| 煤與瓦斯突出 防治技術(shù)與管理體系
平煤集團(tuán)公司通風(fēng)管理中心
李國(guó)旗 高級(jí)工程師
★ 緒 論
煤與瓦斯突出是嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)的自然災(zāi)害之一。中國(guó)是一個(gè)煤與瓦斯突出比較嚴(yán)重的國(guó)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(xué)習(xí)掌握煤與瓦斯突出基本知識(shí)，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(xiàng)艱巨和長(zhǎng)期的任務(wù)。
煤與瓦斯突出 防治技術(shù)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(shù)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(jiǎn)史
三 . 煤與瓦斯突出的危害
四. 突出煤的物理力學(xué)性質(zhì)
五 . 煤與瓦斯突出的分類
六 . 煤與瓦斯突出的預(yù)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(yīng)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(fù)雜的異常動(dòng)力現(xiàn)象。
二.煤與瓦斯突出簡(jiǎn)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(guó)魯阿雷煤田依薩克煤礦，在急傾斜厚煤層平巷掘進(jìn)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(jì)，世界上約有20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)發(fā)生煤與瓦斯突出30000多次。其中中國(guó)、俄羅斯、法國(guó)、波蘭和日本五個(gè)國(guó)家突出比較嚴(yán)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(dāng)石門揭穿厚僅1.3米煤層時(shí)，發(fā)生了突出，突出煤（巖）14200噸，涌出瓦斯25萬(wàn)立方米。
煤與瓦斯突出簡(jiǎn)史（2）中國(guó)
中國(guó)是世界上突出最為嚴(yán)重的國(guó)家，目前有270多個(gè)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(guó)有重點(diǎn)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(wù)局富國(guó)礦西二坑。
我國(guó)最大的一次突出發(fā)生在1975年8月8日，是四川天府礦務(wù)局三匯壩一礦在主平硐揭穿煤層時(shí)發(fā)生的，突出煤（巖）12780噸，涌出瓦斯近140萬(wàn)立方米。
煤與瓦斯突出簡(jiǎn)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(lái)，突出礦井不斷增加，范圍不斷擴(kuò)大。目前，全公司有突出礦井5對(duì)（四礦、五礦、八礦、十礦和十二礦），有突出預(yù)兆礦井5對(duì)（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(jì)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(fù)雜的動(dòng)力現(xiàn)象，它在短時(shí)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(yán)重威脅。
(1)突出煤流充塞巷道，能摧毀巷道設(shè)施，機(jī)電設(shè)備，破壞通風(fēng)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(shí)曾發(fā)生一次突出，突出強(qiáng)度為420噸，涌出瓦斯50萬(wàn)立方米，瓦斯噴出時(shí)，逆風(fēng)流從提升井沖到地面，距井口23米的爐火導(dǎo)致瓦斯燃燒，火焰高達(dá)50米，井口建筑物燒成廢墟。兩小時(shí)后，火焰將熄滅時(shí)，又引起瓦斯連續(xù)爆炸7次，每隔7分鐘爆炸一次。當(dāng)時(shí)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(wù)局大用煤礦突出煤量2000余噸，死亡99人，風(fēng)流逆轉(zhuǎn)，造成人員窒息，遇害人員在距離突出地點(diǎn)700~800米。
案例3：
1972年2月20日，湖南紅衛(wèi)煤礦石門揭煤遠(yuǎn)距離放炮時(shí)發(fā)生了突出，突出強(qiáng)度為4500噸，涌出瓦斯138.5萬(wàn)立方米，高濃度瓦斯從主井口噴出，井口附近瓦斯?jié)舛雀哌_(dá)15%，較長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在9%；從北翼風(fēng)井口，噴出瓦斯被信號(hào)房?jī)?nèi)的爐火引燃，火柱高達(dá)30米，井口房和主扇被燒毀。
案例4：
1999年12月26日沈陽(yáng)礦務(wù)局紅菱礦揭煤時(shí)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(jí)和基層單位領(lǐng)導(dǎo)，其中包括礦總工、副總、局通風(fēng)處處長(zhǎng)5名處級(jí)干部，其他人員除放炮施工人員外，也多為區(qū)隊(duì)長(zhǎng)和礦救護(hù)人員。
案例5：
2002年4月7日，安徽省淮北礦業(yè)集團(tuán)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(wàn)立方米。突出的煤充填巷道700多米，其中400多米巷道被填實(shí)，造成13人死亡。
案例6：
1990年11月4日平煤集團(tuán)十二礦己15-17—16041風(fēng)巷，在掘進(jìn)到727m時(shí)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(jìn)到865m時(shí)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(wù)局老虎臺(tái)礦-880m首采區(qū)-780水平中央運(yùn)輸石門掘進(jìn)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(jìn)風(fēng)石門拐彎處被瓦斯窒息死亡。工作面裝巖機(jī)和兩臺(tái)礦車被沖出13到15m遠(yuǎn)，部分支架扭曲變形。突出煤堆積長(zhǎng)度85米，發(fā)生突出時(shí)有連續(xù)2分鐘左右的轟隆聲，并有大量瓦斯涌出，進(jìn)風(fēng)石門口瓦斯瞬間達(dá)到10%，石門口以里瓦斯達(dá)到40%以上，造成風(fēng)流逆轉(zhuǎn)300米以上。
案例8：
2002年8月13日，平煤五礦己17~23200機(jī)巷在掘進(jìn)機(jī)割煤、架棚子時(shí)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(zhǎng)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(xué)性質(zhì)（1）
煤與瓦斯突出發(fā)生在煤層中，煤的結(jié)構(gòu)特征對(duì)突出也有顯著影響。根據(jù)大量突出點(diǎn)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在發(fā)生突出的地點(diǎn)及附近的煤層都具有層理紊亂、煤質(zhì)松軟的特點(diǎn)，人們習(xí)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(yù)兆。
所謂軟分層或者軟團(tuán)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(qiáng)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(jí)碎粒甚至煤粉。從地質(zhì)角度分析，軟分層煤屬于構(gòu)造煤，它是煤層在構(gòu)造應(yīng)力作用下形變的產(chǎn)物。
突出煤的物理力學(xué)性質(zhì)（2）
按照煤在構(gòu)造作用下的破碎程度，構(gòu)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(xì)粉，原生結(jié)構(gòu)可見。
碎粒煤：煤已破碎成粒狀，由于運(yùn)動(dòng)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(jí)在1mm以上。原生結(jié)構(gòu)已破壞，構(gòu)造鏡面發(fā)育。
糜棱煤：煤已破碎成細(xì)粒狀或細(xì)粉狀，并被重新擠壓，其主要粒級(jí)在1mm以下，有時(shí)煤粒磨得很細(xì)，只相當(dāng)于巖石的粉砂級(jí)。由于這種煤是在強(qiáng)烈形變和發(fā)生塑性流動(dòng)情況下造成的，肉眼和鏡下?？煽吹搅鲃?dòng)構(gòu)造，如長(zhǎng)條狀顆粒的定向排列等。
突出煤的物理力學(xué)性質(zhì)（3）
煤結(jié)構(gòu)破壞程度的分類
國(guó)內(nèi)外不少研究者采用煤結(jié)構(gòu)的破壞程度預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性。
煤的結(jié)構(gòu)與突出的關(guān)系主要表現(xiàn)在原生結(jié)構(gòu)被破壞的構(gòu)造結(jié)構(gòu)上。煤的結(jié)構(gòu)破壞越嚴(yán)重，煤的機(jī)械強(qiáng)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(xiǎn)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(yán)重的煤所組成，這就是所謂的“構(gòu)造煤”。
蘇聯(lián)和我國(guó)一些單位對(duì)煤結(jié)構(gòu)破壞程度的研究，進(jìn)行了煤的破壞類型劃分，從突出危險(xiǎn)性區(qū)域預(yù)測(cè)的需要出發(fā)，對(duì)煤的破壞類型做了劃分，見下頁(yè)煤的破壞類型表
煤的破壞類型
突出煤的物理力學(xué)性質(zhì)（5）
煤的物理力學(xué)性質(zhì)研究意義
1. 構(gòu)造煤是引起突出的必要條件之一（發(fā)生突出的地點(diǎn)必須有構(gòu)造或叫軟分層的存在）。
2. 突出煤層中構(gòu)造煤厚度的增大，突出危險(xiǎn)性也相應(yīng)的增強(qiáng)。
3. 對(duì)構(gòu)造煤宏觀、微觀的研究，有助于我們認(rèn)識(shí)突出發(fā)生的內(nèi)在原因和機(jī)理。
4. 構(gòu)造煤的厚度變化和分布規(guī)律在一定程度上標(biāo)志著突出發(fā)生的危險(xiǎn)程度，對(duì)構(gòu)造煤分布規(guī)律的研究有助于我們從地質(zhì)角度進(jìn)行突出預(yù)測(cè)。
五 . 煤與瓦斯突出的分類
4.1 按動(dòng)力現(xiàn)象的力學(xué)特征分類
按照動(dòng)力現(xiàn)象的力學(xué)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(qiáng)度分類
按照突出強(qiáng)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(jiǎn)稱突出，其基本特征為：
1. 突出的煤向外拋出距離較遠(yuǎn)，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(wú)粒感的煤粉；
4. 有明顯的動(dòng)力較應(yīng)，破壞支架，推倒礦車，破壞和拋出安裝在巷道內(nèi)的設(shè)施；
5. 有大量的瓦斯（二氧化碳）涌出，瓦斯（二氧化碳）涌出量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過突出煤的瓦斯（二氧化碳）含量，有時(shí)會(huì)使風(fēng)流逆轉(zhuǎn)；
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(jiǎn)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(xì)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(wú)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(wú)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(jiǎn)稱傾出，其基本特征為：
1. 傾出的煤按自然安息角堆積，并無(wú)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(wú)明顯動(dòng)力效應(yīng)；
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(qiáng)度分類
突出強(qiáng)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(qiáng)度的依據(jù)。
① 小型突出：強(qiáng)度小于100噸；
② 中型突出：強(qiáng)度100噸（含100噸）~500噸（不含500噸）之間；
③ 大型突出：強(qiáng)度在500噸（含500噸）~1000噸（不含1000噸）之間；
④ 特大型突出：強(qiáng)度在1000噸（含1000噸）以上。
六 . 煤與瓦斯突出的預(yù)兆
實(shí)踐證明，大多數(shù)突出都有一些能為人的感官覺察到的預(yù)兆。熟悉和掌握它，并在現(xiàn)場(chǎng)工作中注意觀察，對(duì)于減少突出危害，保證人身安全，有著重要意義。突出的預(yù)兆主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：
煤與瓦斯突出的預(yù)兆(1)
地壓顯現(xiàn)方面的預(yù)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(dòng)、鉆孔變形、垮孔、頂鉆、夾鉆等。
瓦斯涌出方面的預(yù)兆：瓦斯涌出異常、瓦斯?jié)舛群龃蠛鲂 ⒚簤m增大、氣溫和氣味異常、打鉆噴孔、出現(xiàn)哨聲、風(fēng)聲和蜂鳴聲等。
煤層結(jié)構(gòu)與構(gòu)造方面的預(yù)兆：煤層層理紊亂、煤體干燥、煤體松軟或強(qiáng)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(lái)，這些預(yù)兆可分為有聲預(yù)兆和無(wú)聲預(yù)兆。
煤與瓦斯突出的預(yù)兆（2）
有聲預(yù)兆：地壓活動(dòng)劇烈、頂板來(lái)壓、不斷發(fā)生掉渣和支架斷裂聲；煤層產(chǎn)生震動(dòng)、手扶煤壁感到震動(dòng)和沖擊；聽到煤炮聲或悶雷聲，一般是先遠(yuǎn)后近、先小后大、先單響后連響，突出時(shí)伴有巨雷般響聲。
無(wú)聲預(yù)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小；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(yáng)、有時(shí)煤體碎片從煤壁上彈出；打鉆時(shí)嚴(yán)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(xiǎn)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(lái)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(dá)到800m以上。
(2)突出多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造區(qū)；如平頂山礦區(qū)的125次各類型突出，突出點(diǎn)有地質(zhì)構(gòu)造的占73次，占總突出次數(shù)的58.4％。
(3)煤體破壞程度越嚴(yán)重，煤的強(qiáng)度越小，煤層越厚，特別是軟分層厚度增加，突出危險(xiǎn)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(guān)。
煤與瓦斯突出的一般規(guī)律（2）
(4)采掘應(yīng)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(yīng)力疊加（包括兩巷相交和巷道貫通等）;
b、采區(qū)巷道的應(yīng)力疊加；
c、相鄰采場(chǎng)的應(yīng)力疊加；采場(chǎng)的影響范圍比較大，兩采場(chǎng)互 相接近，產(chǎn)生的應(yīng)力疊加更加明顯。有以下幾種情況：采空區(qū)和采面應(yīng)力疊加、相向回采和鄰近煤層采掘活動(dòng)引起的應(yīng)力疊加等。
(5)圍巖的透氣性越差，致密巖層越厚，突出危險(xiǎn)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(yù)兆。如平煤125次突出，有突出預(yù)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(jìn)工作面。石門突出危險(xiǎn)性最大。如平煤掘進(jìn)工作面突出計(jì)87次，占總次數(shù)的87%。
(10)煤層突出危險(xiǎn)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(xiǎn)性增大
② 絕大多數(shù)突出發(fā)生在煤巷掘進(jìn)工作面
③ 突出多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶
④ 大多數(shù)突出前有作業(yè)方式誘導(dǎo)
⑤ 突出前大多數(shù)有預(yù)兆
⑥ 煤與瓦斯突出危險(xiǎn)呈條帶分布
⑦ 煤的碳化程度越高，其突出危險(xiǎn)性增大
⑧ 由西向東，突出的危險(xiǎn)性隨之增大
平煤礦區(qū)突出地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系
平煤礦區(qū)突出與采掘工藝的關(guān)系
平煤礦區(qū)突出與施工工序的關(guān)系
平煤礦區(qū)突出與突出預(yù)兆的關(guān)系
工作面瓦斯突出區(qū)域預(yù)測(cè)效果
平頂山十礦工作面瓦斯突出預(yù)測(cè)成果：減少瓦斯突出治理工程量50%以上
|
發(fā)表評(píng)論 
