1、礦井煤與瓦斯特別防治一煤與瓦斯特別機理煤巖與瓦斯二氧化碳特別是指在地應力和瓦斯二氧化 碳的共同作用下，破碎的煤巖和瓦斯二氧化碳由煤體內突 然噴出到采掘空間的現象。以下簡稱為煤與瓦斯特別。煤與瓦斯特別 是煤礦生產中一種極其復雜的動力現象，它能在極短的時間內由煤體 向巷道或采場突然噴出大量的煤炭及涌出大量的瓦斯，并造成一定的、 有時是十分龐大的動力效應，是嚴重威脅煤礦安全生產的主要災害之 一。當發生煤與瓦斯特別時，采掘工作面的煤壁將遭到破壞，大量的 煤與瓦斯將從煤層內部以極快的速度向巷道或采掘空間噴出，充塞巷 道，煤層中會形成空洞，同時會伴隨著強大的沖擊力，巷道設施會被 摧毀，通風系統會遭到破壞，

2、甚至會發生風流逆轉，還可能造成人員 窒息和發生瓦斯爆炸、燃燒及煤流埋人事故，嚴重時可導致整個礦井 正常生產系統的癱瘓。煤與瓦斯特別的機理是指特別的起因和特別過 程中各主要因素的作用及互相關系。解釋煤與瓦斯特別機理的假說有 很多種，其中被多數人公認的是綜合作用假說。綜合作用假說認為， 煤與瓦斯特別是地壓、瓦斯和煤的物理力學性質綜合作用的結果。其 中，地壓是發動特別的因素，是破壞煤體的主要動力；瓦斯是完成突 出過程的主要因素，是拋出煤體并進一步破碎煤體的主要動力；而煤 的物理力學性質，決定了特別發生、發展的難易程度，起著阻礙特別 的作用。特別特征我國按照煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)特別的成因，將特別

3、現象 分為四類，即煤與瓦斯特別、煤的突然壓出、煤的突然傾出和巖石與 瓦斯(CO2)特別。由于4類特別成因不同，所以具有不同的基本特 征。煤與瓦斯特別的基本特征：特別的煤向外拋出很遠，具有 分選現象；拋出的煤堆積角小于煤的自然安息角；拋出的煤破碎程度 較高，含有大量的煤塊和手捻無粒感的煤粉;有顯然的動力效應，破 壞支架、推倒礦車、破壞和拋出安裝在巷道中的設施;有大量的瓦斯 涌出，瓦斯涌出量遠遠超過特別煤的瓦斯含量，有時會使風流逆轉; 特別空洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形以及其他分岔形等。煤突然壓出的基本特征：壓出有兩種形式，即煤的整體位 移和煤有一定距離的拋出，但位移和拋出的距離都較小；壓出后

4、，在 煤層與頂板之間的裂隙中常留有細煤粉，整體位移的煤體上有大量的 裂隙;壓出的煤呈塊狀，無分選現象;巷道瓦斯涌出量增大，壓出可能 無孔洞或呈口大腔小的楔形空洞。煤突然傾出的基本特征：傾出的煤就地按自然安息角堆積， 并無分選現象;傾出的孔洞呈口大腔小，孔洞軸線沿煤層傾斜或鉛垂 方向發展;無顯然動力效應；傾出常發生在煤質松軟的急傾斜煤層中； 巷道瓦斯涌出量顯然增加。巖石與瓦斯(CO2)特別的基本特征：在砂巖中進行爆破時， 在炸藥直接作用范圍外發生巖石破壞、拋出等現象;有特別危險的砂 巖巖層松軟，呈片狀、碎屑狀，并具有較大的孔隙和瓦斯CO2含 量；特別的砂巖中，含有大量的砂粒和粉塵;巷道瓦斯CO2

5、涌出量 增大，有顯然的動力效應。絕大多數的煤與瓦斯特別是有預兆的，沒有預兆的特別只有極少 數。特別預兆可分為有聲預兆和無聲預兆兩大類。1有聲預兆響煤炮。預兆聲音的大小、時間間隔、在媒體中 發聲的種類會因各礦區、各采掘工作面的地質條件、采掘方法、煤質 特征的不同而不同，有的像鞭炮聲，有的像機槍連射聲，還有的像悶 雷聲、沙沙聲以及會出現氣體穿過含水裂縫時的吱吱聲等。由于壓力 突然增大，發生特別前，支架會出現嘎嘎響、劈裂折斷聲，煤巖壁會 開裂，打鉆時會噴煤噴瓦斯等。2無聲預兆。煤層結構構造方面表現為：煤層層理素亂，煤 變軟、變暗淡、無光澤，煤層干燥和煤塵增大，煤層受擠壓褶曲、變 粉碎、厚度變大，傾角

6、變陡。地壓顯現方面表現為：壓力增大使支架 變形，煤壁外鼓、片幫、掉渣，頂底板出現凸起臺階、斷層、波狀鼓 起，手扶煤壁感到震動和沖擊，炮眼變形裝不進藥，打鉆時跨孔、頂 夾鉆等。其他方面的預兆有：瓦斯涌出異常，忽大忽小，煤塵增大，空氣 氣味異常、悶人，煤或空氣變冷，有時變熱等。上述特別預兆并非每次特別都同時出現，而僅僅出現一種或幾種。三煤與瓦斯特別的防治礦井在采掘過程中，只要發生一次煤與瓦斯特別，該礦井即為突 出礦井，發生特別的煤層即為特別煤層。開采特別煤層時，必須采納 綜合防突措施。在采納防治特別措施時，應優先選擇區域性防治特別 措施，如果不具備采用區域性防治特別措施的條件，必須采用局部防 治特

7、別措施。在防治煤與瓦斯特別的施行中，我國總結了一套行之有 效的綜合防突措施，習慣上稱為“四位一體的防突措施，即特別危 險性猜測、防治特別措施、防治特別措施的效果檢驗和安全防護措施。特別危險性猜測特別猜測是綜合防突的第一個重要環節。當猜測有特別危險時， 可采用防突措施，并對其防突效果進行檢驗，確定措施有效時，可采 取安全防護措施進行采掘作業；當猜測無特別危險時，可直接采用安 全防護措施進行采掘作業。1區域特別危險性猜測。區域猜測是猜測礦井、煤層和煤層區域的特別危險性。按照煤 礦安全規程和防治煤與瓦斯特別細則的規定，特別礦井的煤層 應劃分為特別煤層和非特別煤層。特別煤層經區域猜測，可劃分為突 出危

8、險區域和特別威脅區域。區域特別危險性猜測的方法，有單項指標法、瓦斯地質統計法和 綜合指標法等。1單項指標法。依據煤的破壞類型、瓦斯放散初速度?、煤的牢固性系數f和煤層瓦斯壓力P等單項指標猜測煤層特別 危險性的方法，稱為單項指標法。應用單項指標推斷煤層特別危險性 的臨界值，應依據礦井實測資料確定。2瓦斯地質統計法。依據已開采區域確切掌握的煤層賦存和 地質構造條件與特別分布規律，劃分瓦斯特別區域與瓦斯威脅區域的 方法，稱為瓦斯地質統計法。劃分特別危險區一般符合以下要求：第一，在上水平發生過一次特別的區域，下水平的垂直對應區城 猜測為特別危險區。第二，依據上水平特別點分布與地質構造的關系，確定特別點

9、距 構造線兩側的最遠距離線，并結合地質部門提供的下水平或下部采區 的地質構造分布，按照上水平構造線兩側的最遠距離線向下推測下水 平或下部采區的特別危險區域。第三，未劃定的其他區域為特別威脅區。1綜合指標法。依據D、K綜合指標猜測煤層區域特別危險性 的方法，稱為綜合指標法。2工作面特別危險性猜測。在特別危險區域內，工作面進行采掘作業前，必須進行特別危險 猜測，依據猜測結果劃分為特別危險工作面和特別威脅工作面。工作 面特別危險性猜測的方法，有綜合指標法、鉆屑指標法、鉆孔瓦斯涌 出初速度法、R值指標法。3防治特別措施效果檢驗。對防治特別采用的措施進行效果檢驗，相當于對已經采用了防突 措施的采掘工作面

10、，在原來猜測的基礎上，再進行一次特別危險性預 測。按照煤礦安全規程和防治煤與瓦斯特別細則的規定，在 特別危險工作面進行采掘作業前，必須采用防治特別措施。采用防治 特別措施之后，還要進行措施效果檢驗，經檢驗證實措施有效后，方 可采用安全防護措施進行采掘作業。如果經檢驗證實措施無效，則必 須采用防治特別的補充措施并經檢驗有效后，方可采用安全防護措施 作業。防突措施效果檢驗的方法與工作面特別危險性猜測方法基本相 同。區域防突措施目前采納的區域防突措施，包括開采保護層、預抽煤層瓦斯和煤 體注水。1開采保護層。在特別礦井中，在煤層群中首先開采的，并 能使相鄰的特別煤層消除特別危險的煤層叫保護層。后開采的

11、具有突 出危險的煤層叫被保護層。位于被保護層上部的保護層叫上保護層， 位于被保護層下部的保護層叫下保護層。開采保護層是防治煤與瓦斯 特別最有效、最經濟的措施之一。保護層開采后，被保護層中對應區 域內的煤體被充分卸壓，導致煤層和圍巖中積蓄的彈性能被釋放，減 弱了發動特別的主要動力；煤體卸壓后會產生大量裂隙，使煤層的透 氣性增加，造成瓦斯潛能的釋放，減弱了完成特別過程的主要動力; 高壓瓦斯的大量釋放，使煤層瓦斯含量降低，導致煤體強度增加，煤 的牢固性系數可提升1倍以上，這就增大了特別的阻力。這些因素綜 合作用的結果，必定導致被保護層特別危險的減小。保護層保護作用 的有效范圍，應依據礦井實際視察結果

12、或參照防治煤與瓦斯特別細 則確定。2預抽煤層瓦斯。開采保護層時，已有瓦斯抽放系統的礦井, 應同時抽放被保護層的瓦斯。單一煤層和無保護層可采的特別危險煤 層，經試驗預抽瓦斯有效果時，也必須采納抽放瓦斯的措施。煤層抽 放瓦斯后，大量高壓瓦斯的排出導致瓦斯潛能的釋放，減弱了完成突 出過程的主要動力；大量瓦斯的排出直接導致煤體強度的增大，增加 了特別的阻力；另一方面，大量瓦斯的排出又導致了煤體的卸壓，釋 放了積蓄在煤體和圍巖中的彈性能，減弱了發動特別的主要動力。這 些因素綜合作用的結果，消除了特別的危險。采納預抽煤層瓦斯防治 特別措施的有效性指標，應依據礦井實際視察確定。如果無實際視察 數據，可參照以

13、下指標之一確定：預抽煤層瓦斯后，特別煤層殘余 瓦斯含量應小于該煤層在該特別區域始突深度的煤層瓦斯含量。煤 層瓦斯預抽率，即鉆孔抽出瓦斯量與鉆孔控制范圍內煤層瓦斯儲量的 比值，應大于25%。煤體注水。壓力水進入煤層可以破碎工作面四周的煤體。 水進入煤層內部的裂縫和孔隙后，可使原始煤體濕潤，改變煤的力學 性質，增加了煤的可塑性和柔性，降低了煤的彈性，使煤體疏松;可 減小煤體內部的應力集中和瓦斯放散初速度，應力分布變得比較均勻， 使集中應力峰值移入煤體深處，巷道工作面前方應力集中系數減少， 在采掘過程中煤體彈性能的釋放變得比較緩慢。同時，水進入煤體后 封閉了瓦斯流動的通道，并將瓦斯向煤體內部擠壓，提

14、升了煤體承受 壓力的能力(煤的微孔直徑越小，承受壓力的能力越大)，降低了瓦 斯破碎煤體的可能性;另一方面，水浸入煤體的微孔隙后，使瓦斯難 于排出。依據實際測定，運到地面的經過注水的煤層煤塊，其中殘留 的瓦斯量比干煤大2倍多，瓦斯放散初速度AP降低了90%。注水后 的濕煤塊要轉變為干煤那樣，經試驗證實，排放瓦斯必須要56個月。 綜上所述，煤體注水能較有效起到防止特別的作用。煤體注水不僅可 以預防煤與瓦斯特別，也可以減少開采過程中粉塵的產生和飛揚。當 水中加入一些阻化劑時，還可以防止煤炭自燃。局部防突措施1石門揭煤防治特別措施。石門和其他巖石井巷揭穿特別危險 煤層時的防突措施中，除抽放瓦斯外，還有

15、水力沖孔、排放鉆孔、水 力沖劇、金屬骨架和震動放炮等。1水力沖孔。當石門揭煤打鉆出現噴煤、噴瓦斯的自噴現象 時，可采納水力沖孔措施進行揭煤。即以巖柱或煤柱作屏障，在向煤 層打鉆的同時送入一定壓力的水，水壓一般大于3MPa,部分地破壞 煤體可造成應力的不平衡，導致噴孔的發生和發展，噴出的煤、水和 瓦斯可通過管道輸送到遠離工作面的地方分開。水力沖孔要求石門沖 出的總煤量t,數量上不小于煤層厚度m的20倍。2排放鉆孔。排放鉆孔是在石門掘至離煤層垂距58m處向 特別危險煤層沿傾斜和走向均勻地布置23圈鉆孔，控制范圍達到 石門周邊外35m，形成足夠的卸壓和排放瓦斯范圍，在制定要求的 范圍內，瓦斯壓力全部

16、降到0.74MPa以下。這一措施適用于不同厚度 和傾角的特別煤層，對瓦斯壓力較高的煤層也有較好的防突效果。3水力沖刷。水力沖刷是利用高壓水槍沖刷石門工作面前方 媒體，形成超前孔洞，使煤體得到卸壓和排放瓦斯，以消除石門揭煤 時的特別危險性。水力沖刷的主要問題是沖刷出的煤和瓦斯就地排放， 形成了工作地點不安全的環境。4金屬骨架。金屬骨架是用于石門揭煤的一種超前支架。在 距煤層23m時，在工作面上部和兩側周邊打鉆孔，鉆孔要穿透煤層 全厚并進入巖層0.5m,單排孔間距一般不大于0.2m,雙排孔間距一 般不大于0.3m,然后在鉆孔中插入長度大于孔深0.5m以上的鋼管或 鋼軌，將其尾部固定架牢，形成一個整

17、體防護架。金屬骨架措施的防 突作用：一是鉆孔卸壓;二是鉆孔排瓦斯;三是保護煤體。主要作用是 保護煤體，增大特別的阻力。2煤巷掘進工作面防治特別措施。在有特別危險的煤層中掘進 巷道，可以采納預抽瓦斯、水力沖孔、超前鉆孔、深孔松動爆破、深 孔控制卸壓爆破、卸壓槽和前探支架等防治特別措施。1超前鉆孔包括大直徑鉆孔。適用于煤層透氣性較好、鉆 孔的有效影響半徑大于0.7m、煤質稍硬的特別煤層。鉆孔長度不得 小于10m，鉆孔超前掘進工作面的距離不得小于5m。排放鉆孔的控 制范圍，應包括巷道斷面和巷道斷面輪廓線外四周不小于2m的范圍。 超前鉆孔的直徑一般為75120mm,地質條件變化劇烈地帶也可采納 42m

18、m直徑的鉆孔。2深孔松動爆破。深孔松動爆破是在工作面前方打假設干個一 定深度的炮眼，通過爆破使四周煤體破碎、使應力集中帶向煤體深部 推移，達到卸壓和排放瓦斯的作用。該措施適用于煤質較硬、特別強 度較小的煤層，深孔松動爆破的孔徑為42m，孔長不得小于8m，超 前距不得小于5m。深孔松動爆破應控制到巷道輪廓線外1. 52m的 范圍。深孔控制卸壓爆破。與一般深孔松動爆破相比，深孔控制 卸壓爆破有兩個特點：一是將爆破孔長度由810m增加到2025m； 二是在爆破孔四周打了不裝藥的控制孔，以增大卸壓和排放瓦斯的效 果。卸壓槽。卸壓槽是近年來推廣使用的一種預防煤與瓦斯突 出和沖擊地壓的方法。它是沿巷道兩幫

19、預先切割出一定寬度的縫槽， 堅持一定的超前距，使巷道前方一段距離內的煤體與煤層母體部分脫 離。在卸壓槽的保護范圍內掘進，可以避免特別或沖擊地壓的發生。前探支架。前探支架一般是向工作面前方打鉆孔，孔內插 入鋼管或鋼軌，其長度為兩次掘進長度再加o.5m。掘進每循環一次， 打一排鉆孔，形成兩排鉆孔交替前進，鉆孔間距為o. 20.3m。采煤工作面防治特別措施。關于有特別危險的采煤工作面， 防治特別應以區域性措施為主，因為采煤工作面范圍大，又是采煤場 所，任何局部防突措施都將中斷采煤作業，影響生產。當由于某種原 因未采用區域防突措施時或在區域城防突措施失效的區段，可采納排 放鉆孔、松動爆破、注水濕潤煤體

20、、大直徑鉆孔、預抽瓦斯等局部防 突措施，并應盡可能地采納刨煤機或淺截深滾筒式采煤機采煤。(1)松動爆破。松動爆破適用于煤質較硬、圍巖穩定性較好的 煤層。沿工作面每隔23m打一個孔深不小于3m的松動爆破孔，每 孔裝藥不得大于0.5kg，超前距離不得小于2m。2淺孔注水。淺孔注水濕潤煤體可用于煤質較硬的特別危險 煤層。沿工作面每隔23m打一個深度不小于3m的注水孔，注水壓 力不得低于8MPa，最小超前距不得小于2m。注水開始后發現水由煤 壁或相鄰注水鉆孔中流出時即可停止注水。巖石與瓦斯CO2特別的防治在有巖石與瓦斯特別的巖層內掘進巷道或揭穿該巖層時，可采用 巖芯法或特別預兆法猜測巖層的特別危險性。

21、有特別危險時，必須采 取防治巖石與瓦斯CO2特別的措施。在一般或中等程度特別危險 地帶可采納淺孔爆破降低特別頻率和強度。在嚴重特別危險地帶，可 采納超前鉆孔和深孔松動爆破措施。在嚴重特別危險地帶中掘進放炮 時，在工作面四周應安設擋欄，以限制特別強度。安全防護措施為了防止因特別猜測失誤或防突措施失效而造成危害，無論是揭 穿特別危險煤層還是在特別危險煤層中進行采掘作業，都必須采用安 全防護措施。安全防護措施包括石門揭穿煤層時的震動放炮、采掘工 作面的遠距離放炮、擋欄、反向風門、自放器、避難所和壓風自救系 統等內容。1震動放炮。震動性放炮的實質是一種誘導特別的安全措施。 它是通過多打眼、多裝藥、一次

22、爆破，使承受地應力的含高壓瓦斯的 煤體在強大的震動力作用下突然暴露，給特別創造有利條件。由于放 炮前人員已經撤到安全地點，所以即使誘導特別也不會傷人。在特別 危險煤層厚度小于0.3m或瓦斯壓力小于0.74MPa的煤層中，可采納 震動放炮揭穿煤層。震動放炮必須有獨立的回風系統。其進風側應設 置兩道牢固的反向風門，回風系統嚴禁人員通行或作業。如果震動放 炮未能一次揭穿煤層，在掘進剩余部分時，仍必須采用預防特別措施。2遠距離放炮。在有特別危險的采掘工作面采納放炮作業時， 必須采納遠距離放炮。遠距離放炮的操縱地點應設在進風側反向風門 之外或避難所內，距工作面的距離依據現場實際狀況而定，但不得小 于300m。遠距離放炮時，爆破工操作爆破的地點，應配備壓風自救 系統或自救器。回風系統的采掘工作面以及有人作業的地點，都必須 停電撤入，放炮30min后，方可進入工作面檢查。3擋欄設施。擋欄設施是限制特別強度的一種有效方法。擋欄 可用金屬、砰石或木垛等構成。擋欄距工作面的距離，可依據估計的 特別強度確定。4反向風門。特別危險區設置反向風門，應遵守以下規定：1反向風門必須設在石門掘進工作面的進風側，以控制特別 時的瓦斯沿著進風道進入進風系統。2反向風門必須牢固，并須設兩道。風門墻垛可用磚或混凝 土砌筑，嵌入巷道周邊巖石的深度可依據巖石性質確定