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防突基础

防治煤与瓦斯突出讲课

提纲

第一讲概述

一、瓦斯突出

1、定义：

大量的煤炭和瓦斯突然从煤体抛向采掘空间的现象叫煤与瓦斯突出。

2、危害：

（1）冲击危害：

煤埋人员，破坏通风系统，摧毁巷道，损坏设备，堵塞巷道，恶化环境。

（2）瓦斯危害：

人员窒息，瓦斯燃烧，瓦斯爆炸。

3、国内外突出概况

（1）最早的一次突出是1834年的德国伊萨克矿。

（2）已发生的突出近4万次。

（3）世界上最大的一次突出是1969年7月3日前苏联的顿巴斯矿区的加加林矿石门揭煤，突出煤量1.42万t，涌出瓦斯25万m3。

（4）我国发生最大的一次突出是1975年8月8日天府矿务局三汇一矿主石门（+280m）揭6#煤层时突出煤量12780t，涌出瓦斯140万m3。

（5）渝南地区最大的一次突出是1988年10月16日南桐矿务局鱼田堡煤矿石门揭煤，突出煤量8765t，涌出瓦斯200万m3。

（6）世界上最大的突出瓦斯量是1968年12月6日南桐矿务局鱼田堡煤矿突出瓦斯350万m3，煤5000t。

（7）我国最早的一次突出是1950年辽源富国西二坑垂深280m煤巷掘进工作面。

4、突出的分类

（1）按能源类别划分

①煤与瓦斯倾出（倾出）

②煤与瓦斯压出（压出）

③煤与瓦斯突出（突出）

④岩与瓦斯突出

（2）按煤量划分

①小型＜10t

②中型〔10，100）t

③次大型〔100，500）t

④大型〔500，1000）t

⑤特大型≥1000t

5、突出类型鉴别依据

（1）孔洞形状与位置

（2）突出煤炭的粒度及分选性

（3）突出的煤量

（4）瓦斯多少与流向

（5）煤岩抛出的距离与堆积角度

（6）动力效应

（7）突出预兆

6、突出的机理

（1）突出的综合学说：

突出是地应力、瓦斯、煤的物理力学性共同作用的结果。

（2）三因素及相互的关系：

三因素是地应力、瓦斯（压力、含量）、煤的物理力学性。

相互关系是互为条件、互相依存。

7、突出的一般规律

（1）突出发生在一定深度（始突深度）以后，随深度的增加突出危险性增大。

（2）煤越厚越容易发生突出。

（3）煤越软越易发生突出。

（4）煤层瓦斯含量越高、压力越大越易发生突出。

（5）采掘速度越快越易发生突出。

（6）工作面突出危险性按下列顺序依次增大：

下山掘进工作面→采煤工作面→平巷掘进工作面→上山掘进工作面→石门掘进工作面。

（7）距地质构造越近越易发生突出。

（8）压性地质构造比张性地质构造越易发生突出。

8、突出的主要预兆

（1）地应力方面的预兆：

响煤炮，支架受力增大，片帮，卡钻，掉矸等。

（2）瓦斯方面突出预兆：

瓦斯浓度忽大忽小，煤层发冷，喷孔等。

（3）煤的力学性质方面的预兆：

煤层松软，暗淡，层理不清，煤体外移等。

第二讲煤与瓦斯突出预测技术

一、区域性预测

1、单项指标测定法及适应条件

①方法：

煤的破坏类型，△P、f、P。

②适合于新矿井的预测（相关参数由地勘部门提供）。

2、瓦斯地质统计法

①方法：

在生产过程中收集突出点和预测超标点的位置，把这些点和构造展绘在矿井采掘平面图（立面图）上，根据上水平的突出分布与地质构造的位置关系（平行和非平行）预测下水平的突出危险性。

②适应于已发生多次突出的老矿井。

③注意：

在实践中不断修正，保证预测的合理性。

④上水平突出点的边界线的延长线之间的区域为突出危险区，其它区域为突出威胁区。

3、综合指标法

①D值法

D＝（0.0075H/f－3）（p－0.74）

②K值法

K＝△P/f

③适合条件：

D值主要在石门处测定，K值在石门及工作面测定，都在生产过程中测定。

二、工作面突出危险性预测

1、钻孔瓦斯涌出初速度法

（1）测定方法

（2）反映突出危险性的原理，是综合反映了突出的三个因素。

（3）存在的问题：

a、测不准。

b、不适用于检验。

（4）适用条件：

不易垮孔的工作面突出危险性预测。

2、钻屑指标法

（1）钻屑量法

①测定方法

②预测原理：

综合指标集中反映。

③适用条件：

采掘工作面预测和效果检验。

（2）△h2（钻屑解吸指标）法

①测定方法

②预测原理：

反映煤层瓦斯放散速度和含量。

③适用条件：

石门揭煤，采掘工作面预测和检验。

（3）k1值（钻屑解吸指标）法

①测定方法

②预测原理：

与△h2相似

③应用条件：

与△h2相同

3、煤层赋存异常和钻孔施工异常法

在突出煤层中有下列情况之一者，应视为突出危险工作面：

（1）在突出煤层的构造破坏带，包括断层、褶曲、火成岩侵入等；

（2）煤层赋存条件急剧变化的区域；

（3）采掘应力迭加的区域；

（4）在工作面预测过程中出现喷孔、顶钻等动力现象；

（5）工作面出现明显突出预兆。

4、采煤工作面预测孔布置为，沿煤层倾斜每10～15m布置一个走向钻孔，孔深3.5～10m。

5、预测孔超前于工作面的距离不小于2m，具体情况视突出危险性而定。

6、各种预测法的临界值应实测定，无实测值时参照防突细则执行。

7、综合指标法

k、D值法

第三讲防治煤与瓦斯突出技术措施

执行措施的主要目的是消除或缓和煤层的受力状态并消除煤层中的瓦斯，使煤层中瓦斯含量或瓦斯压力和地应力降低到不会发生突出的安全水平。

一、区域防突措施

（一）预抽煤层中的瓦斯

1、预抽瓦斯防突原理：

2、常用预抽方法

（1）穿层钻孔掘前预抽：

突出煤层巷道掘进前，从相邻的岩层巷道向欲掘巷道上方15～20m、下方10～15m范围内，每隔4～8m打一个钻孔，然后插入堵管和封孔后进行瓦斯抽放。

（2）采煤前预抽

①顺层钻孔预抽：

突出煤层的风、机巷及开切眼掘完并形成全负压通风系统后，在风巷和机巷沿煤层走向每隔2～5m打一个平行钻孔进行瓦斯预抽。

②穿层钻孔预抽：

在突出煤层的相邻巷道向回采巷道包围的区域打钻孔进行瓦斯预抽。

③混合钻孔预抽：

沿层预抽孔控制不到的区域采用穿层钻孔预抽。

3、瓦斯预抽指标

经预抽将钻孔控制范围内的剩余瓦斯含量降到始突瓦斯含量或瓦斯压力降到始突瓦斯压力以下。

若未考察到始突瓦斯含量或始突压力，则必须将煤层瓦斯含量降到8m3/t以下，或将瓦斯压力降到0.74MPa以下。

4、抽放系统

（1）永久性抽放系统：

永久抽放系统是在地面建立的长期进行瓦斯抽放的系统。

它由瓦斯抽放泵，电动机，电控设备，防爆炸、防回火装置和抽放的瓦斯浓度、管道内的压力、抽放量等的测定仪表、装置及抽放管道，放水装置工作水系统等构成。

对永久抽放站的基本要求：

①永久抽放泵站距井口和主要建筑物及居民区不得小于50m，抽放站及20m范围内禁止有明火和可燃物。

②站房的建筑必须采用不燃性材料，耐火等级为二级，周围设栅栏或围墙。

③泵站内的电气设备应采用防爆型。

要有双回路供电。

要有防雷、防水、防洪设施。

④要有循环水位、水量、水温、轴承温度的监测监控系统。

（2）井下移动泵站瓦斯抽放系统：

在突出区域或高瓦斯区域建立的可移动的抽放泵站系统。

对移动抽放站的基本要求：

①移动泵站应具备的安全技术功能，缺水自动断电停机，环境瓦斯自动监测，瓦斯浓度超限自动停电停机，自动防结垢，抽放参数监测等功能。

②移动泵主要设在抽放点附近的新鲜风流中。

③抽出的瓦斯通过管道引排到地面、总回风巷或采区回风巷。

瓦斯排至的巷道必须采取严格的安全技术措施；两端设栅栏不准有人进入，不得有带电体。

④移动泵的供电必须实行“三专”

5、抽放工艺

①抽放巷道：

抽放巷要便于多种形式的抽放，尽量布置在稳定的岩层中，布置在不受采动破坏的位置。

②钻孔施工：

尽量选用大功率、高强度、高功率的液压钻机，采用挂线罗盘确定方位角，用坡度仪确定钻孔倾角。

钻孔施工完后要进行验收和绘制竣工图。

孔间距误差较大的要补孔。

③封孔：

岩孔的封孔深度不小于4m，煤层孔的封孔深度不小于6m。

封孔材料可为砼，黄泥+砼，聚胺脂，马利散，可采用人工堵孔和机械封孔。

堵管可采用无缝钢管和强度较大的硬质塑料管。

6、预抽防突效果检验

预抽指标达到要求后，采掘前还得在工作面进行预抽防突效果检验。

当检验指标超限后要采取进一步的防突措施。

（二）开采保护层

1、保护层的定义：

在煤层群中首先开采的不突出或突出危险最小的能使邻近突出煤层的突出危险性得到消除的煤层称为保护层，被消除突出突出危险的煤层叫被保护层。

2、保护层的分类

（1）上保护层：

位于被保护层之上的保护煤层；

（2）下保护层：

位于被保护层之下的保护煤层；

（3）近距保护层：

保护层与被保护层的间距小和等于10m的保护层；

（4）中距保护层：

保护层与被保护层的间距等于10～50m的保护层；

（5）远距保护层：

保护层与被保护层的间距大于50m的保护层。

3、开采保护层的防突原理

4、保护层的开采要求

（1）采高不低于0.5m。

（2）尽量不留煤柱，为此采用无煤柱开采。

（3）保护层工作超前于被保护层采掘工作面的距离不得小于2倍层间距，并不得小于30m。

（4）下保护层与被保护层的间距不应小于1０倍采高。

（5）对煤柱要建立挡案，并采掘工程平面图和瓦斯地质图上要绘出。

（6）要进行被保护卸压瓦斯抽放。

（7）近距离保护层开采时要有防治误穿被保护层的措施。

5、保护范围的划定

（1）保护层开采时要请有资质的单位进行保护范围的考察并编制保护范围的划定方法。

若无实际考察依据，则按《防突细则》规定划定。

（2）开采保护层的矿井必须编制保护关系图，此图作为被保护层的开采设计、未保护区域防突的依据。

未保护范围要图上醒目的颜色。

（3）在矿井瓦斯地质图上要绘出未保护范围。

二、局部防突措施

（一）石门揭煤的措施

1、揭煤程序

（1）探测煤层赋存情况，在距煤层10m（构造带20m）外打不在一直线上的三个孔，探测煤层的厚度、结构、倾角、走向、稳定性、瓦斯喷孔情况、岩性、地质构造等。

（2）测定煤层瓦斯压力，在距煤层5m外（可利用地质探孔）打孔测定煤层瓦斯压力。

（3）进行突出危险性预测，在距煤层5m外（可利用测压孔）打孔取煤样测△P、f、K1（△h）。

（4）岩柱控制，掘进工作面距煤层5m前采用边探边掘，保证揭煤前的岩柱不小于2m（1.5m）。

（5）采取防治突出的措施，工作面距煤层3m外采取防突措施。

（6）防突效果检验，得出是否还有突出危险。

（7）如有突出危险还得进一步采取防突措施。

（8）采取安全防护措施揭煤。

2、揭煤措施

石门防治突出措施使用条件一览表

类别

抽放瓦斯

水力冲孔

排放钻孔

金属骨架

适用条件

有足够的抽放时间（﹥3个月）

打钻时有自喷（喷煤、喷瓦斯）现象的煤层

有足够排放时间

石门与煤层层面的交角大于45°的薄及中厚煤层

实施措施时的岩柱厚度/m

≥3

≥5

≥3

2～3

钻孔在煤层中的控制范围

在石门周边外5～10m以内的范围内布孔

在石门周边外3m以内的范围内布孔

在距石门周边3～5m的范围内补孔

在巷道上部和两侧周边外0.5～1.0m的范围内布置骨架孔

钻孔间距或布孔参数

孔距根据煤层的透气性和允许抽放的时间确定，一般为2～3m，均匀布孔

布置呈上、中、下三排，每排呈左、中、右，共9个冲孔。

冲孔顺序相间进行

孔距可根据煤层的透气性和允许抽放的时间确定，一般为1～2m

孔距一般不大于0.2m（单排孔）和0.2m，骨架两端在顶底板岩石孔内的长度为0.5m以上

要求达到的效果及指标

经效果检验有效或者瓦斯压力小于0.74MPa

石门全断面冲出的总数量（t）不小于20×煤层厚度（m）。

如果所冲钻孔冲出的煤量较少时，应在该孔周围加补冲孔

经效果检验有效或瓦斯压力小于0.74MPa

施工经验收后达到设计要求

（二）煤巷掘进防突措施

1、超前排放钻孔

（1）防突作用原理：

排放出一定瓦斯，使煤层中的瓦斯含量、压力降低，煤的瓦斯放散初速度减小，将地应力释放并向巷道两侧与前方深部转移，使工作面前方的地应力降低，煤层的硬度和稳定性增大，进而起到防突作用。

（2）钻孔直径：

Ф42～120

（3）钻孔有效防突半径的测定

①瓦斯压力测定法

②钻孔防突效果检验法

a.平行孔测定

b.斜交孔测定

（4）钻孔布置

①布置方式：

沿煤层呈扇形布置；

②终孔间距：

终孔间距要约小于2倍钻孔有效防突半径；

③钻孔控制范围：

钻孔在巷道设计轮廓线上方沿煤层的控制范围不小于3～5m，下方不小于2～4m；

④掘进时钻孔超前于工作面的距离不小于5m。

2、深孔松动爆破

（1）概念：

沿煤层打2～3个钻孔，装入炸药进行爆破。

（2）防突原理：

降低煤的强度，增加裂隙，排出瓦斯，将地应力向前方和两侧转移，以至防治突出。

（3）适用条件：

煤层较硬、突出危险性较小的突出煤层。

（4）钻孔布置：

①布置形式：

扇形，且巷道轮廓线外控制范围为1.5m～2m。

②钻孔深度：

钻孔深度不小于8m。

③孔数：

孔数应根据松动爆破有效防突半径确定，但不得低于3个。

④钻孔超前距：

掘进过程中爆破孔的超前距离不小于5m。

（5）炸药装填

①装药量：

从孔底装到距孔口5.5～6m处为止，每4～5条炸药装一个雷管，也可采用导爆索起爆，且采用正向装药。

②装药方式：

用宽胶带将炸药缠在硬质竹片上插入钻孔。

③封孔：

炸药外装0.4m以上的水炮泥，然后装入长度不小于2m的封泥。

（6）放炮防护：

深孔松动爆破时必须采取远距离放炮和停电、设反向风门等措施。

（三）采煤工作面防突措施

1、超前钻孔

超前孔沿工作面每隔一定的距离（根据考察出的钻孔有效防突范围确定的距离）打一个与煤层走向一致的钻孔。

孔深根据钻机能力确定，一般不小于6m。

采煤时，钻孔超前于煤壁的距离不得小于3～5m。

2、松动爆破

采煤工作面的松动爆破防突措施适用于煤层较硬、围岩稳定性较好的煤层。

松动爆破孔沿工作面每隔2～3m布置一个，孔深不小于3m，炮泥长度不小于1m。

松爆后必须经防突效果检验有效后，才能进行采煤。

采煤时松爆钻孔超前距离不小于2m。

第四讲安全防护措施

安全防护措施是防止防治突出的技术措施（预测、消突、检验）失误而发生了突出，但不是造成突出伤亡事故的措施。

一、震动性放炮

1、震动性放炮的目的

震动性放炮的目的是诱导突出。

震动性放炮主要用于石门揭煤。

2、炮眼数量和炸药量

（1）最小岩柱厚度

①急倾斜煤层的最小岩柱厚度为2m；

②缓及倾斜煤层的最小岩柱厚度为1.5m。

为了保证一次揭穿煤层，通常在揭煤前要刷斜面。

（2）炮眼数

炮眼数是正常掘进炮眼数的2～3倍，一般每平方米的石门断面上布置4～5个炮眼。

（3）炸药量

炸药量通常是正常掘进炸药量的1.5～2倍。

按下式计算：

Q＝1.72f1.2S0.25L

式中：

S—石门掘进断面积，m2；

f—岩层平均坚固性系数；

L—爆破进尺，m；

Q—装填的炸药量，Kg。

3、炮眼装填结构

（1）打穿煤层的炮眼，在煤岩段要分段装药，并用长度为0.25m的炮眼隔开。

（2）所有炮眼都必须在炸药外装1～2个水炮泥，封泥装到孔口。

（3）采用铜脚线毫秒雷管，不能跳段使用，最大延期时间不超过130ms。

4、配套防护措施

（1）通风系统独立可靠；

（2）回风系统中停电、撤人；

（3）必须设反向风门；

（4）采取挡栏措施。

5、组织管理

（1）总工程师统一指挥，各专业要明确负责人，现场设专人指挥，救护队现场值班。

（2）钻、爆参数，配套防护措施，站岗撤人必须在设计中明确规定。

（3）揭煤前，总工程师组织相关人员现场检查工作落实情况。

（4）揭煤前，总工程师组织揭煤工作协调会。

二、远距离放炮

远距离放炮是在安全防护措施的配合下，将放炮警戒范围扩大的一种放炮方式。

放炮距离根据突出危险性、巷道结构、通风系统等实际情况由总工程师确定，放炮等候时间不少于30分钟，回风系统停电撤人。

三、安全设施

1、反向风门。

反向风门设在采掘工作面的回风联络巷的进风侧巷道内。

并设置不少于两道，要求坚固，墙厚不小于0.8m，门厚不小于50mm，门框厚不小于100mm，墙嵌入巷周边岩体的深度不小于0.2m，放炮时候关闭，墙垛风筒设隔断装置。

2、压风自救器。

压风自救器安设在距工作面距离25～40m的巷道内、放炮地点、站岗地点及回风巷作业地点。

长距离掘进巷道每500m设一组。

压风自救器每组5～8个。

3、隔离式自救器。

井下每个人员都必须携带隔离式自救器。

4、避难所。

应根据避难最多人数，配备足够数量的自救器。

四、避灾路线

现场有突出预兆时，人员能迅速安全撤离现场的路线称为避灾路线。

对避灾路线有如下要求：

1、尽量短，以保证人员尽快撤离；

2、高度合理，净高度不低于1.8m；

3、支护完好可靠；

4、无障碍物；

5、路面平整，无积水、杂物；

6、有指示标志。