3 煤与瓦斯突出防治

矿井在采掘过程中只要发生过一次煤与瓦斯突出，该矿井即定为突出矿井，发生突出的煤层即为突出煤层。

突出矿井和突出煤层的确定，由所在矿务局提出 告，经部授权的煤炭科研单位鉴定后， 省（区）煤炭局批准，并 部备案。凡经鉴定属于突出动力现象的，即可定为突出矿井；当其特征不明显时，可在现场考察或实验室中进行有关参数的测定后，进行综合分析，作出最后的鉴定结论。当矿井或煤层被鉴定为突出后必须采取煤与瓦斯突出防治措施。

3.1 防治突出措施概述

3.1.1 防治突出措施制定原则

（1）消除或减少能引起煤与瓦斯突出的能量积聚并防止这种能量突然释放－－即排除瓦斯，卸除压力或把采掘工作面前方的集中压力向煤体纵深方向推移。可供选择的措施有：开采保护层、大直径钻孔、超前排放钻孔、水力冲孔、松动爆破和预抽煤层瓦斯等。

（2）增强煤体的稳定性，改变煤体的物理力学性质，增强煤体的抵抗能力，使突出难以发生，即加固煤体，抵制突出。可供选择的措施有：石门揭煤采用金属骨架、煤体固化、煤巷掘进采用的前探支架、煤层注水等。

3.1.2 防突措施的分类

（１）按防突措施的作用范围分类：分为区域性防突措施和局部防突措施，区域性防突措施指标能起到大面积防突作用的措施，如开采保护层，预抽煤层瓦斯等。 局部性防突措施指只能起到局部范围防突作用的措施，如超前钻孔，排放钻孔、水力冲孔、松动爆破等。

（２）按措施作用的层位分为邻近层和本煤层措施，邻近层措施如开采保护层，其余为本煤层。

（３）按措施使用的地点是分为石门揭煤、煤巷掘进、回采工作面防突措施。

3.2 区域性防突措施

在采取防治突出措施时，应优先选择区域性防突措施，如果不具备采取区域性防突措施的条件时，必须采用局部性防突措施。区域性防突措施主要包括：开采保护层、预抽煤层瓦斯。

3.2.1 开采保护层

保护层开采示意图

开采保护层是防治突出的主要措施，也是公认的最有效和比较经济的防突措施，《细则》规定，在突出矿井开采煤层时，必须首先开采保护层。开采保护层后，在被保护层时受到保护的地区按无突出煤层进行采掘工作；在未受到保护的地区，必须采取防治突出措施。其保护层的选择必须遵守下列规定：

（1）首先选择无突出危险煤层作为保护层，当煤层群中有几个都可作为保护层时，应根据安全、技术和经济的合理性，综合比较分析，择优选定；

（2）矿井中所有煤层均有突出危险时，应选择突出危险较小的煤层作保护层，但在此保护层进行采掘活动时，必须采取防治突出措施；

（3）选择保护层时，应优先选择上保护层，条件不允许时，也可选择下保护层，但在开采下保护层时，不得破坏被保护层的开采条件。

（二）保护层作用原理

大量的突测资料表明，保护层开采后，在其卸压角限定的范围内，被保护层的瓦斯压力，地应力显著下降，煤体的强度增加，因而消除或降低了被保护层的突出危险性。

（三）保护范围的确定

划定保护层有效作用范围的有关参数应根据矿井实况确定， 矿务局总工程师批准，对暂无实测资料的矿井，可参照下述有关参数执行。

保护层与被保护层之间的有效垂距参照下表或下列公式执行。

表1 保护层开采有效垂距

（一）预抽煤层瓦斯作用原理

预抽煤层瓦斯分为穿层预抽和本层预抽，实质是将煤层瓦斯抽出来，降低煤层瓦斯压力和瓦斯含量，相应地增加煤体抵抗破坏的能力，达到消除或减弱突出危险的目的。

（二）预抽参数

采用预抽煤层瓦斯防突措施时，钻孔封堵必须严密。穿层钻孔的封孔深度应不小于３ｍ，沿层钻孔的封孔深度不少于５ｍ。钻孔孔口抽放负压不应小于13KPa,并应使波动范围尽可能降低。

3.3 局部防治突出措施

所谓局部性措施，是指对井下某一地点、工作面或巷道局部范围内起防突作用的措施，主要有：排放钻孔、超前钻孔、水力冲孔、松动爆破等。

3.3.1 预抽瓦斯措施

①适用于煤层透气性较好，并有足够的排放时间（不少于３个月）

②抽放钻孔布置在石门周界外３～５ｍ的煤层内

③抽放孔直径为Φ75～100mm，钻孔孔底间距一般为2～3m。

④在抽放钻孔控制范围内，如检验指标降至突出临界值以下时，认为措施有效。

3.3.2 排放钻孔措施

①适应用煤层透气性较好，并有足够的排放时间

②排放钻孔应布置到石门周界外３～５ｍ的煤层内

③排放钻孔孔距为75～100mm,一般孔底间距不大于2m

④在排放孔控制范围内,检验指标降到突出临界值以下,措施有效

⑤对于缓倾斜煤层，当钻孔不能一次打穿厚煤层全厚时，可分段打钻，并留不少于5m的超前距掘进。

3.3.3 水力冲孔

①适应于打钻时具有自喷（喷煤、喷瓦斯）现象的较软煤层

②水力冲孔的水压应大于３ＭＰa

③钻孔布置在石门周界外3～5m的煤层内

④水力冲孔孔数不少于9个，冲孔顺序先冲对角，后冲边孔,最后冲中间孔

⑤石门冲出的总煤量不得少于煤层厚度20倍的煤量

3.3.4 金属骨架

①适应于具有软煤和软围岩的薄及中厚突出煤层（急倾斜煤层也适用）

②在石门上部两侧周边外0.5～1.0m范围内布置骨架孔,骨架孔穿过煤层并进入煤层顶（底）板至少0.5m,钻孔间距不得大于0.3m,对于软煤要架两排金属骨架

③揭开煤层后严禁拆除金属骨架

④采用金属骨架防突措施时，应与其它防突措施配合使用

3.4 煤巷掘进工作面防治突出措施

3.4.1 一般规定

①在一个或相邻的两个采区中，同一阶段的突出煤层中进行采掘作业时，不得布置两个工作面相向回采和掘进

②突出煤层的掘进工作面不得进入本煤层或邻近层采煤工作面的应力集中区

③在第一次执行防突措施或无措施超前距时，必须采用浅孔排放或其它防突措施，在工作面前方形成５ｍ的安全屏障后，方可进入正常防突措施施工。

④在突出煤层中掘进平巷时，应采用超前钻孔、深孔松动爆破，前探支架、水力冲孔或其它经测试证实有效的防突措施。

3.4.2 超前钻孔

超前钻孔是指向工作面前方沿煤层打一数量和长度的钻孔，用来消除一定范围内的突出危险，钻孔一般分大、小直径，一般把直径120-300mm钻孔称为大直径钻孔,小于120mm钻孔为小直径钻孔。

①钻前钻孔作用原理

超前钻孔的作用就是在工作面前方打几个钻孔，排放瓦斯和卸除瓦斯压力，释放突出能量人为地造成和保持一个较长的卸压带，使其应和集中带移向煤体深部，从而消除和降低采掘过程中的突出危险。超前排放钻孔适合于透气性较好，煤质较硬的的煤层。

②超前钻孔的布置及参数

超前钻孔的布置主要取决于钻孔的有效排放半径和所需形成的卸压和排放瓦斯范围。

Ａ：超前钻孔应布置在煤质松软的软分层中，超前钻孔直径应根据煤层赋存条件和突出情况决定，一般为75～120mm,地质条件变化剧烈地带也可采用直径42ｍｍ钻孔，钻孔超前于掘进工作面的距离不小于５ｍ，钻孔个数依据钻孔的有效排放半径确定。

Ｂ：超前钻孔控制巷道断面轮廓线外２～４ｍ。

Ｃ：煤层赋存条件发生变化时，及时调整超前钻孔参数。

Ｄ：超前钻孔打后，必须进行效果检验，如果经检验措施无效时，必须补打钻孔或采取其它补充措施。

Ｅ：如果煤层松软，则施工超前钻孔时，应打好迎面支架背好工作面。

Ｆ：钻进过程中，应注意对突出征兆的观察，必要时停止钻进，撤出人员。

3.4.3 深孔松动爆破

所谓深孔松动爆破，就是在工作面前方打深度较大的炮孔若干个，装药爆破，使煤体破裂和松动，使掘进工作面前方应力集中带向煤体深部转移，松动范围的煤体瓦斯达到排放和卸压，从而达到消除突出的目的。

①作用原理

通过深孔爆破，使钻孔周围煤体产生破碎，裂隙和松动，导致一定范围煤体的原始应力状态发生变化，使工作面前方的应力集中带向煤体深部和两侧转移，使影响范围内向煤层卸压，裂隙增加透气性增大，促进了瓦斯的解吸排放煤的强度相应增加，削弱和降低了突出潜能，从而起到了防止煤与瓦斯突出的作用，深孔松动爆破适应于煤质较硬突出强度较小，煤层稳定，顶底板较好的煤层。

②工艺和参数

Ａ：深孔松动爆破的孔径为42mm,孔深不得小于8m深孔松爆应控制到巷道轮廓线外1.5～2m的范围,孔数应根据松动爆破有效半径决定,在掘进时必须留有不少于５ｍ的超前距。

Ｂ：深孔松动爆破孔的装药长度为孔长减去5.5～6m,每个药卷(特制)长度为1m,每个药卷装一个雷管。装药必须装到孔底，装药后，应装入不小于0.4m的水炮泥,水炮泥外侧还应充填不小于2m的封口炮泥。

Ｃ：深孔松爆后，必须进行效果检验，如果措施无效，必须采取补救措施。

③注意事项

Ａ：第一次采用松爆的掘进工作面，在执行措施前，应打深度不少于５ｍ的小直径排放处理５ｍ未松动爆破煤体

Ｂ：在装药和充填炮泥时，应防止拆断电雷管的脚线

Ｃ：松爆时，必须制定撤人、断电、站岗、放哨，实行远距离放炮，反向风门等安全措施

Ｄ：在地质构造破坏带或煤层赋存条件急剧变化处不能按原措施要求实施时，必须打钻查明煤层赋存条件，然后用Φ42～75mm的钻孔进行排放,经措施效果检验有效后，方可采用安全防护措施施工。

3.4.4 水力冲孔

水力冲孔又称钻冲法，通过向突出煤层打钻的同时，送入一定压力的水流，以水作动力切割和冲击煤体，导致喷孔的发生和发展，达到排放瓦斯和释放突出潜能的目的。水力冲孔适用于有自喷现象的严重突出煤层。

①水力冲孔的原理

在钻冲时，随着钻孔的前进，喷孔持续不断的发生，煤、水、瓦斯经过孔道向孔外排出，孔道周围煤体激烈向孔道方向位移，引起煤体的膨胀变形，引起钻冲范围的煤层地应力降低，煤体卸压，裂隙增加，透气性增大，加在煤体强度增加和湿度增大，从而达到消除突出的动力。

②工艺参数

Ａ：水力冲孔的供水条件一般是水压３～５ＭＰａ，冲孔水量15～20m3/h,射流泵耗水量25m3/h。

Ｂ：钻头直径Φ45ｍｍ，一般按扇形布置３个（在地质构造带，可适当增加）孔底间距５ｍ左右，孔深25～20m,冲孔超前掘进工作面的距离不小于5m,冲孔沿软分层进行。

Ｃ：冲孔后必须进行措施效果检验，证实有效后方可采取安全防护措施掘进，若无效必须采取补充防突措施。

③注意事项

Ａ：冲孔前，迎头必须架设迎而支架，并用木板和立柱贴紧煤壁背牢，对冲孔也是附近的巷道支架进行检查和加固。

Ｂ：冲孔后和交接班前，都必须退出钻杆，并必须将导管内的煤泥冲洗出来。

3.4.5 前探支架

前探支架可用于煤质极松软的急倾斜和缓倾斜煤层平巷掘进工作面，以防止工作面顶部悬煤垮落而造成煤与瓦斯突出。

具体作法时：前探支架一般向工作面前方打一排直径为Φ50～108m的钻孔,仰角8°～10°钻孔间距0.2～0.3m，其长度按两次掘进长度再加0.5ｍ,然后在孔内插入３～６ｍ长的钢管或钢轨。每掘一次打一排钻孔，形成两排交替前进，这样使掘进工作面始终在支护下进行，从而避免顶部煤的冒落而引起的突出。在新的支架安设后，回收原有支架，反复使用。

应当指出的是，前探支架对于预防突出来说，仅是一种辅助措施。

3.5 采煤工作面防治突出措施

有突出危险的采煤工作面可采用浅孔松动爆破，浅孔注水湿润煤体，超前钻孔，预抽瓦斯等防突措施，并尽可能采用刨煤机或浅截深采煤机采煤。

3.5.1 浅孔松动爆破

浅孔松动爆破主要适合于煤质较硬，围岩稳定性较好的突出煤层。松爆孔沿采煤工作面每隔２～３ｍ打１个，孔深不少于３ｍ，孔径Φ42m,炮泥封孔长度不少于1m,措施实施后,必须经措施效果检验,有效后方可留2m超前距进行回采。

3.5.2 浅孔注水湿润煤体

浅孔注水措施主要适应于煤质较硬的煤层，主要原理是煤体注水后，煤体由弹性转为塑性，并使采面集中压力前移，减少了煤层瓦斯弹性潜能，煤体水份增加，抑制了瓦斯的排放量，使瓦斯压力减少，从而消除突出。

煤层注水示意图