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煤与瓦斯突出的基础知识第一节煤与瓦斯突出及其基本规律第二节影响煤与瓦斯突出的地质条件复习思考题第一节煤与瓦斯突出及其基本规律一、煤与瓦斯突出基础知识1.煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出是指在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常的动力现象。它是煤与瓦斯突出、煤的突然倾出、煤的突然压出、岩石与瓦斯突出的总称。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律2.突出煤层突出煤层是指在矿井范围内发生过突出的或经鉴定有突出危险的煤层。煤矿发生生产安全事故，经事故调查认定为突出事故的，发生事故的煤层即为突出煤层。矿井有下列情况之一的必须立即进行突出煤层鉴定，鉴定未完成前按照突出煤层管理：第一节煤与瓦斯突出及其基本规律(1）煤层有瓦斯动力现象的。（2）相邻矿井开采的同一煤层发生突出的。（3）突出矿井开采的非突出煤层以及有突出煤层的煤田内高瓦斯矿井的开采煤层，在矿井延深和开拓新采区（盘区）的过程中测定的煤层瓦斯压力达到或者超过0.74MPa的。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律3.煤与瓦斯突出危害性我国是世界上煤与瓦斯突出现象最为严重、危害性最大的国家之一。煤与瓦斯突出有6个方面的危害：第一节煤与瓦斯突出及其基本规律（1）突出的煤（岩）碎块掩埋人员和设备。突出发生时，喷出的煤（岩）碎块被抛出数十米甚至数千米，数量由数千吨到数万吨，有的可能堵塞满巷道断面，造成人员掩埋致死，生产设备、设施被埋，给矿井造成人员伤亡、财产损失，迫使矿井生产中断。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律（2）突出时产生的巨大动力效应，可能摧毁巷道支架导致冒顶事故的发生，摧毁矿车、生产设备，造成矿井生产局面混乱。（3）突出产生的高浓度瓦斯和二氧化碳气体由数百立方米到数百万立方米，能使井巷充满，造成井下人员因氧气浓度下降而发生窒息死亡。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律（4）突出产生的高浓度瓦斯经风流稀释后达到爆炸界限时，遇到火源就会发生瓦斯爆炸事故，影响更为严重。（5）突出强度较大时，煤与瓦斯突出所产生的含煤粉或岩粉的高速瓦斯流能够造成风流逆转现象，危险性更大。（6）突出发生后，破坏矿井通风设施，造成矿井通风系统紊乱，使灾害进一步扩大。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律4.煤与瓦斯突出分类（1）煤与瓦斯突出按动力现象力学特征分类。①煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出。煤（岩）与瓦斯(二氧化碳)突出简称突出。诱发突出的主要因素是地应力和瓦斯压力的联合作用，通常以地应力作用为主、瓦斯压力作用为辅。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律其突出的基本特征有：突出的煤向外抛出的距离较远，具有分选现象；抛出煤的堆积角小于自然安息角；抛出煤的破碎程度较高，含有大量碎煤和一定数量的手捻无粒感的煤粉；第一节煤与瓦斯突出及其基本规律有明显的动力效应，如破坏支架，推倒矿车，损坏或移动安装在巷道内的设施等；有大量的瓦斯涌出，瓦斯涌出量远远超过突出煤的瓦斯含量，有时会使风流逆转；突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形、分岔形或其他形状。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律②煤的突然压出。煤的突然压出并涌出大量瓦斯简称压出。诱发与实现煤的压出主要因素是受采动影响所产生的地应力，瓦斯压力与煤的重力是次要的因素。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律压出的基本特征：压出有煤的整体位移和煤有一定距离的抛出两种形式，但位移和抛出的距离都较小；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裂隙；压出的煤呈块状，无分选现象。巷道瓦斯涌出量增大，抛出煤的吨煤瓦斯涌出量大于30m3/t；压出可能无孔洞或呈口大腔小的楔形、半圆形孔洞。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律③煤的突然倾出。煤突然倾出并涌出大量瓦斯简称倾出，诱发倾出的主要因素是地应力，即结构松软、饱含瓦斯、内聚力小的煤，在较高的地应力作用下突然破坏，失去平衡，为其位能的释放创造了条件。实现突然倾出的主要力是失稳煤体的自身重力，瓦斯在一定程度上也参与了倾出过程，在急倾斜煤层中较为多见。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律倾出具有的特征：倾出的煤按自然安息角堆积、无分选现象，倾出的孔洞多为口大腔小，孔洞轴线沿煤层倾斜或铅垂（厚煤层）方向发展；无明显动力效应；常发生在煤质松软的急倾斜煤层中；巷道瓦斯涌出量明显增加，抛出煤的吨煤瓦斯涌出量大于30m3/t。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律④岩石与瓦斯突出。岩石与瓦斯突出是在地应力和外界动力作用下，岩层瞬间被破坏向巷道空间抛出，同时涌出大量瓦斯的现象，基本特征是：在炸药直接作用范围外，发生破碎岩石被抛出现象；抛出的岩石中，含有大量的砂粒和粉尘；第一节煤与瓦斯突出及其基本规律产生明显动力效应；巷道二氧化碳（瓦斯）涌出量明显增大；在岩体中形成孔洞；有突出危险的岩层松软，呈片状、碎屑状，其岩芯呈凹凸片状，并具有较大的孔隙率和二氧化碳（瓦斯）含量。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律（2）煤与瓦斯突出按照突出强度分类。煤与瓦斯突出强度是指每次煤与瓦斯突出抛出的煤（岩）数量和瓦斯量。由于煤与瓦斯突出发生过程中瓦斯量难以准确计量，一般以突出的煤（岩）量作为分类依据。按照突出强度可将煤与瓦斯突出分为小型突出、中型突出、次大型突出、大型突出、特大型突出5类。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律①小型突出：突出煤（岩）量小于50t。②中型突出：突出煤（岩）量在50（含50）～100t。③次大型突出：突出煤（岩）量在100（含100）～500t。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律④大型突出：突出煤（岩）量在500（含500）～1000t。⑤特大型突出：突出煤（岩）量大于或等于1000t。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律二、煤与瓦斯突出基本规律大量煤与瓦斯突出资料的统计分析表明，煤与瓦斯突出具有一定的规律性。了解这些规律，对于制定防治煤与瓦斯突出的措施，有一定的参考价值。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律1.煤与瓦斯突出危险程度随开采深度的增加而增大生产实践表明，始突深度以下煤与瓦斯突出频率与开采深度呈正相关关系，随着开采深度的增加，煤与瓦斯突出危险程度相应增加。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律2.呈明显的分区分带性煤与瓦斯突出大都发生在地质构造带内，特别是压扭性构造断裂带、向斜轴部、背斜倾伏端、扭转构造、帚状构造收敛部位、层滑构造带、煤层光滑面、煤层倾角突变地带和煤层厚度突变地带等。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律例如，重庆天府矿区3次特大型突出都发生在地质构造地带；重庆南桐矿区地质构造与煤与瓦斯突出分布具有集中控制和局部控制的内在规律。据辽宁北票矿区统计，90％以上的突出发生在地质构造区和岩浆岩侵入区。重庆南桐矿区构造应力场及突出点分布，如图5-1所示。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律第一节煤与瓦斯突出及其基本规律3.煤与瓦斯突出受巷道布置和开采集中应力的影响在巷道密集布置区、采场周边的支承压力区、邻近层应力集中区域等处进行采掘作业，容易发生煤与瓦斯突出。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律4.煤与瓦斯突出主要发生在巷道掘进过程中平巷掘进发生的煤与瓦斯突出次数最多，上山掘进在重力作用下发生煤与瓦斯突出的概率最高，石门揭煤发生煤与瓦斯突出的强度和危害性最大。煤与瓦斯突出次数和强度，随煤层厚度、特别是软分层厚度的增加而增加。煤层倾角越大，煤与瓦斯突出的危险性越大。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律5.煤与瓦斯突出煤层具有较高的瓦斯压力和瓦斯含量煤与瓦斯突出煤层的瓦斯压力大于0.74MPa，瓦斯含量大于8m3／t。据统计，我国有些突出矿井的煤层瓦斯含量高达20m3／t及其以上。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律6.煤与瓦斯突出煤层强度低，软硬相间煤与瓦斯突出煤层的特点是强度低，而且软硬相间，透气性系数小，瓦斯的放散速度高，煤的原生结构遭到破坏，层理紊乱，无明显节理，光泽暗淡，易粉碎。如果煤层顶板坚硬致密，煤与瓦斯突出危险性增大。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律煤的构造结构如图5-2所示。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律煤与瓦斯突出煤显微镜照片如图5-3所示。（a）粒状结构；（b）网状结构;（c）片状结构；（d）定向排列结构；（e）鳞片状结构；（f）压扭性结构第一节煤与瓦斯突出及其基本规律7.大多数煤与瓦斯突出发生在爆破和破煤工在重庆地区统计的132次煤与瓦斯突出事故中，发生在爆破和破煤工序中的有124次，占95％；有些矿井爆破后没有立即发生突出，而是在延迟一定时间发生的突出，其危害性更大。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律8.煤与瓦斯突出前常有预兆发生（1）有声预兆。煤体发生闷雷声、爆竹声、机枪声、嗡嗡声，打钻喷孔及出现哨叫声、蜂鸣声等异常声响。这些由煤体内部发出的声响统称为响煤炮。（2）无声预兆。工作面瓦斯异常、瓦斯浓度忽大忽小等。统计表明，许多大强度煤与瓦斯突出前，常常有瓦斯浓度忽大忽小预兆。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律（3）煤体结构预兆。煤体出现层理紊乱、煤体干燥、煤体松软、色泽变暗而无光泽、煤层产状急剧变化、煤层波状隆起以及层理逆转等。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律（4）矿压显现预兆。支架来压、煤壁开裂、掉渣、片帮、工作面煤壁外鼓、巷道底鼓、钻孔顶夹钻、钻孔严重变形、垮孔及炮眼装不进炸药等。（5）其他预兆。一些煤与瓦斯突出发生前，会出现工作面温度降低、煤壁发凉、特殊气味等预兆。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律9.其他因素诱发煤与瓦斯突出在煤与瓦斯突出危险区域内，回拆巷道支架和工作面支架时容易诱发煤与瓦斯突出，清理煤与瓦斯突出孔洞及回拆支架也会导致再次发生煤与瓦斯突出。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律三、煤与瓦斯突出发生地点分析我国煤与瓦斯突出发生地点统计数据如表5-1所示。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律四、煤与瓦斯突出机理煤与瓦斯突出机理是指煤与瓦斯突出的原因、条件及其发生、发展过程。目前，煤与瓦斯突出机理归纳起来有4大类假说。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律1.瓦斯为主导作用假说瓦斯为主导作用假说普遍认为煤与瓦斯突出的主要动力来源于高压瓦斯，当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。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律主要包括瓦斯包假说、粉煤带假说、煤透气性不均匀假说、突出波假说、裂缝堵塞假说、闭合孔隙瓦斯释放假说、瓦斯膨胀应力假说、火山瓦斯假说、瓦斯解析假说、瓦斯水化物假说、瓦斯—煤固溶体假说。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律2.地压为主导作用假说地压为主导作用假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、地质构造应力和采掘过程中形成的集中应力等。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律在地压作用下，煤层处于弹性状态，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。主要包括岩石变形潜能假说、应力集中假说、剪应力假说、振动波动假说、冲击式移近假说、顶板位移不均匀假说、应力叠加假说。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律3.化学本质假说化学本质假说认为瓦斯突出时煤层中不断进行地球化学过程—煤层氧化—还原过程。该过程由于活性氧及放射性物质的存在而加剧，生成一些活性中间物，导致瓦斯高速形成。中间产物和煤中有机物质的相互作用，使煤分子遭到破坏。第一节煤与瓦斯突出及其基本规律4.综合假说综合假说认为煤与瓦斯突出是地压、瓦斯、重力和煤的物理性质综合作用的结果。主要包括能量假说、应力分布不均匀假说、分层分离假说、破坏区假说。第二节影响煤与瓦斯突出的地质条件一、影响瓦斯赋存的地质条件1.煤的变质程度煤的吸附性能取决于煤化程度，煤的煤化程度越高，存储瓦斯的能力越强。在瓦斯排放条件相同的情况下，煤的变质程度越高，煤层瓦斯含量越大。第二节影响煤与瓦斯突出的地质条件2.煤层的吸附特征煤层的煤化程度越高，存储瓦斯的能力越强，在其他条件相同时，煤层的变质程度越高，煤层的瓦斯含量越大。第二节影响煤与瓦斯突出的地质条件3.煤层围岩透气性煤层围岩是指煤层直接顶、基本顶和直接底等在内的一定厚度范围的层段。煤层围岩对瓦斯赋存的影响，取决于它的隔气、透气性能。第二节影响煤与瓦斯突出的地质条件当煤层顶板为致密完整的岩石，煤层中的瓦斯容易被保存下来