约占73%；突出强度在50—100T之间的中型突出约占14%；突出强度在100—500T之间的大型突出约占11%；突出强度在500—1000T之间的特大型突出约占1.2%；突出强度超过1000T的特别大型突出占0.8%。我国煤矿中所发生的突出，以中小型突出为主，占绝大多数。大型和特大型突出的比例小，但绝对次数仍有100多次，并且多数发生在石门揭煤时，这仍应予重视。（二）、煤与瓦斯突出的危害1879年4月17日比利时阿拉波二号井，向上掘进580~610米水平之间的上山眼时，发生了世界上最猛烈的一次突出，突出煤量420吨，喷出瓦斯50万立方米以上。瓦斯喷出时，瓦斯逆风流从提升井冲至地面，距井口23米的绞车房附近的炉火引燃了瓦斯，火焰高达50米，井口建筑物烧成一片废墟，2小时后火焰将熄灭时，又连续发生了7次瓦斯爆炸（每隔7分钟左右1次），井下209人，死亡121人，地面3人烧死，11人烧伤。1972年湖南红卫煤矿石门揭煤远距离放炮时发生了突出，突出煤量4500t，喷出瓦斯138.5万立方米，高浓度瓦斯从主井口喷出，井口附近瓦斯浓度达15%，较长时间稳定在9%左右，从北翼井口喷出的瓦斯，被信号房的炉火点燃，火柱高达30m，进口房和主扇被烧毁。总之，突出的危害可以概括为：1、破坏通风设施，通风系统，摧毁采掘空间，损坏机电设备；2、喷出大量的煤岩能堵塞巷道，造成煤岩埋人事故；3、涌出的瓦斯造成人员窒息，瓦斯燃烧和爆炸事故；4、严重影响单产单进，造成经济效益大幅下降。三、煤与瓦斯突出的一般规律1、突出发生在一定的深度。随着开采深度的增加，突出危险性逐渐增大，主要表现在突出次数增多，突出强度增大，突出煤层数增多，突出危险区域扩大。如我公司在浅部开采时无突出，随着开采深度的增加，发生了突出。我公司在-250米以上时只发生了4次突出，在-300米以下时突出了93次。2、突出多发生在地质构造区。如断层、褶曲、岩浆岩侵入的地区3、突出的气体主要是瓦斯，少数情况下突出CO2。（吉林营城、甘肃窑街）。4、突出煤层的特点是：煤的力学强度低，且变化大；透气性差；瓦斯放散初速度高；湿度小；层理紊乱、遭受过地质构造力严重破坏的“构造煤”。即煤体破坏程度越严重，煤的强度越小，突出危险性越大。5、突出危险呈明显的分带性，因为突出的主要因素受地质构造控制的缘故，地质构造具有呈带状分布的特征。如向斜轴部地区、向斜轴部与断层、褶曲交汇处、岩浆岩侵入地区形成变质煤与非变质煤交混或邻近地区、煤层受挤压扭曲严重地区、煤层倾角骤变、走向拐弯、变厚、特别是煤层中软分层由薄变厚的地区，压性、压扭性断层地带易发生突出。还有采掘工作面应力集中地带，易发生突出。在地质构造区，软分层变厚处突出强度最大；其次是倾角变化、褶曲部位；“无构造”的突出强度较小。一般拉应力产生的张扭性断层，突出强度小；压扭性断层突出强度较大，而褶曲多为压应力形成。从我局十矿、十二矿来看：突出分布具有明显的区域性，无地质构造时也可能发生突出。6、采掘工作往往可激发突出（即突出常发生在外力冲击作用下）。如落煤与震动作业、爆破、割煤、打钻、手镐作业、挖柱窝等。7、突出危险性随着硬而厚的围岩（硅质灰岩、砂岩等）存在而增高。围岩透气性越差，致密的岩层越厚，且所占的比重越大，煤层的瓦斯含量越高，越有利于煤层瓦斯的储存，其突出危险性也越大。突出主要发生区各突出点的瓦斯含量在8.5~11.6m3/t。8、在煤与瓦斯突出之前大部分有预兆。9、石门突出次数较多，强度较大。大于下山、平巷、上山、回采工作面突出强度最小。四、煤与瓦斯突出的分类（一）、按动力现象的力学特征分类，可分为以下几种类型。1、煤和瓦斯突出煤和瓦斯突出是在地应力和瓦斯压力共同作用下，采掘工作面的煤体遭到破坏，破碎的煤以极快的速度向采掘空间抛出，并伴随急剧涌出大量的瓦斯。这种煤和瓦斯混合流具有强大的动力效应，可使井巷设施和通风系统受到严重破坏。其主要特征有：①突出的煤向外抛出的距离较远，具有明显的分选现象；②抛出煤的堆积角小于煤的自然安息角；③抛出煤的破碎程度高，含有大量的碎煤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，瓦斯涌出量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犁形、舌形、倒瓶形及其它分岔形。2、煤的突然倾出煤的突然倾出是由于采掘工作面在地应力作用下，煤体受到破坏后，当其煤体自身重力超过了煤层的凝聚力和煤层与围岩接触局部摩擦力，加之瓦斯在一定程度上参与作用，使得煤的机械强度降低，从而导致破碎而松散的煤体突然向采掘空间倾出，并伴随涌出大量瓦斯。①倾出煤就地堆积，坡度近似或等于煤的自然安息角，无分选现象；②主要是碎煤块，粉末状煤少；③有大量瓦斯，但波击范围小，不出现瓦斯逆流现象，时间较短，强度小，无明显的动力效应；④多发生在煤质松散、煤层倾角大和煤层厚度大的情况下；⑤孔洞多为口大腔小，孔洞轴线多沿煤层倾斜或铅垂（厚煤层）方向延伸。主要是地应力和煤自重及煤岩的位能和弹性变形能共同作用的结果。3、煤的突然压出煤的突然压出是由于地应力（尤其是开采过程中的集中应力）的作用，使得采掘工作面的煤体被抛出或发生位移，瓦斯和煤的自重因素基本上不参与作用。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巷道内的瓦斯涌出量增大，造成短时间内风流中瓦斯浓度超限；⑤压出可能无孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞、半圆形孔洞。主要是地应力，煤岩的弹性变形能共同作用的结果。4、岩石和瓦斯突出岩石与瓦斯突出是由于在较高的地应力和外界动力的作用下，岩体瞬间被破坏并向巷道空间抛出，同时涌出大量的瓦斯。其主特征有：①几乎都是由放炮引起的，它与正常爆破崩落岩石的区别在于突出的岩石量比正常爆破时要多，抛出距离远；②突出岩石一般为砂岩，有分选性现象；③突出瓦斯量较大，甚至出现逆流；④动力效应明显，破坏支架，推倒矿车。⑤突出后在岩体中形成极不规则的空洞，其位置多在巷道上方或上隅角。（二）、按动力现象强度分类强度指每次动力现象抛出的煤岩数量（吨或立方米）和瓦斯量（立方米）。小型突出：强度小于50吨/次（几十分钟后瓦斯浓度可恢复正常）；中型突出：强度50~100吨/次（经过一个班以上瓦斯浓度可恢复正常）；次大型突出：强度100~500吨/次（经过一天以上瓦斯浓度可恢复正常）；大型突出：强度500~1000吨/次（经过几天回风系统瓦斯浓度可恢复正常）；特大型突出：强度大于1000吨/次（经过长时间排放后瓦斯浓度可恢复正常）。（三）、按工作面类型分为：石门揭煤突出、下山突出、平巷突出、上山突出、采煤工作面突出。（四）、按生产工序分为：爆破突出、割煤突出、打钻突出、手镐作业突出水力落煤突出等。五、煤与瓦斯突出预兆：煤与瓦斯突出预兆可分为有声预兆和无声预兆有声征兆：地压活动剧烈，顶板来压，不断发生掉碴和支架断裂声，煤层中发生震动，手摸煤壁感到冲击，听到煤炮声或闷雷声，—般是先远后近，先小后大，先单响后连响，突出时伴随巨雷般响声。无声征兆：工作面遇地质变化，煤层厚度不一，尤其是煤层中软分层变化，瓦斯涌出量忽大忽小，工作面气温变冷，煤层层理紊乱，硬度降低，光泽暗淡，煤体干燥，煤尘飞扬，有时煤体碎块从煤壁崩出，打钻时严重顶钻、夹钻、喷孔等。从我局突出预兆来看有明显的区别：丁组煤层突出前有明显的煤炮声，突出前煤炮声愈明显突出程度愈严重；戊组煤层突出前无明显的预兆，但突出点附近有地质构造存在，突出强度大。六、浅谈煤与瓦斯突出的机理和突出过程（一）、煤与瓦斯突出的机理解释突出的原因和过程的理论称为突出机理。主要是研究突出的因素和条件以及它的发生和发展过程。许多国家运用统计分析、现场观测和实验室摸拟等方法对突出机理开展了广泛深入的研究，取得了一些成果，但迄今还未得到根本解决。虽然提出了几十种不同的假说，而只能对某些现象给予解释，尚未能得出统一和完整的突出机理理论。各种假说大体可以归纳为：①以瓦斯为主导作用的假说。如：瓦斯包说、突出波说、裂缝堵塞说、瓦斯膨胀说、卸压瓦斯说、煤结构不均匀说