1、煤与瓦斯突出治理技术的现状及分析 摘要：简要的总结了煤与瓦斯突出的概况，评述了目前防治突出工作的现状及面临的主要问题，在此基础上，提出进一步提高突出预测预报质量，及对防治技术的展望。关键词：突出矿井；煤与瓦斯突出；防止突出技术；综合防突措施；瓦斯抽放技术。Present situation and analysis of control technology of coal and gas outburstAbstract: briefly summarizes the general situation of coal and gas outburst, reviewed the statu
2、s quo of outburst prevention work and facing major problems, on the basis of this proposed to further improve the outburst prediction quality, and to control technology prospect.Key words: outburst mine; coal and gas outburst; outburst prevention technology; comprehensive outburst prevention measure
3、s; gas drainage technology.1我国煤与瓦斯突出事故的历史概况我国在世界上煤与瓦斯突出事故是最严重的国家之一，突出矿井具有数量多、分布广、增长快的特点;突出事故起数多、伤亡人数多、特大型突出事故不断。从1950年5月2日吉林省辽源矿务局富国二矿发生我国首次有记载的突出事故以来，据不完全统计和估算，至2010年底，全国先后共发生约2万起突出，其中，强度在千吨级以上的特大型突出有100多起，突出强度最大的一起事故发生在原天府矿务局三汇坝一矿，突出煤(岩)1. 278万t，喷出瓦斯140万m3。同瓦斯爆炸事故一样，煤与瓦斯突出也是经常引起群死群伤的事故，我国曾发生过多起因煤与
4、瓦斯突出引起的上百人死亡事故。建国以来，我国煤与瓦斯突出事故发展总体变化特点是上升迅速，下降平缓且有起伏，主要可划分为4个阶段:1)上升阶段(1950-1980年)。煤炭工业发展迅速，突出矿井的数量增长迅速，很快由1个增加到205个，每年发生突出从2起增加到1151起。2)稳定下降阶段(1981-2000年)。随着防突措施研究与实施的加强，突出起数逐年下降，20世纪80年代全国每年突出事故基本控制在500-600起。特别是颁布防治煤与瓦斯突出细则以来，全面推行“四位一体”综合防突措施，防治突出成效明显。在1992年后的4年中，国有重点煤矿年均突出控制在300起以内，平均为252起/a，突出死亡
5、人数控制在50人/a以内。 3)回升抬头阶段(2001-2005年)。伴随国民经济的迅速增长，煤炭产量增长快，矿井开采强度和开采深度持续增大，各矿区突出危险性越来越严重，而矿井超出自身能力开掘较普遍，突出事故的起数维持在一个颇高的水平。4)下降和稳定阶段(2006-2010年)。国家大力整治下，突出事故起数逐渐下降。在矿井开采深度、突出矿井数量和全国煤炭产量逐年增加的情况下，仍保持突出伤亡事故起数和死亡人数的基本稳定，突出伤亡事故40-50起/a，造成的死亡人数约250-320人/a。煤与瓦斯突出是在煤矿井下的一种非常复杂的动力现象。在很短暂的时间内，有煤体向巷道（包括采场）中急速喷出大量瓦斯
6、及煤渣，同时在煤碳体中形成特殊的空洞，喷出的粉煤伴随瓦斯运动，形成一定的动力效力，如矿车推倒、支架破坏等类似现象被称为煤与瓦斯突出。在煤与瓦斯突出的过程中，喷出的煤体有的仅仅几吨、几十吨，但有的高达几百吨，特大型的突出高达几千吨以上，同时涌出大量瓦斯将巷道空间充满，喷出的瓦斯粉煤流通常会具有暴风般的性质，逆风流将数千米长的巷道充满。1834年3月22日在法国鲁阿尔煤田伊萨克矿井在急倾斜厚煤层平巷掘进工作面发生了世界上第一次有记载的突出，突出强度420t煤，瓦斯5105m3以上。起初瓦斯喷出量2000m3/min以上，瓦斯逆风流从提升井冲至地面，据该井口23m处的绞车房周围的火炉将瓦斯引燃，火焰
7、达50m高，井口周围烧成一片废墟，在2小时后火焰要熄灭时，连续又发生7次瓦斯爆炸，井下209人，死亡121人，地面3人烧死，11人烧伤。迄今为止，世界上约有20多个国家和地区发生过煤与瓦斯突出，总共发生突出达3万多次，突出千次以上的国家有中国、原苏联、法国、波兰和日本。世界最大的一次突出发生在1969年7月13日原苏联顿巴斯矿区的加加宁矿井一710m水平主石门揭穿厚仅1.03m的煤层，其突出煤量为14000t，瓦斯2.5106m3以上。2煤与瓦斯突出矿井的分布特点我国的突出矿井呈现出数量多、分布广、增长快的特点。目前，1 000多个突出矿井分布于全国26个产煤省(自治区、直辖市)中的20个，见
8、图1，主要分布在我国西南和中东部。图1 全国突出矿井个数分布图凭据煤矿瓦斯等级鉴定资料，我国突出矿井的数量显示快速增加走向:2000年以前突出矿井数量不超过300个，2007年为647个，2010年为1044个。新疆之前无突出矿井，2010年已有8个突出矿井;山西以前仅有2个突出矿井，但2010年已增至20多个。2010年全国突出矿井数量约占矿井总数百分之七。我国突出矿井分布具有以下特点。1）突出矿井区域分布特点突出矿井区域分布不均衡，呈现南方多、北方少的特点，个别省份突出矿井颇为集中。突出矿井主要集中在湖南、贵州、重庆、四川、云南、山西、河南、安徽等省市，共有961个，占据全国突出矿井总数的
9、92%。当中，湖南和贵州突出矿井数量最多，两省突出矿井和达到全国总数的60%。各省的突出矿井在全省矿井中的比例也不同，安徽、湖南和贵州相对较高，见图22）突出矿井企业属性分布特点乡镇煤矿的突出矿井的总数多，国有重点煤矿中突出矿井占据的比例高(见图30)。 2010年在全国1044个突出矿井中，国有重点煤矿有235个(占22.5%)乡镇煤矿708个(占67.8%。国有重点煤矿中19.3%的矿井属于突出矿井，个别煤炭公司所属矿井全为突出矿井;乡镇煤矿6.1%的矿井属于突出矿井。3)突出煤层的地质年代特点我国煤矿赋存条件多样，煤层生成的地质年代主要为石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白玺系等。突出煤层
10、主要分布于二叠系中，有978个突出矿井(占93.7%)开采的突出煤层属于二叠系，仅少数突出矿井(66个，占6. 3%)的煤层为侏罗系、石炭系、三叠系、白玺系、第三系煤层。4)突出矿井井型分布特点突出矿井为主是小型矿井。全国的突出矿井中，井型为30万t以下的突出矿井最多，占72.1 %，其中6万t以下的矿井297个，占28.5 %。5)突出矿井产量分布特点突出矿井总体产量所占比例偏低，小煤矿产量比例更小。2010年全国突出矿井总产煤量约3. 8亿t占全国产煤总量的11.8%，当中，30万t以下突出矿井的产煤量占全国产量的1.9%。6)突出矿井的煤层开采条件与瓦斯参数特点突出矿井开采深度通常较大。
11、根据部分突出矿井资料，突出矿井开采深度为90-1400m，平均达到592m。安徽、江苏、河南等省突出矿井平均开采深度较大。突出矿井每年延深475m，均为24 m。有近一半的突出矿井没有保护层开采条件。突出煤层瓦斯压力与瓦斯含量较大。各省突出矿井的最大瓦斯压力为2.0-7.83MPa，重庆天府矿区测到高达13.6MPa的瓦斯压力。突出煤层平均瓦斯含量为14.6m3/t，最高达38.49m3/t。3煤与瓦斯突出危害煤与瓦斯突出是煤与瓦斯突然运动的一种极其复杂的动力现象，多数伴有强大的动力效应，危害性极大，是煤矿严重的自然灾害之一。煤与瓦斯突出危害主要表现在以下几方面：（1）造成瓦斯窒息，煤流埋人事
12、故。 例如：2002年4月7号，安徽省淮北矿业集团公司芦岭煤矿发生煤与瓦斯突出，突出煤量5000多吨，涌出瓦斯30余万立方米。突出的煤充填巷道700多米，其中400多米巷道被填实，13人死亡。（2）引起瓦斯燃烧和瓦斯爆炸，造成人员伤亡。 例如： 21岩石下山掘进工作面爆破，揭穿一个落差10m的逆断层，发生了煤与瓦斯突出。突出的瓦斯逆流进入西大巷，遇到架线式电机车的火花，引发了特大瓦斯爆炸事故。（3）摧毁巷道设施和设备，破坏通风系统，给煤炭企业造成巨大的经济损失。 例如：南桐矿务局鱼田堡煤矿，1988年10月16日发生突出，突出煤量8765t、岩石61.4t、瓦斯201万m3，煤岩堵塞巷道138
13、8m，瓦斯逆流1846m，波及3个采煤工作面，5个掘进工作面，造成停工停产。4煤与瓦斯突出发生的一般规律（1）突出发生在一定的深度上，随着深度的增加，突出的危险性增高，表现在突出的次数增加，突出强度增大，突出煤层数增加，突出危险区域扩大。（2）突出危险区呈带状分布这是因为影响突出的主要因素受地质构造控制的缘故，而地质构造具有带状分布的特征。（3）突出的气体种类主要是甲烷，个别矿井突出二氧化碳，突出煤层的含量、开采时的相对瓦斯涌出量都在10m3/t以上，即突出都发生在高瓦斯矿井内。（4）采掘工作往往可激发突出，特别是落煤与震动作业，不仅可引起应力状态的变化，而且可使动载荷作用在新暴露煤体上造成煤
14、的突然破碎。（5）受煤自重影响，由上前方向巷道方向的突出占大多数，从下方向巷道的突出为极少。突出的次数有随着煤层倾角增大而增多的趋势。（6）绝大多数突出都有预兆。5煤与瓦斯突出事故的原因5. 1直接原因经过统计和分析，我国煤与瓦斯突出事故的直接原因主要有:1)不落实防突工作、不执行防突措施。一些矿井发生瓦斯动力现象后不鉴定、不设置防突机构，不制订或不执行“四位一体”的综合防突措施。在近6年发生的突出事故中，有22.2%的属于矿井没有执行防突措施。2)防突措施落实不到位。在275起突出事故中，有150起采取的防突措施不到位，占54.5 %。主要表现为:未采取区域性防突措施;瓦斯抽采钻孔少、抽采时
15、间短，抽采效果不达标;防突措施设计不符合要求，在地质构造带和应力集中区未加强防突措施;防突措施施工参数不符合设计要求，钻孔控制范围不足或存在空白带，未进行效果检验，效果检验超标不采取补充防突措施;不采取安全防护措施或安全防护措施不充分等。3)防突管理不到位、违章指挥和违规作业。统计表明，有40. 7%的突出事故暴露出防突管理不到位，20.1%的突出事故存在违章行为。主要表现在:a.防突管理制度不科学，管理程序不完善，一些重要的技术管理环节缺失。有些矿井没有突出预测仪器的管理要求，缺乏防突工序操作规程，防突管理制度不利于增强防突人员责任心，不利于调动防突人员积极性;防突措施签字程序不规范，防突措
16、施参数更改没有程序要求，缺乏防突措施实施的监督环节;不进行防突措施竣工图的绘制，没有进行矿井突出预测敏感指标及其临界值考察等。b.现场管理不规范，有违章指挥或违规作业现象。防突措施现场施工无指挥、无监督、无验收，或监督不认真，验收参数及资料记录不完整;预测过程操作不规范，忽视突出预兆;超掘超采、违规作业等;爆破作业时撤人不到位、不佩带自救器，压风自救装置安设和使用不符合规定;工作面作业时回风系统有大量人员存在等。4)对地质构造的探测程度低、分析不够准确。有些矿井对地质构造的探测和分析不够，未能及时发现和准确掌握地质构造情况，防突措施缺乏针对h。一些新建矿井的地质勘探程度低，地质构造分布和煤层瓦斯赋存条件不明。通风系统不可靠，抗灾能力差，安全防护措施不健全。不少矿井的
