煤与瓦斯突出及其预防

1.瓦斯喷出及其预防

瓦斯喷出是在开采过程中，从岩石或岩层裂缝、空洞中突然涌出大量瓦斯的现象。在喷出时常常发出声响和动力效应，能使风流方向逆转，喷出的瓦斯量大，时间长。

(1)瓦斯喷出的原因及规律

1)原因

瓦斯喷出的内因是煤层成岩层的构造裂缝中贮存有大量高瓦斯；外因是在开采过程中，由于放炮透穿或机械震动、地压活动使煤岩层所造成卸压缝隙构成瓦斯外喷的通道。

2)规律

﹝a﹞瓦斯喷出与地质构造有密切关系，一般喷出发生在地质构造破坏带内。如断层、溶洞、断裂和褶曲轴部附近。

﹝b﹞瓦斯喷出量有大有小，从几立方米到几十万立方米，喷出的持续时间从几分钟到几年，甚至十几年。它与蓄积的瓦斯量和瓦斯来源有密切关系。

﹝c﹞瓦斯喷出前往往出现预兆，如岩压活动显著，底板突然鼓起，支架破坏，煤层变软、湿润，瓦斯浓度忽大忽小，发出嘶嘶声等。

(2)瓦斯喷出的预防措施

预防处理瓦斯喷出的措施，应根据瓦斯喷出量的大小和瓦斯压力的高低来制定。一般采取“探、排、引、堵”等措施。

1)“探”就是探明地质构造和瓦斯用气情况。

2)“排”就是排放和抽放瓦斯。如探明断层、裂隙、溶洞大小或瓦斯量不多时，则可让它自然排放。如瓦斯量大，喷出强度大，持续时间长，则可插管进行抽放。

3)“引”就是引导瓦斯到回风巷。

4)“堵”就是堵塞裂隙。喷出瓦斯的裂隙范围较广，但喷出量很小时，可用黄泥或水泥堵住裂隙，防止瓦斯喷出，以保证掘进工作面的安全。

同时，对于瓦斯喷出的工作面要有独立的通风系统并加大供风量，以保证瓦斯浓度不超限。

2.瓦斯突出的原因及其规律

煤与瓦斯突出是指地下开采过程中，在很短的时间（几分钟或几秒钟）内，突然由煤体内大量喷出煤和瓦斯，并伴随着强烈的声响和强大机械效应的一种现象。上山、石门和平巷内以及放炮落煤时最容易发生突出。

(1)原因

1)瓦斯作用假说。认为突出主要动力来源于瓦斯。

2)地压作用假说。认为突出主要动力来源于造山运动后地压和仍停留在部分构造带内的残余弹性潜能突然的释放

3)综合作用假说。认为突出是由于地压、瓦斯、煤的结构和强度等综合作用的结果。

最近的研究，一般都趋向于综合作用假说。

(2)规律。

1)随着深度增加、突出危险性增大。这表现在突出次数增多、突出强度增大、突出煤层数增加及突出的危险区域扩大等。

2)突出在煤层中的分布是不均匀的。突出多集中在地质构造带，突出危险区的面积只占突出层总面积的5%～10%。

3)易于发生突出的常见构造类型有：压扭性逆断层带，向斜轴部，煤层扭转地区，煤层走向突变和倾角突变地区，煤层突然变厚、特别是软分层变厚等。

4)突出的次数和强度随着煤层厚度的增加，特别是软分层厚度的增加而增多和增高。突出最严重的煤层一般是最厚的主采煤层。

5)采掘工作面形成的应力集中区是突出点密集地区。

6)突出可以发生在各种类型的巷道中。其中，煤层平巷突出次数最多，石门揭开煤层时的突出次数虽然不多，但强度最大（平均突出强度为317 t）。

7)突出的发生同外力冲击诱发有关。采掘工作中，绝大多数突出发生在落煤时。

8)在煤和瓦斯突出时，都要在煤层中形成特殊形状的孔洞（椭圆形、梨形等），喷出的煤具有分选性。

3.突出的预兆

突出前的预兆可分为有声预兆和无声预兆。

(1)有声预兆

1)煤层内发生劈裂声、机枪声、爆竹声，有时发出像打闷雷一样巨响，俗称“煤炮”；

1)煤壁发生震动或冲击；

2)顶板来压，煤体和支架压力增大，巷道支架发出断裂声；

3)打钻时出现喷煤粉、喷瓦斯和水现象，并伴有哨声、蜂鸣声等。

(2)无声预兆

1)工作面顶板压力加大，煤开裂，外鼓，有时出现顶板下沉或底板凸起；

2)工作面压力骤然增大，煤壁塌落、片帮，掉碴；

3)煤尘变大，煤质干燥，煤光泽变暗，层理紊乱，煤厚变大（特别是软分层增大）；

4)工作面瓦斯涌出异常，瓦斯浓度忽大忽小；

5)煤的硬度发生变化；

6)地质变化，如煤层倾角变陡，挤压褶曲，波状隆起；

7)打钻时顶钻、夹钻，装药时顶药卷。

在每一次突出前并非所有预兆同时出现。

4.突出的预防措施

(1)预防煤和瓦斯突出的区域性措施

开采解放层是最经济、最有效的预防煤和瓦斯突出的区域性防治措施。

开采解放层就是在煤层群中首先选择没有突出危险的邻近层开采，然后再采具有突出危险的煤层。首先开采的非突出层称为解放层，后开采的突出层称为被解放层。解放层位于被解放层上部的称为上解放层，位于下部的称为下解放层。

1)开采解放层的作用：①缓和和降低地压；②排放瓦斯，降低煤层瓦斯压力；③改变了煤的物理机械性质，使煤的强度增加。

2)开采解放层应注意的问题：

(a)最好选择上解放层。

(b)解放层的采煤工作面必须超前被解放层的掘进工作面，超前距离一般不小于层间垂距的2倍，并不小于30 m。

(c)采空区内不得留有煤柱，以免造成应力集中，引起瓦斯突出。如遇特殊情况，非留煤柱不可时，在这个范围内要采取防止瓦斯突出的局部措施。

(d)开采解放层时，要同时抽放被解放层的瓦斯。开采近距离解放层时，要特别注意防止被解放层的卸压瓦斯突然涌入解放层的采掘工作面造成事故。

(e)开采解放层、特别是开采薄煤层时，应尽可能地采用机械采煤以加快采煤进度。

(f)无解放层可采的厚煤层，采用分层采煤时，对上分层要采取防止突出措施。

(2)预防煤和瓦斯突出的局部性措施

局部性措施是指突出危险煤层采掘时采用的影响范围较小的预防措施。主要作用是排出瓦斯，增大卸压范围，加固煤体，增强煤体抵抗能力；人为地诱使煤和瓦斯突出，减少突出损失。

1)排出瓦斯，增加卸压范围的措施，包括超前钻孔和水力冲孔。

2)诱发突出的措施，包括震动性放炮和松动爆破。

3)加固煤体的措施，方法是采用专门支架，增强煤体抵抗力。