關(guān)于礦井煤與瓦斯突出的研究論述專題報(bào)告,關(guān)于,礦井,瓦斯,突出,研究,論述,專題報(bào)告 專題部分 關(guān)于礦井煤與瓦斯突出的研究論述 摘要：本文對(duì)礦井煤與瓦斯突出的機(jī)理、特征、地質(zhì)規(guī)律進(jìn)行了研究。煤與瓦斯突出是瓦斯特殊涌出的一種動(dòng)力現(xiàn)象，具有極大破壞性，所以對(duì)煤與瓦斯突出的規(guī)律和預(yù)兆做出了分析,同時(shí)還指出了預(yù)測(cè)突出的方法和有效的預(yù)防突出措施,為防治礦井的煤與瓦斯突出提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。并從本質(zhì)上采取有效措施從本質(zhì)上確保安全 關(guān)鍵詞：煤與瓦斯突出；機(jī)理；規(guī)律，關(guān)系，預(yù)防；監(jiān)測(cè)；防治措 1 引言 煤與瓦斯突出是瓦斯特殊涌出現(xiàn)象，極具破壞性殺傷力，煤與瓦斯突出是礦井開采中常見的一種災(zāi)害，它是指井下采掘過程中，煤與巖石瞬間被從煤中拋出，并噴出大量瓦斯的現(xiàn)象。這種突發(fā)的猛烈的巖石破壞，和瓦斯?jié)舛鹊乃查g劇烈增加，會(huì)對(duì)正常生產(chǎn)，設(shè)備財(cái)產(chǎn)以及人身安全造成嚴(yán)重的危害。我國是世界上發(fā)生煤與瓦斯突出最嚴(yán)重的國家之一，從發(fā)生的次數(shù)和強(qiáng)度來看，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了前蘇聯(lián)、波蘭及法國等歐洲國家。究其原因，主要是煤是我國主要的一次性能源（約占我國能源的70%左右），煤的產(chǎn)量大，有突出危險(xiǎn)的礦井多；其次是發(fā)生的突出都與煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展緊密相關(guān)，煤炭的供應(yīng)愈緊張，煤與瓦斯突出發(fā)生的幾率就愈大。隨著新井的開發(fā)、現(xiàn)有礦井開采深度的不斷加大、礦井地質(zhì)條件復(fù)雜化，煤與瓦斯突出發(fā)生的頻率和強(qiáng)度不斷增加，因此，研究開采煤與瓦斯突出的發(fā)生機(jī)理和預(yù)測(cè)方法，及防治措施就具有了重大意義。 2煤炭工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向 2.1煤炭開采技術(shù)現(xiàn)狀 2.1.1煤炭在經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中仍占主體地位 在21世紀(jì)前50年內(nèi)，世界能源的發(fā)展趨勢(shì)仍將以化石燃料為主，其中煤炭是最安全、最經(jīng)濟(jì)、最可靠的能源。我國煤炭資源總量為5.6萬億t，占世界總儲(chǔ)量的11%。煤炭在全國一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)中的比例長(zhǎng)期占70%以上，在本世紀(jì)前30年內(nèi)，煤炭在我國一次能源構(gòu)成中仍將占主體地位。 2.1.2國外煤炭開采技術(shù)裝備水平的最新發(fā)展 二十世紀(jì)末期以來，高新技術(shù)不斷向傳統(tǒng)采礦領(lǐng)域滲透，形成了以德國DBT、Eickhoff和美國JOY公司為代表的國際采礦設(shè)備廠商，基本壟斷了綜采設(shè)備的高端產(chǎn)品市場(chǎng)，代表了綜采設(shè)備技術(shù)的發(fā)展方向。 目前，國際上煤炭開采技術(shù)裝備發(fā)展的主要技術(shù)特點(diǎn)是： （1）設(shè)備功率增大。新型電牽引采煤機(jī)總功率已達(dá)1500～2000kW，最大牽引速度達(dá)到30m/min以上，設(shè)備生產(chǎn)能力達(dá)到了3000t/h以上；工作面刮板輸送機(jī)向著大運(yùn)量、軟啟動(dòng)、高強(qiáng)度、重型化和高可靠性方向發(fā)展，其輸送量已達(dá)6000t/h，裝機(jī)功率4×800kW，整機(jī)壽命（過煤量）達(dá)1000萬t以上，最高達(dá)2000萬t； （2）支架性能提高。液壓支架為高工作阻力的支架，支護(hù)工作阻力6000－10000kN，最大12000kN，支架結(jié)構(gòu)為整體頂梁，支架控制方式為環(huán)形供液及電液閥控制，支架的壽命試驗(yàn)高達(dá)50000次以上； （3）順槽帶式輸送機(jī)已向長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、高帶速的主要方向發(fā)展。目前裝機(jī)功率已達(dá)4×970 kW，運(yùn)輸能力已達(dá)5500 t/h，帶速5m/s以上； （4）綜采工作面可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)； （5）綜采工作面的設(shè)備的供電電壓已從1140V等級(jí)分別提高到2300V、3300V、4160V、5000V等級(jí)，大大改善了采區(qū)電網(wǎng)和工作面大功率電氣設(shè)備的運(yùn)行工況。 2.1.3國內(nèi)煤炭開采技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀： （1）采用先進(jìn)開采技術(shù)與裝備，工作面單產(chǎn)與效率大幅提高。已出現(xiàn)多個(gè)千萬噸級(jí)的礦井或采煤工作面，設(shè)計(jì)能力2000萬t/a的礦井（布爾臺(tái)礦）已經(jīng)問世。 （2）開采深度增加，開采條件復(fù)雜，開采難度加大。我國煤炭開采主要以井工開采為主，露天開采產(chǎn)量?jī)H為5%左右。遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界主要產(chǎn)煤國露采產(chǎn)量比重（加拿大露采產(chǎn)量比重88%，德國78%，美國61.5%，俄國56%）。目前，我國煤礦開采深度以每年8～12m的速度增加，深井開采問題日益突現(xiàn)。 （3）礦區(qū)環(huán)境污染問題未得到實(shí)質(zhì)性改變。煤層氣開發(fā)尚處于起步階段。目前，全國年瓦斯排放總量約100億m3左右，但實(shí)際利用量只有20多億m3，相當(dāng)于年損失500多萬t標(biāo)準(zhǔn)煤。另外，煤矸石排放、地表沉陷、地表水損失與地下水污染等現(xiàn)象普遍存在。 2.2煤炭工業(yè)技術(shù)發(fā)展方向 2.2.1加大機(jī)械化開采水平，進(jìn)一步提高煤炭行業(yè)生產(chǎn)效率 不斷提高煤田地質(zhì)勘探精度及巷道掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)水平、提升煤礦綜采成套裝備水平，建設(shè)高產(chǎn)高效礦井。在薄及中厚煤層中推廣刨煤機(jī)、螺旋鉆采煤機(jī)等現(xiàn)代化手段，建設(shè)無人工作面。 2.2.2加大礦井災(zāi)害治理力度，提高防災(zāi)抗災(zāi)能力 不斷改進(jìn)煤礦瓦斯、火災(zāi)、水災(zāi)等治理技術(shù)與裝備水平，提高災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)能力。 2.2.3深入研究深井開采技術(shù) 　　進(jìn)一步研究深井開采過程中的“三高一擾動(dòng)”問題，即高應(yīng)力、高地溫、高巖溶承壓水和強(qiáng)烈的開采擾動(dòng)。研究解決深井巷道與采場(chǎng)的支護(hù)、瓦斯突出、地溫異常等問題。 2.2.4保護(hù)環(huán)境，科學(xué)開采 　　進(jìn)一步研究“三下一上”開采難題，減小開采過程對(duì)地表的破壞程度；研究矸石利用、充填開采問題，解放“三下”壓煤，提高煤炭資源的回收率；研究保水開采、綠色開采，最終實(shí)現(xiàn)科學(xué)開采。 2.2.5深入雙能源開采技術(shù) 加快研究煤與煤層氣雙能源共采技術(shù)，不斷提升潔凈煤技術(shù)水平，加快發(fā)展煤炭資源的綜合加工利用。 2.2.6 重視井下熱能利用技術(shù) 加快研究井下熱能（熱風(fēng)、熱水）利用技術(shù)，變熱害為熱能，變井下降溫過程為熱能的提取過程，既改善了作業(yè)環(huán)境，又節(jié)約了能源、提高了安全程度，做到一舉多得。 3 我國煤與瓦斯突出的基本特點(diǎn) (1)突出礦井多、分布廣泛。據(jù)全國國有重點(diǎn)煤礦統(tǒng)計(jì)，截止2005年底，我國大中型煤礦中共有突出礦井106處。其中重慶市100％、貴州省91.7％、江西省和湖南省50％、河南省40％的大中型煤礦具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)。從地區(qū)分布來看，全國主要的產(chǎn)煤省份及礦務(wù)局都具突出危險(xiǎn)礦井，其中中南部地區(qū)尤為嚴(yán)重。 (2)突出類型齊全。我國的突出類型齊全，包括突出、壓出、傾出及噴出。從全國來看，煤與瓦斯突出次數(shù)約占總突出次數(shù)的45%左右，壓出及傾出約占總突出的25%左右。從突出的物質(zhì)來看主要是煤與瓦斯突出，但個(gè)別也有巖石與瓦斯突出及煤與二氧化碳突出，不過其所占的比率較小，前者僅占比率的0.3%，后者更小。 (3)突出次數(shù)多、突出強(qiáng)度大。突出次數(shù)和突出強(qiáng)度是衡量煤礦突出危險(xiǎn)性的重要標(biāo)志，與世界突出嚴(yán)重的國家相比，我國煤礦煤與瓦斯突出不僅次數(shù)多而且強(qiáng)度大。統(tǒng)計(jì)表明 2002年國家煤礦安全監(jiān)察局安全日志上統(tǒng)計(jì)發(fā)生傷亡事故的各類突出40起，占煤礦瓦斯災(zāi)害傷亡事故的11.1％，死亡270人，占煤礦瓦斯災(zāi)害傷亡事故的15.85％。 (4)煤與瓦斯突出之前大多出現(xiàn)前兆現(xiàn)象，且突出愈嚴(yán)重其突出前兆愈明顯 突出分布于不同煤層出前大都有預(yù)兆發(fā)生，可以出現(xiàn)一種預(yù)兆，也可以出現(xiàn)幾種預(yù)兆。常見的有聲預(yù)兆有:煤體中出現(xiàn)劈裂聲、炮聲、悶雷聲;常見的無聲預(yù)兆是:煤層層理紊亂、煤變軟變暗、支架來壓、掉渣、煤面外鼓、片幫、瓦斯?jié)舛仍龃蟆⑼咚褂砍龊龃蠛鲂∫约按蜚@時(shí)頂鉆、火鉆、鉆孔噴孔等等 (5) 多數(shù)突出發(fā)生在煤巷，但揭石門突出強(qiáng)度最大 。統(tǒng)計(jì)資料表明，煤層平巷突出次數(shù)最多，約占突出總次數(shù)的4 _5%左右，石門揭穿煤層的突出次數(shù)雖然不多，但是其突出強(qiáng)度最大，80%以上的特大型突出均發(fā)生在石門揭煤時(shí)。 (6) 震動(dòng)放炮引起的突出最多 。在不同作業(yè)條件下，放炮引起的突出最多，占突出總次數(shù)的55.67%，風(fēng)鎬及手鎬作業(yè)時(shí)亦發(fā)生突出，且占一定的比例。 (7) 突出礦井?dāng)?shù)目不斷增加。隨著我國煤礦開采深度的加大，開采強(qiáng)度的不斷增強(qiáng)，煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性也在增加，突出危險(xiǎn)區(qū)域也在擴(kuò)大，部分原無突出危險(xiǎn)的煤礦也開始出現(xiàn)動(dòng)力現(xiàn)象，部分未劃分為突出礦井的煤礦也不得不按突出煤礦管理。我國煤與瓦斯突出危險(xiǎn)礦井?dāng)?shù)目和突出強(qiáng)度、頻度將隨著開采深度的延深、開采強(qiáng)度的增大而逐漸增多。 (8)突出危險(xiǎn)性隨采掘深度增加而增大;突出次數(shù)和強(qiáng)度隨深度增加而增大是突出的普遍規(guī)律，對(duì)每個(gè)礦井、煤層都有一個(gè)發(fā)生突出的最小深度，當(dāng)少十該深度時(shí)不發(fā)生突出，該深度簡(jiǎn)稱為始突深度。 (9)突出危險(xiǎn)性隨突出煤層厚度增大而增大;突出煤層越厚危險(xiǎn)性越大，表現(xiàn)為突出次數(shù)多，強(qiáng)度大，開始發(fā)生突出的深度淺。 (10)突出與作業(yè)方式有關(guān);統(tǒng)計(jì)資料表明，原統(tǒng)配煤礦的大多數(shù)突出礦井在爆破時(shí)發(fā)生的突出約占總數(shù)的2/3，突出的平均強(qiáng)度最大;風(fēng)鎬落煤和手鎬落煤時(shí)發(fā)生的突出一般占突出總次數(shù)的12 07016 070，近年來，隨著機(jī)械化采煤的發(fā)展，機(jī)組采煤時(shí)的突出已躍居第2位，統(tǒng)配煤礦共發(fā)生100_5次，占突出總數(shù)的16.4 070 0 4 煤與瓦斯突出的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4.1煤與瓦斯的突出機(jī)理 煤與瓦斯突出機(jī)理是指煤與瓦斯突出發(fā)生的原因、條件及其發(fā)生過程。許多國家對(duì)煤與瓦斯突出機(jī)理的研究都很重視,并取得了一定成果,但由于突出機(jī)理的復(fù)雜性及突出現(xiàn)象的多樣性,目前對(duì)突出機(jī)理的認(rèn)識(shí)仍處于假說階段。國外對(duì)煤與瓦斯突出機(jī)理的認(rèn)識(shí)可歸納為4種:地應(yīng)力假說、瓦斯作用假說、化學(xué)本質(zhì)假說和綜合作用假說。我國從60年代起就對(duì)突出煤層的應(yīng)力狀態(tài)、瓦斯賦存狀態(tài)、煤的物理力學(xué)性能等開展了一系列的研究,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料和實(shí)驗(yàn)研究對(duì)突出機(jī)理進(jìn)行了探討,提出了新的見解和觀點(diǎn),概括起來主要有中心擴(kuò)張學(xué)說、流變假說、二相液體假說、固流耦合失穩(wěn)理論、球殼失穩(wěn)理論等。此外中國科學(xué)院力學(xué)研究所從力學(xué)角度對(duì)突出過程做了大量的研究工作,并提出了突出破壞過程及瓦斯?jié)B流的機(jī)制方程。綜合而言，煤與瓦斯突出是地應(yīng)力、高壓瓦斯與煤的物理及力學(xué)性質(zhì)三者綜合作用的結(jié)果。 4.1.1 瓦斯作用說 這類假說[2]認(rèn)為煤內(nèi)存儲(chǔ)的高瓦斯是突出中起主要作用的因素。在這類假說中“瓦斯包”說占有主要地位，它認(rèn)為在煤層中存在著瓦斯壓力和瓦斯含量比鄰近區(qū)域高得多的煤窩，即“瓦斯包”，其煤質(zhì)松軟，孔隙與裂隙發(fā)育，且被透氣性差的煤或圍巖所包圍，因此具有較強(qiáng)的存儲(chǔ)瓦斯能力，當(dāng)巷道揭穿“瓦斯包”時(shí)，在瓦斯壓力作用下將松軟的煤窩破碎并拋出，從而誘發(fā)突出。另一類瓦斯說則認(rèn)為，甲烷在煤中以不穩(wěn)定的化合物形式而存在，如多聚甲烷(CH4)n或結(jié)晶水化物CH4·6H2O,當(dāng)巷道揭開飽含不穩(wěn)定化合物的煤區(qū)時(shí)，因溫度上升或瓦斯壓力下降，促使它們急劇分解，放出大量瓦斯并夾帶著煤而噴出。 在引發(fā)突出現(xiàn)象的諸多因素中，瓦斯解吸是一個(gè)主要原因[3-5]。在煤的骨架上和內(nèi)部縫隙及煤分子中存在吸附瓦斯，這種相態(tài)的瓦斯是以擴(kuò)散形式緩慢運(yùn)移的，當(dāng)它們擴(kuò)散到達(dá)煤層的縫隙網(wǎng)絡(luò)后，便迅速解吸為自由態(tài)的瓦斯并成為通過宏觀孔隙流到工作面的自由流體。吸附瓦斯在解吸過程中必然釋放出大量?jī)?nèi)能，煤層內(nèi)能有兩種儲(chǔ)存形式，分別為氣體介質(zhì)的內(nèi)能和固體介質(zhì)的內(nèi)能。在礦井采掘作業(yè)中，由于煤體結(jié)構(gòu)和狀態(tài)均發(fā)生了變化，這兩種能量將轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，因此，煤與瓦斯突出是一種由于存儲(chǔ)于煤層中的瓦斯能量轉(zhuǎn)換為動(dòng)能而發(fā)生的煤層崩塌和瓦斯氣體溢出的失效破壞過程。這種失效破壞可能是由于煤層中的應(yīng)力超過煤介質(zhì)的強(qiáng)度，以及在瓦斯釋放時(shí)單位體積煤所釋放的瓦斯內(nèi)能足以超過引起單位體積煤發(fā)生突出所必須的功。 4.1.2 化學(xué)本質(zhì)說 化學(xué)本質(zhì)說[2]主要包括：“爆炸的煤說”、“重煤說”、“地球化學(xué)說”、“硝基化合物說”。其中“爆炸的煤說”認(rèn)為是由于煤在地下深處變質(zhì)時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)而引起的，即由于煤的變質(zhì)，在爆炸轉(zhuǎn)化的物質(zhì)（爆炸的煤）的介穩(wěn)區(qū)能呈現(xiàn)鏈鎖反應(yīng)過程，并迅速形成大量的CO2和CH4，從而引起爆炸即煤與瓦斯突出。 “重煤說”認(rèn)為煤在形成時(shí)有重碳（原子量13）及帶氫的同位素（原子量2）重水參加，形成煤的重同位素，稱為“重煤原子”，當(dāng)進(jìn)行采掘時(shí)，能發(fā)生突出。 “地球化學(xué)說”認(rèn)為煤與瓦斯突出是煤層中不斷進(jìn)行的地球化學(xué)過程，即煤層的氧化-還原過程，由于活性氧的存在而加劇，生成一些活性中間物，并與煤中有機(jī)物質(zhì)發(fā)生相互作用，使煤分子遭到破壞。 “硝基化合物說”認(rèn)為突出煤中積蓄有硝基化合物，只要有不大的活化能量（如分布不均的地應(yīng)力，瓦斯壓力）就能產(chǎn)生發(fā)熱反應(yīng)，當(dāng)其能量超過分子間活性能時(shí)，反應(yīng)將自發(fā)地加速進(jìn)行，從而發(fā)生突出。 4.1.3 地應(yīng)力作用說 這類假說把突出發(fā)生的原因歸結(jié)為局部地應(yīng)力的增大。在這類假說中，構(gòu)造應(yīng)力論占有重要的地位。構(gòu)造應(yīng)力說又可分為殘余構(gòu)造應(yīng)力說和現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力說兩種[6]。地層中產(chǎn)生的地質(zhì)構(gòu)造須有巨大的力量,即構(gòu)造應(yīng)力。殘余構(gòu)造應(yīng)力說認(rèn)為，盡管在久遠(yuǎn)的年代以前，地質(zhì)構(gòu)造已經(jīng)形成，但在地質(zhì)構(gòu)造帶附近煤層的圍巖中，仍殘存著部分構(gòu)造應(yīng)力，即殘余構(gòu)造應(yīng)力，其值遠(yuǎn)大于自重應(yīng)力值。當(dāng)采掘工作面接近這些含有殘余構(gòu)造應(yīng)力的巖層時(shí)，會(huì)像彈簧一樣張開，釋放其中貯存的大量彈性潛能，引起突出。但在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代中，殘余構(gòu)造應(yīng)力是否能保存下來，引起了較大的爭(zhēng)議，所以又有人提出了現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力說，即認(rèn)為現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力大的區(qū)域即為突出危險(xiǎn)區(qū)域。另一種學(xué)說認(rèn)為采掘工作面前方存在著應(yīng)力集中，當(dāng)厚層頂板懸頂過長(zhǎng)或突然冒落時(shí)，可能產(chǎn)生附加的集中應(yīng)力。在集中應(yīng)力作用下，煤發(fā)生破壞和破碎時(shí)，會(huì)伴隨大量瓦斯涌出而構(gòu)成突出。 成新龍等研究了地應(yīng)力在煤與瓦斯突出中的作用[7]，其結(jié)果表明:(1)儲(chǔ)存在圍巖或煤層中的彈性變形能做功，使煤體產(chǎn)生突然破壞和位移。(2)地應(yīng)力場(chǎng)對(duì)瓦斯壓力場(chǎng)的控制作用，高的地應(yīng)力決定高的瓦斯壓力的存在，從而促進(jìn)了瓦斯在突出中的作用。(3)煤層透氣性也決定了地應(yīng)力狀態(tài)，高的地應(yīng)力又決定了煤層的低透氣性，有利于在巷道前方煤體造成高的瓦斯壓力梯度。 因此，增高的地應(yīng)力是發(fā)生煤與瓦斯突出的第一個(gè)必要條件。在擠壓構(gòu)造帶和采動(dòng)應(yīng)力集中帶，既使深度不大，煤體及圍巖中可能存在很高的地應(yīng)力和彈性變形能，同樣存在發(fā)生煤與瓦斯突出的可能性。煤與瓦斯突出發(fā)生的第二個(gè)必要條件是應(yīng)力狀態(tài)的突然變化。 4.1.4 綜合假說 該假說認(rèn)為突出是地應(yīng)力、瓦斯和煤的物理力學(xué)性質(zhì)等因素綜合作用的結(jié)果[8]。綜合假說較全面的考慮了突出動(dòng)力（地應(yīng)力、瓦斯）和阻力（煤強(qiáng)度）兩方面的主要因素，因而得到了國內(nèi)外學(xué)者的普遍認(rèn)可。若某區(qū)域地應(yīng)力越大，瓦斯含量（壓力）越高，則該區(qū)域突出危險(xiǎn)性越大。對(duì)采掘工作面突出而言，突出不僅與地應(yīng)力、瓦斯和煤物理力學(xué)性質(zhì)各參數(shù)的原始值有關(guān)，在很大程度上還取決于近工作面各參數(shù)的變化，即工作面附近煤巖應(yīng)力，瓦斯壓力的分布狀況和煤強(qiáng)度性質(zhì)的變化。工作面前方應(yīng)力和瓦斯壓力梯度越大，煤強(qiáng)度越不均質(zhì)，則工作面突出危險(xiǎn)性也就越大。 這類假說中有代表性的是前蘇聯(lián)學(xué)者B.B.霍多特的能量說[9]和巴浦洛夫等人的地應(yīng)力分布不均說[10]。突出能量說認(rèn)為，突出是煤的變形潛能和瓦斯內(nèi)能突然釋放引起的近工作面煤體的高速破碎現(xiàn)象。地應(yīng)力分布不均說認(rèn)為，突出煤層的煤巖具有增高和不均勻的應(yīng)力分布，當(dāng)工作面前方煤體中的應(yīng)力不均勻分布時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生圍巖的不均勻位移。由于圍巖和煤體的變形，產(chǎn)生不同的振幅和聲響，同時(shí)因頂?shù)装逡平摹巴焙汀叭印钡男纬?，產(chǎn)生一種脆弱的平衡。突出之前，這種頂?shù)装逡平耐?，造成“自我阻塞”，大大降低了靠近工作面的破裂帶的尺寸，只留下壓縮帶，同時(shí)在距工作面短距離內(nèi)部保持著較高的穩(wěn)定的瓦斯壓力。由于采掘工作破壞了圍巖脆弱平衡，就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。該學(xué)說認(rèn)為圍巖應(yīng)力狀態(tài)的變化和能量的釋放是造成突出的首要原因，且在突出過程中圍巖的變形具有脈沖性質(zhì)。 近幾年，在突出機(jī)理綜合假說的理論指導(dǎo)下，突出理論研究取得了明顯的進(jìn)展。中科院力學(xué)所提出的破裂間斷波模型[11]，破裂波模型表明，當(dāng)煤樣表面突然卸載的強(qiáng)度超過抗拉強(qiáng)度與大氣壓之和，便發(fā)生破裂，且以破裂波的形式向深部發(fā)展，破裂波陣面的傳播速度在突然卸載時(shí)達(dá)到最大值，然后隨時(shí)間增加逐漸減小至零，初始充氣壓力越大，破裂波的最大速度以及破裂段的長(zhǎng)度也越大。 中國礦業(yè)大學(xué)提出的球殼失穩(wěn)假說及突出問題的流變學(xué)探討，蔣承林教授通過對(duì)突出過程的理論分析和大量的實(shí)驗(yàn)室研究，提出了瓦斯突出的球殼失穩(wěn)機(jī)理[12]，他認(rèn)為在石門揭穿瓦斯突出煤層時(shí)所發(fā)生的動(dòng)力現(xiàn)象過程中，煤體的破壞以球蓋狀球殼的形成、擴(kuò)展及失穩(wěn)拋出為其典型特征，突出過程中煤體在應(yīng)力作用下破壞是突出的必要條件而不是充分條件，并指出在理想石門揭煤條件下，煤層能否突出及突出強(qiáng)度的大小只取決于地應(yīng)力、瓦斯壓力、煤體強(qiáng)度及軟分層厚度。而地應(yīng)力、瓦斯壓力和煤體強(qiáng)度只影響煤體破裂后的初始釋放瓦斯膨脹能。因此，在理想石門揭煤條件下，只要測(cè)定煤樣的初始釋放瓦斯膨脹能和軟煤厚度，就可以判斷煤體是否會(huì)發(fā)生突出及突出的類型。并且單獨(dú)采用瓦斯膨脹能指標(biāo)預(yù)測(cè)，準(zhǔn)確率可達(dá)90%。 周世寧和何學(xué)秋兩位教授提出了煤與瓦斯的流變機(jī)理[13]，流變假說認(rèn)為含瓦斯的煤在外力作用下，當(dāng)達(dá)到或超過其屈服載荷時(shí)，明顯的表現(xiàn)出變形衰減、均勻變形和加速變形三個(gè)階段[14]。流變假說運(yùn)用流變學(xué)的觀點(diǎn)分析了突出過程中含瓦斯煤受力的時(shí)間和空間過程，能夠很好的解釋綜合作用的瓦斯突出現(xiàn)象。西安礦業(yè)學(xué)院的李萍豐提出了瓦斯突出機(jī)理的二相流體假說，該假說認(rèn)為由于工作面受采場(chǎng)應(yīng)力的作用，工作面前方煤體可分為突出阻礙區(qū)、突出控制區(qū)、突出積能區(qū)（或突出中心）和突出能量補(bǔ)給區(qū)[15]。 重慶煤科分院研究了瓦斯突出強(qiáng)度與瓦斯能量關(guān)系[16]以及謝逸清等對(duì)延期性突出防治進(jìn)行探討[17-19]。重慶煤科分院從能量的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)瓦斯突出強(qiáng)度的定量化關(guān)系進(jìn)行了初步研究，認(rèn)為采掘工作面新的暴露面形成后，煤體中應(yīng)力迅速重新分布，煤體進(jìn)入極限平衡狀態(tài)，在應(yīng)力和瓦斯壓力的共同作用下形成與暴露面近于平行的大裂縫，將暴露表面附近煤體切割成與暴露同形的圓柱筒煤殼，煤殼在瓦斯壓力作用下破碎并拋出煤體，形成煤與瓦斯突出。謝逸清等人依據(jù)中國礦業(yè)大學(xué)周世寧教授的觀點(diǎn)“煤與瓦斯突出實(shí)質(zhì)上是屬于含瓦斯煤體的流變行為”，只是依據(jù)時(shí)間對(duì)延遲突出進(jìn)行分類，延遲時(shí)間在30min之內(nèi)的稱為短延期突出，大于30min至8h的稱為中延期突出，8h以上的稱為長(zhǎng)延期突出。 國外許多學(xué)者研究了瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象的本質(zhì)和巖石破壞機(jī)理，如日本的栗原一雄采用實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室基于綜合假說的瓦斯突出再現(xiàn)[20-22]；德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的H.Lippmann等人對(duì)煤礦中巖石突出問題采用了彈塑性力學(xué)的方法進(jìn)行了卓有成效的研究，給出了易產(chǎn)生巖石突出力學(xué)特征和突出預(yù)報(bào)的新概念[23-25]。 4.2　煤與瓦斯突出的類型 煤與瓦斯的突出包括:煤與甲烷突出、巖石與甲烷突出、煤與CO2突出、巖石與CO2突出等。由于突出時(shí)的原動(dòng)力和所表現(xiàn)現(xiàn)象的不同,煤與瓦斯突出可分為突出(以瓦斯壓力為主導(dǎo)作用)，壓出(以地壓為主導(dǎo)力量)，傾出(重力突出)3種情況。 4.3 煤與瓦斯突出的發(fā)展過程 煤與瓦斯的突出過程一般劃分三個(gè)過程：發(fā)動(dòng)、發(fā)展、停止三過程。 發(fā)展過程劃分: 突出發(fā)動(dòng)階段：指從準(zhǔn)備階段靜止的煤體到煤與瓦斯突出發(fā)生這一突變點(diǎn)，由于工作面前方一定厚度的煤壁或者巖壁發(fā)生突變失穩(wěn)，在地應(yīng)力、瓦斯壓力、爆破沖擊載荷或者重力等的作用下使煤體應(yīng)力突然改變，巖石和煤的彈性潛能迅速釋放。 突出發(fā)展階段：從突出的最初發(fā)動(dòng)到突出終止所經(jīng)歷的過程，是依靠釋放的彈性能和游離瓦斯的膨脹能使煤體破碎，并由瓦斯流把碎煤拋出。 突出終止階段:突出發(fā)展階段的末期，突出出現(xiàn)衰減并達(dá)到停止這一時(shí)間點(diǎn)。 4.4 煤瓦斯突出的一般規(guī)律 （1） 突出與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系,突出多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)，如斷層、褶曲和火成巖侵入?yún)^(qū)附近。 　　 （2） 突出與瓦斯的關(guān)系,煤層中的瓦斯壓力與含量是突出的重要因素之一。一般說來，瓦斯壓力和瓦斯含量越大，突出的危險(xiǎn)性越大。但突出與煤層的瓦斯含量和瓦斯壓力之間，沒有固定的關(guān)系。瓦斯壓力低、含量小的煤層可以發(fā)生突出；反之，瓦斯壓力高，含量大的煤層也可能不突出，因?yàn)橥怀鍪嵌喾N因素綜合作用的結(jié)果。 　 ?。?）突出與地壓的關(guān)系,地壓愈大，突出的危險(xiǎn)性愈大。當(dāng)深度增加時(shí)，突出的次數(shù)和強(qiáng)度都可能增加；在集中壓力區(qū)內(nèi)突出的危險(xiǎn)性增加。 　 （4）突出與煤層構(gòu)造的關(guān)系,煤層構(gòu)造主要指煤的破壞類型和煤的強(qiáng)度。一般情況下煤的破壞類型愈高強(qiáng)度愈小，突出的危險(xiǎn)性愈大。故突出多發(fā)生在軟煤層或軟分層中。 　　 （5）突出與圍巖性質(zhì)的關(guān)系,若煤層頂?shù)装鍨閳?jiān)硬而致密的巖層且厚度較大時(shí)，其集中應(yīng)力較大，瓦斯不易排放，故突出危險(xiǎn)性愈大；反之則小。若頂?shù)装逯芯哂腥菀罪L(fēng)化和遇水變軟的巖層時(shí)，將減少突出危險(xiǎn)性。 　　 （6）突出與水文地質(zhì)的關(guān)系,實(shí)踐表明，煤層比較濕潤(rùn)，礦井涌水量較大，則突出危險(xiǎn)性較?。环粗畡t大，這是由于地下水流動(dòng)，可帶走瓦斯，溶解某些礦物，給瓦斯流動(dòng)創(chuàng)造了條件。 　　 （7）突出具有延期性突出的延期性變化就是震動(dòng)放炮后沒有誘導(dǎo)突出而相隔一段時(shí)間后才發(fā)生突出。其延遲時(shí)間從幾分鐘到幾小時(shí) 4.5 煤與瓦斯突出傾出的基本特征 煤與瓦斯突出傾出的基本能源是煤的重力能。其基本特征： （1）出來的煤就地按自然安歇角堆積、無分選現(xiàn)象 （2）在多數(shù)情況下，傾出的無明顯的動(dòng)力現(xiàn)象 （3）傾出多發(fā)生在煤質(zhì)松軟的急傾斜的煤層中，傾出的煤呈現(xiàn)大小不同的碎狀塊，會(huì)使巷道內(nèi)的瓦斯涌出量明顯增加。 （4）傾出的孔洞多為口大腔小，孔洞軸線沿著煤層傾斜或者鉛垂方向延伸發(fā)展，深度從幾米到幾十米，軸線傾角大于45度，位于集中應(yīng)力帶內(nèi)。 4.6煤與瓦斯突出的危害 煤與瓦斯突出是煤礦井下生產(chǎn)的一種強(qiáng)大的自然災(zāi)害，他嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)。由于煤與瓦斯突出能在一瞬間向采掘工作面空間噴出巨量煤與瓦斯流，不僅嚴(yán)重地摧毀巷道設(shè)施，毀壞通風(fēng)系統(tǒng)，而且是附近區(qū)域的井全部充滿瓦斯與煤粉，造成瓦斯窒息或煤流埋人，甚至?xí)斐擅簤m和瓦斯爆炸等嚴(yán)重后果。 5 煤與瓦斯突出的地質(zhì)構(gòu)造規(guī)律分析 5.1 地質(zhì)構(gòu)造概況 李四光提出的地質(zhì)構(gòu)造包括:結(jié)構(gòu)要素、地塊形態(tài)和構(gòu)造體系。結(jié)構(gòu)要素指存在地質(zhì)體中的基本構(gòu)造形跡，包括結(jié)構(gòu)面和線條。研究地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)分清構(gòu)造形跡之間的控制關(guān)系，構(gòu)造形跡從整體到局部，從一般到特殊的關(guān)系，才能對(duì)其進(jìn)行定型定量的研究。它們包括原生與次生構(gòu)造分劃性和標(biāo)志性結(jié)構(gòu)面及線條等構(gòu)造形跡構(gòu)造地塊指地殼上部的結(jié)構(gòu)形態(tài)不是均一發(fā)展的，而是有區(qū)域性的，彼此之間經(jīng)常呈現(xiàn)著顯著的差別，不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的地區(qū)之間往往有比較明確的界線，這就是構(gòu)造地塊。構(gòu)造地塊可大至洲際規(guī)模，如:歐業(yè)地塊、太平洋地塊等，小到具自身特征組構(gòu)與鄰近地區(qū)差別顯著的區(qū)域規(guī)模。它們實(shí)際上是地質(zhì)力學(xué)中提出的不同規(guī)模、不同等級(jí)、不同序次和不同等級(jí)的構(gòu)造地塊。所謂構(gòu)造序次是指巖塊或地塊在同一場(chǎng)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中，受到同方式、同方向構(gòu)造外力的持續(xù)作用，由于變形過程中邊界條件的改變，導(dǎo)致應(yīng)力場(chǎng)的復(fù)雜化，于是產(chǎn)生了先后出現(xiàn)的目又是挨次控制的構(gòu)造形跡。這種構(gòu)造形跡之間產(chǎn)出的順序稱為構(gòu)造序次。構(gòu)造序次分初序次構(gòu)造和低序次構(gòu)造。初序次構(gòu)造又稱第一序次構(gòu)造，也稱高次構(gòu)造。這是指與初始的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)有直接的成因聯(lián)系，在巖塊或地塊變形之初產(chǎn)生的一套構(gòu)造形跡。初序次構(gòu)造之間沒有挨次控制的關(guān)系，它們之間是伴生關(guān)系。低序次構(gòu)造是二、四……序次構(gòu)造的總稱，又稱再次構(gòu)造。這是指那些在邊界條件改變之后出現(xiàn)的，與局部應(yīng)力場(chǎng)有直接成因聯(lián)系的構(gòu)造形跡。它們產(chǎn)生構(gòu)造形成之后，并直接受其控制，它們總體上與初序次構(gòu)造有依賴關(guān)系，所以稱派生構(gòu)造。構(gòu)造等級(jí)是構(gòu)造形跡的規(guī)模大小，它和構(gòu)造序次是完全不同的概念，在同一場(chǎng)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中形成的各種構(gòu)造形跡有序次之分，也有規(guī)模大小之分，把不同時(shí)期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的各構(gòu)造形跡綜合起來，也有規(guī)模大小的區(qū)別。水平地應(yīng)力對(duì)煤與瓦斯突出起著主導(dǎo)控制作用。受區(qū)域構(gòu)造控制,突出礦井井田位置多位于向斜或背斜軸部及其附近地帶,尤其以褶曲轉(zhuǎn)折端或傾伏端受水平應(yīng)力擠壓作用最強(qiáng)烈,突出也最強(qiáng)烈。經(jīng)分析認(rèn)為,水平地應(yīng)力對(duì)首山礦區(qū)煤與瓦斯突出起著主導(dǎo)控制作用。因?yàn)槊合档貙釉诟咚降貞?yīng)力作用下,不易形成易于瓦斯逸散的張性通道,為煤系地層賦存大量的高壓瓦斯提供了條件;在高水平應(yīng)力場(chǎng)影響作用下,軟弱層(煤層) 易發(fā)生塑性流變,軟弱層(煤層) 越厚,塑性流變?cè)揭装l(fā)生;塑性流變使軟弱巖層(煤層) 力學(xué)強(qiáng)度進(jìn)一步降低,為構(gòu)造煤的形成提供了力學(xué)條件;根據(jù)吸附態(tài)瓦斯理論,甲烷分子在炭的表面的吸附以單分子層排列,并處于動(dòng)態(tài)吸附平衡狀態(tài),煤體遭受破壞越嚴(yán)重,表面積應(yīng)越大,吸附瓦斯能力越強(qiáng),破壞煤體量越大吸附瓦斯總量越大。 5.2地質(zhì)構(gòu)造與煤與瓦斯突出的關(guān)系 大量的研究成果表明突出與構(gòu)造有直接的關(guān)系，山西陽泉80%以上發(fā)生在構(gòu)造區(qū)，開灤礦區(qū)60%發(fā)生在以斷層為主的構(gòu)造附近，四川芙蓉礦48次突出都發(fā)生在斷層和褶皺構(gòu)造附近，安徽淮南礦區(qū)8 5%以上的突出與以斷層為主的構(gòu)造有關(guān)，河南平頂山礦區(qū)、江蘇省含煤礦區(qū)的突出也與構(gòu)造有關(guān)。突出不僅需要良好的瓦斯形成和保存的地質(zhì)條件，還需要具備瓦斯突出的地質(zhì)條件。瓦斯的形成和保存奠定了突出發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)，地質(zhì)構(gòu)造因素 則是發(fā)生瓦斯突出的必要條件。由于地質(zhì)構(gòu)造的影響，有些礦區(qū)不但高瓦斯礦井發(fā)生突出事故，就是低瓦斯礦井也會(huì)因瓦斯局部積聚，頻繁的發(fā)生突出事故。研究表明，構(gòu)造煤容易發(fā)生突出，因?yàn)闃?gòu)造煤是在構(gòu)造應(yīng)力作用下原生結(jié)構(gòu)遭到破壞的煤，其實(shí)構(gòu)造煤本身就處十地質(zhì)構(gòu)造中。有些突出點(diǎn)雖然其附近的地質(zhì)條件無明顯差異，但卻處十某些封閉性構(gòu)造圈閉的范圍內(nèi)，或受某些特殊的構(gòu)造邊界的控制。一般大的地構(gòu)造控制突出的分區(qū)分帶性，中小型構(gòu)造是應(yīng)力相對(duì)集中的部位，容易誘發(fā)突出。綜合分析各方面的研究成果，從地質(zhì)力學(xué)的角度來看，構(gòu)造區(qū)內(nèi)突出危 險(xiǎn)性相對(duì)較大的部位是:構(gòu)造體系的復(fù)合部位、弧形構(gòu)造的弧頂部位、褶曲構(gòu)造的褶扭部位、多種構(gòu)造體系的交匯部位、壓扭性斷裂所火的斷塊，以及旋轉(zhuǎn)構(gòu)造的收斂端和斷層的尖火端等。根據(jù)大量研究成果說明，對(duì)褶曲構(gòu)造來說，褶皺強(qiáng)烈或緊密褶曲部位，不協(xié)調(diào)褶皺、層間滑動(dòng)或?qū)娱g揉皺發(fā)育地帶、煤層產(chǎn)狀變大的塊段、中小型向剎軸部、背斜傾伏段以及背斜中和面以下部位，牽引褶曲部位等。 5.3 圍巖力學(xué)與煤與瓦斯突出的關(guān)系 統(tǒng)計(jì)表明：堅(jiān)硬圍巖處煤層塑性變形小,煤體受破壞程度相對(duì)較小。在同等水平構(gòu)造應(yīng)力作用下,軟弱圍巖層區(qū)煤層的原生結(jié)構(gòu)遭受破壞變形相對(duì)堅(jiān)硬圍巖強(qiáng)烈,堅(jiān)硬圍巖在一定程度上起到了保護(hù)煤體免遭破壞的作用。因此較弱圍巖分布區(qū)構(gòu)造煤相對(duì)發(fā)育,發(fā)生煤與瓦斯突出的概率相對(duì)也較大。 5.4 埋藏深度、瓦斯壓力與突出關(guān)系 實(shí)踐表明，隨著開采深度的增加，地壓不斷增大，瓦斯壓力總體上隨深度的增加而增加,開采深度對(duì)突出影響顯著。同一地質(zhì)單元,隨埋藏深度的增加,瓦斯壓力、瓦斯含量、突出強(qiáng)度、突出頻率常呈現(xiàn)正比例關(guān)系。不同地質(zhì)單元,瓦斯壓力與深度關(guān)系在空間分布上很不均衡。不同礦區(qū)瓦斯壓力梯度不同,同一礦區(qū)不同瓦斯地質(zhì)單元瓦斯壓力梯度也不相同。瓦斯壓力這一空間分布屬性顯示,隨著開采深度的增加,瓦斯壓力不均衡特性顯著增強(qiáng)。瓦斯壓力在同等深度條件下出現(xiàn)顯著差異,與差異的水平地應(yīng)力密切相關(guān)。 5.5 斷層對(duì)突出的影響 斷層對(duì)突出的影響比較復(fù)雜，大量研究實(shí)測(cè)資料和研究成果表明，突出具有明顯的分區(qū)分帶性，地質(zhì)構(gòu)造尤其是斷層構(gòu)造控制突出的分區(qū)分帶性一般認(rèn)為斷層的產(chǎn)生是地應(yīng)力釋放的過程，因}斷層的產(chǎn)生在一定程度上減少了突出的危險(xiǎn)性，但是在很多時(shí)候斷層又作為煤與瓦斯突出的初始通道或突破口，因而需對(duì)其進(jìn)行具體分析與研究。斷層的性質(zhì)不同其對(duì)突出的作用及影響截然不同，一般情況下，壓性或壓扭性斷層為封閉性構(gòu)造，瓦斯含量較高、瓦斯壓力大、因此突出危險(xiǎn)性也大;張性斷層屬開放性構(gòu)造，突出危險(xiǎn)性小或者不突出。在封閉的邊界條件下，小斷層密集發(fā)育的地帶特別是低級(jí)別壓扭性斷裂發(fā)育地段、壓性或壓扭性結(jié)構(gòu)面間所火的塊段、地塹構(gòu)造的中間塊斷等，均易發(fā)生突出。 根據(jù)實(shí)測(cè)資料，其瓦斯壓力分布具有一定的規(guī)律性，斷層帶附近，瓦斯壓力及瓦斯涌出量一般比較小，隨著距斷層距離的增加，其瓦斯壓力及瓦斯涌出量有一定的增加并存在較高的峰值，至一定的距離后又變?yōu)檎Ｖ?，在距斷層一定的范圍?nèi)存在低值區(qū)、高值區(qū)和正常區(qū)。工程實(shí)踐表明，突出點(diǎn)通常都在瓦斯壓力及瓦斯涌出量升高區(qū)范圍內(nèi)。另一方面，壓性或壓扭性斷層對(duì)突出的控制作用及其分布特征與斷層帶的應(yīng)力分布狀態(tài)是相對(duì)應(yīng)的，一般認(rèn)為斷層是應(yīng)力集中的部位，事實(shí)上這種說法并不準(zhǔn)確，斷層帶中的應(yīng)力狀態(tài)反而相對(duì)比較低，如果說其中應(yīng)力較大，只能理解為其應(yīng)力值與斷層帶本身很低的強(qiáng)度相對(duì)比較而言的在斷層兩側(cè)其應(yīng)力狀態(tài)顯著變化，不但應(yīng)力值顯著增加主應(yīng)力的作用方向 亦有明顯變化，只是在距斷層一定距離以外，其應(yīng)力狀態(tài)才逐漸恢復(fù)到正常。斷層構(gòu)造帶推、搓、扭壓等特征明顯,常具有細(xì)膩致密的構(gòu)造膜泥,封閉性較好,阻礙了瓦斯逸散通道,瓦斯壓力增大;斷層帶、斷層尖滅帶及其附近構(gòu)造煤發(fā)育,構(gòu)造煤表面積大,吸附瓦斯能力增強(qiáng),瓦斯含量明顯增高;斷層帶、斷層尖滅帶及其附近煤層厚度變化顯著,具有明顯的塑性流變特征,煤體破碎嚴(yán)重強(qiáng)度降低 抵抗能力降低。因此斷層帶、斷層塵滅帶及其附近常為煤與瓦斯強(qiáng)突出危險(xiǎn)區(qū)。首山礦區(qū)內(nèi)較大的高溝逆斷層落差大于30 m，礦井邊界的溝里封正斷層，落差大于100 m。它們本身及其附近的小斷層，對(duì)己煤瓦斯具有明顯的排氣作用，同時(shí)也為突出創(chuàng)造了條件，是瓦斯突出的主要地方。 5.6 煤層厚度變化對(duì)突出影響 煤層厚度突變帶、分叉合并帶,常呈現(xiàn)出層理紊亂、光澤暗淡、構(gòu)造煤發(fā)育、瓦斯涌出異常,常具有流變特征。破碎煤體在地應(yīng)力的作用下發(fā)生了塑性流變,地應(yīng)力是煤厚突變的動(dòng)力,這種動(dòng)力不僅使煤層厚度發(fā)生突變,而且使煤體的抵抗能力降低、吸附瓦斯能力增強(qiáng)、彈性能增大、瓦斯壓力增大、放散初速度升高。因此,煤層厚度突變帶、分叉合并帶常為突出多發(fā)地帶,也是突出最強(qiáng)烈地帶。 6 煤與瓦斯突出預(yù)兆 6.1 煤與瓦斯突出預(yù)兆 煤與瓦斯突出前一般都有預(yù)兆,沒有預(yù)兆的突出是極少數(shù)的。突出預(yù)兆伴隨其突出過程,按其主要特征大體可分為“三個(gè)階段”: ①早期預(yù)兆,煤變軟、光澤暗、層理節(jié)理都紊亂、煤層受擠壓、厚度變大、傾角變陡、煤層干燥等； ②中期預(yù)兆,鉆沫多、鉆進(jìn)慢,夾、頂、噴孔異常,預(yù)兆嚴(yán)重突出危險(xiǎn)區(qū)域表現(xiàn)強(qiáng)烈； ③臨突預(yù)兆,工作面來壓、煤炮響、瓦斯涌出異常。 煤與瓦斯突出預(yù)兆也可以從以下三方面做出預(yù)兆：煤層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造、地壓、瓦斯及其它。 ①煤層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造—層理紊亂，煤軟硬不均或變軟，煤暗淡無光，煤層受擠壓，厚度變大，傾角變陡，煤層干燥等； ②地壓增大—如來壓聲響，支架折斷，煤炮聲，煤巖開裂，煤壁外鼓，片幫，掉碴，底鼓，打鉆時(shí)頂鉆、夾鉆等；③瓦斯及其它—瓦斯涌出異常，忽大忽小，悶人，煤塵增大，煤或氣溫變冷，頂鉆噴瓦斯、噴煤等。 煤與瓦斯突出的預(yù)兆分為無聲預(yù)兆和有聲預(yù)兆兩類： 1） 無聲預(yù)兆 ①煤層結(jié)構(gòu)變化，層理紊亂，煤層由硬變軟、由薄變厚，傾角由小變大，煤由濕變干，光澤暗淡，煤層頂、底板出現(xiàn)斷裂，煤巖嚴(yán)重破壞等。 ②工作面煤體和支架壓力增大，煤壁外鼓、掉碴、煤塊進(jìn)出等。 ③瓦斯增大或忽小忽大，煤塵增多。 　　 2）有聲預(yù)兆煤爆聲、悶雷聲、深部巖石或煤層的破裂聲、支柱折斷等。 6.2突出預(yù)測(cè)方法的分類 按預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)范圍和時(shí)間的不同,預(yù)測(cè)方法可分為3類: 第一是區(qū)域性預(yù)測(cè),主要是確定煤田、井田、煤層和采掘區(qū)域性的突出危險(xiǎn)性; 第二是局部預(yù)測(cè),它是在區(qū)域性的基礎(chǔ)上,根據(jù)鉆探、采掘工 程等資料,進(jìn)一步對(duì)局部地區(qū)或要點(diǎn)的突出危險(xiǎn)性作出判斷; 第三是日常預(yù)測(cè),它是在區(qū)域性預(yù)測(cè)、局部預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上,根據(jù)突出預(yù)兆的各種異常效應(yīng),對(duì)突出危險(xiǎn)發(fā)出警告。 6.3 區(qū)域煤與瓦斯突出預(yù)測(cè) 科學(xué)確定煤與瓦斯突出敏感指標(biāo)臨界值。通過理論分析、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方式,對(duì)各種煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行敏感性分析研究,確定煤與瓦斯突出敏感指標(biāo)臨界值。對(duì)部分防突指標(biāo)檢驗(yàn)值超過規(guī)定的或出現(xiàn)動(dòng)力現(xiàn)象的煤層,應(yīng)進(jìn)行突出危險(xiǎn)性鑒定或進(jìn)行突出危險(xiǎn)區(qū)域劃分,未鑒定劃分前要按突出煤層進(jìn)行管理。國內(nèi)外煤與瓦斯突出的預(yù)測(cè)方法有以下幾種: 6.3.1利用聲發(fā)射技術(shù)預(yù)測(cè)突出危險(xiǎn)性 煤和圍巖受力破壞過程中發(fā)生破裂和震動(dòng),當(dāng)從震源傳出震波或聲波的強(qiáng)度和頻率增加到一定數(shù)值時(shí),可能出現(xiàn)煤的突然破壞,發(fā)生突出。突出是由連續(xù)的多起斷裂引起的,而且異常的微震發(fā)射通常在斷裂之前5～45s內(nèi)產(chǎn)生,故微震法作為突出預(yù)報(bào)方法,有其廣闊的應(yīng)用前景。 6.3.2 聲發(fā)射技術(shù)預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出原理 實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，不同類型的煤體破裂過程中都有聲發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生，聲發(fā)射信號(hào)緣于煤體內(nèi)部存在的固有缺陷，及煤體變形中固有缺陷造成內(nèi)部損傷，破壞而釋放應(yīng)變能?？梢姡暟l(fā)射信號(hào)與煤巖體的破裂過程密切相關(guān)。 瓦斯對(duì)媒巖體破裂聲發(fā)射現(xiàn)象的影響瓦斯對(duì)煤巖體的變形破裂過程有很大影響，在煤與瓦斯突出過程中，瓦斯起了很大作用，由于瓦斯的存在降低了煤巖體強(qiáng)度，使煤巖體的變形過程更加強(qiáng)烈，聲發(fā)射現(xiàn)象強(qiáng)度也隨之增強(qiáng)。煤與瓦斯突出的發(fā)生一般都是由于在它們?cè)杏?，?zhǔn)備，或發(fā)展階段引起煤巖體應(yīng)力應(yīng)變狀體的改變，這必然會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)的特征變化。再者，煤與瓦斯突出發(fā)生前，一般都有預(yù)兆，沒有預(yù)兆信號(hào)的極少。突出預(yù)兆有分為有聲預(yù)兆和無聲預(yù)兆。根據(jù)預(yù)兆信息判斷煤與瓦斯突出的危害程度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)得出：聲發(fā)射現(xiàn)象和煤的的應(yīng)力狀態(tài)及瓦斯?fàn)顟B(tài)有關(guān)，應(yīng)力和瓦斯壓力越大，聲發(fā)射信號(hào)特征強(qiáng)度越強(qiáng)。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)際觀察數(shù)據(jù)分析，可以得出觀測(cè)區(qū)域聲發(fā)射的定量指標(biāo)。 6.3.3新型聲發(fā)射現(xiàn)象監(jiān)測(cè)儀的設(shè)計(jì) （1）儀器的硬件設(shè)計(jì) 探頭由外殼，傳感器，前置放大器，發(fā)射接受設(shè)備以及傳輸電纜等組成，其任務(wù)是將捕捉到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行放大，并進(jìn)行較長(zhǎng)距離的多道傳輸。結(jié)構(gòu)單片機(jī)信號(hào)處理單元將主放輸出信號(hào)進(jìn)行處理從而得到所需的發(fā)射數(shù)據(jù)。信號(hào)處理單元包括帶通濾波，半波整流，包絡(luò)形成，輔放，的部分中用雙箭頭相連的設(shè)備屬于數(shù)字電路，是整個(gè)儀器的核心部分，其主要任務(wù)是完成數(shù)據(jù)的處理，運(yùn)算，儲(chǔ)存，控制 及顯示，打印等功能。 （2）聲發(fā)射監(jiān)測(cè)儀的特點(diǎn) ①可實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)，不影響生產(chǎn)，既能探測(cè)煤壁突出危險(xiǎn)地帶，又能檢驗(yàn)防突措施的效果； ②可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)，無接觸的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)； ③預(yù)測(cè)不受地域限制；可實(shí)現(xiàn)從理論上確定預(yù)測(cè)指標(biāo)及特征參數(shù)的臨界值。通過監(jiān)測(cè)總事件累計(jì)數(shù)，大事件累計(jì)數(shù)及能率，來預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出；基本上不受人工的外界因素的干擾。 （3）聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)在煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)中的應(yīng)用 國外有美國，俄羅斯，日本，加拿大，等國家都進(jìn)行了聲發(fā)射技術(shù)的研究，前蘇聯(lián)的頓巴煤田對(duì)聲發(fā)射用于煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)進(jìn)行了較多的研究工作。我國開發(fā)研制了 KJT突出預(yù)測(cè)系統(tǒng)，并在南桐煤礦5號(hào)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并將放炮30分鐘內(nèi)的聲發(fā)射總事件超過15，能量超過300作為突出危險(xiǎn)的指標(biāo)。近年來，我國又開發(fā)了 KJ-54礦井安全系統(tǒng)，完善了聲發(fā)射監(jiān)測(cè)突出的功能。并以日聲發(fā)射總事件數(shù)500為指標(biāo)，在平頂山的煤礦進(jìn)行了試驗(yàn)。預(yù)測(cè)突出的準(zhǔn)確率達(dá)69.6%，預(yù)測(cè)不突出的準(zhǔn)確率達(dá)100%。 6.3.4 煤層溫度狀況預(yù)測(cè)突出的危險(xiǎn)性 溫度狀況預(yù)測(cè)突出危險(xiǎn)性的理論根據(jù)是:瓦斯解吸時(shí)吸熱,導(dǎo)致煤層溫度降低。溫度降低越多,說明煤層瓦斯解吸能力越強(qiáng),則突出危險(xiǎn)性越大。 6.3.5 電磁輻射強(qiáng)度預(yù)測(cè)突出危險(xiǎn) 電磁輻射(EME) 是煤巖體受載變形破裂過程中向外輻射電磁能量的過程或物理現(xiàn)象,與煤巖體的受載狀況及變形破裂過程密切相關(guān)。電磁輻射信息綜合反映了煤與瓦斯突出等災(zāi)害動(dòng)力現(xiàn)象的主要影響因素;可實(shí)現(xiàn)真正的非接觸預(yù)測(cè),無需打鉆,對(duì)生產(chǎn)影響小,易于實(shí)現(xiàn)定向及區(qū)域性預(yù)測(cè),不受含瓦斯煤體分布不均勻的影響;可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)連續(xù)監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào),能夠反映含瓦斯煤體的動(dòng)態(tài)變化過程;既能探測(cè)煤壁附近的突出危險(xiǎn)性及突出危險(xiǎn)帶的方位,又能檢驗(yàn)防突措施的效果。 6.3.6 煤層中涌出的氦或氡體積分?jǐn)?shù)的變化預(yù)測(cè)突出 在地震之前不僅有氡的反常涌出現(xiàn)象,而且有氦的反常涌出。前蘇聯(lián)學(xué)者考察了頓涅茨煤田中2個(gè)不突出煤層和4個(gè)突出煤層的氦含量后指出:自由釋放的瓦斯中,氦含量高,瓦斯壓力也相應(yīng)的高。煤中涌出的氦可以作為預(yù)測(cè)突出的一個(gè)指標(biāo),該項(xiàng)目正在繼續(xù)進(jìn)行。 6.3.7 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行突出預(yù)測(cè) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有通過樣本來”學(xué)習(xí)”的能力,一方面區(qū)別于傳統(tǒng)的各種預(yù)測(cè)方法,實(shí)際應(yīng)用時(shí)無須做出因素與突出相關(guān)關(guān)系有任何假設(shè),只需將實(shí)際數(shù)據(jù)直接提供給網(wǎng)絡(luò)來訓(xùn)練；另一方面訓(xùn)練完成后的網(wǎng)絡(luò)能以任何精度逼近真值(只要訓(xùn)練數(shù)據(jù)足夠多),能夠抽提、捕捉隱藏在歷史數(shù)據(jù)中的規(guī)律,尤其是那些尚未被人類認(rèn)識(shí)和揭示的規(guī)律,這些優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)方法無法比擬的。 6.4 工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè) 預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法 采面打完探卸壓排放孔并注水后,進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。方法為：在全采面范圍內(nèi),在煤體的軟分層中布置一排預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)孔,從采面上出口煤壁下幫10 m開始布孔,每10 m一個(gè)孔(直徑42 mm,深6 m),直到采面下出口煤壁上幫10 m處。預(yù)測(cè)孔垂直于煤墻、平行于煤層頂板布置,備齊彈簧秤、煤氣表、秒表測(cè)試鉆桿后,測(cè)出瓦斯涌出初速度q、鉆屑量S和瓦斯流量衰減指標(biāo)Cq,根據(jù)預(yù)測(cè)指標(biāo)及臨界值確定是否具有突出危險(xiǎn)。若無危險(xiǎn),則可以進(jìn)尺出煤；若有突出危險(xiǎn),必須重新執(zhí)行打孔卸壓措施,重新測(cè)試,直到預(yù)測(cè)無危險(xiǎn)。 7 預(yù)防煤與瓦斯突出的措施 煤程序與瓦斯突出綜合預(yù)防 日前我國采用“四位一體(即預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、防突措施、效果檢驗(yàn)、安全防打)”綜合防突措施，但隨著礦井開采深度逐漸增加，煤層瓦斯含量也逐漸增高，煤層的透氣性越低，突出危險(xiǎn)性也相應(yīng)增大，所以研究防治突出措施有重要的現(xiàn)實(shí)意義。防治煤與瓦斯突出,在預(yù)測(cè)它發(fā)生的地區(qū)、范圍后,采取必要的防治措施,改變其發(fā)生突出應(yīng)具備的基本條件,從而可以使其不發(fā)生或降低其突出強(qiáng)度。預(yù)防突出措施按作用范圍來劃分,有區(qū)域性措施和局部性措施。煤與瓦斯突出是一種極其復(fù)雜的動(dòng)力現(xiàn)象，因其具有突發(fā)性、不完全的可知性，很難完全防止它的產(chǎn)生。但是如果開展突出預(yù)測(cè)并采取行之有效的防治措施，仍可做到不發(fā)生或減少傷亡事故的發(fā)生。目前防治煤與瓦斯突出工作，已不是單一的技術(shù)措施，而是一套完整的綜合防治突出的系統(tǒng)工程。 　　防治突出首先要摸清楚它發(fā)生的地區(qū)、范圍，采取必要的防治措施，改變其發(fā)生突出應(yīng)具備的基本條件，使其不發(fā)生或降低其突出強(qiáng)度，并采取必要的安全防護(hù)措施，重點(diǎn)要抓好以下幾點(diǎn)工作。 7.1 預(yù)防突出的區(qū)域性措施 7.1.1 優(yōu)先開采保護(hù)層 開采保護(hù)層是國內(nèi)外至今被認(rèn)為最經(jīng)濟(jì)、最有效的防治煤與瓦斯突出的措施。保護(hù)層與被保護(hù)層(突出煤層)的相對(duì)位置不同，上、下保打‘層之分。開采層位于突出危險(xiǎn)煤層的上部先行開采的煤層稱為開采上保打?qū)樱粗疄殚_采下保打?qū)?。開采具有煤和瓦斯突出危險(xiǎn)的煤層群時(shí)，預(yù)先開采無突出危險(xiǎn)或危險(xiǎn)性較小的煤層，使有突出危險(xiǎn)的煤層卸壓，大量泄出瓦斯，從而使其減弱或失去煤和瓦斯突出危險(xiǎn)。對(duì)有條件進(jìn)行保護(hù)層開采的突出煤層，堅(jiān)定不移地實(shí)施保護(hù)層開采，對(duì)不具備保護(hù)層開采條件的突出煤層不安排采掘活動(dòng)，同時(shí)創(chuàng)造條件研究解決保護(hù)層開采的新技術(shù)。 （1）開采保護(hù)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(hù)層內(nèi)的瓦斯能大量排放到保護(hù)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(qiáng)度增加。據(jù)測(cè)定，開采保護(hù)層后，被保護(hù)層的煤硬度系數(shù)由0.3～0.5增加到1.0～1.5。 （2）保護(hù)范圍：指保護(hù)層開采后，在空間上使危險(xiǎn)層喪失突出危險(xiǎn)的有效范圍。劃定保護(hù)范圍，也就是在空間和時(shí)間上確定卸壓區(qū)的有效范圍。①垂直保護(hù)距離—保護(hù)層與被保護(hù)層之間的垂距。 表6-1 保護(hù)層與被保護(hù)層之間的垂距 序號(hào) 名稱 上保護(hù)層，m 下保護(hù)層，m 1 急傾斜煤層 <60 <80 2 緩傾斜與傾斜煤層 <50 <100 7.1.2 煤層開采前瓦斯預(yù)先抽排 煤層開采前瓦斯預(yù)先抽排，消除高地應(yīng)力，提高煤層透氣性,在回采前消除突出。對(duì)于無保護(hù)層或單一突出危險(xiǎn)煤層的礦井，可以采用預(yù)抽煤層瓦斯作為區(qū)域性防突措施。這種措施的實(shí)質(zhì)是，通過一定時(shí)間的預(yù)先抽放瓦斯，降低突出危險(xiǎn)煤層的瓦斯壓力和瓦斯含量，并由此引起煤層收縮變形、地應(yīng)力下降、煤層透氣系數(shù)增加和煤的強(qiáng)度提高等效應(yīng)，使被抽放瓦斯的煤體喪失或減弱突出危險(xiǎn)性。在20世紀(jì)90年代中期，北票礦務(wù)局與日本煤司合作，實(shí)驗(yàn)了用方格式布孔，預(yù)抽煤層中瓦斯防治突出的方法，取得成功后在全國推廣。其特點(diǎn)是密集孔、高負(fù)壓、長(zhǎng)時(shí)間抽放，因此其運(yùn)行成本也較高。煤層抽出瓦斯之后，就會(huì)發(fā)生收縮變形，根據(jù)中梁山現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，變形量可達(dá) 1000左右，由于收縮變形，煤的強(qiáng)度增強(qiáng)，煤層頂?shù)装鍘r體內(nèi)應(yīng)力也隨之降低，一切條件都向不利發(fā)生突出方向發(fā)展。但是在實(shí)踐過程中，人們還不能完全有效按設(shè)計(jì)要求控制孔的終孔位置，使預(yù)抽孔達(dá)不到均勻布置的要求，其次抽出量受抽出時(shí)間的限制，也未必能達(dá)到發(fā)生突出的最低瓦斯含量。所以在預(yù)抽煤層瓦斯后，進(jìn)行采掘工作之前，必須對(duì)其預(yù)抽效果進(jìn)行檢驗(yàn)。 7.1.3 煤層注水 煤體注水濕潤(rùn),可使煤的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生明顯變化,煤的彈性和強(qiáng)度減小,塑性增大,從而使巷道前方的應(yīng)力分布發(fā)生根本變化,即高應(yīng)力區(qū)向煤體深部轉(zhuǎn)移,應(yīng)力集中系數(shù)減小。再之,由于水份侵入煤體的微小孔隙,水的表面張力作用封閉了瓦斯流動(dòng)和擴(kuò)散的通道,使瓦斯由吸附狀態(tài)轉(zhuǎn)為游離狀態(tài)更加困難而難以排出,煤體中的瓦斯能源失效。上述的各種變化表明,注水濕潤(rùn)煤體,可以消除或降低煤層和近工作面的突出危險(xiǎn)性。 7. 2局部防治突出措施 7. 2. 1石門揭穿突出危險(xiǎn)煤層的防突措施 根據(jù)統(tǒng)計(jì)，石門揭穿突出危險(xiǎn)煤層最容易發(fā)生煤與瓦斯突出，其突出特點(diǎn)是強(qiáng)度大、瓦斯量大、波及面廣，因而危害嚴(yán)重。石門揭煤地點(diǎn)通常是新礦井、新水平、新采區(qū)還未被揭露的地點(diǎn)。其瓦斯壓力、應(yīng)力都處于原始狀態(tài)。除此而外，揭穿煤層時(shí)，工作面由堅(jiān)硬的巖層突然進(jìn)入較松軟的煤層，工作面前方的集中應(yīng)力容易發(fā)生突變。這些都為發(fā)生突出提供了必要的有利的條件，應(yīng)引起防突工作人員的高度重視。 (1)震動(dòng)放炮或遠(yuǎn)距離放炮。突出煤層厚度<0. 3 m,可直接采用震動(dòng)放炮或遠(yuǎn)距離放炮揭穿煤層。突出煤層厚度<0. 3 m揭煤地點(diǎn)無地質(zhì)變化，煤層賦存穩(wěn)定，無變厚的可能)，不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為即便發(fā)生突出，其突出規(guī)模也不會(huì)太大。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到煤層仍具有突出危險(xiǎn)性，所以建議最好還是采取具有誘導(dǎo)突出功能的震動(dòng)放炮的方法揭穿煤層，以防止突出對(duì)人員的傷害。如確實(shí)認(rèn)為煤層的突出危險(xiǎn)性不大，也可以采用遠(yuǎn)距離放炮的方法揭穿石門C特別應(yīng)當(dāng)指出的是，由于對(duì)爆破器材與方法使用不當(dāng)，采用震動(dòng)性放炮，造成石門工作面未能1次全斷面揭穿或揭開煤層留有門坎之時(shí)。這時(shí)，強(qiáng)大的爆破震動(dòng)波打破了原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)，在其尋找新的平衡狀態(tài)過程中，煤層中的應(yīng)力是非常不穩(wěn)定的， 隨時(shí)都會(huì)發(fā)生突變，因而危險(xiǎn)性極大，因此，震動(dòng)性放炮后，當(dāng)出現(xiàn)門坎時(shí)，要給予足夠的重視。 (2)抽放瓦斯和排放孔。抽放瓦斯與排放鉆孔在防治煤與瓦斯突出作用機(jī)理方面是相同的，都是力求將突出煤層中的瓦斯含量與煤層中的應(yīng)力降低到不能發(fā)動(dòng)突出的安全范圍量?jī)?nèi)(即煤層始突深度時(shí)的煤層瓦斯含量)，短時(shí)間內(nèi)要達(dá)到此日標(biāo)是很困難的。抽放瓦斯與排放孔的區(qū)別在于前者是借助于淚械產(chǎn)生的小于大氣壓力的負(fù)壓，加速突出危險(xiǎn)煤層中的瓦斯排放;而后者是靠突出煤層中的瓦斯壓力，使瓦斯從孔周圍深部煤層中不間斷地流 向孔，并通過孔向大氣中擴(kuò)散。當(dāng)孔周圍煤層中瓦斯含量降低后，煤層發(fā)生的收縮變形，會(huì)改善石門工作面應(yīng)力集中狀態(tài)，并增加煤層的穩(wěn)定性，這一切，都破壞或減弱了發(fā)生突出所必需的條件，有效地控制煤與瓦斯突出的發(fā)生。 (3)水力沖孔和水力沖刷。水力沖孔、水力沖刷與抽放排放孔作用一樣，都是為了排除煤層中的瓦斯，達(dá)到降低煤層中的瓦斯含量與應(yīng)力。其不同之點(diǎn)是水力沖孔是借助于水壓，快速破壞孔孔底前方的煤體，形成新的暴露面，使孔周圍的應(yīng)力發(fā)生突變、瓦斯壓力梯度陡增，誘發(fā)孔內(nèi)發(fā)生突出由于孔孔日的斷面小，并用特殊的孔日裝置加以控制，因而，孔內(nèi)的突出是可控的。當(dāng)孔日排渣通暢時(shí)，孔內(nèi)突出將得到延續(xù)，不通暢或被堵塞時(shí)，孔內(nèi)瓦斯壓力陡增，煤層暴露面上的瓦斯壓力梯度降低或消失，則突出被迫停止。當(dāng)需要再?zèng)_孔時(shí)，只要疏通孔，使孔內(nèi)瓦斯壓力突降，則孔內(nèi)的突出又重新恢復(fù)，籍此有控制地釋放煤層中的突出能量。沖孔完畢后所形成的洞穴，由于應(yīng)力的作用，促使空穴附近煤層位移，使洞穴充滿碎煤，也使空穴周圍煤體中的應(yīng)力得到釋放，煤層中的瓦斯也得到了排放，措施的有效影響范圍也隨之增大，防治突出的效果有明顯地提高。水力沖刷是借助高壓細(xì)射流，在己成的孔內(nèi)擴(kuò)大孔的直徑，以提高孔卸除應(yīng)力的能力和提高孔的排放效果。 (4)金屬骨架。金屬骨架適用于急傾斜厚度不大松軟的突出煤層，煤層厚度大時(shí)，骨架容易發(fā)生強(qiáng)烈的彎曲，起不到支撐煤體的作用。其主要作用是增加石門揭穿煤層時(shí)巷道上方煤層的穩(wěn)定性和排除煤體中的瓦斯。它一般適用于地應(yīng)力和瓦斯壓力不太大的急傾斜薄及中厚煤層。采用金屬骨架措施揭穿煤層后,嚴(yán)禁拆除或回收骨架。 （5） 卸壓槽。它的實(shí)質(zhì)是預(yù)先在工作面前方切割出一個(gè)縫槽，以增加工作面前方的卸壓范圍。 7. 2. 2采掘工作面的防突措施 (1)突出危險(xiǎn)煤層采煤工作面的防突措施。 突出危險(xiǎn)煤層的采煤工作面，應(yīng)盡量采用刨煤機(jī)或淺截深采煤機(jī)。發(fā)生煤與瓦斯突出除了要具備應(yīng)力、瓦斯和煤的物理力學(xué)性質(zhì)3大自然因素之外，還必須有人為的誘發(fā)煤層突然卸載的條件(采掘速度的快慢)。由于煤層中的應(yīng)力從不平衡到平衡需要一定的時(shí)間周期，當(dāng)采掘速度增快時(shí)，煤層中的應(yīng)力還未達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，若回采工作面快速進(jìn)入應(yīng)力不穩(wěn)定的地區(qū)，容易引起突出。因而有些突出礦井采用降低工作面的推進(jìn)速度，來防止煤與瓦斯突出。采用刨煤機(jī)時(shí)，每次切割煤層的截深較小，基本上都是在卸壓帶中工作。由于截深淺，引發(fā)煤層應(yīng)力的變化速率和強(qiáng)度都較低，應(yīng)力重新恢復(fù)平衡所需的時(shí)間周期也短，這樣就可以防止截煤時(shí)發(fā)生的突出，采用淺截深采煤機(jī)也是為了同一日的。對(duì)于煤層厚度>0. 8 m的急傾斜突出危險(xiǎn)煤層，應(yīng)優(yōu)先采用偽傾斜，臺(tái)階、掩打‘支架采煤法，若采用倒臺(tái)階采煤工作面，盡量加大各臺(tái)階的高度，并盡量縮小臺(tái)階寬度。 ( 2)突出危險(xiǎn)煤層掘進(jìn)工作面的防突措施。在突出煤層中掘進(jìn)上山，危險(xiǎn)性也極高，至今世界各重要產(chǎn)煤國，雖然經(jīng)過多年努力，但仍未找到防治突出的滿意方法。在急傾斜突出煤層掘進(jìn)上山時(shí)應(yīng)采用雙上山掘進(jìn)、偽傾斜或直徑在30 mm以上的頭掘進(jìn)方式，并加強(qiáng)支打‘。兩個(gè)上山間的聯(lián)絡(luò)巷間距不要> lOm，并只準(zhǔn)1個(gè)工作面工作。其日的是由于受煤體自重的影響，急傾斜突出煤層上山工作面極易發(fā)生突出，當(dāng)發(fā)現(xiàn)突出預(yù)兆或突出時(shí)，工作人員可得以逃脫。突出煤層的上山掘進(jìn)工作面采用爆破作業(yè)時(shí)，炮眼深度應(yīng)不>1 m，并使用遠(yuǎn)距離全斷面1次爆破。掘進(jìn)急傾斜突出煤層上山也可采用大直徑孔先行打穿突出煤層的整個(gè)階段高度，形成通風(fēng)系統(tǒng)后，再刷大到所需要的斷面。 在突出危險(xiǎn)煤層中掘進(jìn)平巷時(shí)，應(yīng)采用超前鉆孔淞動(dòng)爆破、前探支架、水力沖孔或其他經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)有效的防治突出措施。在第一次執(zhí)行上述措施時(shí)，必須采用淺孔排放或其他防治突出措施，在工作面前方形成5 m的安全范圍后，才可進(jìn)入防突措施施工，確保安全。采用超前孔作為防治突出的措施時(shí)要求煤層透氣性較好、煤層較硬的突出煤層中，超前孔直徑應(yīng)根據(jù)煤層賦存條件和突出情況確定，一般75-120 mm，地質(zhì)條件變化劇烈地帶可采用直徑42 mm的孔。深孔松動(dòng)爆破措施適用于煤質(zhì)較硬，突出強(qiáng)度較小的煤層。松動(dòng)爆破應(yīng)控制到巷道輪廓線外1. 5一2 m的范圍，一般孔徑為42 mm，孔深不得<8 m，孔數(shù)根據(jù)爆破有效半徑確定。前探支架可用于松軟煤層，一般是向工作面前方打孔，孔內(nèi)插入鋼竹或鋼軌，其長(zhǎng)度可按兩次掘進(jìn)長(zhǎng)度再加上0. 5 m確定，每掘進(jìn)1次，打1排鉆孔，形成2排孔交替前進(jìn)，孔間距一般為0. 2-0. 3 m。 7.2.3揭煤防突 　目前國內(nèi)大都采用遠(yuǎn)距離震動(dòng)放炮的方法揭開煤層，揭煤防突主要是把好“七關(guān)”。 　　設(shè)計(jì)關(guān)：進(jìn)行煤巷道的設(shè)計(jì)時(shí)，要避開地質(zhì)構(gòu)造帶和應(yīng)力集中區(qū)； 　　施工關(guān)：巷道和抽放鉆孔必須按設(shè)計(jì)施工，落實(shí)到實(shí)處； 　　驗(yàn)收關(guān)：巷道