煤与瓦斯突出防逆风装置的探讨(毕业设计).doc

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1、煤与瓦斯突出防逆风装置的探讨摘要：反向风门是煤与瓦斯突出矿井主要的安全防护设施。通过演马庄矿，九里山矿的实例分析，对反向防突风门风门、防突金属栅栏、防逆风装置的了解。 反向风门是煤与瓦斯突出矿井安全防护设施之一，它的作用是当发生煤与瓦斯突出时将突出物隔挡在风门以内而不向外扩散，即：防止工作面发生煤与瓦斯突出时产生的高浓度瓦斯逆向流到新鲜风流中，在一定程度上抑制煤与瓦斯突出的扩展。因此，它是煤与瓦斯突出矿井通风系统中不可缺少的安全防护设施。为此，原煤炭工业部颁发的煤矿安全规程、防治煤与瓦斯突出细则和矿井通风质量标准和检查评分办法中对反向风门的设置都有相应的规定。但这些都是一般性的规定，具体到某个

2、矿井来说，反向风门的位置、组数、风门及门墙的材质、结构等都必须视具体情况而定。 煤与瓦斯突出是煤矿井下发生的一种复杂的瓦斯动力现象，是矿井严重自然灾害之一，我国凡是突出矿井对突出煤层进行采掘作业时必须执行“四位一体”防突综合措施，其中之一是在井巷揭穿突出煤层和突出煤层进行掘进或开采时都必须采取安全防护措施，安全防护措施包括震动放炮、远距离放炮、反向风门、避难所、压风自救系统和隔离式自救器等。反向风门是防止发生突出时瓦斯逆流蔓延至进风系统的一种通风设施，实践证明反向风门已取得了抑制突出瓦斯逆流的良好效果。但是，突出矿井反向风门设置技术条件并没有统一的规定，往往不能发挥很好的作用，鉴于各个突出矿井

3、的差异性和井下的复杂性，规范反向风门设置的技术条件非常必要，为此特制定本标准。关键词：煤与瓦斯突出、反向风门、防突金属栅栏、防逆风装置、传感器、迎风板目 录前 言21.1 矿井概况41.1.1 企业经济性质41.1.2 经济管理方式41.2 矿井开采自然条件41.2.1矿井开采煤层情况51.2.2 煤层顶底板情况51.2.3 矿井瓦斯等级鉴定情况51.2.4 煤尘鉴定情况51.2.5 矿井水文地质情况51.2.6 井田内地质构造情况61.3 开拓系统及回采工艺61.4通风系统71.5 瓦斯抽放系统82 煤与瓦斯突出92.1煤与瓦斯突出的基本情况92.1.1概念92.1.2煤与瓦斯突出的机理92

4、.1.3煤与瓦斯突出发生的条件112.1.4 煤与瓦斯突出的一般规律122.1.5 煤与瓦斯突出的危害142.2 煤与瓦斯突出的预防措施152.2.1区域性防突措施152.2.2局部防突措施203 典型的煤与瓦斯突出措施303.1 目前演马庄矿采用的303.1.1水力掏槽303.1.2高压注水363.2存在的问题及改进措施384 煤与瓦斯突出防逆风装置的探讨394.1 演马庄矿目前的防风装置方案394.1.1 突出危险掘进工作面进风侧必须设置2道以上坚固可靠的反向风门394.1.2 重点监控的掘进工作面，必须设置两道坚固可靠的防突金属栅栏434.1.3重点监控的掘进工作面必须使用瓦斯突出防逆风

5、装置434.2 瓦斯突出防逆风装置暂行规定444.2.1瓦斯突出防逆风装置444.2.2其他规定444.3 存在的问题444.4 针对采煤工作面进风巷安装防逆风装置的设想45结论46致 谢46参考文献：47前 言我国是世界上最大的煤炭生产和消费国之一，在一次能源消费结构中，煤炭占到70%以上，煤炭的安全生产直接影响到我国国民经济的发展，但我国与各主要产煤国家相比，我国经常受到瓦斯，水，火，粉尘，顶板等自然灾害的威胁，加上抗灾能力较弱，煤矿事故时常有发生。我国是世界上煤与瓦斯突出灾害最严重的国家，20%左右的国有重点煤矿属突出矿井，迄今累计发生突出次数达1.4万次。回采工作面发生突出次数占到15

6、.8%。2005年至今，国家煤矿安全监察局统计在册的我国煤矿煤与瓦斯突出死亡事故76起，死亡人数389人，有近20%的突出发生在回采工作面，且由于回采工作面工作人数多，防治突出的区域大，往往造成较大的伤害，例如湖南省最近连续2次发生的特大煤与瓦斯突出事故（娄底市12.3事故，衡阳市12.13事故）均发生在回采工作面，造成24名工友死亡。2004年10月20日,河南大平煤矿发生特大煤矿事故, 死亡148人, 事故原因就是先发生瓦斯突出后引发瓦斯爆炸。瓦斯事故是煤矿生产的重大灾害之一，瓦斯突出不仅能摧毁矿井设施、破坏通风系统，而且能使井巷充满瓦斯和煤（岩）抛出物，造成人员窒息、煤流埋人，甚至会发生

7、瓦斯爆炸。特别是随着开采深度的延伸，煤层瓦斯含量逐渐增加，煤层瓦斯压力增大，矿井瓦斯危险性增高，防治难度越来越大，我国是瓦斯事故最多的国家之一，提高我国的瓦斯治理技术是我们的当务之急。煤与瓦斯突出在安全生产和经济社会效益等方面造成极为恶劣的影响。因此，煤与瓦斯突出灾害的防治仍是煤矿安全生产的首要任务。 突出是一种极其复杂的物理力学过程，尽管我们还不完全清楚突出的机理，但突出的综合假说得到了世界突出研究者的广泛认同，认为突出是瓦斯、地应力和煤体物理力学性质共同作用的结果。按照目前的认识和防治技术，根除突出灾害的发生是完全可能的。但由于经济和技术的原因，主要是技术的原因，全世界一些原来突出十分严重

8、的国家，如法国、日本、英国和澳大利亚等，突出矿井已经全部关闭。我国突出矿井均依照煤矿安全规程的要求3，采取“四位一体”的防治措施。实践证明这一措施是行之有效的，它大幅度地降低了动力灾害发生的数量和规模。 通过十几年的实践证明我国采取的四体一位和区域性和局部性的防突措施取得了丰硕的成果。 但是，一旦发生煤与瓦斯突出，我们必须采取措施使事故的危害程度减小到最低程度，反向风门是煤与瓦斯突出矿井安全防护设施之一，它的作用就是当煤与瓦斯突出时将突出物隔挡在风门以内而不向外扩散，即，防止工作面发生煤与瓦斯突出时产生的高浓度瓦斯逆向流到新鲜风流中，在一定程度是抑制煤与瓦斯突出的扩展。因此，它是煤与瓦斯突出矿

9、井通风系统中不可缺少的安全防护设施。在煤与瓦斯突出后能否准确快速的启动方向风门对于降低灾害，它的及时、准确的启动具有重要意义.1 矿井资料1.1 矿井概况 演马庄矿由武汉煤矿设计院设计，1958年9月开始建井，1961年4月投产。矿井设计能力45万吨/年，2005年核定矿井生产能力为90万吨/年，通风能力150万吨/年，2005年实际生产原煤89.6万吨，2006年实际生产原煤90万吨。演马庄矿现有职工总人数4158人，其中全民工3040人（固定工1093人，合同制1947人），农民轮换工1118人。劳动组织方式为“三八”制即全天分三班，每班八小时工作制。1.1.1 企业经济性质演马庄矿为合法

10、国有企业。1.1.2 经济管理方式演马庄矿属焦煤集团有限责任公司下设的一个分公司，即焦煤集团有限责任公司演马庄矿分公司，既不是独立经营，又不是个人承包经营。1.2 矿井开采自然条件1.2.1矿井开采煤层情况井田内含煤系8个煤层，全为优质无烟煤，二1煤为本井田主要开采煤层，赋存于山西组底部，上距砂锅窑砂岩78米左右，下距山西组底界(L9顶)10米左右。煤层赋存稳定，结构简单，厚度1.7m10.6m，平均厚6.60m，可采性指数为97.5%，总体呈一单斜构造，走向N4045E，倾向SE，倾角415。2006年末地质储量11423.8万吨，可采储量6764.7万吨。1.2.2 煤层顶底板情况顶底板岩

11、性：伪顶为炭质泥岩，厚度01.0m，直接顶为粉砂岩，一般厚度为35m，局部为泥岩；老顶为砂岩，厚度为2030m。底板主要为泥岩和粉砂岩，直接底为粉砂岩与泥岩互层，厚度为1622.9m，其间夹薄层石灰岩，为二1煤至L8灰岩之间的主要隔水岩层。1.2.3 矿井瓦斯等级鉴定情况每年按煤矿安全规程进行瓦斯等级鉴定，鉴定为煤与瓦斯突出矿井。煤层自燃倾向：经煤炭科研总院抚顺分院鉴定煤的原样燃点为387392C，还原样与氧化样燃点之差(T)为1119C，二1煤层应属于类不易自燃煤层。1.2.4 煤尘鉴定情况本区为无烟煤，挥发分(Vf)为6.16%，块度多以块状、粒状为主，煤尘量较小，且经测试知，火焰长度加岩

12、粉量均为零。经煤炭科研总院抚顺分院鉴定二1煤层为无煤尘爆炸性煤层。1.2.5 矿井水文地质情况水文地质条件为复杂型 ：有含水层五层第四系砂砾岩孔隙含水层：岩性主要为粘土、砂砾石，厚31.97m173.20m，冲积层含水层与隔水层相间，呈互层状，上部潜水埋深1830米，水位+81米左右，下部承压水，水位+80米左右。顶板砂岩裂隙含水层：由34层细中粒砂岩组成，总厚5.361.27m，平均20米，但其总水量不大于2m3/min，水力补充较差，易于疏干。L8灰岩含水层：厚810m，上距二1煤底一般为20米左右，岩溶裂隙较发育，富水性强，但差异性较大，为矿井涌水量的主要来源，现有水量45.5m3/mi

13、n，如果不受断裂破坏，不会突水。L2灰岩含水层：厚4.8214.34m，上距二1煤底75米左右，岩溶裂隙十分发育，目前水位+70m左右，连通性好，突水性大，对矿井生产威胁大。O2灰岩含水层：厚度约400米左右，上距二1煤底110米左右，岩溶裂隙特别发育，连通性好，富水性极度强，目前水位+81米左右，是矿井水的总水源，对井下不直接产生影响。矿井正常涌水量74m3/min，最大涌水量85m3/min。1.2.6 井田内地质构造情况该井田位于焦作煤田中部，具体构造位置处于九里山、凤凰岭、方庄三条断层所形成的(韩王演马、九里山三井田)三角状断块中部，地层走向N5070E，倾向SE，倾角415，一般9左

14、右的单斜构造，区内构造以断裂为主，褶曲不发育，时有小型的宽缓褶曲出现。该区主要断层有：凤凰岭断层(F218)，走向近东西，倾向南，倾角70，走向长大于8公里(本区)，西部落差180米。马坊泉断层(F204)，走向北35东，倾向北西，倾角60，落差25米左右。王母泉断层(F212)，走向北60东，倾向北西，倾角70左右，落差50120米。1.3 开拓系统及回采工艺 演马庄矿共有井筒5个，即：主井（进风井）：直径6米，井筒净断面28.26m2，井深185.5m（井口标高110.3m，井底标高-75.2m），主要担负原煤提升任务；副井（进风井）：直径6米，井筒净断面28.26m2，井深185.2m，

15、（井口标高110.6m，井底标高-74.6m），主要担负升降人员、提升物料及排矸任务；西风井（回风井）：直径4米，井筒净断面12.56m2，井深69.61m（井口标高123.25m，井底标高53.64m），主要担负矿井西翼通风任务；东风井（回风井）：直径4米，井筒净断面12.56m2，井深105.04m（井口标高105.04m，井底标高0），主要担负矿井东翼通风任务；东四进风斜井（进风井）：巷道净宽3.8m，净断面10.23m2，井深175.40m（井口标高113.04m，井底标高-62.36m），主要担负矿井东翼进风任务。布置方式：主、副井筒位于井田中央，西风井位于井田上部边界的西部，东风井

16、位于井田上部边界的东部，属中央边界与两翼对角式混合通风，通风方法为抽出式。 矿井开拓方式为立井多水平上、下山开拓，分水平运输大巷，采区上、下山连接，一水平大巷标高-75m，二水平大巷标高-200m，每个采区有三条上（下）山，即胶带运输上（下）山、轨道运输上（下）山和回风上（下）山，均布置在煤层顶板岩层内，与煤层法线距离614m，其中轨道上（下）山和胶带运输上（下）山为进风，回风上（下）山用于专用回风。在矿井上部煤层露头附近布置一条（个别段为双巷）总回风大巷，贯穿矿井东、西两翼，并通过风井联络巷与风井相连，用于矿井回风。目前矿井一水平上山采区全部采完，生产地区主要集中在二水平。矿井现有生产采区为

17、11采区、22采区、25采区、27采区，准备采区为二一下山采区、二七下山采区，二一下山采区正在开拓准备，二七下山采区还未进行开拓。1.4通风系统矿井通风方式为中央边界和两翼对角混合式，矿井通风方法为抽出式，共布置三个进风井筒(主井、副井、东四斜井)，两个回风井筒(东风井、西风井)。东风井主要服务于二五、二七采区，安装两台BDK618-8-N028对旋式主要通风机，一台运转，一台备用。主要通风机风叶为扭曲型风叶，安装角度+6，总排风量6015m3/min。西风井主要服务于二二采区、一一采区、二一下山采区，安装两台2K58-N024轴流式主要通风机，一台运转，一台备用。主要通风机风叶为扭曲型风叶，

18、安装角度35，总排风量5653m3/min。目前矿井总进风量11433m3/min，矿井有效风量10387m3/min，有效风量率87.51%，矿井等积孔5.54m2。各采区总进风大于总需风量，各采区风量能够满足生产的需要。矿井各采区供风情况如下：二二采区目前布置掘进工作面3个，采区总进风量2236m3/min，总回风量2528 m3/min。一一采区目前布置采煤工作面1个，掘进工作面2个，采区总进风量1956m3/min，总回风量2076m3/min。二五采区布置采煤工作面1个，掘进工作面4个，采区总进风量3265m3/min。总回风量 3326 m3/min。二七采区采煤工作面1个，备用采

19、煤工作面1个，掘进工作面3个，采区总进风量2864m3/min。总回风量2894m3/min。矿井各采区有完整独立的通风系统，实现分区通风。各采区均布置有专用回风系统，专用回风系统没有设置通风调控设施，采掘工作面均设置有专用回风道与采区专用回风上山相连通，形成独立完整的通风系统，矿井通风系统合理、稳定、可靠。目前，矿井通风系统不存在不合理因素。1.5 瓦斯抽放系统 演马庄矿现有东、西两个地面永久抽放瓦斯泵站，东泵站安装有2台2BEC42型水环式真空泵，最大轴速120m3/min，极限压力80KPa，配套电机功率160KW；西泵站安装有2台2BEC40型水环式真空泵，最大轴速80m3/min；极

20、限压力80KPa，配套电机功率110KW。地面泵站通过垂直钻孔管道与井下主管路连通，经由主、干、支管路分别与各个采掘抽放工作面钻孔相连，实现完善的抽放网络系统。抽放管路系统中，通过在总回风主管路上安设的隔离阀门，实现对东、西两个泵站的连通和隔离，以便均衡调整泵站负荷。在各采区干管和各个采掘工作面支管路上均安设有控制阀门，可方便地调控抽放参数。东、西总回风巷中主管路3035m：其中西总回风为400mm的高强度塑料管920m；东总回风巷中管路2115m，其中200mm钢管1150m，150mm钢管965m。各回风上山中干管总长4090m，其中二二回风上山为400mm高强度塑料管1870m，二七回风

21、上山中为400mm高强度塑料管1100m，二五回风上山中为200mm钢管1120m。采掘工作面支管根据瓦斯涌出情况分别采用有200mm高强度塑料管和100mm钢管。2006年矿井瓦斯等级鉴定结果为：矿井绝对瓦斯涌出量 为38.08m3/min，相对瓦斯涌出量 为22.25m3/t，矿井鉴定为煤与瓦斯突出矿井。 矿井依靠地面永久抽放瓦斯泵站，采用本煤层抽放方式，对采掘工作面进行预抽、边采边抽和边掘边抽，抽放钻孔均采用聚胺脂双抗塑料管封孔。地面泵站抽放负压4060KPa，瓦斯浓度2540%，支管抽放负压3050KPa，支管瓦斯浓度1560%，单孔孔口负压2035KPa。月抽出瓦斯纯量70万m3，矿

22、井抽采率30%以上。 目前抽放系统运行平稳，只是由于系统初设时部分主干管路直径较小，造成个别管段负压损失较大，另外400mm塑料管路，在高负压长期作用力下，出现管变形，断面减小，造成抽放负压损失，以上不足需进行管路更换和加固。1.6监测监控系统我矿使用KJ90安全监测监控系统，该系统主要有两部分组成：井上部分有监控计算机、监控终端机、监控数据传输接口、打印机、避雷器组成；井下部分由中分站、小分站、高低沼瓦斯传感器、低沼瓦斯传感器、风速传感器、负压传感器、温度传感器、馈电传感器、风机开停传感器、风门开关传感器组成 目前，监测监控系统运行正常可靠，暂无不合理因素。2 煤与瓦斯突出2.1煤与瓦斯突出

23、的基本情况2.1.1概念煤与瓦斯突出是煤开采过程中严重的自然灾害之一，是井工开采煤矿井下发生的一种杂的有煤、岩和瓦斯，个别有二氧化碳参与的瓦斯动力现象。具体表现为在几秒至几十秒极短的时间内，大量的煤和瓦斯由煤体向采场、巷道等采掘空间喷出。喷出的煤从几吨到上万吨，瓦斯量从数米3到百万米3。突出时常伴有较大的动力效应，如摧毁支架、推倒矿车、破坏通风设施，使风流反向等。突出后，常在煤体中形成楔形、梨形、舌形突出孔洞，堆积的煤常有明显的分选现象，表面含有大量的粒度极细的煤粉。 2.1.2煤与瓦斯突出的机理煤与瓦斯突出机理是解释突出原因和描述突出发生、发展过程的理论。本节所谈的突出机理是针对上节第一类的

24、瓦斯动力现象，即煤与瓦斯突出来进行分析。对突出的其它类型，如压出、倾出来说，其机理与突出相类似，仅是瓦斯动力现象的主要能量由所不同，倾出的主要能量是煤体自重，压出的地应力，而突出的主要能量是地应力和煤中所含的游离和吸附瓦斯。根据对矿井发生突出事例的分析以及实验室和现场的观测研究，对煤与瓦斯突出发生的原因，提出过许多假说。概括起来，突出假说大致有以下几类。瓦斯假说这类假说认为，引起突出并促使其发展的主要因素是煤中所含的高压瓦斯。在这类假说中，“瓦斯包”假说占有重要的地位。这种假说的拥护者认为，在原始煤体中，存在着瓦斯压力比邻近区域高的多的“瓦斯包”，瓦斯包中的煤，松软、揉皱、裂隙发育，包周围煤体

25、的透气性极小，使包中的高压瓦斯得以保存。当采掘工作面接近“瓦斯包”时，高压瓦斯则连同碎煤一起突出。至于“瓦斯包”如何形成，一般多认为是地质构造破坏的结果，也有人认为与火成岩活动有关。一些研究者认为，在“瓦斯包”中并不一定有高压瓦斯，而是强调在煤层和与其相了邻的围岩中，有空隙、裂隙异常发育的地段。由于在该地段煤层与围岩有裂隙网连通，使游离瓦斯大量增大。地压假说这类假说把突出发生的原因归结为局部地区地应力的增大。在这类假说中，构造应力说占有重要的地位，构造应力说又可分为残余构造应力说和现代应力说两种。地层中产生地质构造需要又庞大的力量，即构造应力。残余构造应力说认为，尽管在久远的年代以前，地质构造

26、已经形成，但在地质构造带煤层坚硬的围岩中，仍人残存着部分构造应力，即残余构造应力，其值远大于自重应力值。当巷道接近这些含有残余构造应力的岩层时，后者会像弹簧一样张开，释放其中储存的大量弹性潜能，引起突出。但在漫长的地质年代中，残余构造应力是否能保存下来，引起了较大的争议，所以又有人提出了现代构造应力说，即现代构造应力大的区域即为突出危险区域。综合假说综合假说认为，突出是地应力、煤中所含瓦斯和煤的物理力学性质三因素综合作用的结果。煤与瓦斯突出是一种力学现象，综合假说全面考虑了突出动力（地应力、瓦斯）和阻力（煤强度）两个方面的主要自然因素，因此，该假说得到了国内外突出研究者的普遍认可。突出的发生与

27、否取决于上述三因素的一定组合。对突出发生的区域条件来说，该区域的地应力越大，煤层瓦斯压力（含量）越高，煤越松软，则区域的突出危险性就越大。对采掘工作面发生的一次突出来说，除与上述三因素个参数的原始值有关外，而且还在很大程度上取决于工作面附近的应力 、瓦斯压力的分布状况和煤强度性质的变化。工作面前方应力和瓦斯压力梯度越大，煤强度越不均质，则工作面的突出危险性也就越大。2.1.3煤与瓦斯突出发生的条件煤与瓦斯突出是在地应力、包含在煤中的瓦斯及煤结构力学性质综合作用下产生的动力现象。在突出过程中，地应力、瓦斯压力是发动与发展突出的动力，煤结构及力学性质是阻碍突出发生的因素。因此，在研究突出发生条件时

28、，必须首先研究地皮力、瓦斯与煤结构条件。1)地应力条件一般说来，地应力在突出中的作用有三：(1)围岩或煤层的弹性变形潜能作功，使煤体产生突然破坏和位移；(2)地应力场对瓦斯压力场起控制作用，围岩中高的地应力决定了煤层的高瓦斯压力，从而促进了瓦斯压力梯度在破坏煤体中的作用；(3)煤层透气性也取决于地应力状态，当地应力增加时，煤层透气性按负指数规律降低。因此，围岩中增高的地应力，也决定了煤层的低透气性，使巷道前方的煤体不易排放瓦斯，而造成较高的瓦斯压力梯度。煤体一旦破坏，又有较高的瓦斯放散能力，这对突出是十分有利的。应力状态的突然变化一般有下述几个原因：(1)巷道进入地质破坏区；(2)石门揭开煤层

29、时；(3)工作面迅速推进时，如放炮(4)巷道从硬煤带进入软煤带；(5)煤层突然加载，如巷道顶板下沉等；(6)煤层突然卸压，如悬壁梁的突然断裂、煤的冒落。2)瓦斯条件以游离状态和吸附状态存在于煤裂隙和孔隙中的瓦斯，对于煤体又三个方面的作用。(1)全面压缩煤的骨架，促使煤体中产生潜能；(2)吸附在微孔表面的瓦斯分子，对微孔起楔子作用，因而降低煤的强度。 (3)具有很大的瓦斯压力梯度，从而造成作用于压力降低方向的力。在这个方向上，压力不是作用于煤层全断面上，而只作用在部分断面上。该断面与脱离接触的面积与煤结构单元的表面积的比值成比例。3)煤结构和力学性质条件煤结构和力学性质，与发生突出的关系很大，因

30、为煤体和煤的强度性质(抵抗破坏的能力)、瓦斯解吸和放散能力、透气性能等，都对突出的发动与发展起着重要作用。一般来说，煤愈硬、裂隙愈小，所需的破坏功愈大，要求的地应力和瓦斯压力愈高；反之亦然。因此，在地应力和瓦斯压力为一定值时，软煤分层易被破坏，突出往往只沿钦煤分层发展。尽管在软煤分层中，裂隙丛生，但裂隙的连通性差，因而煤体透气性差，易于在软煤分层引起大的瓦斯压力梯度，又促进了突出的发生。同时，根据断裂力学的观点，煤层中薄弱地点(如裂隙交汇处、裂隙端部等)最易引起应力集中，所以煤体的破坏将从这里开始，而后再沿整个软煤分层发展。2.1.4 煤与瓦斯突出的一般规律我国突出矿井大量突出事例统计表明我国

31、所发生的煤与瓦斯突出具有以下一般规律。（1）煤层突出危险性随采深增加而增大对同一矿区、同一矿井、同一煤层来说，随着开采深度的增加，煤层突出危险性增大，在浅部开采为高瓦斯甚至为低瓦斯的矿井，开采到深部后，由于煤层赋存条件的变化，煤层瓦斯压力增大，可能转变为突出矿井；一些在浅部开采突出危害较轻的突出矿井，开采到深部后，可能转变为严重突出矿井。矿井或煤层一般有一个始突深度，当小于该深度时，不会发生突出；当大于该深度时，就有发生突出的危险。（2）绝大多数突出发生在煤巷掘进工作面在统计的9845次突出中，煤巷掘进工作面突出7482次，占76%，石门揭煤工作面突出567次，占5.76%，回采工作面突出15

32、56次，占15.8%。需要指出的是石门揭煤工作面突出次数少，并不代表石门揭煤突出危险小、危害轻，主要是因为矿井石门揭煤次数少。（3）煤层突出危险性随煤厚增加而加大对同一矿区、同一矿井来说，突出煤层厚度越大，突出危险性也越大。南桐矿务局三号井煤层厚度0.30.5m，平均突出强度2吨/次，最大突出强度5吨/次；五号煤煤厚0.70.8m，平均突出强度38吨/次，最大突出强度138吨/次；六号煤厚1.01.5m，平均突出强度43吨/次，最大突出强度450吨/次；而煤层厚度较厚的4号层，煤厚2.53.2m，平均突出强度88吨/次，最大突出强度5000吨/次，该局所有特大型突出都发生在该煤层，突出次数占全

33、局突出次数的60%以上。在同一煤层，煤层由簿变厚，突出危险性也增大。（4）突出大多数发生在地质构造带在有严重突出危险的矿务局的3082次有地质构造情况详细记录的突出中，有2525次突出地点有断层、褶曲、火成岩侵入、煤层厚度变化等地质构造，占81.9%；有557次突出无地质构造，仅占18.1%。需要指出的是，对刚刚开始突出的突出矿井、突出煤层，突出几乎都和地质构造有关，而对突出已有几十年历史的严重突出矿井、突出煤层，当作业地点无地质构造时，也可能发生煤与瓦斯突出。（5）大多数突出前有作业方式诱导煤与瓦斯突出除由应力、瓦斯、煤质三个自然要素决定外，采掘作业也是一种诱导因素。我国8480次有明确作业

34、方式记录的突出事例统计表明，有8253次有放炮、支护、落煤、带钻等作业方式诱导了突出，占97.3%，其中放炮作业突出5481次，占64.6%，风镐落煤突出676次，占8%，手镐落煤突出1102次，占13%，尽管风镐落煤和手镐落煤突出强度一般不大，仅1020吨，但由于施工人员在现场，一旦发生突出，势必造成人身伤亡事故。（6）突出前大多有预兆大多数煤与瓦斯突出事故发生前，都会出现程度不同的有声或无声预兆。在我国统计的5029次有明确突出预兆记载的突出事例中，有4493次突出发生前有突出预兆，占89.3%，无突出预兆仅有536次，占10.7%。（7）煤体破坏程度越高，突出危险性越大突出煤层结构特点是

35、破坏程度高，多为、类煤，此类煤的共同特点是坚固性系数f值小、煤层瓦斯放散初速度P大、煤层透气性系数小、层理紊乱、多为遭受到地质构造揉皱的构造煤。（8）石门突出危险性最大在统计的9845次突出中，尽管石门突出次数少，但突出强度大，平均突出强度为316.5吨/次，是平巷平均突出强度（50吨/次）的6倍以上。在各个地点所发生的突出中，采面突出强度最小 ，平均突出强度为15.2吨/次。（9）煤层突出危险区常呈条带状分布前苏联统计资料表明，在突出煤层中，突出危险区仅占突出煤层区域总面积的10%，即突出煤层中绝大多数地区都无突出危险。之所以是这样，目前的观点是：突出危险工作区受到带状分布的地质构造控制（如

36、断层、向斜轴部、活成岩侵入地区以及各种地质构造交汇处等）和采掘形成的应力集中带（如采掘工作面邻近煤柱、采止线、两条巷道即将贯通处）的影响，煤层突出危险性增大；这些地区不仅突出频繁，而且极易发生大强度煤与瓦斯突出。因此，在突出煤层开采过程中，地质部门应随时掌握工作面附近地质构造变化情况，指导防突工作有针对性地进行。2.1.5 煤与瓦斯突出的危害煤与瓦斯突出是煤层开采过程中严重的自然灾害之一，是煤矿井下发生的一种复杂的有煤、岩和瓦斯参与的动力现象。煤与瓦斯突出发生时，能在几秒至几十秒的时间内将几吨到上万吨的煤和几百立方米到几百万立方米的瓦斯抛射到采掘空间。煤与瓦斯突出的危害极为严重，主要表现在如下

37、五个方面：（1）危及井下作业人员生命安全1971年，六枝矿务局大用矿突出煤量2000余吨，死亡99人，风流逆转，造成人员窒息，遇害人员多在距离突出地点700800米。1975年8月8日 天府矿务局三汇坝一井+280米水平（垂深500米）主平硐揭K1煤层时，突出煤（岩）量12700吨，喷出瓦斯量140万米3。这是我国所发生的最大的一次煤与瓦斯突出事例，也是世界上第二大突出事例。1999年12月26日沈阳矿务局红菱矿石门揭煤时发生特大型煤与瓦斯突出，突出煤量2000吨，瓦斯逆流2000多米，死亡28人，死亡28人。（2）破坏矿井正常的生产秩序（3）破坏井下设备和建筑物，如摧毁支架、推倒矿车、破坏通

38、风设施（4）诱发其它灾害事故，如瓦斯煤尘爆炸、瓦斯燃烧1879年4月17日 比利时阿格拉波二号井上山掘进时发生了世界上第一例大强度突出，突出煤量420吨，喷出瓦斯量50万米3以上，喷出的瓦斯流从提升井冲出地面，距井口23米处的绞车房附近的火炉引燃瓦斯，火焰高达50米，井口建筑被烧成一片废墟，在突出2小时后火焰将要熄灭时，又连续发生了7次瓦斯爆炸，烧死3人，烧伤11人，整个事故造成124人伤生，是世界上首例特大煤与瓦斯突出事故。（5）严重影响矿井经济效益2.2 煤与瓦斯突出的预防措施为了更好地找出防治煤与瓦斯突出的措施，必须首先了解煤与瓦斯突出的机理、动力现象及相关的其他因素。同时，还要非常清楚

39、现在常用的防突措施特点及其适用范围。这样才能更深入地 更彻底地明白问题所在， 能从现在防突手段的基础上，研究出更好的防突措施。防突措施一般分为两类: 区域防突措施和局部防突措施。2.2.1区域性防突措施区域防突措施的作用在于使煤层一定区域消除突出危险性。区域性防突措施的优点是在煤层采掘工作开展前，预先采取防突措施，措施施工与采掘作业互不干扰，且其防突效果优于局部防突效果。具体的防突措施有：1）保护层开采在开采具有突出危险的煤层群时，当首先开采一个煤层后，对其它煤层起到消除突出危险的作用时，则先采的煤层称为保护层，受到保护作用而消除了突出危险的煤层称为被保护层。开采保护层是防止煤与瓦斯突出最有效

40、的措施，具有经济、简单等优点，是国内外公认的主要防突措施。由于先采煤层（保护层）的采动影响，使其相邻的突出危险煤层（即被保护层）的应力状态、瓦斯动力参数和煤的物理力学性质都将发生显著变化。现场和实验室的试验结果证明，被保护层各参数的典保护层开采后被保护层各参数变化情况P-煤层瓦斯压力 Q-钻孔瓦斯流量 L-煤层变形 a-正常应力区 b-集中应力区 c-卸压区型变化规律如图示。由图可看出，保护层开采后，在突出危险煤层的对应区域（被保护区）内煤体发生膨胀变形，地应力和瓦斯压力降低，煤层透气性系数增大，煤层瓦斯排出，煤体强度加大。这说明保护层的开采，既降低了突出煤层的突出能量，同时又增强了煤层抵抗破

41、碎的能力，而且还降低了突出煤层工作面前方的应力梯度和瓦斯压力梯度，因此不会再发生突出。保护层与被保护层之间的有效垂距，可参照表 或用式（1）和或式（2）确定。保护层与被保护层之间的有效垂距煤层类别最大有效垂距（m）上保护层下保护层急倾斜煤层缓倾斜和倾斜煤层605080100下保护层的最大有效距离：S下=s下b1b2 (1)上保护层最大有效距离：S上=s上b1b2 (2)式中s下，s上下保护层和上保护层的理论有效间距，m.。它与工作面长度a和开采深度H有关，可参照表取植，当a0.3H时，则取a=0.3H，但a不得大于250m；表s上和s下与开采深度（H）,工作面长度(a)的关系开采深度S下 (m

42、)S上（m）工作面长度a(m)工作面长度a(m)(m)507510012515017520025050751001251502002503004005006008001001200705850453327241008575675441371251121009073575014813412010990716317215514212610388801901701541381171009220518216414612711410422019417415513512211356402924211816675039342925237658494336323083665650413632877162554

43、541379074665949444092766861504541b1 保护层开采影响系数，当MM0时，b1=1 (4)M0-开采保护层的最小有效厚度。b2-层间硬岩（砂岩，石灰岩）含量系数，以n表示硬层间岩石中所占的百分比；n50%时，b2=1-(0.4*n/100)n50%时，b2=12 ）预抽煤层瓦斯（1）应用原则对于单一煤层或无保护层开采的突出危险煤层，煤层透气性系数等于或大于0.001md，都可以采用预抽煤层瓦斯作为区域性的防突措施。由于大多数的突出煤层属于低透气性煤层，因此预抽煤层瓦斯的措施需要作大量的工程，要求预抽的时间也相当长，一般要求一年以上，所以预抽煤层瓦斯作为区域性防突措

44、施，主要适应于不具备开采保护层条件的严重突出危险煤层，属于一般突出危险的煤层可考虑局部防突措施预抽煤层瓦斯措施的防突机理 煤体卸压 瓦斯抽放 煤体强度增高 增大突出阻力释放瓦斯潜能释放弹性潜能 煤与瓦斯突出危险消除在大面积区域内，通过对突出危险煤层采前预抽瓦斯，首先可以降低突出煤层的瓦斯潜能，由于瓦斯的排放，煤体发生收缩，可以缓和煤体的应力紧张状态，从而部分地释放煤体的弹性潜能；此外，煤体瓦斯的排出能提高煤的强度，增大了突出的阻力，降低了激发和发展突出的作用力，因此可以达到消除突出危险性的目的。（4）预抽煤层瓦斯措施的钻孔布置方式沿层布孔方式此种布孔方式一般适应于无围岩巷的巷道布置方式，如图所

45、示。 预抽煤层瓦斯措施的沿层布孔方式穿层布孔方式此种布孔方式适应于有围岩巷道的巷道布置方式，如图 所示。图 预抽煤层瓦斯措施的穿层布孔方式3） 煤层注水（1）煤层注水的防突机理 作为区域性防突煤层注水措施，应在大面积范围内均匀布置长钻孔来实现。通过钻孔向煤层注水，使煤体湿润，增加煤的可塑性，随后开采时，可减小工作面前方的应力集中；当水进入煤层内部的裂隙和空隙后，可使煤体瓦斯放散速度减慢，因此煤层注水可以减缓煤体弹性潜能和瓦斯潜能的突然释放，降低或消除煤层的突出危险性。（2）煤层注水的钻孔布置方式最适合的布孔方式应从回风平巷沿煤层倾斜打全阶段长的钻孔，一般应使孔底超过运输平巷以下5m。当采区已具

46、备运输平巷，为防止采煤工作面的突出，可以采取回风和运输平巷同时布孔的方式。对于薄及中厚煤层可以仅布置一排钻孔；对于厚煤层，应考虑布置多排钻孔。（3）煤层注水的有关参数及指标注水钻孔有关参数：为了均匀湿润煤体，一般应按单个平行钻孔布孔，钻孔直径为50100mm，钻孔间距应根据煤层的渗水性、影响半径、要求的注水量和允许的注水时间来确定。一般孔间距可在510m范围内选择。注水量：对于防突要求而言，注水后煤的水分应不小于5%。一般情况下，控制区域内的煤层吨煤平均注水量应为0.020.04m3/t。煤层注水压力：为使注水既达到湿润煤体又不产生煤层的水力压裂的目的，注水压力应小于钻孔所在水平的地层静压力，但又要大于煤层瓦