【學(xué)員問(wèn)題】煤和礦井瓦斯突出？

　　【解答】煤礦在地下采掘過(guò)程中，在短瞬之間，從煤（巖石）壁內向采掘工作面突然噴出大量煤（巖）粉和瓦斯（CH4、CO2）的現象，稱(chēng)為煤和瓦斯突出，簡(jiǎn)稱(chēng)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(dòng)力現象。煤與瓦斯突出能摧毀井巷設施，破壞通風(fēng)系統，使井巷充滿(mǎn)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(chǎn)業(yè)災害。

　　1.煤與瓦斯（CH4或CO2）突出

　　簡(jiǎn)稱(chēng)突出。發(fā)生突出的主要因素是地壓（或稱(chēng)地應力）和瓦斯壓力的聯(lián)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(shí)現突出的基本能源是煤內蓄積的高壓瓦斯能。因此，突出現象的基本特征是：

　�。�1）突出的固體物質(zhì)具有氣力運輸的特征，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；煤堆積的坡度小于煤的自然安息角。

　�。�2）突出的固體物質(zhì)具有被高壓氣體粉碎的特征。大量的極細的微塵是突出時(shí)煤被高壓瓦斯膨脹粉碎的結果。但也有突出物被高壓壓實(shí)，需要用鎬來(lái)清理的少數情況。

　�。�3）突出時(shí)有大量瓦斯（CH4或CO2）噴出，由于瓦斯壓力大于巷道內通風(fēng)壓力，而且大得多，所以噴出的瓦斯逆風(fēng)流前進(jìn)。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(guò)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(fēng)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(xiàn)往往沿煤層傾斜向上伸延或與傾斜線(xiàn)組成不大的夾角，長(cháng)數米至數十米，有時(shí)孔洞被碎煤充填，不易直接看到。

　�。�5）突出有明顯的動(dòng)力效應，如搬運巨石、推翻礦車(chē)和毀壞設備、破壞井巷支護等設施。

　　2.煤突然壓出并涌出大量瓦斯

　　簡(jiǎn)稱(chēng)壓出。發(fā)動(dòng)與實(shí)現壓出的主要動(dòng)力是受采動(dòng)影響所產(chǎn)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，壓出的基本特征是：

　�。�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；煤堆積坡度小于自然安息角。

　�。�2）壓出的煤無(wú)分選現象，大小不同的碎塊雜亂無(wú)章；有時(shí)煤被整體位移，向外鼓出。

　�。�3）壓出時(shí)瓦斯涌出量不大，極少情況下從壓裂的縫隙噴出瓦斯，但極少見(jiàn)到瓦斯逆流的現象。

　�。�4）壓出時(shí)動(dòng)力效應較突出為小，但亦能推倒支架，推移工作面設備。

　�。�5）壓出后形成的空洞不規則，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(cháng)的達幾米，不少壓出看不到空洞。

　　3.煤的傾出并涌出瓦斯

　　簡(jiǎn)稱(chēng)傾出。發(fā)生傾出的主要動(dòng)力是地應力，即結構松軟、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(chuàng )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，傾出的基本特征是：

　�。�1）當煤體自重超過(guò)煤層的凝聚力而傾出時(shí)，按重力方向堆積，即堆積在原處位置的下方，就近堆積在采掘工作面的下方近處。堆積的坡度等于自然安息角。

　�。�2）傾出的煤呈大小不同的塊狀，無(wú)分選現象，無(wú)粉末狀細粒。

　�。�3）傾出伴隨有瓦斯涌出，但影響范圍和瓦斯量均較突出為小，且無(wú)瓦斯逆流現象。

　�。�4）傾出后形成空洞有舌形、袋形，孔洞軸線(xiàn)沿煤傾斜方向延伸，傾角大于45°，位于原集中應力帶以?xún)�，孔洞深達幾米。

　�。�5）傾出的動(dòng)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(dòng)力現象的發(fā)動(dòng)力都以地壓為主，所以它們的預兆相似，對震動(dòng)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(zhì)構造帶、松軟煤帶等都易發(fā)生。凡能使地應力得到緩和及衰減的措施，例如開(kāi)采解放層等，都可以減弱甚至消除這一災害。由于實(shí)現突出、壓出、傾出的能源不完全相同，根據動(dòng)力現象的力學(xué)特征，一般不難區分，從而采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(shí)存在，而且相輔相成。實(shí)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(fā)生的條件與特征有如下規律：

　�。�1）突出災害隨采掘深度的增加而增加。

　　各礦發(fā)生突出地點(diǎn)的深度因地質(zhì)條件、地壓狀況、煤質(zhì)松軟與堅硬、煤層傾角、厚度等的不同而各異。但總的說(shuō)來(lái)，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采煤層。

　�。�3）突出可以發(fā)生在各類(lèi)巷道中和各種作業(yè)時(shí)，但以石門(mén)揭穿煤層和放炮落煤時(shí)最容易發(fā)生。掘進(jìn)平巷和采煤工作面次之。

　�。�4）回采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(mén)揭煤、上山和下山的突出，地壓和瓦斯聯(lián)合作用；鉆孔突出大多為瓦斯壓力起主導作用。

　�。�5）突出多發(fā)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(wú)直接關(guān)系。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(diǎn)是煤的力學(xué)強度低、變化大、透氣性差，瓦斯擴散速度高、濕度小、層理紊亂、遭地質(zhì)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占大多數，由下方向巷道突出占極少數，突出次數有隨著(zhù)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(xué)強度和結構等異常往往呈帶狀分布。因此，突出與地質(zhì)構造有密切關(guān)系。圍巖硬而厚時(shí)突出危險性增大。

　　在采掘形成的地應力集中地區，如鄰近層的煤柱上下、相向采掘接近區、巷道開(kāi)口、兩巷貫通前煤柱內、采煤工作面集中應力處及上山掘進(jìn)等突出危險性大，次數多且強度大。

　�。�9）絕大多數突出，發(fā)生在落煤工序，尤其是爆破落煤時(shí)。突出的危險性隨對煤體震動(dòng)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(gè)方面：

　　1）地壓顯現方面的預兆

　　發(fā)出煤炮聲、支架響聲以及出現巖煤開(kāi)裂、掉碴、底鼓、巖煤自行剝落、煤壁顫動(dòng)、鉆孔變形、垮孔頂鉆、夾釬桿、鉆機過(guò)負荷等。

　　2）瓦斯涌出方面的預兆

　　瓦斯涌出異常，瓦斯濃度忽大忽小，煤塵增加，氣溫、氣味異常，打鉆時(shí)噴瓦斯、噴煤粉以及出現哨聲、風(fēng)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(wú)光澤，增大煤層厚度，傾角變陡，擠壓褶曲，波狀隆起，煤體干燥，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(shù)措施

　�。�1）開(kāi)采解放層

　　在有煤與瓦斯突出危險的礦井中，在開(kāi)采煤層群的條件下，礦工們首先開(kāi)采沒(méi)有突出危險，或突出危險較小的煤層。由于受采動(dòng)影響，距離它一定范圍內的突出危險煤層便會(huì )失去突出的危險。這個(gè)先采的煤層稱(chēng)為解放層，位于突出危險層的上方，稱(chēng)為上解放層，位于下方的稱(chēng)為下解放層。

　　凡是有解放層的所有發(fā)生煤與瓦斯突出的國家，如法國、原蘇聯(lián)、德國、波蘭、匈牙利、比利時(shí)等國，都采用這種措施。我國從1958年起成功地推廣了這一技術(shù)。目前開(kāi)采解放層的礦井占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

　　我國采用預抽瓦斯的礦井占有突出危險礦井總數的21%.在煤層開(kāi)采之前用均勻布置在突出危險煤層內的大量鉆孔來(lái)進(jìn)行幾個(gè)月至十幾個(gè)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(shí)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采工作面注水可防止煤與瓦斯突出。

　　我國山西陽(yáng)泉一礦北頭嘴礦井在綜采工作面進(jìn)行淺孔煤體注水，使工作面煤壓出的次數減少82%，瓦斯涌出量減少28%，煤塵減少了49%.

　�。�4）超前鉆孔

　　在工作面前方一定距離的煤體內，在開(kāi)采以前始終保有一定數量的較大直徑的鉆孔，用以預防突出的發(fā)生。

　　我國有近40%的突出危險礦井使用這種措施。我國超前鉆孔的經(jīng)驗數據為：孔徑不少于120mm，超前距離不少于5m，孔數不少于4～5個(gè)。南桐魚(yú)田堡礦孔徑為300mm.

　�。�5）水力沖孔

　　利用鉆機打鉆時(shí)噴射的水射流，在突出煤層內沖出煤炭和瓦斯，或誘導可以控制的小型突出，以造成煤體卸壓，排放瓦斯，消除采掘突出危險的方法。此法最早在南桐礦務(wù)局試驗成功。

　　據不完全統計，應用此法在我國已經(jīng)安全地揭開(kāi)突出危險煤層（指石門(mén)掘進(jìn)揭穿突出層）100多次，掘進(jìn)煤巷1萬(wàn)多米，水沖區采出煤炭100萬(wàn)噸。

　�。�6）震動(dòng)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(chēng)為震動(dòng)放炮。

　　震動(dòng)放炮用強大的震動(dòng)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(fā)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(chǎng)的條件下完成最危險的落煤或揭開(kāi)煤層工序的一種安全措施。

　　震動(dòng)放炮時(shí)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(shí)，先爆巖眼，后爆煤眼，最大延遲時(shí)間應在100ms以?xún)取?/p>

　　以上內容均根據學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問(wèn)題整理而成，供參考，如有問(wèn)題請及時(shí)溝通、指正。