煤與瓦斯突出防治技術(shù)李希建第1頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日主要內(nèi)容

一、煤與瓦斯突出現(xiàn)狀二、煤與瓦斯突出機理三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)四、煤與瓦斯突出局部防治技術(shù)五、煤與瓦斯突出安全防護技術(shù)第2頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日一、煤與瓦斯突出現(xiàn)狀1、我國近年來煤與瓦斯突出死亡事故情況

2000年7月～2009年11月，我國共發(fā)生煤與瓦斯突出死亡事故362起，死亡2105人。第3頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日一、煤與瓦斯突出現(xiàn)狀

1、我國近年來煤與瓦斯突出死亡事故情況一次死亡1～2人的死亡事故85起，死亡129人；

一次死亡3～9人的較大傷亡事故224起，死亡1033人；

一次死亡10～29人的重大傷亡事故48起，死亡696人；

一次死亡30人以上的特別重大事故5起，死亡247人。第4頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日一、煤與瓦斯突出現(xiàn)狀

第5頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日一、煤與瓦斯突出現(xiàn)狀2、煤與瓦斯突出死亡事故特點分析

突出事故在區(qū)域上具有分布性

發(fā)生煤與瓦斯突出死亡事故起數(shù)較多的省份為湖南、貴州、重慶、四川、云南、河南及黑龍江等。第6頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日一、煤與瓦斯突出現(xiàn)狀第7頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日一、煤與瓦斯突出現(xiàn)狀2、煤與瓦斯突出死亡事故特點分析

突出事故在時間上具有分布性多發(fā)生在5月份和10、11月份等。第8頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日一、煤與瓦斯突出現(xiàn)狀第9頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日一、煤與瓦斯突出現(xiàn)狀2、煤與瓦斯突出死亡事故特點分析

較大事故占多數(shù)

2000年7月～2009年11月，較大傷亡事故224起，死亡1033人，分別占發(fā)生事故總起數(shù)和死亡總?cè)藬?shù)的61.88%和49.07%。第10頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日一、煤與瓦斯突出現(xiàn)狀第11頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日一、煤與瓦斯突出現(xiàn)狀第12頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日一、煤與瓦斯突出現(xiàn)狀2、煤與瓦斯突出死亡事故特點分析

起數(shù)逐年降低，但傷亡人數(shù)沒有明顯降低第13頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日一、煤與瓦斯突出現(xiàn)狀第14頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日二、煤與瓦斯突出機理1、煤與瓦斯突出機理

瓦斯主導作用假說：即以瓦斯為主導作用的假說，這類假說認為煤體內(nèi)存儲的高壓瓦斯在突出中起主要作用的因素。其中“瓦斯包”說占重要地位，它認為“瓦斯包”是突出的動力來源。

第15頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日二、煤與瓦斯突出機理1、煤與瓦斯突出機理地應力主導作用假說：即以地應力為主導作用的假說，這種假說認為突出主要是高地應力作用的結(jié)果。高地應力包括兩個方面，一方面指自重應力和構(gòu)造應力，另一方面指工作面前方存在的應力集中。

第16頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日二、煤與瓦斯突出機理1、煤與瓦斯突出機理

綜合作用假說：這種說認為突出是由地應力、包含在煤體中的瓦斯及煤體自身物理力學性質(zhì)等綜合作用的結(jié)果，但各因素在突出中所的作用沒有統(tǒng)一認識。

第17頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日二、煤與瓦斯突出機理1、煤與瓦斯突出機理

綜合作用假說得到了普遍認可，為突出危險性預測預報、防突措施的選擇及防突效果的檢驗提供了理論依據(jù)。

第18頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日二、煤與瓦斯突出機理2、煤與瓦斯突出機理煤與瓦斯突出是地應力、瓦斯和煤的物理力學性質(zhì)三者綜合作用的結(jié)果，是積聚在圍巖和煤體中大量潛能的高速釋放，并認為高壓瓦斯在突出的發(fā)展過程中起決定性的作用，地應力（構(gòu)造應力、自重應力、采動應力、溫度應力等）突變和采礦活動擾動是激發(fā)突出的因素，而煤的物理力學性質(zhì)則是阻礙突出的因素。

第19頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日二、煤與瓦斯突出機理2、突出機理近幾年研究進展

我國科研工作者對煤與瓦斯突出機理研究取得了豐富成果，完善與發(fā)展了煤與瓦斯突出機理。

第20頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日二、煤與瓦斯突出機理2、突出機理近幾年研究進展將參與煤與瓦斯突出的煤體、巖石、瓦斯和應力場看成一個統(tǒng)一體系，并且是不均勻的，突出是氣固兩相流運動。進一步明確了煤與瓦斯突出的動力來源。煤（巖）體所積存的彈性應變能和瓦斯內(nèi)能是突出發(fā)生的能量，并且高壓瓦斯是大型突出所需能量的主要提供者，地應力和瓦斯壓力增加使突出危險性增大。第21頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日二、煤與瓦斯突出機理2、突出機理近幾年研究進展進一步明確了煤與瓦斯突出的準備、激發(fā)、發(fā)展和終止過程。突出是煤體破壞、地應力突變與瓦斯?jié)B流耦合作用下發(fā)生失穩(wěn)的過程，是卸壓膨脹和煤（巖）體阻礙共同作用的結(jié)果。地應力突變和采掘活動擾動是激發(fā)突出的因素，而足夠的卸壓區(qū)寬度可以抑制高能量體的失控。在應力波的作用下，煤巖體中交替出現(xiàn)拉應力和壓應力，并出現(xiàn)應力波峰值。第22頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日二、煤與瓦斯突出機理2、突出機理近幾年研究進展進一步明確了煤與瓦斯突出的失穩(wěn)破壞過程，解釋了延期突出、大強度突出及突出伴生大量瓦斯問題。從蠕變破壞到裂隙網(wǎng)發(fā)育，從裂隙擴張到失穩(wěn)破壞，從內(nèi)部延續(xù)到終止條件，考慮了時間因素。煤體破壞分為層裂和層裂片的粉碎兩個階段，破裂是不連續(xù)的并呈破裂陣面跳躍式發(fā)展。層裂體的形成和失穩(wěn)破壞是突出發(fā)動的基本環(huán)節(jié)，最大有效拉應力準則為破裂準則。第23頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日二、煤與瓦斯突出機理2、突出機理近幾年研究進展進一步明確了地應力與瓦斯之間的相互關(guān)系。當?shù)貞υ龃髸r，煤體微結(jié)構(gòu)中的孔隙、裂隙閉合，對瓦斯的吸附作用增加，使?jié)B透率減小；當?shù)貞p小時，隨孔隙、裂隙增大，煤體吸附容積加大，并產(chǎn)生向外膨脹變形。探討了影響煤與瓦斯突出各因素的作用關(guān)系，在突出的動力演化時空過程中，各個因素對突出的影響是不斷變化的，并通過按時間序列對影響因素分別重構(gòu)相空間進行突出預測。第24頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日二、煤與瓦斯突出機理2、突出機理近幾年研究進展探討了構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)演化和力化學作用演化過程，提出了構(gòu)造煤形成過程中的力化學作用機制，明確了構(gòu)造煤是煤受力化學作用的產(chǎn)物。構(gòu)造煤的分布受地質(zhì)構(gòu)造逐級控制，強擠壓剪切構(gòu)造破壞帶、高應力區(qū)是煤與瓦斯突出發(fā)生的背景環(huán)境，高能瓦斯和構(gòu)造煤控制著煤與瓦斯突出。構(gòu)造煤破碎、裂隙多、大孔和中孔發(fā)育，但滲透性較差。第25頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日二、煤與瓦斯突出機理2、突出機理近幾年研究進展通過物理實驗與數(shù)值模擬，再現(xiàn)了煤巖介質(zhì)在瓦斯壓力、地應力和煤巖力學性質(zhì)等因素綜合作用下由裂紋萌生、擴展、相互作用、貫通直至失穩(wěn)拋出的突出全過程，揭示了采動影響下煤巖介質(zhì)漸進破壞誘致突變的非線性本質(zhì)，包括含瓦斯煤巖破裂過程中應力場的演化，得出了吸附和解吸能力大時突出強度大。第26頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日二、煤與瓦斯突出機理2、突出機理近幾年研究進展利用構(gòu)造物理學、量子化學理論、突變理論等理論探討了煤與瓦斯突出機理。研究認為：①煤與瓦斯突出構(gòu)造物理環(huán)境由構(gòu)造組合特征、構(gòu)造應力場、構(gòu)造煤和煤層瓦斯四因素組成，其綜合作用控制著地質(zhì)構(gòu)造帶煤與瓦斯突出，并存在粘滑失穩(wěn)現(xiàn)象；②煤巖體破裂產(chǎn)生的電磁波在一定頻率范圍內(nèi)能夠被煤與甲烷吸附伴生分子體系以量子化形式吸收，采掘等活動導致分子體系由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，使得瓦斯由吸附態(tài)脫附變?yōu)橛坞x態(tài)，形成大量的游離態(tài)瓦斯，在弱面發(fā)生煤與瓦斯突出；③突出是煤與瓦斯承壓散體失控，導出了散體動量方程和運動突變勢函數(shù)，并利用尖點突變模型對突出的起動和終止進行系統(tǒng)定性分析，找出影響突出的因素。第27頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日二、煤與瓦斯突出機理2、突出機理近幾年研究進展研究了利用三維地震探測瓦斯突出危險帶的技術(shù)，通過定量評定斷層破壞和褶皺變形程度劃分瓦斯突出危險帶，并通過分析測井曲線特征區(qū)分煤層氣富集區(qū)和煤礦瓦斯突出災害區(qū)。

第28頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日二、煤與瓦斯突出機理3、問題與困難

地應力、瓦斯、煤的物理力學性質(zhì)是影響突出的三方面，而每個方面又受很多因素作用，且突出是一個動態(tài)的時空演變過程，從而決定了煤與瓦斯突出機理研究的困難性。

第29頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日二、煤與瓦斯突出機理3、問題與困難

現(xiàn)有的研究往往從地應力、瓦斯、煤的物理力學性質(zhì)和突出條件的單一方面研究其對突出的影響，缺乏將其作為一個統(tǒng)一整體進行研究，導致各因素在突出中的作用闡述不清。對突出過程研究較多，而對突出物及其運動規(guī)律和動力學破壞特征缺乏深入研究。

第30頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日二、煤與瓦斯突出機理3、問題與困難深部礦井條件下，地應力與瓦斯對突出的作用，及煤與瓦斯突出與沖擊地壓的演化等，缺乏深入系統(tǒng)地研究。對突出影響因素地應力、瓦斯、煤的物理力學性質(zhì)和突出條件，不能用數(shù)學模型定量地描述各因素的作用和突出判據(jù)。

第31頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日二、煤與瓦斯突出機理3、問題與困難目前的煤與瓦斯突出機理還停留在定性或近似定量的假說階段，沒有形成定量的統(tǒng)一完整的理論體系。

第32頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)1、煤與瓦斯突出防治理念

防突理念：

區(qū)域為主，局部為輔。

第33頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)1、煤與瓦斯突出防治理念

《防突規(guī)定》提出了“區(qū)域防突措施先行、局部防突措施補充”和“不掘突出頭、不采突出面”。第34頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)1、煤與瓦斯突出防治理念

突出煤層必須采取區(qū)域綜合防突措施并達到規(guī)定標準后方可進行采掘作業(yè)。

在采掘作業(yè)過程中必須對煤層的突出危險性進行驗證。

對局部仍存在突出危險的煤層，必須補充局部防突措施并達到規(guī)定標準方可繼續(xù)進行采掘作業(yè)。第35頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)2、區(qū)域預測突出危險區(qū)突出煤層區(qū)域預測

無突出危險區(qū)第36頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)2、區(qū)域預測未進行區(qū)域預測區(qū)域

突出危險區(qū)

第37頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)2、區(qū)域預測開拓前區(qū)域預測（開拓前）區(qū)域預測開拓后區(qū)域預測（開拓后）第38頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)2、區(qū)域預測開拓前區(qū)域預測依據(jù)地質(zhì)勘探資料上水平及鄰近區(qū)域資料第39頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)2、區(qū)域預測開拓前區(qū)域預測作用指導新水平、新采區(qū)設計開拓工程揭煤作業(yè)第40頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)2、區(qū)域預測開拓后區(qū)域預測依據(jù)煤層瓦斯井下實測資料地質(zhì)勘探資料上水平及鄰近區(qū)域資料第41頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)2、區(qū)域預測開拓后區(qū)域預測井下實測資料要求：預測所主要依據(jù)的煤層瓦斯壓力、瓦斯含量等參數(shù)應為井下實測數(shù)據(jù)；測定煤層瓦斯壓力、瓦斯含量等參數(shù)的測試點在不同地質(zhì)單元內(nèi)根據(jù)其范圍、地質(zhì)復雜程度等實際情況和條件分別布置；同一地質(zhì)單元內(nèi)沿煤層走向布置測試點不少于2個，沿傾向不少于3個，并有測試點位于埋深最大的開拓工程部位。第42頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)2、區(qū)域預測開拓后區(qū)域預測作用指導采掘工作面設計指導采掘生產(chǎn)作業(yè)第43頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)2、區(qū)域預測開拓前區(qū)域預測？突出危險區(qū)！區(qū)域綜合防突措施并達標

區(qū)域措施效果檢驗第44頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)2、區(qū)域預測開拓前區(qū)域預測？

無突出危險區(qū)！

所有揭煤作業(yè)采取局部綜合防突措施

工作面預測方法進行區(qū)域驗證第45頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)3、區(qū)域防突措施區(qū)域防突措施

應當優(yōu)先采用開采保護層兩種：上保護層和下保護層第46頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)3、區(qū)域防突措施首次開采保護層保護效果檢驗、保護范圍考察被保護層的最大膨脹變形量大于3‰，則檢驗和考察結(jié)果可適用于其他區(qū)域的同一保護層和被保護層若保護層與被保護層的層間距離、巖性及保護層開采厚度等發(fā)生了較大變化時，應當再次進行效果檢驗和保護范圍考察第47頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)3、區(qū)域防突措施

有效保護垂距內(nèi)存在厚度0.5m及以上的無突出危險煤層，除因突出煤層距離太近而威脅保護層工作面安全或可能破壞突出煤層開采條件的情況外，首先開采保護層?。。〉?8頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)3、區(qū)域防突措施開采保護層要求：開采保護層時，同時抽采被保護層的瓦斯；開采近距離保護層時，采取措施防止被保護層初期卸壓瓦斯突然涌入保護層采掘工作面或誤穿突出煤層；正在開采的保護層工作面超前于被保護層的掘進工作面，其超前距離不得小于保護層與被保護層層間垂距的3倍，并不得小于100m；開采保護層時，采空區(qū)內(nèi)不得留有煤(巖)柱。第49頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)3、區(qū)域防突措施區(qū)域防突措施

其次預抽煤層瓦斯

效果檢驗抽采指標第50頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)3、區(qū)域防突措施預抽煤層瓦斯方式：

地面井預抽煤層瓦斯井下穿層鉆孔或順層鉆孔預抽區(qū)段煤層瓦斯

穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯第51頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)3、區(qū)域防突措施預抽煤層瓦斯方式：順層鉆孔或穿層鉆孔預抽回采區(qū)域煤層瓦斯

穿層鉆孔預抽石門（含立、斜井等）揭煤區(qū)域煤層瓦斯

順層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯第52頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)3、區(qū)域防突措施預抽煤層瓦斯方式：順層鉆孔或穿層鉆孔預抽回采區(qū)域煤層瓦斯

穿層鉆孔預抽石門（含立、斜井等）揭煤區(qū)域煤層瓦斯

順層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯第53頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)3、區(qū)域防突措施預抽煤層瓦斯要求：穿層鉆孔或順層鉆孔預抽區(qū)段煤層瓦斯區(qū)域防突措施的鉆孔應當控制區(qū)段內(nèi)的整個開采塊段、兩側(cè)回采巷道及其外側(cè)一定范圍內(nèi)的煤層。要求鉆孔控制回采巷道外側(cè)的范圍是：傾斜、急傾斜煤層巷道上幫輪廓線外至少20m，下幫至少10m；其他為巷道兩側(cè)輪廓線外至少各15m。鉆孔控制范圍均為沿層面的距離?。?！第54頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)3、區(qū)域防突措施預抽煤層瓦斯要求：穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯區(qū)域防突措施的鉆孔應當控制整條煤層巷道及其兩側(cè)一定范圍內(nèi)的煤層。要求鉆孔控制回采巷道外側(cè)的范圍是：傾斜、急傾斜煤層巷道上幫輪廓線外至少20m，下幫至少10m；其他為巷道兩側(cè)輪廓線外至少各15m。順層鉆孔或穿層鉆孔預抽回采區(qū)域煤層瓦斯區(qū)域防突措施的鉆孔應當控制整個開采塊段的煤層。第55頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)3、區(qū)域防突措施預抽煤層瓦斯要求：穿層鉆孔預抽石門（含立、斜井等）揭煤區(qū)域煤層瓦斯區(qū)域防突措施應當在揭煤工作面距煤層的最小法向距離7m以前實施（在構(gòu)造破壞帶應適當加大距離）。鉆孔的最小控制范圍是：石門和立井、斜井揭煤處巷道輪廓線外12m（急傾斜煤層底部或下幫6m），同時還應當保證控制范圍的外邊緣到巷道輪廓線（包括預計前方揭煤段巷道的輪廓線）的最小距離不小于5m，且當鉆孔不能一次穿透煤層全厚時，應當保持煤孔最小超前距15m。第56頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)3、區(qū)域防突措施預抽煤層瓦斯要求：順層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯區(qū)域防突措施的鉆孔應控制的條帶長度不小于60m。要求鉆孔控制回采巷道外側(cè)的范圍是：傾斜、急傾斜煤層巷道上幫輪廓線外至少20m，下幫至少10m；其他為巷道兩側(cè)輪廓線外至少各15m。第57頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)3、區(qū)域防突措施預抽煤層瓦斯要求：當煤巷掘進和回采工作面在預抽防突效果有效的區(qū)域內(nèi)作業(yè)時，工作面距未預抽或者預抽防突效果無效范圍的前方邊界不得小于20m。厚煤層分層開采時，預抽鉆孔應當控制開采的分層及其上部至少20m、下部至少10m（均為法向距離，且僅限于煤層部分）。第58頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)4、區(qū)域措施效果檢驗開采保護層保護效果檢驗指標和方法主要采用：殘余瓦斯壓力＜0.74MPa殘余瓦斯含量＜8.0m3/t頂?shù)装逦灰屏浚?‰第59頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)4、區(qū)域措施效果檢驗石門揭煤采用鉆屑瓦斯解吸指標進行措施效果檢驗第60頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)4、區(qū)域措施效果檢驗檢驗期間還應當觀察、記錄在煤層中進行鉆孔等作業(yè)時發(fā)生的噴孔、頂鉆及其他突出預兆。第61頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)4、區(qū)域措施效果檢驗采掘工作面測點布置

＜120m，沿回采工作面推進方向每間隔30～50m至少布置1個檢驗測試點＞120m，沿回采工作面推進方向每間隔30～50m至少布置2個檢驗測試點穿層鉆孔預抽煤巷條帶每間隔30～50m至少布置1個檢驗測試點第62頁，共70頁，2023年，2月20日，星期日三、煤與瓦斯突出區(qū)域防治技術(shù)4、區(qū)域措施效果檢驗

穿層鉆孔預抽石門（含立、斜井等）揭煤區(qū)域煤層瓦斯區(qū)域防突措施進行檢驗時，至少布置4個檢驗測試點，分別位于要求預抽區(qū)