煤與瓦斯突生專(zhuān)項(xiàng)材料1煤與瓦斯突生概述煤與瓦斯突出簡(jiǎn)介在煤礦井下采掘過(guò)程中，由于地應(yīng)力和瓦斯的共同作用，在極短的時(shí)間內(nèi)（幾秒或幾分鐘）破碎的煤（巖）和瓦斯突然從煤（巖）體向采掘空間拋出的異常的動(dòng)力現(xiàn)象，稱(chēng)為煤與瓦斯突出簡(jiǎn)稱(chēng)突出。煤與瓦斯突出是一種極其復(fù)雜的礦井動(dòng)力現(xiàn)象，到目前為止，對(duì)各種地質(zhì)、開(kāi)采條件下突出發(fā)生的規(guī)律還沒(méi)有完全掌握。煤與瓦斯突出包括突出、壓出、傾出三種類(lèi)型，它有別于單純的瓦斯噴出和因采掘應(yīng)力作用而發(fā)生的煤層片幫、垮冒、抽芯等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)世界上約有20多個(gè)國(guó)家（地區(qū)）發(fā)生過(guò)煤與瓦斯突出，其中中國(guó)、原蘇聯(lián)、法國(guó)、波蘭、日本5個(gè)國(guó)家突出最嚴(yán)重。世界上最大突出發(fā)生在原蘇聯(lián)頓巴斯礦區(qū)加加林礦，當(dāng)石門(mén)揭穿厚僅1.03m的煤層時(shí)發(fā)生了突出，突出煤（巖）共14200T，涌出瓦斯約25萬(wàn)m3,我國(guó)最大一次突出發(fā)生在重慶開(kāi)府礦務(wù)局三匯一礦主平碉揭穿煤層時(shí)，突出煤（巖）共12780T，噴出瓦斯近140萬(wàn)m3。煤與瓦斯突出的危害煤與瓦斯突出是煤與瓦斯突然運(yùn)動(dòng)的一種極其復(fù)雜的動(dòng)力現(xiàn)象，它的危害有：突然之間使采掘空間或巷道充滿(mǎn)高濃度瓦斯，造成人員窒息，遇火發(fā)生瓦斯燃燒和瓦斯爆炸。瞬間突出的瓦斯、碎煤流帶有暴風(fēng)般的性質(zhì)，能使通風(fēng)系統(tǒng)破壞，造成風(fēng)流紊亂和短時(shí)逆轉(zhuǎn)。突出造成一定的動(dòng)力效應(yīng)，可以摧毀支架、破壞設(shè)備、設(shè)施。（4）突出的煤炭能堵塞巷道、破壞生產(chǎn)系統(tǒng)，增加巷道通風(fēng)阻力，在清理突出煤炭和突出孔洞時(shí)，有可能造成連續(xù)突出，造成人員傷亡。煤與瓦斯突出發(fā)生的一般規(guī)律（1）開(kāi)采深度增加，突出的危險(xiǎn)性增大，主要體現(xiàn)在突出次數(shù)增多，突出強(qiáng)度增大，突出煤層層數(shù)增加，危險(xiǎn)區(qū)域擴(kuò)大，淺部不突出的煤層，深部就有可能突出。突出往往發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造區(qū)，主要體現(xiàn)在褶曲，斷層及巖漿巖侵入的地區(qū)，因受擠壓扭曲嚴(yán)重，易發(fā)生突出。瓦斯含量和瓦斯壓力愈大，突出危險(xiǎn)越嚴(yán)重，大多數(shù)突出發(fā)生在瓦斯壓力大于0.74MPa的情況下。(4)煤體破壞程度越嚴(yán)重，煤的強(qiáng)度越小，突出的危險(xiǎn)性越大，主要是煤層厚度大，傾角大或煤厚、傾角由小到大時(shí)以及軟分層由薄變厚時(shí)容易發(fā)生突出。(5)采掘應(yīng)力集中區(qū)容易發(fā)生突出，如接近鄰近層的上、下煤柱區(qū)或兩巷相向采掘等，突出一般以煤層掘進(jìn)居多，回采次之，但在深部不一定。(6)突出常發(fā)生在有外力沖擊作用下的誘導(dǎo)突出，少量存在延期突出，如爆破、風(fēng)鎬與手鎬落煤、打鉆、水力沖刷等，一般將爆破突出以外的突出，稱(chēng)為延期突出。(7)圍巖的透氣性越差，突出越嚴(yán)重，若煤層上覆和下部的巖層越致密，利于瓦斯的儲(chǔ)存，突出危險(xiǎn)性越大，相反，突出危險(xiǎn)性小。(8)若煤層較濕潤(rùn)，含水量高，礦井涌水量大，則突出危險(xiǎn)性較小。2煤與瓦斯突生機(jī)理煤與瓦斯突出給煤礦安全生產(chǎn)，特別是井下人員的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了極其嚴(yán)重的威脅。防止煤與瓦斯突出災(zāi)害事故的發(fā)生，保障煤礦井下安全生產(chǎn)，必須了解其發(fā)生的機(jī)理，掌握其主導(dǎo)因素從而在根本上治理煤與瓦斯突出。為此世界上各主要產(chǎn)煤國(guó)均投入了大量的人力、物力研究煤與瓦斯突出機(jī)理。以便為突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)和防突措施的制定與實(shí)施提供科學(xué)依據(jù)。但是，迄今為止，人們對(duì)于突出過(guò)程中煤巖體破壞與發(fā)展機(jī)制的認(rèn)識(shí)還停留在定性與假說(shuō)性階段，對(duì)于突出過(guò)程中哪些因素起主要作用以及與其它因素間的作用機(jī)理還把握不準(zhǔn)，故而只能對(duì)某些突出現(xiàn)象給予解釋?zhuān)€不能形成統(tǒng)一完整的理論體系。目前關(guān)于煤與瓦斯突出機(jī)理的假說(shuō)共有三類(lèi)，分別為：?jiǎn)我蛩刈饔眉僬f(shuō)、地壓主導(dǎo)作用假說(shuō)及綜合作用假說(shuō)，目前被各國(guó)研究者及現(xiàn)場(chǎng)人員接受的假說(shuō)為綜合作用假說(shuō)。單因素作用假說(shuō)單因素作用假說(shuō)主要有：瓦斯主導(dǎo)作用假說(shuō)，地壓主導(dǎo)作用假說(shuō)以及化學(xué)本質(zhì)作用假說(shuō)，其主要特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)單因素起主導(dǎo)作用。瓦斯主導(dǎo)作用假說(shuō)(1)瓦斯包主導(dǎo)作用假說(shuō)瓦斯包主導(dǎo)作用假說(shuō)認(rèn)為煤層內(nèi)存在著可以積聚高壓瓦斯的空洞，其壓力超過(guò)煤層強(qiáng)度減低區(qū)的煤體強(qiáng)度極限，當(dāng)工作面接近這種瓦斯包時(shí)，煤壁就會(huì)發(fā)生破壞，產(chǎn)生突出。(2)粉煤帶主導(dǎo)作用假說(shuō)粉煤帶主導(dǎo)作用假說(shuō)認(rèn)為由于地質(zhì)構(gòu)造或礦山壓力的作用，原生煤層被破碎成粉狀.這些粉煤極易放出瓦斯。當(dāng)巷道接近這一地帶時(shí)，粉煤在較小的瓦斯壓力作用下，就能與瓦斯一起噴出。(3)孔隙結(jié)構(gòu)不均勻假說(shuō)孔隙結(jié)構(gòu)不均勻假說(shuō)認(rèn)為煤層中有透氣性變化劇烈的區(qū)域，在這些區(qū)域的邊緣，瓦斯流動(dòng)速度變化很大。如透氣性小的恰好是堅(jiān)硬的煤.而透氣性大的又是不堅(jiān)硬的煤，那么當(dāng)巷道接近這兩種煤的邊界時(shí)，瓦斯?jié)撃芫陀锌赡苁姑和怀觥?4)突出波假說(shuō)突出波假說(shuō)認(rèn)為瓦斯?jié)撃芤让旱膹椥宰冃文艽笫蹲笥遥诿旱膹?qiáng)度低的地區(qū)，煤的瓦斯壓力大于煤的極限破壞強(qiáng)度。當(dāng)巷道接近這一地區(qū)時(shí)，在瓦斯壓力的作用下，可產(chǎn)生連續(xù)的破碎煤體的突出波，引起突出。(5)裂縫堵塞說(shuō)裂縫堵塞說(shuō)認(rèn)為由于均勻排放瓦斯的裂縫被封閉和堵塞，在煤層中形成增高的瓦斯壓力帶，從而引起突出。(6)閉合孔隙瓦斯釋放說(shuō)閉合孔隙瓦斯釋放說(shuō)認(rèn)為近工作面地帶，由于煤吸收和解吸瓦斯的周期性,使其機(jī)械強(qiáng)度降低，包含在閉合孔隙中的瓦斯、在孔隙閉合面與敞開(kāi)面之間產(chǎn)生了很大的壓力差。當(dāng)煤體被破壞時(shí)，使被解吸的瓦斯拋向巷道。(7)瓦斯膨脹說(shuō)瓦斯膨脹說(shuō)認(rèn)為在煤層中存在著瓦斯含量增高帶.因而引起煤體膨脹和煤層應(yīng)力增高，此處煤層的透氣性接近于零。當(dāng)巷道掘進(jìn)到該處時(shí)，其應(yīng)力急劇降低，造成煤的破碎和突出。(8)卸壓瓦斯說(shuō)卸壓瓦斯說(shuō)認(rèn)為.突出煤層富含瓦斯，但透氣性低.瓦斯難以流出。而采掘工作可使局部卸壓，迅速卸壓的瓦斯涌向煤壁、造成煤壁局部瓦斯壓力升高,使粉碎的煤迅速拋出或向巷道擠出。(9)地質(zhì)破壞帶說(shuō)地質(zhì)破壞帶說(shuō)認(rèn)為由于有地質(zhì)破壞帶的存在，潛藏著一定數(shù)量的高壓瓦斯。當(dāng)巷道或工作面接近該帶時(shí)，在爆破及地壓的影響下，煤、巖壁裂縫增多.如覆蓋層的阻力與瓦斯壓力的平衡遭到破壞時(shí)，將會(huì)發(fā)生突出。它的中心點(diǎn)在于：由于地質(zhì)破壞帶的存在，增加了周?chē)鷰r體的異常拱壓，當(dāng)工作面接近這一破壞帶時(shí)、工作面與地質(zhì)破壞帶之間的煤層會(huì)被迅速破壞從而引起突出。(10)瓦斯解吸假說(shuō)瓦斯解析假說(shuō)認(rèn)為卸壓時(shí)煤的微孔隙擴(kuò)展、孔隙吸附潛能降低，吸附和吸著瓦斯解吸.潛伏的壓力(吸附瓦斯的內(nèi)能)轉(zhuǎn)化為“游離瓦斯”壓力，使瓦斯壓力增高，可破壞不堅(jiān)硬的煤體而引起突出。瓦斯主導(dǎo)作用假說(shuō)能解釋突出中的一些現(xiàn)象，但與很多情況不符或者不能解釋。①迄今為止在煤層內(nèi)從未發(fā)現(xiàn)過(guò)上述的“瓦斯包”或特定的粉煤帶，②突出危險(xiǎn)性與煤層瓦斯含量之間沒(méi)有直接的聯(lián)系；③在突出孔洞周?chē)霈F(xiàn)過(guò)重復(fù)突出④巖石錯(cuò)動(dòng)的強(qiáng)烈聲響往往發(fā)生在突出之前的煤體深處⑤打小直徑徘放鉆孔，并不能有效地防治突出；⑥煤層的自行揭開(kāi)；⑦過(guò)煤門(mén)時(shí)的突出；⑧突出孔洞發(fā)生變形(體積縮小)；⑨多數(shù)平巷的突出空洞位于上隔角。地壓主導(dǎo)作用假說(shuō)(1)巖石變形潛能假說(shuō)巖石變形潛能假說(shuō)認(rèn)為突出的發(fā)生是變形的彈性巖石所積聚的潛能引起的C這些巖石位于煤層周?chē)?，而這種潛能是以往的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成的。當(dāng)巷道掘到該處時(shí)，彈性巖石便像彈笛一樣伸張開(kāi)來(lái)，從而破壞和粉碎煤體而引起突出。(2)應(yīng)力集中假說(shuō)應(yīng)力集中假說(shuō)認(rèn)為在采煤工作面前方的支撐壓力帶，由于厚彈性頂板的懸頂和突然沉降引起附加應(yīng)力、煤體在此集中應(yīng)力的作用下產(chǎn)生移動(dòng)相遇到破壞。如果再施加動(dòng)載荷，煤體就會(huì)沖破工作面煤壁而發(fā)生突出。煤突出時(shí).伴隨有大量的瓦斯涌出。(3)塑性變形假說(shuō)塑性變化假說(shuō)認(rèn)為突出煤層發(fā)生彈塑性變形，使巷道周?chē)后w突然破碎，引起突出。(4)沖擊式移近假說(shuō)沖擊式移近假說(shuō)認(rèn)為在突出中起主導(dǎo)作用的是地壓，具體地說(shuō)是頂?shù)装宓臎_擊式移近。沖擊式移近發(fā)生的可能性和大小取決于巖體的性質(zhì)、巷道參數(shù)、掘進(jìn)方式和速度。其條件是：第一、煤層緊張程度增大；第二，煤層邊緣有脆性破壞；第三，從破壞的煤中涌出的瓦斯有一定的壓力。(5)拉應(yīng)力波假說(shuō)拉應(yīng)力波假主產(chǎn)認(rèn)為突出煤層的力量是拉應(yīng)力波。而這個(gè)拉應(yīng)力波是脆性材料在地壓的作用下儲(chǔ)蓄了大量的彈性能.當(dāng)巷道工作面附近的煤體由三向受壓狀態(tài)轉(zhuǎn)為復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)時(shí).掘進(jìn)工作面破壞了平衡，造成能量釋放而產(chǎn)生突出的。在拉應(yīng)力波作用下.煤體破碎并拋出，而瓦斯的迅速排放又使動(dòng)力效應(yīng)更加猛烈。(6)頂板位移不均勻假說(shuō)頂板位移不均勻假說(shuō)認(rèn)為瓦斯突出是由于煤層頂?shù)装宀灰?guī)則和不連續(xù)移動(dòng)而引起的一種動(dòng)力現(xiàn)象。并指出.頂?shù)装逡平俣戎翟黾佑窒陆岛螅虐l(fā)生突出。以地壓為主導(dǎo)作用的假說(shuō)同樣也能解釋相當(dāng)一部分突出現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)象、但也還有許多觀象不能解釋?zhuān)纾孩僭谕咚共淮蟮牡V井，即使開(kāi)采深度很深(400—500m),也不會(huì)發(fā)生突出②二氧化碳參與突出的平均強(qiáng)度比甲烷參與突出的平均強(qiáng)度大。③突出前出現(xiàn)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛仍龃蠡蚝龃蠛鲂〉念A(yù)兆，也出現(xiàn)工作面煤壁或空氣溫度下降的預(yù)兆。④煤與瓦斯突出時(shí)，從突出煤的分選現(xiàn)象中可見(jiàn)到大量的細(xì)塵狀粉煤。⑤如果突出的發(fā)生是由地壓引起的，那么突出的孔洞應(yīng)該是圓錐形，而實(shí)際的突出孔洞常常是一些口小腔大特殊形狀的孔洞(如梨形、橢球形)。⑥在一些特大型的突出中，每噸噴出煤的瓦斯涌出量比煤層瓦斯含量高得多.即可以在短時(shí)間內(nèi)涌出數(shù)十萬(wàn)以致上百萬(wàn)立方米瓦斯氣體.逆風(fēng)流運(yùn)行并可充滿(mǎn)數(shù)千米的巷道。⑦準(zhǔn)備巷道中地壓顯現(xiàn)不如回采巷道明顯，但準(zhǔn)備巷道的突出次數(shù)與強(qiáng)度均比回采巷道工作面的大。⑧在進(jìn)行工作面支護(hù)甚至無(wú)人作業(yè)時(shí)，地壓作用并不大，也有突出發(fā)生。⑨當(dāng)增加煤體水分降低煤體強(qiáng)度時(shí)，煤的突出危險(xiǎn)性反而降低。2.1.3綜合作用假說(shuō)綜合作用假說(shuō)認(rèn)為：煤與瓦斯突出是由地應(yīng)力、包含在煤體中的瓦斯以及煤體自身物理力學(xué)性質(zhì)三者綜合作用的結(jié)果。持綜合作用假說(shuō)觀點(diǎn)的學(xué)者都承認(rèn)，煤與瓦斯突出是綜合因素作用的結(jié)果，但對(duì)各種因素在突出中所起的作用卻說(shuō)法不一。振動(dòng)假說(shuō)認(rèn)為煤與瓦斯突出的形成不是一個(gè)單獨(dú)的過(guò)程，而是由圍巖對(duì)煤層的振動(dòng)作用有關(guān)的三個(gè)連續(xù)階段組成的：第一階段.煤受到來(lái)自圍巖方面的壓力作用而破壞，煤的體積縮小，游離瓦斯壓力增大，并有一部分轉(zhuǎn)化為吸附瓦斯；第二階段、卸壓，煤層體積膨脹，瓦斯壓力降低，瓦斯解吸；第三階段，包含粉碎的煤和大量的游離瓦斯的煤層又再次受壓，瓦斯壓力再次增大。當(dāng)巷道工作面接近上述破壞帶時(shí)。處于高壓的粉煤和瓦斯混合物就有可能沖破煤壁而發(fā)生突出。該假說(shuō)認(rèn)為：瓦斯是造成突出的主體。而煤粉碎、瓦斯解吸和瓦斯粉煤混合物的噴出所需的能量是由煤層的圍巖通過(guò)振動(dòng)來(lái)傳遞的。(2)分層分離假說(shuō)分層分離假說(shuō)認(rèn)為瓦斯突出是由地應(yīng)力和瓦斯共同作用的結(jié)果’突出過(guò)程分三個(gè)階段：①準(zhǔn)備階段。工作面附近的煤層始終處于地應(yīng)力的作用下，造成了發(fā)生突出的條件、增加了瓦斯向巷道方向滲透的阻力，促使煤層保持高的瓦斯壓力，煤體強(qiáng)度降低，煤較易于從煤體中分離。②顆粒分離波的傳播階段。突出時(shí)，顆粒的分離過(guò)程是一層一層進(jìn)行的。當(dāng)突出危險(xiǎn)帶表面急劇暴露時(shí).由于瓦斯壓力梯度作用使分層承受拉力，當(dāng)拉力大于分層強(qiáng)度時(shí)、即發(fā)生分層從煤體上的分離。分層分離是一切突出的重要組成部分，影響著突出的主要待征，但并沒(méi)有全面反映突出過(guò)程的多種形式。例如，分層分離波統(tǒng)過(guò)部分的壓碎帶，通常決定于地壓作用，伴隨聲響激發(fā)此時(shí)暴露面上約分層分離。突出常常是重復(fù)的破壞組合.一部分是瓦斯參與下的分層分離而破壞，另一部分是地應(yīng)力破壞。在急傾斜煤層的某些部分，則在自身的重力作用下分離。③瓦斯和顆?；旌衔锏倪\(yùn)動(dòng)階段。從煤體分離的煤顆粒和瓦斯急速?zèng)_向巷道.隨著混合物運(yùn)動(dòng)，瓦斯進(jìn)一步膨脹，速度繼續(xù)加快。當(dāng)其遇到阻礙時(shí)，速度降低而壓力升高、直到增高的壓力不能超過(guò)破壞條件時(shí)，過(guò)程才停止。(3)破壞區(qū)假說(shuō)破壞區(qū)假說(shuō)認(rèn)為典型的沖擊地壓是由于集中應(yīng)力所造成的破壞現(xiàn)象，而典型的瓦斯突出是瓦斯作用的結(jié)果。介于二者之間的現(xiàn)象.稱(chēng)為沖擊地壓式突出,或叫做突出式的沖擊地壓。它是瓦斯壓力和地應(yīng)力共同作用的結(jié)果。他們認(rèn)為:不論是突出還是沖擊地壓，首先必須破壞煤體。而煤體的破壞過(guò)程是一致的。在不均質(zhì)的煤內(nèi).各點(diǎn)的強(qiáng)度不同，在高壓力的作用下，由強(qiáng)度最低的點(diǎn)先發(fā)生破壞，并在其周?chē)斐蓱?yīng)力集中，如鄰點(diǎn)的強(qiáng)度小于這個(gè)集中應(yīng)力，就會(huì)被破壞成破壞區(qū)。在這種破壞區(qū)中，煤的強(qiáng)度顯著下降，變成弱應(yīng)力區(qū)。此區(qū)內(nèi)的吸附瓦斯由于煤體破壞時(shí)釋放的彈性能供給熱量而解吸、煤粒子間的瓦斯使煤的內(nèi)摩擦力下降，變成易于流動(dòng)的狀態(tài)。當(dāng)這種粉碎的煤流噴射出時(shí)，便形成了突出。(4)游離瓦斯壓力假說(shuō)游離瓦斯壓力假說(shuō)認(rèn)為突出是煤質(zhì)、地應(yīng)力、瓦斯壓力綜合作用的結(jié)果、但瓦斯因素是主要的，煤體內(nèi)游離瓦斯壓力是發(fā)動(dòng)突出的主要力量，解吸的瓦斯僅參與突出煤的搬運(yùn)過(guò)程。如果工作面在突出危險(xiǎn)區(qū)是逐漸推進(jìn)的，那么工作面前方煤體處于勻速動(dòng)態(tài)的狀態(tài)；如果工作面前方的過(guò)載應(yīng)力區(qū)的圍巖突然變化.將出現(xiàn)加速的動(dòng)態(tài)而突出。有利的突出條件是：煤的結(jié)構(gòu)紊亂，瓦斯壓力高，煤和固巖的應(yīng)力大。上述的綜合假說(shuō)比前面的單向因素的假說(shuō)大大進(jìn)了一步，它們能解釋的突出現(xiàn)象也比其它各種單項(xiàng)因素的假說(shuō)多。但是，還有其它一些突出現(xiàn)象不能解釋、如：①突出的區(qū)域性分布；②石門(mén)的自行揭開(kāi)；③過(guò)煤門(mén)時(shí)的大強(qiáng)度突出；④震動(dòng)放炮揭開(kāi)煤層時(shí)的延期突出；⑤突出時(shí)瓦斯噴出量超過(guò)煤層的瓦斯含量幾十倍甚至幾百倍。2.1.4最新研究成果由于煤與瓦斯突出是極其復(fù)雜的動(dòng)力現(xiàn)象，故而對(duì)突出機(jī)理的認(rèn)識(shí)目前仍然處于定性綜合作用假說(shuō)階段，即煤與瓦斯突出是地應(yīng)力、瓦斯和煤的物理力學(xué)性質(zhì)三者綜合作用的結(jié)果，是聚集在圍巖和煤體中大量潛能的高速釋放，并認(rèn)為高壓瓦斯在突出的發(fā)展過(guò)程中起決定性的作用.地應(yīng)力是激發(fā)突出的因素，而煤的物理力學(xué)性質(zhì)則是阻礙突出的因素。突出煤體經(jīng)歷著能量的積聚過(guò)程，使之逐漸發(fā)展到臨界破壞甚至過(guò)載的脆弱平衡狀態(tài)。突出的發(fā)展過(guò)程一般可劃分為四個(gè)階段，即：(1)準(zhǔn)備階段。該階段的特點(diǎn)是：在工作面附近的煤壁內(nèi)形成高的地應(yīng)力與瓦斯壓力梯度。即在有利的約束條件(石門(mén)巖柱，煤巷的硬煤包裹體)下，煤內(nèi)地應(yīng)力梯度急劇增高，能夠疊加著各種地應(yīng)力，形成很高的應(yīng)力集中，積聚著很大的變形能；同時(shí)由于孔隙裂隙的壓縮，使瓦斯壓力增高.瓦斯內(nèi)能也增大。在這個(gè)階段，會(huì)顯現(xiàn)多種有聲的與無(wú)聲的突出預(yù)兆。準(zhǔn)備階段的時(shí)間可在很大范圍內(nèi)變化，也可在幾秒鐘內(nèi)完成(如在震動(dòng)放炮或頂板動(dòng)能沖擊條件下)(2)激發(fā)階段。該階段的特點(diǎn)是地應(yīng)力狀態(tài)突然改變，即極限應(yīng)力狀態(tài)的部分煤體突然破壞，卸載(卸壓)并發(fā)生巨響和沖擊；向巷道方向作用的瓦斯壓力的推力由于煤體的破裂，頓時(shí)增加幾倍到十幾倍，伴隨著裂隙的生成與擴(kuò)張，膨脹瓦斯流開(kāi)始成.大量吸附瓦斯進(jìn)入解吸過(guò)程而參與突出。大量的突出實(shí)例表明，工作面的多種作業(yè)都可以引起應(yīng)力狀態(tài)的突變而激發(fā)突出。例如各種方式的落煤、打眼、刨柱窩、修整工作面煤壁等都可以人為激發(fā)突出，而且統(tǒng)計(jì)表明，應(yīng)力狀態(tài)變化越劇烈，突出的強(qiáng)度越大。因此，震動(dòng)放炮、一般爆破是容易引發(fā)突出的工序。(3)發(fā)展階段。該階段具有兩個(gè)互相關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)，一是突出從激發(fā)點(diǎn)起向內(nèi)部連續(xù)剝離并破碎煤體，二是破碎的煤在不斷膨脹的承壓瓦斯風(fēng)暴中邊運(yùn)送邊粉碎。前者是在地應(yīng)力與瓦斯壓力共同作用下完的，后者主要是瓦斯內(nèi)能作功的過(guò)程。煤的粉化程度、游離瓦斯含量、瓦斯放散初速度、解吸的瓦斯量以及突出孔周?chē)男秹和咚沽?，?duì)瓦斯風(fēng)暴的形成與發(fā)展起著決定作用。在該階段中煤的剝離與破碎不僅具有脈沖的特征.而且有時(shí)是客輪回的過(guò)程。這可以從突出物的多輪回堆積特征中得到證實(shí)，也可以從突出過(guò)程實(shí)測(cè)記錄中找到依據(jù)。（4）終止階段。突出的終止有以下兩種情況：一是在剝離和破碎媒體的擴(kuò)展中遇到了較硬的煤體或地應(yīng)力與瓦斯壓力降低不足以破壞煤體；二是突出孔道被堵塞，其孔壁由突出物支撐建立起新的供平衡或孔洞瓦斯壓力因其被堵塞而升高、地應(yīng)力與瓦斯壓力梯度不足以剝離和破碎煤體。但是，這時(shí)突出雖然停止了，而突出孔周?chē)男秹簠^(qū)與突出的煤涌出瓦斯的過(guò)程并沒(méi)有停止，異常的瓦斯涌出還要持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間。地應(yīng)力、瓦斯壓力和煤強(qiáng)度在突出過(guò)程中各個(gè)階段所起的作用可以是不同的在通常情況下，突出的激發(fā)階段，破碎煤體的主導(dǎo)力是地應(yīng)力（包括重力應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力、采動(dòng)引起的集中應(yīng)力以及煤吸附瓦斯引起的附加應(yīng)力等）o因?yàn)榈貞?yīng)力的大小，通常比瓦斯壓力高幾倍；而在突出的發(fā)展階段，剝離煤體靠地應(yīng)力與瓦斯壓力的聯(lián)合作用，運(yùn)送與粉碎煤炭是靠瓦斯內(nèi)能。根據(jù)對(duì)若干典型突出實(shí)例的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。在突出過(guò)程中瓦斯提供的能量比地應(yīng)力彈性能高3—6倍以上。壓出和傾出時(shí)煤體的最初破碎的主導(dǎo)力也是地應(yīng)力。地應(yīng)力在突出過(guò)程中的主要作用有三：一是激發(fā)突出；二是在發(fā)展階段中與瓦斯壓力梯度聯(lián)合作用對(duì)煤體進(jìn)行剝離、破碎；三是影響煤體內(nèi)部裂隙系統(tǒng)的閉合程度和生成新的裂隙、控制著瓦斯的流動(dòng)、卸壓瓦斯流和瓦斯解吸過(guò)程，當(dāng)煤體突然破壞時(shí)，伴隨著卸壓過(guò)程、新舊裂隙系統(tǒng)連通起來(lái)并處于開(kāi)放狀態(tài)，頓時(shí)顯現(xiàn)卸壓流動(dòng)效應(yīng)，形成可以攜帶破碎煤的有壓頭的膨脹瓦斯風(fēng)暴。瓦斯在突出過(guò)程中的主要作用有三：一是在某些場(chǎng)合，當(dāng)能形成高瓦斯壓力梯度（例如2MP然cm）時(shí)，瓦斯可獨(dú)立激發(fā)突出，在自然條件下，由于有地應(yīng)力配合?？梢圆恍枰@樣高的瓦斯壓力梯度就可以激發(fā)突出；二是發(fā)展與實(shí)現(xiàn)突出的主要因素。在突出的發(fā)展階段中、瓦斯壓力與地應(yīng)力配合連續(xù)地剝離破碎煤體使突出向探部傳播；三是膨脹著的具有壓頭的瓦斯風(fēng)暴不斷地把破碎的煤運(yùn)走、加以粉碎，并使新暴露的突出孔壁附近保持著較高的地應(yīng)力梯度與瓦斯壓力梯度.為連續(xù)別離煤體準(zhǔn)備好必要條件。就這個(gè)意義上說(shuō).突出的發(fā)展或終止將取決于破碎煤炭被運(yùn)出突出孔的程度，及時(shí)而流暢的運(yùn)走突出物會(huì)促進(jìn)突出的發(fā)展、反之突出孔被堵塞時(shí)，突出孔壁的瓦斯壓力梯度驟降，可以阻止突出的發(fā)展.以致使突出停止下來(lái)。3煤與瓦斯突生防治礦井在采掘過(guò)程中只要發(fā)生過(guò)一次煤與瓦斯突出，該礦井即定為突出礦井，發(fā)生突出的煤層即為突出煤層。突出礦井和突出煤層的確定，由所在礦務(wù)局提出報(bào)告，經(jīng)部授權(quán)的煤炭科研單位鑒定后，報(bào)省(區(qū))煤炭局批準(zhǔn)，并報(bào)部備案。凡經(jīng)鑒定屬于突出動(dòng)力現(xiàn)象的，即可定為突出礦井；當(dāng)其特征不明顯時(shí)，可在現(xiàn)場(chǎng)考察或?qū)嶒?yàn)室中進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的測(cè)定后，進(jìn)行綜合分析，作出最后的鑒定結(jié)論。當(dāng)?shù)V井或煤層被鑒定為突出后必須采取煤與瓦斯突出防治措施。防治突出措施概述防治突出措施制定原則(1)消除或減少能引起煤與瓦斯突出的能量積聚并防止這種能量突然釋放――即排除瓦斯，卸除壓力或把采掘工作面前方的集中壓力向煤體縱深方向推移。可供選擇的措施有：開(kāi)采保護(hù)層、大直徑鉆孔、超前排放鉆孔、水力沖孔、松動(dòng)爆破和預(yù)抽煤層瓦斯等。(2)增強(qiáng)煤體的穩(wěn)定性，改變煤體的物理力學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)煤體的抵抗能力,使突出難以發(fā)生，即加固煤體，抵制突出?？晒┻x擇的措施有：石門(mén)揭煤采用金屬骨架、煤體固化、煤巷掘進(jìn)采用的前探支架、煤層注水等。防突措施的分類(lèi)(1)按防突措施的作用范圍分類(lèi)：分為區(qū)域性防突措施和局部防突措施，區(qū)域性防突措施指標(biāo)能起到大面積防突作用的措施，如開(kāi)采保護(hù)層，預(yù)抽煤層瓦斯等。局部性防突措施指只能起到局部范圍防突作用的措施，如超前鉆孔，排放鉆孔、水力沖孔、松動(dòng)爆破等。(2)按措施作用的層位分為鄰近層和本煤層措施，鄰近層措施如開(kāi)采保護(hù)層，其余為本煤層。(3)按措施使用的地點(diǎn)是分為石門(mén)揭煤、煤巷掘進(jìn)、回采工作面防突措施。區(qū)域性防突措施在采取防治突出措施時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇區(qū)域性防突措施，如果不具備采取區(qū)域性防突措施的條件時(shí)，必須采用局部性防突措施。區(qū)域性防突措施主要包括：開(kāi)采保護(hù)層、預(yù)抽煤層瓦斯。開(kāi)采保護(hù)層(一)開(kāi)采保護(hù)層概述開(kāi)采保護(hù)層是防治突出的主要措施，也是公認(rèn)的最有效和比較經(jīng)濟(jì)的防突措施，《細(xì)則》規(guī)定，在突出礦井開(kāi)采煤層時(shí)，必須首先開(kāi)采保護(hù)層。開(kāi)采保護(hù)層后，在被保護(hù)層時(shí)受到保護(hù)的地區(qū)按無(wú)突出煤層進(jìn)行采掘工作；在未受到保護(hù)的地區(qū)，必須采取防治突出措施。其保護(hù)層的選擇必須遵守下列規(guī)定：(1)首先選擇無(wú)突出危險(xiǎn)煤層作為保護(hù)層，當(dāng)煤層群中有幾個(gè)都可作為保護(hù)層時(shí)，應(yīng)根據(jù)安全、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的合理性，綜合比較分析，擇優(yōu)選定；(2)礦井中所有煤層均有突出危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)選擇突出危險(xiǎn)較小的煤層作保護(hù)層，但在此保護(hù)層進(jìn)行采掘活動(dòng)時(shí)，必須采取防治突出措施；(3)選擇保護(hù)層時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇上保護(hù)層，條件不允許時(shí)，也可選擇下保護(hù)層，但在開(kāi)采下保護(hù)層時(shí)，不得破壞被保護(hù)層的開(kāi)采條件。(二)保護(hù)層作用原理大量的突測(cè)資料表明，保護(hù)層開(kāi)采后，在其卸壓角限定的范圍內(nèi)，被保護(hù)層的瓦斯壓力，地應(yīng)力顯著下降，煤體的強(qiáng)度增加，因而消除或降低了被保護(hù)層的突出危險(xiǎn)性。(三)保護(hù)范圍的確定劃定保護(hù)層有效作用范圍的有關(guān)參數(shù)應(yīng)根據(jù)礦井實(shí)況確定，報(bào)礦務(wù)局總工程師批準(zhǔn)，對(duì)暫無(wú)實(shí)測(cè)資料的礦井，可參照下述有關(guān)參數(shù)執(zhí)行。保護(hù)層與被保護(hù)層之間的有效垂距參照下表或下列公式執(zhí)行。表1保護(hù)層開(kāi)采有效垂距煤層類(lèi)別最大后效垂距/m上保護(hù)層下保護(hù)層急傾斜煤層<60<80緩斜、傾斜煤層<50<100正在開(kāi)采的保護(hù)層工作面必須超前于被保護(hù)層的掘進(jìn)工作面，具超前距離不得小于保護(hù)層與被保護(hù)層間距的兩倍，并不得小于30m預(yù)抽煤層瓦斯單一的突出危險(xiǎn)煤層和無(wú)保護(hù)層可采的煤層群，可采用預(yù)抽煤層瓦斯防突措施，但必須遵守下列規(guī)定：①鉆孔應(yīng)控制整個(gè)預(yù)抽區(qū)域并均勻布孔。②預(yù)抽防突的有效性指標(biāo)應(yīng)進(jìn)行實(shí)測(cè)，若無(wú)突測(cè)數(shù)據(jù)，可參考下列指標(biāo)之一確定，未達(dá)到預(yù)抽效果的區(qū)段進(jìn)行采掘作業(yè)時(shí)，必須采取補(bǔ)充的防突措施。（一）預(yù)抽煤層瓦斯作用原理預(yù)抽煤層瓦斯分為穿層預(yù)抽和本層預(yù)抽，實(shí)質(zhì)是將煤層瓦斯抽出來(lái)，降低煤層瓦斯壓力和瓦斯含量，相應(yīng)地增加煤體抵抗破壞的能力，達(dá)到消除或減弱突出危險(xiǎn)的目的。（二）預(yù)抽參數(shù)采用預(yù)抽煤層瓦斯防突措施時(shí)，鉆孔封堵必須嚴(yán)密。穿層鉆孔的封孔深度應(yīng)不小于3m,沿層鉆孔的封孔深度不少于5m。鉆孔孔口抽放負(fù)壓不應(yīng)小于13KPa,并應(yīng)使波動(dòng)范圍盡可能降低。局部防治突出措施所謂局部性措施，是指對(duì)井下某一地點(diǎn)、工作面或巷道局部范圍內(nèi)起防突作用的措施，主要有：排放鉆孔、超前鉆孔、水力沖孔、松動(dòng)爆破等。預(yù)抽瓦斯措施①適用于煤層透氣性較好，并有足夠的排放時(shí)間（不少于3個(gè)月）②抽放鉆孔布置在石門(mén)周界外3?5m的煤層內(nèi)③抽放孔直徑為①75?100mm鉆孔孔底間距一般為2?3m④在抽放鉆孔控制范圍內(nèi)，如檢驗(yàn)指標(biāo)降至突出臨界值以下時(shí)，認(rèn)為措施有效。排放鉆孔措施①適應(yīng)用煤層透氣性較好，并有足夠的排放時(shí)間②排放鉆孔應(yīng)布置到石門(mén)周界外3?5m的煤層內(nèi)③排放鉆孔孔距為75?100mm「般孔底間距不大于2m④在排放孔控制范圍內(nèi),?檢驗(yàn)指標(biāo)降到突出臨界值以下，措施有效⑤對(duì)于緩傾斜煤層，當(dāng)鉆孔不能一次打穿厚煤層全厚時(shí)，可分段打鉆，并留不少于5m的超前距掘進(jìn)水力沖孔①適應(yīng)于打鉆時(shí)具有自噴（噴煤、噴瓦斯）現(xiàn)象的較軟煤層②水力沖孔的水壓應(yīng)大于3Mpa③鉆孔布置在石門(mén)周界外3?5m的煤層內(nèi)④水力沖孔孔數(shù)不少于9個(gè)，沖孔順序先沖對(duì)角，后沖邊孔，最后沖中間孔⑤石門(mén)沖出的總煤量不得少于煤層厚度20倍的煤量金屬骨架①適應(yīng)于具有軟煤和軟圍巖的薄及中厚突出煤層（急傾斜煤層也適用）②在石門(mén)上部?jī)蓚?cè)周邊外0.5?1.0m范圍內(nèi)布置骨架孔，骨架孔穿過(guò)煤層并進(jìn)入煤層頂（底）板至少0.5m,鉆孔間距不得大于0.3m,對(duì)于軟煤要架兩排金屬骨架③揭開(kāi)煤層后嚴(yán)禁拆除金屬骨架④采用金屬骨架防突措施時(shí)，應(yīng)與其它防突措施配合使用煤巷掘進(jìn)工作面防治突出措施一般規(guī)定①在一個(gè)或相鄰的兩個(gè)采區(qū)中，同一階段的突出煤層中進(jìn)行采掘作業(yè)時(shí)，不得布置兩個(gè)工作面相向回采和掘進(jìn)②突出煤層的掘進(jìn)工作面不得進(jìn)入本煤層或鄰近層采煤工作面的應(yīng)力集中區(qū)③在第一次執(zhí)行防突措施或無(wú)措施超前距時(shí)，必須采用淺孔排放或其它防突措施，在工作面前方形成5m的安全屏障后，方可進(jìn)入正常防突措施施工。④在突出煤層中掘進(jìn)平巷時(shí)，應(yīng)采用超前鉆孔、深孔松動(dòng)爆破，前探支架、水力沖孔或其它經(jīng)測(cè)試證實(shí)有效的防突措施。超前鉆孔超前鉆孔是指向工作面前方沿煤層打一數(shù)量和長(zhǎng)度的鉆孔，用來(lái)消除一定范圍內(nèi)的突出危險(xiǎn)，鉆孔一般分大、小直徑，一般把直徑120-300mm鉆孔稱(chēng)為大直徑鉆孔，小于120mmi占孔為小直徑鉆孔。①鉆前鉆孔作用原理超前鉆孔的作用就是在工作面前方打幾個(gè)鉆孔，排放瓦斯和卸除瓦斯壓力，釋放突出能量人為地造成和保持一個(gè)較長(zhǎng)的卸壓帶，使其應(yīng)和集中帶移向煤體深部，從而消除和降低采掘過(guò)程中的突出危險(xiǎn)。超前排放鉆孔適合于透氣性較好，煤質(zhì)較硬的的煤層。②超前鉆孔的布置及參數(shù)超前鉆孔的布置主要取決于鉆孔的有效排放半徑和所需形成的卸壓和排放瓦斯范圍。A:超前鉆孔應(yīng)布置在煤質(zhì)松軟的軟分層中，超前鉆孔直徑應(yīng)根據(jù)煤層賦存條件和突出情況決定，一般為75?120mm地質(zhì)條件變化劇烈地帶也可采用直徑42mm鉆孔，鉆孔超前于掘進(jìn)工作面的距離不小于5m,鉆孔個(gè)數(shù)依據(jù)鉆孔的有效排放半徑確定。B:超前鉆孔控制巷道斷面輪廓線(xiàn)外2?4m。C:煤層賦存條件發(fā)生變化時(shí)，及時(shí)調(diào)整超前鉆孔參數(shù)。D:超前鉆孔打后，必須進(jìn)行效果檢驗(yàn)，如果經(jīng)檢驗(yàn)措施無(wú)效時(shí)，必須補(bǔ)打鉆孔或采取其它補(bǔ)充措施。E:如果煤層松軟，則施工超前鉆孔時(shí)，應(yīng)打好迎面支架背好工作面。F:鉆進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)注意對(duì)突出征兆的觀察，必要時(shí)停止鉆進(jìn)，撤出人員。深孔松動(dòng)爆破所謂深孔松動(dòng)爆破，就是在工作面前方打深度較大的炮孔若干個(gè)，裝藥爆破，使煤體破裂和松動(dòng)，使掘進(jìn)工作面前方應(yīng)力集中帶向煤體深部轉(zhuǎn)移，松動(dòng)范圍的煤體瓦斯達(dá)到排放和卸壓，從而達(dá)到消除突出的目的。①作用原理通過(guò)深孔爆破，使鉆孔周?chē)后w產(chǎn)生破碎，裂隙和松動(dòng)，導(dǎo)致一定范圍煤體的原始應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，使工作面前方的應(yīng)力集中帶向煤體深部和兩側(cè)轉(zhuǎn)移，使影響范圍內(nèi)向煤層卸壓，裂隙增加透氣性增大，促進(jìn)了瓦斯的解吸排放煤的強(qiáng)度相應(yīng)增加，削弱和降低了突出潛能，從而起到了防止煤與瓦斯突出的作用，深孔松動(dòng)爆破適應(yīng)于煤質(zhì)較硬突出強(qiáng)度較小，煤層穩(wěn)定，頂?shù)装遢^好的煤層。②工藝和參數(shù)A:深孔松動(dòng)爆破的孔徑為42mm?孔深不得小于8m深孔松爆應(yīng)控制到巷道輪廓線(xiàn)外1.5?2m的范圍，？孔數(shù)應(yīng)根據(jù)松動(dòng)爆破有效半徑?jīng)Q定，？在掘進(jìn)時(shí)必須留有不少于5m的超前距。B:深孔松動(dòng)爆破孔的裝藥長(zhǎng)度為孔長(zhǎng)減去5.5?6m,每個(gè)藥卷（特制）長(zhǎng)度為1m,每個(gè)藥卷裝一個(gè)雷管。裝藥必須裝到孔底，裝藥后，應(yīng)裝入不小于0.4m的水炮泥，？水炮泥外側(cè)還應(yīng)充填不小于2m的封口炮泥。C:深孔松爆后，必須進(jìn)行效果檢驗(yàn)，如果措施無(wú)效，必須采取補(bǔ)救措施。③注意事項(xiàng)A:第一次采用松爆的掘進(jìn)工作面，在執(zhí)行措施前，應(yīng)打深度不少于5m的小直徑排放處理5m未松動(dòng)爆破煤體B:在裝藥和充填炮泥時(shí)，應(yīng)防止拆斷電雷管的腳線(xiàn)C:松爆時(shí)，必須制定撤人、斷電、站崗、放哨，實(shí)行遠(yuǎn)距離放炮，反向風(fēng)門(mén)等安全措施D:在地質(zhì)構(gòu)造破壞帶或煤層賦存條件急劇變化處不