| 煤與瓦斯突出 防治技術與管理體系
平煤集團公司通風管理中心
李國旗 高級工程師
★ 緒 論
煤與瓦斯突出是嚴重威脅煤礦安全生產(chǎn)的自然災害之一。中國是一個煤與瓦斯突出比較嚴重的國家，到目前已經(jīng)發(fā)生各類突出15000次，每年由于突出死亡50多人。因此，學習掌握煤與瓦斯突出基本知識，搞好防治突出工作，保證安全生產(chǎn)，是廣大煤礦職工的一項艱巨和長期的任務。
煤與瓦斯突出 防治技術與管理體系
第一部分、煤與瓦斯突出概述
第二部分、防治突出綜合技術措施
第三部分、煤與瓦斯突出事故處理
第四部分、煤與瓦斯突出防治管理體系
第一部分、突出概述
一 . 煤與瓦斯突出基本概念
二、煤與瓦斯突出簡史
三 . 煤與瓦斯突出的危害
四. 突出煤的物理力學性質(zhì)
五 . 煤與瓦斯突出的分類
六 . 煤與瓦斯突出的預兆
七 . 煤與瓦斯突出的規(guī)律
八 . 典型案例
一、煤與瓦斯突出的基本概念
煤與瓦斯突出是在煤礦井下開采過程中，在地應力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤巖由煤體或巖體內(nèi)突然向采掘空間拋出，并伴隨涌出大量瓦斯的一種很復雜的異常動力現(xiàn)象。
二.煤與瓦斯突出簡史（1）
根據(jù)資料記載，世界上突出已有170多年的歷史。1834年3月22日，法國魯阿雷煤田依薩克煤礦，在急傾斜厚煤層平巷掘進工作面發(fā)生了世界上第一次煤與瓦斯突出。
據(jù)不完全統(tǒng)計，世界上約有20多個國家和地區(qū)發(fā)生煤與瓦斯突出30000多次。其中中國、俄羅斯、法國、波蘭和日本五個國家突出比較嚴重。
世界上最大一次突出發(fā)生在1969年7月13日，是前蘇聯(lián)的頓巴斯礦區(qū)加加林煤礦，當石門揭穿厚僅1.3米煤層時，發(fā)生了突出，突出煤（巖）14200噸，涌出瓦斯25萬立方米。
煤與瓦斯突出簡史（2）中國
中國是世界上突出最為嚴重的國家，目前有270多個突出礦井，已發(fā)生突出15000余次，占世界各種突出總數(shù)的40%以上。突出的主要省份有四川、重慶、湖南、貴州、江西、河南、遼寧、黑龍江等。
國有重點煤礦有記載的最早的一次突出發(fā)生于1950年4月20 日，是吉林遼源礦務局富國礦西二坑。
我國最大的一次突出發(fā)生在1975年8月8日，是四川天府礦務局三匯壩一礦在主平硐揭穿煤層時發(fā)生的，突出煤（巖）12780噸，涌出瓦斯近140萬立方米。
煤與瓦斯突出簡史（3）平煤
平頂山原為非突出礦區(qū)，但隨著礦井開采深度的增加，特別是89年以來，突出礦井不斷增加，范圍不斷擴大。目前，全公司有突出礦井5對（四礦、五礦、八礦、十礦和十二礦），有突出預兆礦井5對（一礦、六礦、十一礦、十三礦和香山公司）。
平頂山礦區(qū)有文字記載的第一次突出于1984年10月13日發(fā)生在八礦戊二沿煤皮帶下山。
平頂山最大一次突出于2000年10月15日發(fā)生在八礦戊二沿煤皮帶下山，突出煤量551噸，涌出瓦斯30103立方米。
到2002年底，共計發(fā)生各類突出125次，總突出煤量6763噸，總涌出瓦斯442178立方米。發(fā)生突出死亡事故3起8人。
三 . 煤與瓦斯突出的危害
煤與瓦斯突出是一種及其復雜的動力現(xiàn)象，它在短時間內(nèi)向采掘空間拋出的大量煤(巖)并涌出大量的瓦斯，給礦井安全生產(chǎn)造成嚴重威脅。
(1)突出煤流充塞巷道，能摧毀巷道設施，機電設備，破壞通風系統(tǒng)；
(2)突出煤流埋人死亡，高濃度瓦斯造成人員窒息死亡；
(3)遇火源引發(fā)瓦斯燃燒和爆炸等。
案例1：
1879年4月17日，比利時曾發(fā)生一次突出，突出強度為420噸，涌出瓦斯50萬立方米，瓦斯噴出時，逆風流從提升井沖到地面，距井口23米的爐火導致瓦斯燃燒，火焰高達50米，井口建筑物燒成廢墟。兩小時后，火焰將熄滅時，又引起瓦斯連續(xù)爆炸7次，每隔7分鐘爆炸一次。當時井下有209人，死亡121人，地面燒死3人，11人被燒傷。
案例2：
1971年六枝礦務局大用煤礦突出煤量2000余噸，死亡99人，風流逆轉，造成人員窒息，遇害人員在距離突出地點700~800米。
案例3：
1972年2月20日，湖南紅衛(wèi)煤礦石門揭煤遠距離放炮時發(fā)生了突出，突出強度為4500噸，涌出瓦斯138.5萬立方米，高濃度瓦斯從主井口噴出，井口附近瓦斯?jié)舛雀哌_15%，較長時間穩(wěn)定在9%；從北翼風井口，噴出瓦斯被信號房內(nèi)的爐火引燃，火柱高達30米，井口房和主扇被燒毀。
案例4：
1999年12月26日沈陽礦務局紅菱礦揭煤時發(fā)生特大型突出，突出煤量2000噸，瓦斯逆流2000多米，死亡28人，遇害多為局礦級和基層單位領導，其中包括礦總工、副總、局通風處處長5名處級干部，其他人員除放炮施工人員外，也多為區(qū)隊長和礦救護人員。
案例5：
2002年4月7日，安徽省淮北礦業(yè)集團公司蘆嶺煤礦發(fā)生了一次煤與瓦斯突出事故，突出煤量5000余噸，涌出瓦斯30余萬立方米。突出的煤充填巷道700多米，其中400多米巷道被填實，造成13人死亡。
案例6：
1990年11月4日平煤集團十二礦己15-17—16041風巷，在掘進到727m時曾發(fā)生煤與瓦斯壓出，壓出煤量19噸，涌出瓦斯量1400m3。1991年1月22日該工作面掘進到865m時又發(fā)生煤與瓦斯壓出事故，壓出煤量91噸，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，遼寧撫順礦務局老虎臺礦-880m首采區(qū)-780水平中央運輸石門掘進工作面發(fā)生煤與瓦斯突出，突出煤量1017噸，涌出瓦40337立方米，造成7人死亡。其中在工作面作業(yè)的6人被煤流與瓦斯沖出15m后被煤流埋住死亡，另有一人在距離工作面約80m以外的中央進風石門拐彎處被瓦斯窒息死亡。工作面裝巖機和兩臺礦車被沖出13到15m遠，部分支架扭曲變形。突出煤堆積長度85米，發(fā)生突出時有連續(xù)2分鐘左右的轟隆聲，并有大量瓦斯涌出，進風石門口瓦斯瞬間達到10%，石門口以里瓦斯達到40%以上，造成風流逆轉300米以上。
案例8：
2002年8月13日，平煤五礦己17~23200機巷在掘進機割煤、架棚子時發(fā)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。突出煤拋出長度20.7米，煤量123噸，涌出瓦斯9800立方米。
四. 突出煤的物理力學性質(zhì)（1）
煤與瓦斯突出發(fā)生在煤層中，煤的結構特征對突出也有顯著影響。根據(jù)大量突出點的調(diào)查統(tǒng)計，在發(fā)生突出的地點及附近的煤層都具有層理紊亂、煤質(zhì)松軟的特點，人們習慣上把這種煤叫做軟分層，或稱軟煤。在突出礦井，煤質(zhì)變軟是突出的一種預兆。
所謂軟分層或者軟團塊、軟煤，是與正常煤層相比而言的。這種煤層比正常煤分層的強度明顯降低，具有極端的松散性和易碎性，用手捻搓易成厘米、毫米級碎粒甚至煤粉。從地質(zhì)角度分析，軟分層煤屬于構造煤，它是煤層在構造應力作用下形變的產(chǎn)物。
突出煤的物理力學性質(zhì)（2）
按照煤在構造作用下的破碎程度，構造煤分為三種類型：
碎裂煤：煤被密集的相互交叉的裂隙切割成碎塊，這些碎塊保持尖棱角狀，相互之間沒有多大的位移，僅在一些剪性裂隙表面煤被磨成細粉，原生結構可見。
碎粒煤：煤已破碎成粒狀，由于運動過程中顆粒間相互磨擦，大部分顆粒被磨去了棱角，并被重新擠壓，主要粒級在1mm以上。原生結構已破壞，構造鏡面發(fā)育。
糜棱煤：煤已破碎成細粒狀或細粉狀，并被重新擠壓，其主要粒級在1mm以下，有時煤粒磨得很細，只相當于巖石的粉砂級。由于這種煤是在強烈形變和發(fā)生塑性流動情況下造成的，肉眼和鏡下常可看到流動構造，如長條狀顆粒的定向排列等。
突出煤的物理力學性質(zhì)（3）
煤結構破壞程度的分類
國內(nèi)外不少研究者采用煤結構的破壞程度預測煤與瓦斯突出的危險性。
煤的結構與突出的關系主要表現(xiàn)在原生結構被破壞的構造結構上。煤的結構破壞越嚴重，煤的機械強度也就越小，而且破壞后的煤增加了破裂面，煤內(nèi)瓦斯的放散速度亦大為提高，因而，突出危險煤層的全部或大部分是由裂隙極多、鏡面發(fā)育、層理紊亂、破碎嚴重的煤所組成，這就是所謂的“構造煤”。
蘇聯(lián)和我國一些單位對煤結構破壞程度的研究，進行了煤的破壞類型劃分，從突出危險性區(qū)域預測的需要出發(fā)，對煤的破壞類型做了劃分，見下頁煤的破壞類型表
煤的破壞類型
突出煤的物理力學性質(zhì)（5）
煤的物理力學性質(zhì)研究意義
1. 構造煤是引起突出的必要條件之一（發(fā)生突出的地點必須有構造或叫軟分層的存在）。
2. 突出煤層中構造煤厚度的增大，突出危險性也相應的增強。
3. 對構造煤宏觀、微觀的研究，有助于我們認識突出發(fā)生的內(nèi)在原因和機理。
4. 構造煤的厚度變化和分布規(guī)律在一定程度上標志著突出發(fā)生的危險程度，對構造煤分布規(guī)律的研究有助于我們從地質(zhì)角度進行突出預測。
五 . 煤與瓦斯突出的分類
4.1 按動力現(xiàn)象的力學特征分類
按照動力現(xiàn)象的力學的基本特征，可分為三類，即：突出、壓出、傾出，統(tǒng)稱為煤與瓦斯突出。
4.2 按突出的強度分類
按照突出強度的大小可分為四類，即：小型、中型、大型和特大型。
1 、突出的基本特征
煤與瓦斯突出，簡稱突出，其基本特征為：
1. 突出的煤向外拋出距離較遠，具有明顯的分選現(xiàn)象；
2. 拋出的煤堆積角小于煤的自然安息角；
3. 拋出的煤破碎程度高，含有大量的塊煤和手捻無粒感的煤粉；
4. 有明顯的動力較應，破壞支架，推倒礦車，破壞和拋出安裝在巷道內(nèi)的設施；
5. 有大量的瓦斯（二氧化碳）涌出，瓦斯（二氧化碳）涌出量遠遠超過突出煤的瓦斯（二氧化碳）含量，有時會使風流逆轉；
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。
煤與瓦斯突出基本特征圖示
2、 壓出的基本特征
煤與瓦斯壓出，簡稱壓出，其基本特征為：
1. 壓出有兩種形式，即煤的整體位移和煤有一定距離的拋出，但位移和拋出的距離較??；
2. 壓出后，在煤層與頂板之間的裂隙中，常留有細煤粉，整體位移的煤體上有大量的裂隙；
3. 壓出的煤呈塊狀，無分選現(xiàn)象；
4. 巷道瓦斯（二氧化碳）涌出量增大；
5. 壓出可能無孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞。
煤與瓦斯壓出的基本特征圖示
3 、傾出的基本特征
煤與瓦斯傾出，簡稱傾出，其基本特征為：
1. 傾出的煤按自然安息角堆積，并無分選現(xiàn)象；
2. 傾出的孔洞呈孔大腔小，孔洞軸線沿煤層傾斜或鉛垂（厚煤層）方向發(fā)展；
3. 無明顯動力效應；
4. 傾出常發(fā)生在煤質(zhì)松軟的急傾斜煤層中；
5. 巷道瓦斯（二氧化碳）涌出量明顯增加。
煤與瓦斯傾出的基本特征圖示
2 、按突出的強度分類
突出強度是指每次突出的煤巖數(shù)量和涌出的瓦斯量，主要以突出煤巖量做為劃分突出強度的依據(jù)。
① 小型突出：強度小于100噸；
② 中型突出：強度100噸（含100噸）~500噸（不含500噸）之間；
③ 大型突出：強度在500噸（含500噸）~1000噸（不含1000噸）之間；
④ 特大型突出：強度在1000噸（含1000噸）以上。
六 . 煤與瓦斯突出的預兆
實踐證明，大多數(shù)突出都有一些能為人的感官覺察到的預兆。熟悉和掌握它，并在現(xiàn)場工作中注意觀察，對于減少突出危害，保證人身安全，有著重要意義。突出的預兆主要表現(xiàn)在以下三個方面：
煤與瓦斯突出的預兆(1)
地壓顯現(xiàn)方面的預兆：煤炮聲、支架折裂聲、煤巖開裂、自行剝落、掉渣、底鼓、煤壁顫動、鉆孔變形、垮孔、頂鉆、夾鉆等。
瓦斯涌出方面的預兆：瓦斯涌出異常、瓦斯?jié)舛群龃蠛鲂?、煤塵增大、氣溫和氣味異常、打鉆噴孔、出現(xiàn)哨聲、風聲和蜂鳴聲等。
煤層結構與構造方面的預兆：煤層層理紊亂、煤體干燥、煤體松軟或強度不均勻、煤的色澤暗淡、煤厚與傾角變化、擠壓褶曲、波狀隆起、斷層等。
概括起來，這些預兆可分為有聲預兆和無聲預兆。
煤與瓦斯突出的預兆（2）
有聲預兆：地壓活動劇烈、頂板來壓、不斷發(fā)生掉渣和支架斷裂聲；煤層產(chǎn)生震動、手扶煤壁感到震動和沖擊；聽到煤炮聲或悶雷聲，一般是先遠后近、先小后大、先單響后連響，突出時伴有巨雷般響聲。
無聲預兆：工作面遇到地質(zhì)變化、煤層厚度不一，尤其是煤層中軟分層變化；瓦斯涌出量增大或忽大忽??；氣溫降低、煤層層理紊亂、硬度降低、光澤暗淡、煤體干燥、煤塵飛揚、有時煤體碎片從煤壁上彈出；打鉆時嚴重頂鉆、夾鉆或噴孔等。
七、突出的一般規(guī)律(1)
(1)開采深度增加，突出危險性增大；如平頂山礦區(qū)，89年以前礦井的開采深度大多在垂深400m以上開采，屬非突出礦區(qū)。但隨著開采深度的增加，八礦、十二礦、十礦、五礦、四礦相繼發(fā)生突出，由原來的高、低瓦斯礦井升格為突出礦井。目前這些礦井的開采深度已達到800m以上。
(2)突出多發(fā)生在地質(zhì)構造區(qū)；如平頂山礦區(qū)的125次各類型突出，突出點有地質(zhì)構造的占73次，占總突出次數(shù)的58.4％。
(3)煤體破壞程度越嚴重，煤的強度越小，煤層越厚，特別是軟分層厚度增加，突出危險越大。如平頂山礦區(qū)的突出，60％以上與煤層中的軟分層厚度有關。
煤與瓦斯突出的一般規(guī)律（2）
(4)采掘應力集中區(qū)容易發(fā)生突出。有以下幾種情況：
a 、相鄰巷道的應力疊加（包括兩巷相交和巷道貫通等）;
b、采區(qū)巷道的應力疊加；
c、相鄰采場的應力疊加；采場的影響范圍比較大，兩采場互 相接近，產(chǎn)生的應力疊加更加明顯。有以下幾種情況：采空區(qū)和采面應力疊加、相向回采和鄰近煤層采掘活動引起的應力疊加等。
(5)圍巖的透氣性越差，致密巖層越厚，突出危險越大。
(6)突出常發(fā)生在外力沖擊作用下，如放炮、割煤等；如平頂山礦區(qū)的125次突出，放炮57次，割煤48次，占突出總次數(shù)的84％
煤與瓦斯突出的一般規(guī)律（3）
(7)突出的氣體主要是沼氣，亦有二氧化碳；如平頂山礦區(qū)的突出氣體均為沼氣等。
(8)發(fā)生突出前大都有預兆。如平煤125次突出，有突出預兆的占114次，占總次數(shù)的91.2%。
(9)絕大多數(shù)突出發(fā)生在煤巷掘進工作面。石門突出危險性最大。如平煤掘進工作面突出計87次，占總次數(shù)的87%。
(10)煤層突出危險區(qū)常呈帶狀分布。
平煤礦區(qū)煤與瓦斯突出情況
截止2004年10月底
突出深度分類分析：
突出煤層分類分析
平煤礦區(qū)煤與瓦斯突出規(guī)律
①隨著礦井開采深度的增加，突出危險性增大
② 絕大多數(shù)突出發(fā)生在煤巷掘進工作面
③ 突出多發(fā)生在地質(zhì)構造帶
④ 大多數(shù)突出前有作業(yè)方式誘導
⑤ 突出前大多數(shù)有預兆
⑥ 煤與瓦斯突出危險呈條帶分布
⑦ 煤的碳化程度越高，其突出危險性增大
⑧ 由西向東，突出的危險性隨之增大
平煤礦區(qū)突出地質(zhì)構造關系
平煤礦區(qū)突出與采掘工藝的關系
平煤礦區(qū)突出與施工工序的關系
平煤礦區(qū)突出與突出預兆的關系
工作面瓦斯突出區(qū)域預測效果
平頂山十礦工作面瓦斯突出預測成果：減少瓦斯突出治理工程量50%以上
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發(fā)表評論 
