| 煤与瓦斯突出 防治技术与管理体系
平煤集团公司通风管理中心
李国旗 高级工程师
★ 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。
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
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
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。
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。
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。
煤与瓦斯突出简史（3）平煤
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
煤的破坏类型
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。
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。
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。
煤与瓦斯突出基本特征图示
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。
煤与瓦斯压出的基本特征图示
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。
煤与瓦斯倾出的基本特征图示
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。
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：
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、钻孔变形、垮孔、顶钻、夹钻等。
瓦斯涌出方面的预兆：瓦斯涌出异常、瓦斯浓度忽大忽小、煤尘增大、气温和气味异常、打钻喷孔、出现哨声、风声和蜂鸣声等。
煤层结构与构造方面的预兆：煤层层理紊乱、煤体干燥、煤体松软或强度不均匀、煤的色泽暗淡、煤厚与倾角变化、挤压褶曲、波状隆起、断层等。
概括起来，这些预兆可分为有声预兆和无声预兆。
煤与瓦斯突出的预兆（2）
有声预兆：地压活动剧烈、顶板来压、不断发生掉渣和支架断裂声；煤层产生震动、手扶煤壁感到震动和冲击；听到煤炮声或闷雷声，一般是先远后近、先小后大、先单响后连响，突出时伴有巨雷般响声。
无声预兆：工作面遇到地质变化、煤层厚度不一，尤其是煤层中软分层变化；瓦斯涌出量增大或忽大忽小；气温降低、煤层层理紊乱、硬度降低、光泽暗淡、煤体干燥、煤尘飞扬、有时煤体碎片从煤壁上弹出；打钻时严重顶钻、夹钻或喷孔等。
七、突出的一般规律(1)
(1)开采深度增加，突出危险性增大；如平顶山矿区，89年以前矿井的开采深度大多在垂深400m以上开采，属非突出矿区。但随着开采深度的增加，八矿、十二矿、十矿、五矿、四矿相继发生突出，由原来的高、低瓦斯矿井升格为突出矿井。目前这些矿井的开采深度已达到800m以上。
(2)突出多发生在地质构造区；如平顶山矿区的125次各类型突出，突出点有地质构造的占73次，占总突出次数的58.4％。
(3)煤体破坏程度越严重，煤的强度越小，煤层越厚，特别是软分层厚度增加，突出危险越大。如平顶山矿区的突出，60％以上与煤层中的软分层厚度有关。
煤与瓦斯突出的一般规律（2）
(4)采掘应力集中区容易发生突出。有以下几种情况：
a 、相邻巷道的应力叠加（包括两巷相交和巷道贯通等）;
b、采区巷道的应力叠加；
c、相邻采场的应力叠加；采场的影响范围比较大，两采场互 相接近，产生的应力叠加更加明显。有以下几种情况：采空区和采面应力叠加、相向回采和邻近煤层采掘活动引起的应力叠加等。
(5)围岩的透气性越差，致密岩层越厚，突出危险越大。
(6)突出常发生在外力冲击作用下，如放炮、割煤等；如平顶山矿区的125次突出，放炮57次，割煤48次，占突出总次数的84％
煤与瓦斯突出的一般规律（3）
(7)突出的气体主要是沼气，亦有二氧化碳；如平顶山矿区的突出气体均为沼气等。
(8)发生突出前大都有预兆。如平煤125次突出，有突出预兆的占114次，占总次数的91.2%。
(9)绝大多数突出发生在煤巷掘进工作面。石门突出危险性最大。如平煤掘进工作面突出计87次，占总次数的87%。
(10)煤层突出危险区常呈带状分布。
平煤矿区煤与瓦斯突出情况
截止2004年10月底
突出深度分类分析：
突出煤层分类分析
平煤矿区煤与瓦斯突出规律
①随着矿井开采深度的增加，突出危险性增大
② 绝大多数突出发生在煤巷掘进工作面
③ 突出多发生在地质构造带
④ 大多数突出前有作业方式诱导
⑤ 突出前大多数有预兆
⑥ 煤与瓦斯突出危险呈条带分布
⑦ 煤的碳化程度越高，其突出危险性增大
⑧ 由西向东，突出的危险性随之增大
平煤矿区突出地质构造关系
平煤矿区突出与采掘工艺的关系
平煤矿区突出与施工工序的关系
平煤矿区突出与突出预兆的关系
工作面瓦斯突出区域预测效果
平顶山十矿工作面瓦斯突出预测成果：减少瓦斯突出治理工程量50%以上
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