1、第4章 煤與瓦斯突出及其防治,4.1 煤與瓦斯突出概況 煤與瓦斯突出是礦井開采中危險性最大的災(zāi)害，是世界各主要產(chǎn)煤國突出礦井共同面臨的技術(shù)難題。 Exp:1834年3月22日，法國魯阿煤田，伊薩克礦井（世界上第一次有記錄的突出）。 1950年，遼源富國西二井（我國第一次有記錄的突出）。 最大的突出：前蘇聯(lián)（1969.7.19）：加加林礦，石門揭煤，1400t,250萬m3瓦斯 。 中國（1975.8.8） ：三匯壩一井， 12780t,140萬m3瓦斯 。,危害： 1、產(chǎn)生的高壓瓦斯流，能摧毀巷道，造成風(fēng)流逆轉(zhuǎn)、破壞礦井通風(fēng)系統(tǒng)。 2、井巷充滿瓦斯，造成人員窒息，引起瓦斯燃燒或爆炸。 3、噴出

2、的煤巖，造成煤流埋人。 4、猛烈的動力效應(yīng)可能導(dǎo)致冒頂和火災(zāi)事故的發(fā)生。 到1992年底全國已有282個突出礦井，截止1995年共發(fā)生了16000多次突出。,定義：在很短時間內(nèi)（數(shù)分鐘），從煤（巖）壁內(nèi)部向采掘工作面空間突然噴出煤（巖）和瓦斯的現(xiàn)象。 特點：伴有聲響和猛烈的力能效應(yīng)（摧毀井巷設(shè)施、破壞礦井通風(fēng)系統(tǒng)），窒息、煤流埋人，可能引起瓦斯燃燒和爆炸。 4.2 礦井瓦斯動力現(xiàn)象及分類 一、按力學(xué)特征分類 1、煤（巖）與瓦斯突然噴出-突出 主要特點： 突出物的搬運特征：形成固體與氣體兩相混合流，可以流動到很遠處。 突出物的堆積特征：分選、沉積輪回，堆積角安息角（3540）,突出物的破碎特征：

3、產(chǎn)生大量手捻無顆粒的微塵。 瓦斯量：突出瓦斯量（m3/t煤）瓦斯含量； 噴孔孔形狀：口小內(nèi)大的犁形， 倒并形（與應(yīng)力分布一致） 作用力：地應(yīng)力（彈性變形能） 瓦斯壓力（瓦斯?jié)撃埽?重力。 2、煤（巖）突然壓出并涌出大量瓦斯-壓出 主要特點： 突出物的搬運特征： 煤呈整體外移，碎體拋出一定距離。,突出物的堆積特征：就地堆積（or很近距離）、無分選性、無沉積輪回，安息角（3540） 突出物的破碎特征：大小不同的塊體與碎末混雜。 瓦斯量：瓦斯量（m3/t煤）瓦斯含量； 噴孔孔形狀：口大內(nèi)小、外寬內(nèi)窄、楔形 作用力：地應(yīng)力（圍巖彈性位能突然釋放）、 3、煤（巖）突然傾出并涌出大量瓦斯-傾出 主要特點：

4、 突出物的搬運特征： 煤沿傾斜下落，碎體拋出不遠距離；,突出物的堆積特征： 就地堆積（or很近距離）、 無分選性、無沉積輪回， 安息角（3540） 突出物的破碎特征： 大小不同的塊體與碎末混雜。 瓦斯量： 瓦斯量（m3/t煤）瓦斯含量； 噴孔孔形狀： 口小內(nèi)大、舌形 作用力：地應(yīng)力（圍巖彈性變形能）、重力。 多發(fā)生于急傾斜煤層，低強度時，易與冒落和突出混淆。,三類動力現(xiàn)象的發(fā)生都以地應(yīng)力為主，所以它們的預(yù)兆相似，但三者的基本能源不同。人們習(xí)慣上將三類現(xiàn)象統(tǒng)稱為煤與瓦斯突出。 二、按強度分類 強度-每次動力現(xiàn)象拋出的煤（巖）數(shù)量（t or m3為單位）和瓦斯量(m3)。 1、小型突出：強度50t

5、/次（突出后，幾十min，瓦斯?jié)舛然謴?fù)正常）； 2、中型突出：5099 t/次（突出后，幾小時，瓦斯?jié)舛然謴?fù)正常）； 3、次大型突出：100499 t/次（突出后，一天，瓦斯?jié)舛然謴?fù)正常）；,4、大型突出：500999 t/次（突出后，幾天，瓦斯?jié)舛然謴?fù)正常）； 5、特大型突出：1000 t/次（突出后，很長時間，瓦斯?jié)舛然謴?fù)正常）。 三、突出危險程度劃分 1、突出礦井和突出煤層：礦井在采掘過程中，只要發(fā)生過1次煤（巖）與瓦斯突出（簡稱突出，下同），該礦井即為突出礦井，發(fā)生突出的煤層即為突出煤層。 2、突出危險區(qū)和突出威脅區(qū)：突出煤層經(jīng)區(qū)域預(yù)測可劃分為突出危險區(qū)和突出威脅區(qū)。 3、突出危險工作

6、面和突出威脅工作面：突出危險區(qū)進行工作面煤與瓦斯突出預(yù)測。,四、防突措施的規(guī)定 在突出危險區(qū)工作前，應(yīng)采取防突措施，采取措施之后應(yīng)進行檢驗，有效后方可進行作業(yè)；在突出威脅區(qū)，每推進一個工作面預(yù)測循環(huán)，都必須進行工作面預(yù)測，根據(jù)預(yù)測結(jié)果采取措施。 4.3 采掘工作面瓦斯動力現(xiàn)象的特點 采掘面的類型對突出諸因素的邊界條件及在煤內(nèi)空間與時間上的分布產(chǎn)生重大影響，因此各類工作面的動力現(xiàn)象具有不同的特點。 Exp:石門突出：突出危險性最大，突出強度大，概率高，典型突出次數(shù)最多。,一、石門突出 類型：（1）放炮揭開煤層時的突出； （2）過煤門時的突出； （3）自行沖破巖柱的突出。 其中，放炮揭開煤層時的突

7、出所占的比例最大。 1、揭煤與過煤門時的突出 exp1： exp2： 原因：采掘應(yīng)力疊加。,2、自行沖破巖柱的突出 原因：一般都存在于有利的地質(zhì)構(gòu)造條件。 例如：斷層、褶曲、扭轉(zhuǎn)等地質(zhì)構(gòu)造處。 3、延期突出 突出過程：準(zhǔn)備、發(fā)動、發(fā)展、終止。 延期時間：幾十分鐘 幾十小時 延期突出的實質(zhì)： 放炮后，突出的準(zhǔn)備階段沿未結(jié)束，在此期間煤層內(nèi)發(fā)生不穩(wěn)定的蠕變，新暴露面附近煤內(nèi)產(chǎn)生能量積累。 新暴露煤壁支承能力較大，能承受爆破時已升高的載荷和瓦斯壓力作用，并繼續(xù)積蓄彈性能。 當(dāng)震動放炮不規(guī)范時，煤壁的穩(wěn)定性降低，使地應(yīng)力大大升高，直至處于過載應(yīng)力狀態(tài)。 煤體突然破碎，瓦斯壓力的推力也因煤體破碎裂隙增加

8、而成倍增加，導(dǎo)致突出的發(fā)生。,二、平巷突出（煤巷掘進面） 與石門突出相比，突出平均強度低。 原因： 地應(yīng)力方面：缺少像石門那樣硬巖約束條件，即無能量積累的過程條件。限制了合成和 增大。 瓦斯方面：工作面前方煤體的CH4和平 遠低于石門工作面前方煤體。因為瓦斯排放時間長。 三、上山突出 傾出所占比例增多。 煤的自重在動力現(xiàn)象中起作用。,四、下山突出 主要是突出和壓出。 煤的自重在動力現(xiàn)象中起阻力作用。 五、采煤工作面突出 煤層傾角越小，突出危險性越大。 采煤工作面突出表現(xiàn)出明呈的區(qū)域性，在地質(zhì)構(gòu)造上有如下幾種類型： 向斜軸部附近； 地質(zhì)構(gòu)造交匯處； 主向斜軸部的局部隆起區(qū)域； 小斷層群及頂?shù)装灏?/p>

9、陷或凸起群區(qū)域； 煤厚及傾角突然變化區(qū)。,4.4 煤與瓦斯突出機理 一、突出原因假說 怎樣發(fā)生？原因何在？過程如何？ 1、瓦斯作用說 認(rèn)為煤內(nèi)存在高壓瓦斯是突出中起主要作用的因素。 “瓦斯包”： “多聚甲烷”：CH4在煤中形成不穩(wěn)定的多聚甲烷（ CH4 ）n）或結(jié)晶水合物（ ），當(dāng)煤層揭開后， 促使它們急劇分解，從而放出大量瓦斯并夾帶大量煤炭而噴出。,2、地應(yīng)力作用說 突出主要是高地應(yīng)力作用結(jié)果。 3、綜合作用說 突出主要是地應(yīng)力、瓦斯、煤的力學(xué)性質(zhì)等因素綜合作用結(jié)果。 1）能量說 前蘇聯(lián)B.B.霍多特提出，突出是煤的變形能（w）和瓦斯內(nèi)能突然釋放引起工作面煤體的高速破碎。,激發(fā)突出的第一條件

10、 對于回采 對于掘進 對于石門揭煤 式中 W-煤的變形能； -頂板巖石動能； Q-煤內(nèi)游離瓦斯所含的內(nèi)能； F-煤向巷道移動功； U-煤的破碎功。 激發(fā)突出的第二條件 式中 Vp-煤的破碎速度； Vx-煤裂隙中瓦斯壓力下降速度。,激發(fā)突出的第三條件 式中 P-瓦斯壓力； s-煤破碎區(qū)段的橫斷面積； f-煤沿某一表面移動時，該面的摩擦系數(shù)； -煤沿某一表面移動時，該面與水平面所成傾角； g-重力加速度； m-煤的質(zhì)量； a-為了將煤拋出必須給煤的加速度； +，-煤移動方向，向上拋出取“+”，反之取“-”。 在瓦斯礦井，激發(fā)突出的第二與三條件實際上總是可以滿足，因此，第一條件便成為發(fā)生突出的主要而

11、必需條件。,2）地應(yīng)力分布不均說 前蘇聯(lián)馬可耶夫研究所巴甫洛夫等人提出。 突出機理（原因）： 突出煤層的圍巖具有增高的和不均勻的應(yīng)力分布； 產(chǎn)生圍巖的不均勻位移； 頂?shù)装褰咏摹巴焙汀叭印钡男纬桑a(chǎn)生一種脆弱的平衡； 靠近工作面的破碎帶的尺寸降低，同時在近工作面范圍內(nèi)部保持著較高的瓦斯壓力。 采掘工作破壞圍巖脆弱平衡時，造成急劇的位移和搓揉，產(chǎn)生沖擊和煤的破碎，發(fā)生突出。,發(fā)生突出的條件： a、突出煤層具有不同的地質(zhì)構(gòu)造與煤的結(jié)構(gòu)； b、突出煤與非突出煤層的特性不同； c、突出區(qū)：瓦斯壓力大，煤層透氣性低，煤質(zhì)松軟，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。 d、突出煤層，地應(yīng)力處于緊張狀態(tài)； e、突出主要發(fā)生在地

12、質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)； f、圍巖地應(yīng)力不均是突出危險性的一種標(biāo)志。 因此，圍巖的應(yīng)力狀態(tài)變化和能量的釋放是造成突出的首要原因，瓦斯是突出的基本能源之一，瓦斯壓力決定了突出的強度。,二、力能計算 1、地應(yīng)力 煤體內(nèi)存在著地應(yīng)力（自重應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造力和采動集中應(yīng)力）、瓦斯壓力和煤的自重重力。 自重應(yīng)力：鉛垂方向 水平方向 地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力： 水平方向 采動集中應(yīng)力： 鉛垂方向 煤的自重力： 鉛垂方向,一般地， 通常地應(yīng)力在數(shù)值上為瓦斯壓力的幾倍到幾十倍，突出過程中破碎煤體的主導(dǎo)力是地應(yīng)力，特別是存在地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力時，尤其如此。 2、煤體彈性潛能 單向應(yīng)力狀態(tài)： 三向應(yīng)力狀態(tài)： 式中 wt-煤的彈性變形潛能，mj/

13、m3； -煤的平均應(yīng)力,Mpa； 1 、2、 3-分別為三個方向的主應(yīng)力，Mpa； 、E-分別為煤的泊松比和彈性模量。,3、瓦斯內(nèi)能 作用：破碎煤體；搬運突出物；使突出不斷向煤體深部擴展。 熱力學(xué)變化過程： 突出瞬間，膨脹瓦斯屬于等溫過程；破碎煤脫離煤體后，屬于多變過程；最后接近絕熱過程。 根據(jù)熱力學(xué)，可推得一噸煤瓦斯膨脹內(nèi)能計算式為： 式中 v1-噸煤瓦斯涌出量； P0、P1-突出前后，煤層瓦斯壓力； n -過程指數(shù)。,三、突出過程及特點 1、突出發(fā)生過程 （1）準(zhǔn)備階段-能量積蓄 由于地質(zhì)、采礦原因，煤體內(nèi)的能量積聚逐漸發(fā)展到臨界破壞，或過載的脆弱平衡狀態(tài)。 特點：工作面煤壁內(nèi)形成高 和

14、，呈現(xiàn)出多種有聲或無聲的預(yù)兆。時間有長，有短。 （2）激發(fā)階段 特點：地應(yīng)力狀態(tài)突然改變。 表現(xiàn)為：極限應(yīng)力狀態(tài)的部分煤體突然破壞；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，大大增加；膨脹瓦斯流形成，大量瓦斯解吸。 引發(fā)原因：落煤、打鉆、修整工作面等。,（3）發(fā)展階段 特點： a）突出從激發(fā)點起向內(nèi)部連續(xù)剝離并破碎煤。 （由地應(yīng)力和瓦斯壓力共同作用） b）破碎的煤在不斷膨脹的承壓瓦斯風(fēng)暴中邊運送，邊粉碎，此過程主要是瓦斯內(nèi)能作功的過程。 c）煤的剝離與破碎具有脈沖特性，存在多輪回過程。,（4）終止階段 兩種情況突出可能終止： a）在剝離與破碎煤體的擴展中遇到較硬的煤體；或地

15、應(yīng)力和瓦斯壓力降低不足以破壞煤體。 b）突出孔道被堵塞，突出物支撐建立起新的拱平衡；孔洞內(nèi)瓦斯壓力因堵塞而升高， 和 下降 ，不足以破壞煤體。 2、地應(yīng)力和瓦斯壓力在突出過程中的作用 地應(yīng)力的作用： a）激發(fā)突出； b）發(fā)展階段與瓦斯壓力共同作用，對煤體進行剝離、破碎；,c）影響煤體內(nèi)部裂隙系統(tǒng)的閉合程度和生成新的裂隙。 瓦斯壓力的作用： a）當(dāng)瓦斯壓力梯度很大時，能獨立激發(fā)突出； b）發(fā)展與實現(xiàn)突出的主要因素 ； c）膨脹瓦斯破碎，搬運煤巖，孔壁附近保持較高的地應(yīng)力梯度和瓦斯壓力梯度為連續(xù)剝離煤體創(chuàng)造必要條件。,4.5 突出發(fā)生的一般規(guī)律,1、突出發(fā)生在一定深度以后。 始突深度：礦井開始發(fā)生

16、突出的最淺深度。 不同礦區(qū)差別很大， 最小，50m，（郴州羅卜安礦） 最大，640m，（撫順老虎臺礦） 一般地，礦井始突深度均大于瓦斯風(fēng)化帶深度；隨著開采深度增加，煤層突出危險性增高。 2、突出的次數(shù)和強度隨著煤層厚度，特別是軟分層厚度的增加而增加。,3、突出需具有一定的瓦斯含量和瓦斯壓力 同一煤層，其瓦斯壓力越高，突出危險性越大。 安全規(guī)程：取 0.74 MPa。 可按下式估算： 式中：f-軟分層厚度； V-軟分層揮發(fā)份含量； A、B-系數(shù)。 所以，f 愈小，煤變質(zhì)程度愈高（V愈小），Pmin越小。 4、突出煤層的強度低，而且變化大。 5、突出危險區(qū)呈帶狀分布。 地質(zhì)構(gòu)造呈帶狀； 采動形成集

17、中應(yīng)力帶,6、上山掘進比下山掘容易突出，突出次數(shù)隨著煤層傾角增大而增多。 7、采掘工作往往可以激發(fā)突出。 8、突出大多有預(yù)兆。 地壓呈現(xiàn)：煤炮聲、支架聲響、掉碴、巷道底鼓、煤壁外鼓、等。 瓦斯涌出：瓦斯涌出異常、瓦斯?jié)舛群龃蠛鲂?，使煤塵增大，工作面氣溫下降，氣味異常。 煤的力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)：層理紊亂、煤強度松軟、煤質(zhì)暗淡無光，煤厚變化，煤干燥等。 9、突出危險性隨著有硬而厚的圍巖存在而增高。 10、石門突出危險性最高。,4.6 區(qū)域性防突措施,防突措施分類： 按作用范圍劃分：區(qū)域性防突措施、局部性防突措施。 按作用效果劃分：防止突出發(fā)生的措施、突出時保證人員生命安全的措施。 按作用的技術(shù)性劃分：

18、技術(shù)措施、組織管理措施。 區(qū)域性防突措施：實施以后可使較大范圍煤層消除突出危險性的措施，稱為區(qū)域性防突措施； 局部防突措施：實施以后可使局部區(qū)域(如掘進工作面)消除突出危險性的措施稱為局部防突措施。 本節(jié)主要內(nèi)容：開采保護層、預(yù)抽煤層瓦斯、煤層注水。,一、開采保護層 保護層：在突出礦井中，預(yù)先開采的、能使其它相鄰有突出危險的煤層受到采動影響而減少或喪失突出危險的煤層稱為保護層。 被保護層：后開采的煤層稱為被保護層。保護層位于被保護層上方的叫上保護層，位于下方的叫下保護層。,保護層開采是預(yù)防突出最有效、最經(jīng)濟的區(qū)域性預(yù)防突出的技術(shù)措施，幾乎所有發(fā)生突出的國家都采用該措施，我國1958年成功使用此

19、技術(shù)，目前開采保護層的礦井占突出礦井總數(shù)的26%。 1、保護作用分析 為什么保護層開采后，能有效消除煤層突出危險性？,覆巖破壞移動分帶示意圖 I冒落帶 II斷裂帶 III彎曲帶 a豎向裂隙 b離層裂隙,保護作用過程： （a）保護層開采后，巖體中形成自由空間，破壞了原巖應(yīng)力平衡，地應(yīng)力重新分布，上覆巖體向采空區(qū)方向移動，發(fā)生頂板冒落下沉，底板鼓起，同時產(chǎn)生大小不等的裂隙。 （b）被保護層： 產(chǎn)生“卸壓增流效應(yīng)”。 （c) 被保護層瓦斯排放后，煤層瓦斯壓力降低，瓦斯?jié)撃芙档汀?開采保護層的作用 (1) 地壓減少，彈性潛能得以緩慢釋放。 (2) 煤層膨脹變形，形成裂隙與孔道，透氣系數(shù)增加。所以被保護

20、層內(nèi)的瓦斯能大量排放到保護層的采空區(qū)內(nèi)，瓦斯含量和瓦斯壓力都將明顯下降。 (3) 煤層瓦斯涌出后，煤的強度增加。據(jù)測定，開采保護層后，被保護層的煤硬度系數(shù)由0.30.5增加到1.01.5。 所以，保護層開采后，不但消除或減少了引起突出的兩個重要因素：地壓和瓦斯，而且增加了抵御突出的能力因素煤的機械強度。這就使得在卸壓區(qū)范圍內(nèi)開采被保護層時，不再會發(fā)生煤與瓦斯突出。,2、保護范圍劃分 保護范圍：指保護層開采后，在空間上使危險層喪失突出危險的有效范圍。 一般通過現(xiàn)場實測。 （1）保護層與被保護層之間的有效層間距 下保護層影響范圍大于上保護層，且與保護層的厚度、層間巖性、煤層傾角等因素有關(guān)。,（2）

21、 沿傾斜的保護范圍 確定沿傾向的保護范圍就是沿傾向劃定被保護層的上、下邊界。 為巖石卸壓角，查表得出。,保護線,（3） 沿走向的保護范圍-超前距 超前距一般不得小于兩個煤層之間垂直距離的兩倍，至少不小于30m。 目的：使被保護層能充分卸壓和排放瓦斯。,（4）煤柱的影響 保護層開采后，在采空區(qū)上、下形成卸壓區(qū)，而煤柱上方則產(chǎn)生集中應(yīng)力區(qū)，在集中應(yīng)力區(qū)內(nèi)，增加了突出危險性。 影響范圍根據(jù)考察結(jié)果確定，否則，按以下角度確定。,3、抽放卸壓瓦斯擴大保護范圍 隨著開采深度的增加，地應(yīng)力、瓦斯壓力、瓦斯含量增高，為了提高保護層的保護效果、可靠程度和保證被保護層順利開采，抽放卸壓瓦斯是可以對被保護層卸壓作用

22、起到補充和深化作用。 作用：（1）降低被保護層殘余瓦斯壓力； （2）擴大保護層間距。因為，隨著層間距增大，突出煤層卸壓程度減弱，瓦斯自然排放條件差。 根據(jù)前蘇聯(lián)經(jīng)驗，開采保護層，如結(jié)合抽放被保護層瓦斯，可使有效層間距增大1.4 1.6倍。,4、選擇保護層的原則 （1）首先選擇無突出危險的煤層作為保護層； （2）當(dāng)所有煤層均有突出危險時，選擇突出危險性小的煤層作為保護層； （3）優(yōu)先選擇上保護層。 選擇下保護層時，其最小層間距應(yīng)滿足下式： 式中 Hmin-允許采用的最小層間距； M-保護層厚度； k- 系數(shù)。,（4）所有可采煤層均有嚴(yán)重突出危險時，可選擇不可采煤層作為保護層。 5、開采保護層應(yīng)注

23、意的幾個問題 （1）盡量不在保護層采空區(qū)留煤柱； （2）保護層采高小于0.5m時，必須檢查其保護效果，否則要采取其它防突補充措施； （3）開采保護層，具有瓦斯抽放系統(tǒng)的礦井，應(yīng)同時抽放卸壓瓦斯。 保護作用實質(zhì)：卸壓和排放瓦斯，其中卸壓作用是首要的、決定性的。,二、預(yù)抽煤層瓦斯 應(yīng)用：無保護層可采、單一突出煤層開采。經(jīng)過試驗預(yù)抽瓦斯有效果時。 我國實施此措施的礦井占突出礦井總數(shù)的21%以上。,1、防突機理 通過向突出煤層內(nèi)打大量的密集鉆孔，達到： 鉆孔造成煤層局部卸壓； 通過鉆孔排放瓦斯，釋放煤層瓦斯?jié)撃埽?通過長時間抽放瓦斯，進一步降低煤層瓦斯涌出壓力和瓦斯含量； 引起煤層收縮變形、地應(yīng)力下降

24、、煤層透氣性和煤的堅固性系數(shù)增加。,2、適用條件與考察指標(biāo) 適用條件：突出煤層，4.010-2 m2/(MPa2.d)。 要求指標(biāo)： （1）瓦斯抽放率 30%； （2）PCH4(殘余)0.8 PCH4 或 XCH4(殘余)0.8 XCH4； （3）鉆孔控制區(qū)，煤厚的收縮變形 2 。 3、鉆孔布孔原則 采用：穿層鉆孔或沿層鉆孔。,穿 層 鉆 孔,（1）鉆孔數(shù)量 穿層鉆孔： 沿層鉆孔： 式中：L-沿走向鉆孔控制范圍； H-沿斜向鉆孔控制范圍； R-鉆孔有效抽放瓦斯半徑； K-系數(shù)，1.2 1.3。,L,沿層鉆孔,（2）鉆孔間距 一般根據(jù)現(xiàn)場考察確定。無考察數(shù)據(jù)時可根據(jù)煤層瓦斯涌出規(guī)律，采用下式計算

25、： 對于沿層上向或水平平行鉆孔： 對于穿層鉆孔：,三、煤層注水 應(yīng)用：主要應(yīng)用于回采工作面。 1、注水防突機理 2、注水工藝 打鉆、封孔、注水,3、注水防突指標(biāo) 保證煤層充分濕潤，且煤體濕潤均勻，水份5%， 注水量 0.02 0.04 m3/t煤。 4、鉆孔布置 單排平行沿層鉆孔。 5、鉆孔參數(shù) 1）孔徑 42100mm。 2）孔長，決定于階段斜長及煤層地質(zhì)變化。 3）封孔長度 鉆孔濕潤半徑的 1.11.2 倍。 4）注水壓力 過高：使煤沿弱面破裂，造成水流失。 過低：注不進水，達不到濕潤效果。 應(yīng)做到：“壓而不裂，注而不漏”,水平鉆孔： 傾斜鉆孔： 式中：Pg-煤層瓦斯壓力； Pw-注水壓力

26、； H-孔口至地表深度； -鉆孔與水平面的夾角； -覆巖的平均密度； l-鉆孔長度； -“+”表示下向孔，“-”表示上向孔。,6、注意事項 （1）對于濕潤性差的煤，注水中可加一定濃度的濕潤劑。 （2）注水泵盡量采用排量大的高壓泵； （3）保證封孔質(zhì)量； （4）孔數(shù)應(yīng)根據(jù)注水區(qū)與注水有效半徑確定； （5）對于難注水煤層，盡量采用“間歇注水”。,4.7 巖石井巷揭穿突出煤層預(yù)防突出措施,包括：石門、豎井、斜巷。 特點：突出強度大。 Exp: 我國，70多次大型突出中，80%發(fā)生在巖巷揭煤過程中。 一、概述 1）在10m ，進入頂（底）板2m范圍內(nèi)，全部作業(yè)中，都必須采取防突措施。 2）揭開突出煤層

27、前，應(yīng)進行專門設(shè)計。 3）巖石井巷揭穿突出煤層前應(yīng)遵守以下規(guī)定： a) 進行探測孔和測壓孔的設(shè)計；,B）打至少兩個穿透煤層全厚的探測孔； C）測定煤層瓦斯壓力； D）進行煤層突出危險預(yù)測； E）有突出危險時，應(yīng)采取防突措施； F）進行煤層突出危險性檢驗； G）揭開突出危險煤層。,二、水力沖孔 可控地、緩慢地排放突出煤層瓦斯。 1、防突機理 以巖柱為安全屏障， 利用打鉆和高壓水射流 沖擊煤體，激發(fā)煤體發(fā) 生可控的噴煤和噴瓦斯， 煤和瓦斯排出，使被揭 煤層地應(yīng)力降低，煤層透氣性增大，煤層瓦斯壓力和煤層瓦斯含量降低，煤的機械強度增加，煤的彈性變形能和瓦斯?jié)撃茚尫?，從而使鉆孔一定范圍內(nèi)煤的喪失突出能力

28、。,2、適用條件 有自噴能力的突出危險煤層。 3、施工工藝 4、參數(shù) 水壓 3 5 Mpa，水流量 40 50 m3/h。 三、排放鉆孔 預(yù)定揭穿煤層的斷面輪廓外布置多排扇形穿層鉆孔，鉆取煤炭與排放瓦斯。,1、防突機理 石門揭煤前，由巖巷或煤巷向突出危險煤層打一定數(shù)量呈網(wǎng)格排列的鉆孔，鉆取煤炭，并將煤層中的瓦斯經(jīng)過鉆孔長時間自然排放，使石門周圍一定范圍內(nèi)煤體瓦斯含量和瓦斯壓力降低，煤體發(fā)生收縮變形，煤的彈性能和瓦斯?jié)撃艿玫结尫?，從而消除石門揭煤的突出危險。 2、基本要求 巖柱厚度5m，范圍 輪廓線外 7 8 m。 孔距：決定于煤層煤層透氣性。 要求：煤層瓦斯壓力降低到 1.0 MPa 以下,3

29、、適用條件 煤層透氣性較高，有足夠的排放時間。特別適用于急斜煤層。 四、金屬骨架 1、工藝 巷道頂、兩幫上部打75100mm鉆孔，進入巖層0.5m，孔距0.2m，插入鋼管或鋼軌。,2、作用機理 預(yù)先加固煤體，增加煤的穩(wěn)定性；骨架孔排放一定量的瓦斯，鉆取煤炭。從而降低了煤層的應(yīng)力狀態(tài)，增加了煤的堅固性，揭煤過程中金屬骨架支承上方煤體重量，阻止煤體突然破壞與離層，抑制突出的發(fā)動。 3、要求 巖柱厚度：2.0m（硬巖），3.0m（松軟巖層） 范圍：巷道上部和兩側(cè)外 0.5 1.0 m 孔距：2.0 m（單排） 0.3m（雙排） 4、適用條件 45的薄及中厚煤層。,五、震動放炮 震動放炮是采用增加炮眼

30、數(shù)和裝藥量，一次爆破揭開煤層并成巷的爆破方法。 1、作用機理 因爆破震動，圍巖應(yīng)力和瓦斯壓差急劇變化，創(chuàng)造了最有利的突出條件。所以震動放炮基本上是一種人為的誘使突出的措施，而不是防止突出的方法。 2、要求 (1) 震動放炮時，應(yīng)將井下人員撤至地面。為了少影響生產(chǎn)，一般在交接班時放炮； (2) 放炮時應(yīng)將放炮區(qū)或全井?dāng)嚯?，進風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)不得有火源存在，以免引燃瓦斯；,(3) 放炮半小時后由救護隊進入檢查。具有延期突出的礦井，進入的時間還要加長； (4) 為了限制突出的波及范圍，可在距離工作面45m處，壘起高不小于1.5m的矸石堆或高至頂板的木垛。有人提出，采用延發(fā)雷管分次爆破，使一部分巖石落在工作面

31、附近，起到限制突出的作用。,4.8 煤層采掘工作面預(yù)防突出措施,特點：突出次數(shù)多（約占總突出次數(shù)94%）;突出強度小（為50 60t/次）。 一、一般規(guī)定 1、突出煤層進行采掘工作，應(yīng)進行突出危險性預(yù)測； 2、在集中應(yīng)力影響范圍內(nèi)，不得布置相對掘（推）工作面。 3、采掘工作接近或進入地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、煤層厚度和傾角急劇變化地帶時，應(yīng)進行防突效果檢驗。,二、平巷掘進防突措施 主要包括：大直徑鉆孔、超前鉆孔、松動爆破、前探支架、水力沖孔等。 1、超前鉆孔（包括大直徑鉆孔） 掘進工作面或回采面前方，形成三個應(yīng)力帶： 卸壓帶：地應(yīng)力和瓦斯壓力均較原始值小，阻止突出； 集中應(yīng)力帶：地應(yīng)力較原始值高，煤層透氣

32、性急劇降低，阻止瓦斯排放，此帶內(nèi)保持著較高的瓦斯壓力梯度和瓦斯壓力值，是發(fā)動突出的策源地。,超前距,作用機理：是在煤巷掘進工作面前方始終保持一定數(shù)量的排放瓦斯鉆孔。它的作用是排放瓦斯，增加煤的強度，在鉆孔周圍形成卸壓區(qū)，使集中應(yīng)力區(qū)移向煤體深部，人為地造成并保持在工作面前方有一個較長的卸壓帶，以防止突出發(fā)生。 注意 （1）最小超前距 L5m； （2）防止打鉆過程中，出現(xiàn)頂鉆現(xiàn)象和噴孔； （3）確定合理的鉆孔排放半徑。,2、深孔松動爆破 - 在工作面前方存在有 5m 卸壓煤體防護下，在前方 5.5m 以外引爆幾個深厚感情眼形成煤體松動的爆破方法。 作用原理：向掘進工作面前方應(yīng)力集中區(qū)，打幾個鉆孔裝藥爆破，使煤