【學員問題】煤和礦井瓦斯突出？
【解答】煤礦在地下採掘過程中，在短瞬之間，從煤（巖石）壁內向採掘工作面突然噴出大量煤（巖）粉和瓦斯（CH4、CO2）的現象，稱為煤和瓦斯突出，簡稱瓦斯突出。它是一種由地壓、瓦斯壓綜合作用的常常伴有聲響和猛烈力能效應的動力現象。煤與瓦斯突出能摧毀井巷設施，破壞通風系統，使井巷充滿瓦斯與大量煤粉，造成人員窒息、煤流埋人，甚至可引起井下火災和瓦斯爆炸。因此，煤和瓦斯突出是礦山中嚴重的產業災害。
1.煤與瓦斯（CH4或CO2）突出
簡稱突出。發生突出的主要因素是地壓（或稱地應力）和瓦斯壓力的聯合作用，通常以地應力為主，瓦斯壓力的作用為輔，煤與瓦斯的重力不起決定作用。實現突出的基本能源是煤內蓄積的高壓瓦斯能。因此，突出現象的基本特徵是：
（1）突出的固體物質具有氣力運輸的特徵，顆粒呈分選性堆積；煤、巖被瓦斯流拋至遠處，可隨巷道拐彎，亦能向上拋至一定的高度；煤堆積的坡度小於煤的自然安息角。
（2）突出的固體物質具有被高壓氣體粉碎的特徵。大量的極細的微塵是突出時煤被高壓瓦斯膨脹粉碎的結果。但也有突出物被高壓壓實，需要用鎬來清理的少數情況。
（3）突出時有大量瓦斯（CH4或CO2）噴出，由於瓦斯壓力大於巷道內通風壓力，而且大得多，所以噴出的瓦斯逆風流前進。100t以下的中型突出，瓦斯逆流為數十米；1000t以下的大型突出，瓦斯逆流為數百米；超過千噸的特大型突出，瓦斯逆流達千米以上。突出能夠嚴重破壞礦井通風系統和設施。
（4）突出孔洞的口小而肚大，呈梨形或倒瓶形，其軸線往往沿煤層傾斜向上伸延或與傾斜線組成不大的夾角，長數米至數十米，有時孔洞被碎煤充填，不易直接看到。
（5）突出有明顯的動力效應，如搬運巨石、推翻礦車和毀壞設備、破壞井巷支護等設施。
2.煤突然壓出並湧出大量瓦斯
簡稱壓出。發動與實現壓出的主要動力是受採動影響所產生的地壓，即地應力。瓦斯壓力和煤的自重是次要的因素。壓出的基本能源是煤層受地壓影響所積蓄的彈性能。因此，壓出的基本特徵是：
（1）壓出的固體物按彈性能釋放的方向堆積，是堆積在原處位置的對面，壓出的煤拋出不遠，或在自重的參與下偏向鉛垂方向；煤堆積坡度小於自然安息角。
（2）壓出的煤無分選現象，大小不同的碎塊雜亂無章；有時煤被整體位移，向外鼓出。
（3）壓出時瓦斯湧出量不大，極少情況下從壓裂的縫隙噴出瓦斯，但極少見到瓦斯逆流的現象。
（4）壓出時動力效應較突出為小，但亦能推倒支架，推移工作面設備。
（5）壓出後形成的空洞不規則，往往形成袋狀、楔形、縫形不等，但空洞多為口大而肚小，外寬內窄，深度長的達幾米，不少壓出看不到空洞。
3.煤的傾出並湧出瓦斯
簡稱傾出。發生傾出的主要動力是地應力，即結構鬆軟、飽含瓦斯、內聚力小的煤，在較高的地應力作用下，突然破壞、失去平衡，為其位能的釋放創造了條件。突出傾出的能源主要是失穩煤體的自身重力。因此，傾出的基本特徵是：
（1）當煤體自重超過煤層的凝聚力而傾出時，按重力方向堆積，即堆積在原處位置的下方，就近堆積在採掘工作面的下方近處。堆積的坡度等於自然安息角。
（2）傾出的煤呈大小不同的塊狀，無分選現象，無粉末狀細粒。
（3）傾出伴隨有瓦斯湧出，但影響範圍和瓦斯量均較突出為小，且無瓦斯逆流現象。
（4）傾出後形成空洞有舌形、袋形，孔洞軸線沿煤傾斜方向延伸，傾角大於45°，位於原集中應力帶以內，孔洞深達幾米。
（5）傾出的動力效應較小，僅能破壞附近的支架。
以上三種；即突出、壓出、傾出三種動力現象的發動力都以地壓為主，所以它們的預兆相似，對震動以及引起應力集中的因素都非常敏感。在地壓應力集中地帶、地質構造帶、鬆軟煤帶等都易發生。凡能使地應力得到緩和及衰減的措施，例如開採解放層等，都可以減弱甚至消除這一災害。由於實現突出、壓出、傾出的能源不完全相同，根據動力現象的力學特徵，一般不難區分，從而採取各自適應的預防措施。
突出危險煤層內，地應力和瓦斯壓力同時存在，而且相輔相成。實驗證明，地應力增大區，瓦斯壓力亦增大；煤中瓦斯含量高，瓦斯壓力增大地區，地應力亦隨之增大。
瓦斯突出，發生的條件與特徵有如下規律：
（1）突出災害隨採掘深度的增加而增加。
各礦發生突出地點的深度因地質條件、地壓狀況、煤質鬆軟與堅硬、煤層傾角、厚度等的不同而各異。但總的說來，深度大，則突出的次數多、強度大。
（2）突出的次數、強度，隨煤層的厚度，特別是軟分層的厚度的增加而增多。突出最嚴重的煤層一般都是最厚的主採煤層。
（3）突出可以發生在各類巷道中和各種作業時，但以石門揭穿煤層和放炮落煤時最容易發生。掘進平巷和採煤工作面次之。
（4）回採工作面和鄰近層煤柱區的突出，大多表現為地壓顯現作用的結果，即地壓起主導作用；石門揭煤、上山和下山的突出，地壓和瓦斯聯合作用；鑽孔突出大多為瓦斯壓力起主導作用。
（5）突出多發生在高瓦斯礦井內，同一煤層，其瓦斯壓力越高，突出危險性越大；不同煤層，其瓦斯壓力與突出危險性之間無直接關係。這是因為決定突出的主要因素除瓦斯外還有地應力、煤結構強度等。
（6）突出煤層的特點是煤的力學強度低、變化大、透氣性差，瓦斯擴散速度高、溼度小、層理紊亂、遭地質構造力破壞嚴重。
（7）煤自重的影響。由煤壁上前方往巷道內突出佔大多數，由下方向巷道突出佔極少數，突出次數有隨著煤層傾角的增大而增多的趨勢。
（8）突出危險區呈帶狀分布。這是因為地壓、瓦斯壓力、煤的力學強度和結構等異常往往呈帶狀分布。因此，突出與地質構造有密切關係。圍巖硬而厚時突出危險性增大。
在採掘形成的地應力集中地區，如鄰近層的煤柱上下、相向採掘接近區、巷道開口、兩巷貫通前煤柱內、採煤工作面集中應力處及上山掘進等突出危險性大，次數多且強度大。
（9）絕大多數突出，發生在落煤工序，尤其是爆破落煤時。突出的危險性隨對煤體震動增強而增加。
（10）大多數突出，事先都有預兆。煤與瓦斯突出預兆表現在三個方面：
1）地壓顯現方面的預兆
發出煤炮聲、支架響聲以及出現巖煤開裂、掉碴、底鼓、巖煤自行剝落、煤壁顫動、鑽孔變形、垮孔頂鑽、夾釺杆、鑽機過負荷等。
2）瓦斯湧出方面的預兆
瓦斯湧出異常，瓦斯濃度忽大忽小，煤塵增加，氣溫、氣味異常，打鑽時噴瓦斯、噴煤粉以及出現哨聲、風聲、蜂鳴聲等。
3）煤層結構與構造方面的預兆
層理紊亂，煤變軟變松或不均勻，煤變暗淡無光澤，增大煤層厚度，傾角變陡，擠壓褶曲，波狀隆起，煤體乾燥，頂底板階梯狀凸起，斷層破碎帶擴大等。
預防煤與瓦斯突出的技術措施
（1）開採解放層
在有煤與瓦斯突出危險的礦井中，在開採煤層群的條件下，礦工們首先開採沒有突出危險，或突出危險較小的煤層。由於受採動影響，距離它一定範圍內的突出危險煤層便會失去突出的危險。這個先採的煤層稱為解放層，位於突出危險層的上方，稱為上解放層，位於下方的稱為下解放層。
凡是有解放層的所有發生煤與瓦斯突出的國家，如法國、原蘇聯、德國、波蘭、匈牙利、比利時等國，都採用這種措施。我國從1958年起成功地推廣了這一技術。目前開採解放層的礦井佔全國有煤和瓦斯突出危險礦井的26%.這是一種有效的區域性防治突出的措施。
（2）預先抽放突出危險煤層的瓦斯
我國採用預抽瓦斯的礦井佔有突出危險礦井總數的21%.在煤層開採之前用均勻布置在突出危險煤層內的大量鑽孔來進行幾個月至十幾個月的預抽瓦斯，不僅降低了瓦斯壓力與瓦斯含量，而且使地應力下降，煤層的強度增加。我國的實踐證明，只要能預先抽出20%～30%的瓦斯，即可防止煤與瓦斯突出。
（3）煤層注水
近年國外研究成功在回採工作面注水可防止煤與瓦斯突出。
我國山西陽泉一礦北頭嘴礦井在綜採工作面進行淺孔煤體注水，使工作面煤壓出的次數減少82%，瓦斯湧出量減少28%，煤塵減少了49%.
（4）超前鑽孔
在工作面前方一定距離的煤體內，在開採以前始終保有一定數量的較大直徑的鑽孔，用以預防突出的發生。
我國有近40%的突出危險礦井使用這種措施。我國超前鑽孔的經驗數據為：孔徑不少於120mm，超前距離不少於5m，孔數不少於4～5個。南桐魚田堡礦孔徑為300mm.
（5）水力衝孔
利用鑽機打鑽時噴射的水射流，在突出煤層內衝出煤炭和瓦斯，或誘導可以控制的小型突出，以造成煤體卸壓，排放瓦斯，消除採掘突出危險的方法。此法最早在南桐礦務局試驗成功。
據不完全統計，應用此法在我國已經安全地揭開突出危險煤層（指石門掘進揭穿突出層）100多次，掘進煤巷1萬多米，水衝區採出煤炭100萬噸。
（6）震動放炮
用比普通爆破多的炸藥量和炮眼數，一次炸出巷道全斷面的爆破，稱為震動放炮。
震動放炮用強大的震動力和深揭作用使地應力作用下的高壓瓦斯煤體突然暴露，造成人為最有利的可控制的發生突出的條件。所以，它是一種誘導突出的方法，也是在人員不在現場的條件下完成最危險的落煤或揭開煤層工序的一種安全措施。
震動放炮時揭蓋的炮眼數比一般爆破約多2倍；煤眼和巖眼的比例為1：2；煤、巖眼交錯排列，毫秒爆破時，先爆巖眼，後爆煤眼，最大延遲時間應在100ms以內。
以上內容均根據學員實際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請及時溝通、指正。
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