1、课 题一： 煤矿瓦斯抽采工的职业特殊性及重要性授课人： 一、教学目的：a) 掌握煤矿作业特点，煤矿作业场所常见的危险、职业危害因素；b) 煤矿瓦斯抽采工在防治煤矿灾害中的重要作用；c) 煤矿瓦斯抽采工的职业道德和安全职责要求。二、教学重点：a) 煤矿作业特点，煤矿作业场所常见的危险、职业危害因素；b) 煤矿瓦斯抽采工在防治煤矿灾害中的重要作用；c) 煤矿瓦斯抽采工的职业道德和安全职责要求。三、教学内容：第一节 煤矿作业特点一、工作环境特殊1、煤矿井下工作环境空间狭窄，活动受限，阴暗潮湿，没有阳光照射，井下工作人员时刻都受到水、火、瓦斯、顶板、煤尘等的危险。2、工作场所不固定，工作面不断搬移，采
2、掘设备要随着采掘工作面的不断推进而向前推移，并且地质构造常有变化，地下开采技术条件复杂，以及工作状况可能变化的情况，都可能威胁安全生产。3、井下气候条件差。工作地点由于受地热作用、人体和机电设备的散热、水分蒸发等因素影响，井下的温度、湿度、空气质量等气候条件将变差。二、作业条件艰苦1、作业地点分散，线路长。2、工作时间长，劳动强度大。三、生产工艺复杂煤矿生产系统是一个由许多环节组成的复杂系统，多工种、多方位、多系统立体交叉连续作业，是煤矿井下生产的又一特点。四、自然灾害严重我国煤矿生产主要是井下作业，煤矿地质条件复杂多变、生产环境条件恶劣，经常受到水、火、瓦斯、煤尘、顶板等多种自然灾害的威胁
3、。五、职工技术素质低与其它行业相比，煤矿企业职工技术素质偏低的问题比较突出。六、容易造成群死群伤事故在我国煤矿仍然是发生事故和伤亡人数最多的高危行业，重特大事故时有发生，容易造成群死群伤。2004.10.20日，河南大平煤矿发生瓦斯突出爆炸事故，一次死亡148人。七、煤矿职业危害严重由于受自然因素和采掘工作的影响，矿内空气 中混入大量的有毒有害气体和矿尘，空气的卫生条件差；由于受地热作用、煤的氧化和机电设备的散热等因素的影响，井下许多工作地点都存在高温的危害；另外，在煤矿生产过程中，还存在着噪声、振动等。第二节 煤矿瓦斯抽采工在防治煤矿灾害中的重要作用（一）瓦斯抽放泵的作用瓦斯抽放泵的作用就是
4、抽瓦斯。抽瓦斯的目的就是预防井下煤与瓦斯突出，是煤矿治理瓦斯的根本目标与措施，即只有通过瓦斯泵的抽放才是取得瓦斯治理的根源！否者单纯的靠风排瓦斯是不可能取得根本性的效果！通过瓦斯泵的抽放也是能较快速治理瓦斯灾害！通过泵抽出的瓦斯能变废为宝进行发电或者民用等等！（二）瓦斯抽放的意义1、安全和经济的需要减少开采期间的瓦斯涌出，提高安全性，降低通风成本。2、资源利用；瓦斯抽放不仅是降低矿井瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出灾害的重要措施，而且可以变害为利，作为煤炭的伴生资源加以开发利用。当一个矿井的瓦斯储量及赋存条件符合开采所必须的经济和技术要求时，即可考虑用抽放方法开采瓦斯。3、环保需要；环境
5、需要保护越来越成为人们关注的一个问题。如果矿井生产所产生的瓦斯对周围环境造成影响时，就必需考虑抽放瓦斯。因此，瓦斯抽采工发挥了重要的作用。第三节 煤矿瓦斯抽采工的职业道德和安全职责一、职业道德职业：是人们在社会中所从事的作为主要生活来源的工作。职业道德是人们在职业活动中所遵守的行为规范的总和。它既是对从业人员的行为要求，又是本行业对社会所承担的道德责任和义务。煤矿职工要树立良好的职业形象，具有高尚的职业道德，忠实地履行自己的职责，在生产活动中钻研业务，提高技能，自觉遵守规章制度，保障煤矿安全生产。二、煤矿瓦斯抽采工的职业道德规范1、爱岗敬业，尽职尽责2、遵章守纪文明生产3、互帮互爱，团结协作4
6、、钻研业务，提高素质5、艰苦奋斗，乐于奉献6、战胜灾害，安全生产7、精心操作，质量第一三、煤矿瓦斯抽采工的安全职责一、负责每周对单孔瓦斯浓度、节流水柱、负压的测定工作，将测定结果及时填入原始记录本和记录牌。二、对测定的瓦斯参数及时计算，填入抽采台帐。三、负责处理瓦斯管路积水和漏气。四、负责监督抽采钻孔的封孔质量，做到及时封孔，及时连抽。五、根据瓦斯浓度，对单孔和支管进行调压抽采。六、负责回采工作面的上下安全口甩孔工作，发现问题及时处理。七、负责抽采瓦斯资料的收集和汇总工作，及时填写台帐、报表和抽采系统图纸，并负责抽采仪表和有关器材的保管、维护校验。八、按时报送有关报表和图纸，做到数据齐全、准确
7、。九、经常向区队领导和技术员汇报抽采系统中存在的问题。课 题二： 煤与瓦斯突出基本知识 授课人： 刘祥 一、教学目的：a) 了解影响瓦斯赋存的地质条件，包括煤的变质程度、煤系特征、煤层特征、煤层围岩透气性、地质构造、地下水活动、岩浆活动等；b) 掌握煤与瓦斯突出的类型、规律及预兆；c) 了解煤与瓦斯突出的地质因素，包括突出煤系和突出煤层的基本特性、煤层瓦斯含量和瓦斯压力、地应力、煤体结构、地质构造类型等。二、教学重点：a) 影响瓦斯赋存的地质条件，包括煤的变质程度、煤系特征、煤层特征、煤层围岩透气性、地质构造、地下水活动、岩浆活动等；b) 煤与瓦斯突出的类型、规律及预兆；c) 煤与瓦斯突出的地
8、质因素，包括突出煤系和突出煤层的基本特性、煤层瓦斯含量和瓦斯压力、地应力、煤体结构、地质构造类型等。三、教学内容：第一节 煤与瓦斯突出定义及危害一、煤与瓦斯突出的定义煤与瓦斯突出：煤与瓦斯突出是煤层中存储的瓦斯能和应力能的失稳释放，表现为在极短的时间内向生产空间抛出大量煤岩和瓦斯。抛出煤岩从几吨到上万吨,瓦斯从几百到上百万立方米，并可能诱发瓦斯爆炸。二、煤与瓦斯突出的危害1）、冲击力能摧毁巷道设施；破坏通风系统。2）、抛出的煤（岩）堵塞巷道，煤流埋任何设备，这时混合气体中CH410%,O240%, O212%会失去理智，时间稍长有死亡之危险）4）具有突然性，会使风流逆流，遇火源发生瓦斯爆炸。2
9、004年10月20日40分郑州大平煤矿发生煤与瓦斯突出事故。风流逆流遇火源引起特别重大瓦斯爆炸。造成148人死亡，32人受伤第二节 突出的分类及特征一、按力能特征分类1、煤与瓦斯突然喷出（突出）；2、煤的压出伴随瓦斯涌出(压出)；3、煤的倾出伴随瓦斯涌出(倾出)。发动突出的主要作用力是地应力和瓦斯压力的联合作用，但通常以地应力为主，瓦斯压力为辅，重力不起决定作用；实现突出的基本能源是煤内积蓄的高压瓦斯潜能。发动与实现压出的主要作用力是地应力，瓦斯压力与煤的自重是次要因素，压出的基本能源是煤岩所积蓄的弹性变形能。发动倾出的主要因素是地应力，即结构松软，含有瓦斯，致使内聚力降低的煤，在较高地应力作
10、用下，突然破坏、失去平衡，实现倾出的主要作用力是失稳煤的自身重力。（一）、突出的基本特征：1、煤与瓦斯突然喷出（突出）的特征（1）突出的煤向外抛出距离较远，具有分选现象；（2）抛出的煤堆积角小于煤的自然安息角；（3）抛出的煤破碎程度较高，含有大量碎煤和一定数量手捻无粒感的煤粉；（4）有明显的动力效应，破坏支架，推倒矿车，损坏和抛出安装在巷道内的设施；（5）有大量的瓦斯涌出，瓦斯涌出量远远超过突出煤的瓦斯含量，有时会使风流逆转；（6）突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形、分岔形以及其他形状。突出孔洞的容积总是小于喷出煤的体积。以重庆地区30多个突出孔洞为例，一般孔洞实际容积为抛出煤体积的1/2
11、，个别场合为1/10；另外，煤与瓦斯突出时，常常涌出大量的瓦斯。根据国内外的实测资料表明，在目前的开采深度，煤层瓦斯含量在1540m3/t之间，多数突出所涌出的瓦斯量约为抛出煤瓦斯含量的410倍，在特大型突出时，每抛出一吨煤的瓦斯涌出量高达100800m3，达到煤层瓦斯含量的530倍。2、压出的基本特征（1）压出有两种形式，即煤的整体位移和煤有一定距离的抛出。但位移和抛出的距离都较小；（2）压出后，在煤层与顶板之间的裂隙中常留有细煤粉，整体位移的煤体上有大量的裂隙；（3）压出的煤呈块状，无分选现象；（4）巷道瓦斯涌出量增大；（5）压出可能无孔洞或呈口大腔小的楔形，半圆形孔洞。3、倾出的基本特征
12、（1）倾出的煤就地按自然安息角堆积，无分选现象；（2）倾出的孔洞多为口大腔小，孔洞轴线沿煤层倾斜或铅垂(厚煤层)方向发展；（3）无明显动力效应；（4）倾出常发生在煤质松软的急倾斜煤层中；（5）巷道瓦斯涌出量明显增加。3、突出煤堆积的对比分析（1）突出煤中有大量极细的粉煤。在巷道底板堆积的突出煤，其上表面一般是极细的手捻无粒度感的粉煤，轻微的扰动就可能造成巷道内煤尘飞扬。而压出时并不会产生这样大量的粉煤。（2）突出煤可沿巷道被抛得更远。突出时抛出的煤可沿巷道移动数百米，并且其运动方向可随着巷道的拐弯和分岔而发生改变。而压出时煤在巷道内的移动距离则要近得多，除了顺着倾斜向下的巷道可滚动较远的距离外
13、，压出煤的动能一旦耗尽或遇到障碍物，其移动即会终止。（3）突出煤在巷道的堆积具有明显的分选性。主要表现在：在同一巷道断面，越靠堆积煤的下方，堆积煤的粒度越大；在沿巷道方向，越靠近突出发生地点，大粒度的煤所占的比例越大。而压出的煤没有明显的分选性。（4）突出的煤量可以比压出煤量大很多。由于突出的煤能及时地被瓦斯搬运离开突出发生地点而使突出得以继续，使得突出的煤量可以比压出煤量大很多，有些特大型突出所抛出的煤量是压出所不可比拟的。（二）按动力现象强度分类强度是指每次动力现象抛出的煤(岩)重量和瓦斯量，一般依据是抛出的煤(岩)重量。分成4类：1、小型突出：突出强度100t次；突出后，经过几十分钟的瓦
14、斯排放，瓦斯浓度可恢复正常。2、中型突出：突出强度100500t次；突出后，经过一个工作班以上的瓦斯排放，瓦斯浓度可逐步恢复正常。3、大型突出：突出强度5001000t次；突出后，经过几天的瓦斯排放，回风系统瓦斯浓度可逐步恢复正常。4、特大型突出：突出强度1000t次；突出后，需要经过长时间排放瓦斯，回风系统瓦斯浓度才能恢复正常。（三）按突出危险程度分类1、突出煤层：在矿井井田范围内发生过突出的煤层或者经鉴定有突出危险性的煤层。2、突出矿井：在矿井的开拓、生产范围内有突出煤层的矿井。3、突出危险区和无突出危险区：突出煤层经区域预测后划分有突出危险和无突出危险区。未进行区域预测的区域视为突出危险
15、区。4、突出危险工作面和无突出危险工作面：突出危险区采取区域综合防突措施并经区域性效果检验有效后，进入局部防突措施阶段；采用工作面预测方法进行区域性效果验证，工作面预测后划分为突出危险工作面和无突出危险工作面；未进行工作面预测的采掘工作面，视为突出危险工作面。另外，突出危险工作面必须采取工作面防突措施，并进行措施效果检验。检验证明有效的，为无突出危险工作面；措施无效时，仍为突出危险工作面。第三节 突出预兆煤与瓦斯突出预兆实践证明，大多数突出都有一些能为人的感官所觉察到的预兆，熟悉和掌握它，对于减少突出危害，保证人身安全，有着重要意义。预兆主要表现在三个方面：（1）地应力显现方面的预兆：煤炮声、
16、支架折裂发出响声，煤岩开裂、自行剥落、掉碴、底鼓、煤壁颤动、钻孔变形、垮孔、顶钻、夹钻和钻机过负荷等。（2）瓦斯涌出方面的预兆：瓦斯涌出异常，瓦斯浓度忽大忽小，煤尘增大，气温、气味异常，打钻喷瓦斯，出现哨声、风声和蜂鸣声等。（3）煤层结构和构造方面的预兆：煤层层理紊乱，煤体干燥，煤体松软或强度不均匀，煤的色泽暗淡，煤厚与倾角变化，挤压褶曲、波状隆起，断层等。有声预兆：1、地压活动剧烈，顶板来压，2、不断发生掉碴和支架断裂声；3、煤层中产生震动，手扶煤壁感到震动和冲击；4、听到煤炮声或闷雷声，一般是先远后近、先小后大、先单响后连响，4、突出时伴随巨雷般的响声。无声预兆：1、工作面遇到地质变化，煤
17、层厚度不一，尤其是煤层个的软分层变化；2、瓦斯捅山量增大或忽大忽小；3、工作面气温变低；4、煤层层理紊乱；5、硬度降低，光泽暗淡，煤体干燥；6、煤尘飞扬，有时煤休碎片从煤壁上弹出；7、打钻时严重顶钻、夹钻、喷孔等。第四节 突出发生的机理一、突出机理研究现状煤与瓦斯的突出机理，是指煤与瓦斯突出发动、发展和终止的原因、条件及过程。 这些假说可分为四类，即1、“以瓦斯为主导作用的假说（瓦斯作用说）”2、“以地应力为主导作用的假说（地应力作用说）”3、“化学本质说”4、“综合作用假说”瓦斯作用说，认为煤内存贮的高压瓦斯是突出中起主要作用的因素。主要有：瓦斯包说、瓦斯粉煤说、突出波说、煤孔隙结构不均匀说
18、、裂缝堵塞说、闭合孔隙瓦斯释放说、瓦斯膨胀说、卸压瓦斯说、地质破坏带说、火山瓦斯说和瓦斯解吸说等 。 在这类假说中“瓦斯包”说占重要地位。 它认为在煤层中存在着瓦斯压力与瓦斯含量比邻近区域高得多的煤窝，即瓦斯包，其中煤体松软，孔隙、裂隙发育，具有较大的存贮瓦斯的能力；它被透气性差的煤(岩)所包围，储存着高压瓦斯。当巷道揭穿“瓦斯包”时，瓦斯压力将松软的煤窝破碎并抛出形成突出。地应力作用说，认为突出主要是高地应力作用的结果 。主要有：岩石变形潜能说、应力集中说、剪切应力说、塑性变形说、振动波动说、冲击式移近说、拉应力波说、应力叠加说、放炮突出说、顶板位移不均匀说等。化学本质说，认为突出是煤体中发
19、生强烈化学反映的结果。主要有：瓦斯水化物说、爆炸的煤说、重煤说、地球化学说、硝基化合物说等。一些假说认为甲烷在煤中以不稳定的化合物形式存在，例如有多聚甲烷(CH4)或结晶水化物CH46H2O存在，或者煤可以自然地分解并释放出大量瓦斯。当巷道揭开饱含不稳定化合物的煤区时，因温度上升或瓦斯压力下降，促使它们急剧分解，放出大量瓦斯并携带破碎的煤喷出。综合作用说：认为突出是地应力、瓦斯、煤的力学性质等因素综合作用的结果。这一假说较全面地考虑了突出的动力、阻力两个方面的主要因素，因而得到国内外普遍承认。有代表性的有：“振动说”、“分层分离说”、“破坏区说”、“动力效应说”、“游离瓦斯压力说”、“能量假说
20、”、“应力分布不均匀说”，另外还有我国学者提出的“发动中心说”、“流变说”、“球壳失稳说”一般认为，突出是地压、高压瓦斯和结构性能等三个因素综合作用的结果，是聚集在围岩和煤体中大量潜能的高速释放。并认为高压瓦斯在突出发展过程中起决定作用，地压是激发突出的因素。有人认为：“地质构造是引起突出的决定因素高压瓦斯是突出的主要动力，煤层破坏是突出的有利条件，采掘活动是突出的诱发原因”。二、突出的过程及特点（一）、突出过程准备阶段是突出条件的酝酿过程（采掘空间周围煤体应力重新分布，相应的瓦斯压力分布发生变化，积蓄能量）；发动阶段是从准备阶段静止的煤体到煤与瓦斯突出发生这一突变点；发展阶段指的是从突出的最
21、初发动到突出终止所经历的过程；终止阶段则是在突出发展阶段的末期，突出出现衰减并最终达到停止这一时间点。（二）、突出的特点1、石门突出根据石门条件下发生的突出情况不同，突出有以下4种类型：（1）爆破揭开石门时的突出（2）延期突出（3）过煤门时的突出（4）自行冲破岩柱的突出其中以爆破揭开石门时的突出所占比重最大。（1）爆破揭开石门时的突出围岩的透气性通常比煤层本身小得多，在石门巷道揭开煤层之前，煤层内的瓦斯未经排放，保持着较高的原始瓦斯压力。当放炮揭开煤层的瞬间，具有突出危险的软煤上应力状态突然改变，煤壁内外瓦斯压力梯度很大，受地应力破坏的软煤在这个瓦斯压力差的作用下抛向巷道，发动突出。突出向煤体
22、深部扩展，形成连续的突出。如果是急倾斜煤层，突出过程重力参与，突出向上方扩展，形成由下往上的孔洞。如果有一个软分层或几个软分层，突出只沿着软分层扩展。（2）延期突出在石门揭煤过程中，大部分的突出都是在放炮后即刻发生的。但也有一些突出却是在放炮后延期一段时间才发生，这种石门条件下的突出，称为延期突出。此外，在有些急倾斜煤层中，揭开煤层后未能及时进行支护，引起顶部冒落，导致有突出危险的煤体突然暴露，也会引起突出，这种突出也被认为是延期突出。对于延期突出，煤矿现场的防治措施主要有：第一，在爆破放炮揭煤时，要求达到0.850.9的炮眼利用率，保证爆出规定大小的断面，使软煤充分暴露，创造一个最有利于突出
23、的条件。第二，在一些易于冒顶塌方的地点，爆破后要求及时支护，以防止由冒顶引起上方有突出危险的软煤突然暴露产生的突出。（3）过煤门时的突出爆破揭开石门时，由于爆炸的深揭作用，有突出危险的软煤易于突然暴露，突出极可能在爆破时发生。但也有一些地点，在放震动炮揭开煤层时，突出并未发生，而在穿越煤门、甚至在过了石门后才发生突出，这类突出叫做过煤门突出。过煤门突出的强度也很大，有的达几千吨。在我国发生过煤门突出的一些例子中，有些煤层往往在底板或顶板中存在坚硬的岩石，从较软的岩石一方揭开岩石时，不发生突出，但在工作面进入坚硬的岩石后，却发生了突出。（4）自行冲破岩柱的突出自行冲破岩柱的突出是指掘进爆破时并未
24、将煤层揭露，还留有一段岩柱，但突出煤体自行将这段岩柱破坏导致的突出。这种突出实际上是在揭煤前所留的岩柱已经比较薄，尽管并未进行爆破揭煤，但在地应力的作用下，岩柱破坏，具有突出危险的软煤突然暴露，发生了煤与瓦斯突出。这类突出发生的比较少，从目前我国已发生的四次这类突出来看，都存在着揭开方向的岩石为硬岩且其煤层内部瓦斯压力较高的情况。2、煤巷突出在有突出危险的煤层平巷中掘进时，发生突出的可能性也是很大的，有时甚至发生大型的突出。在煤巷掘进中发生的突出与石门揭煤发生的突出具有相同的特征，但与石门揭煤突出相比，煤巷中发生的突出平均强度相对要小一些。这种变化反映了巷道类型的不同对突出的影响。在易于发生煤
25、巷突出的地点，煤层厚度及软煤厚度赋存均不稳定，掘进过程中瓦斯涌出往往忽大忽小，突出前地压显现效应特别显著，支架压力增大，底鼓，帮壁掉煤渣，有时伴随有煤炮声。在煤巷突出中，爆破落煤时发生的突出最多，其它工艺过程也可能发生突出，有时甚至发生延期突出。3、上山突出当煤层巷道沿着倾斜方向向上掘进时，掘进头发生的突出叫做上山突出。这种突出与煤层平巷的突出实际上是一样的，唯一不同的是由于煤体受重力的影响，更容易抛向巷道空间。在煤矿现场，含瓦斯煤体的倾出和小型的上山突出往往是不大容易分辨的。4、下山突出当煤层巷道沿着倾斜方向向下掘进时，掘进头发生的突出叫做下山突出。在下山突出中，突出煤体的重力是阻碍煤体向巷
26、道空间抛出的。由于突出物也受重力的影响，堆积在掘进头，因此，下山突出是很难看到突出孔洞的。5、工作面突出与石门揭煤和煤巷掘进相比，采煤工作面的突出危险性相对要小一些，强度也不大。 许多矿区的统计资料表明，在急倾斜煤层的采煤工作面，很少发生突出现象，但在近水平煤层和缓倾斜煤层及倾斜煤层中，如果遇上复杂的地质构造条件，也可能发生采煤工作面的突出，并且多集中在局部几个采区内，表现出明显的区域性。在突出煤层中打钻，也发生过不少突出，突出来的煤炭从几吨到几十吨。这是因为当钻头快速钻入煤体内部时，相当于在煤层内快速掘进一条小巷道，钻孔周围及前方煤体内的瓦斯来不及排放，新暴露的煤面上形成较高的瓦斯压力梯度(
27、即暴露表面外气体压力小，而暴露表面的煤体内部瓦斯压力高)，很容易将新暴露的软煤沿钻孔推向巷道，形成突出。特别是打钻过程中采用泵压水进行排渣时，由于钻孔中的水压不稳定，水压大时阻碍新暴露煤面上瓦斯的排放，在新暴露面附近积聚，而当水压变小时，这些积聚的瓦斯带着破碎的煤体便沿钻孔快速喷出，在暴露的煤面上形成较高的瓦斯压力梯度，形成连续的钻孔突出。三、突出发生的一般规律1 突出常发生在地质构造带根据已有的统计资料，绝大多数的突出地点有断层、褶曲、火成岩侵入、煤层厚度和倾角变化等地质构造。由于地质构造的影响而导致突出呈区域性分布。地质构造作用使煤层破坏程度高，机械强度降低，煤比表面积和孔隙体积增大，提高
28、了煤的瓦斯放散能力，因此，突出危险增大。易发生突出的地质构造带主要有：向斜轴部地带，帚状构造收敛端，煤层扭转处，煤层产状急剧变化区，煤包及煤层厚度变化带，煤层分岔处，压性及压扭性断层地带，岩浆岩侵入区。对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，而对突出已有数十年历史的严重突出矿井、突出煤层，无地质构造地点突出次数明显增多。另外，发生特大型突出的煤层几乎都有厚度不等的软分层存在，或是煤层本身就比较松软，破坏类型较高。尤其是软分层结构分散，多呈粒状或粉末状，易于破碎。在地质构造变化带，往往形成强烈的揉皱煤，层理和节理遭到破坏，这就有利于发生煤和瓦斯突出。在各种地质构造中，软分层变
29、厚处突出强度最大，其次为煤层倾角变化、褶曲，“无构造”的突出强度一般较小；严重突出矿区断层突出强度也较大。煤层的突出危险程度和开采深度并不存在线性关系。这主要是由于与突出危险性同样有关的水平应力普遍大于垂直应力，且与垂直应力的比值并不是恒定不变的，而是随深度增加而减小。另外突出矿井大多构造复杂，主应力大小和方向的决定因素在于区域构造应力场，即矿区及煤层的应力水平由构造因素决定，而不单决定于开采深度。突出主要发生在巷道掘进工作面、回采工作面等井下最前方的作业区，而极少发生在采空区、已建成的巷道或已采区域内的掘进中。根据国内一些典型局矿的突出统计资料，巷道或采煤工作面发生突出的概率由大到小排序为：
30、平巷、回采工作面、上山、石门、下山、大直径钻孔及其它。在各类巷道中，虽然石门揭煤突出发生的总次数不多，但其发生的强度最大，平均突出强度都在数百吨以上，瓦斯喷出量超过数万m3，波及范围广，绝大多数特大型突出发生在石门揭开煤层时。回采工作面发生的突出大部分是煤的突然压出，并且属于突然挤出类型。突出的煤层中瓦斯压力越高，突出的危险性越大。根据目前的统计，发生突出时伴随涌出的气体种类主要是瓦斯，个别矿井涌出的则是二氧化碳。煤层对这些气体都有吸附性，并且吸附性越强，同等条件下突出的危险性越大。如含二氧化碳气体的煤层中，突出的强度相比含甲烷的煤层要大些。在这些含瓦斯的煤层中，煤层孔隙内瓦斯的压力越高，就越
31、容易发生突出，并且其突出的强度也越大。我国规定、瓦斯抽采基本指标都是以煤层瓦斯含量8m3/t或瓦斯压力0.74MPa，作为瓦斯含量的临界指标。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的突然破碎。据我国7765次突出的统计资料，放炮引起的突出为4243次占55%；打钻引起的为197次占2.5%；风动工具引起的602次占7.8%；手镐作业为979次占12.6%；水力落煤111次占1.4%；机组采煤62次占0.8%(以上落煤作业总计达6794次占80%)；作业情况记录不详的1338次占17.2%；其他作业177次占2.3%；突出前
32、没有作业的仅56次占0.7%。在各种突出预兆中，喷孔、顶钻、夹钻和片帮掉碴预兆的突出强度最大，其次为煤结构变化(包括煤层层理紊乱、煤变松软、结构严重破坏、煤光泽变暗、构造煤)、瓦斯异常(瓦斯浓度突然增大、减少，喷出瓦斯等)，而响煤炮(包括闷雷声、爆竹声、嗡嗡声及其他一切声响)突出强度并不大，无预兆时突出强度反而比响煤炮大。厚煤层或相互接近的煤层群的突出危险性比单一薄煤层大。突出的次数和强度随着煤层厚度特别是软分层的厚度的增加而增多。突出最严重的煤层一般是最厚的主采煤层。煤层厚度变化带，如煤层由薄变厚，也是突出发生的多发地带。统计规律表明：突出煤层的突出危险区占突出煤层总区域面积的10%左右，突
33、出危险区有带状分布特点。其原因是因煤层突出危险区受到地质构造控制，而地质构造具有带状分布的特征，如断层、向斜轴部、火成岩侵入形成变质煤与非变质煤交互或邻近地区以及各种地质构造交汇处等；采掘工程形成的应力集中带、应力叠加区，如采掘工作面邻近煤柱、采止线、两条巷道贯通之前的应力集中带，相向采掘的两工作面互相接近时的应力集中带等也具有带状分布特点，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。但随着采深的增加，突出危险性增大，上述规律逐步不明显。煤与瓦斯突出孔洞的位置及形状是各式各样的。大部分孔洞位于巷道上山方向及工作面上隅角。典型突出的孔洞口小腹大（压出和倾出例外），呈
34、梨形或椭圆形，或者呈不规则拉长的椭球形，有时还有奇异的外形。孔洞中心线通常和煤层仰斜呈一定角度，或与仰斜的煤同一方向而深入煤体。沿巷道推进方向，孔洞倾角（中心线与水平面之夹角）在4045左右（倾出孔洞必大于4045），很少有水平方向的。有时候并不能看到明显的孔洞，而只见有位移的虚煤区。前苏联顿巴斯煤田孔洞沿走向深度小于6m的占90%，重庆地区孔洞沿走向深度小于5m的占80%，可以认为绝大多数突出发生在不超过5m的深度内。突出孔洞的实际容积总是小于喷出煤的体积。以重庆地区30余个突出孔洞为例，一般孔洞实际容积为抛出煤体积的1/2，个别场合为1/10。法国的统计资料表明，孔洞容积为抛出煤体积的1/
35、41/3，前苏联加加林矿的世界上最大的一次突出，突出孔洞容积为抛出煤体积的4/5。典型煤与瓦斯突出的一个重要特征是抛出的煤具有明显的分选现象，即在靠近突出地点的巷道下部堆积着块煤，其次为碎煤，离突出地点较远处和煤堆上部是粉煤。有时在巷道顶板和煤堆之间留有通道，在煤堆表面和巷道壁上覆盖着一层粉煤。煤的抛出距离不等，可以由数米到上千米，并可随巷道拐弯、分流或抛向高处。抛出的煤可能堆满巷道全断面，造成巷道堵塞。煤的堆积坡面角通常小于自然安息角，有分选性，有沉积轮回性。突出的煤中有大量的手捻无粒度感的微尘。抛出的煤量可以由数吨到万余吨。突出时涌出的瓦斯量取决于煤层瓦斯含量和突出的煤量等。在特大型突出时
36、，短时间内能涌出数十万以至数百万m3的瓦斯，吨煤瓦斯涌出量高达100800m3，超过煤层瓦斯含量的530倍。瓦斯一般顺风流运行，而在大型和特大型突出时，瓦斯粉煤流可逆风流运行并充满数千米巷道。突出的动力效应常表现为推翻矿车、破坏支架、搬运巨石、造成冲击气浪和声响等。 在特大型突出中，能把大石块抛出很远。例如，天府矿务局三汇一矿280m主平硐揭开六号煤层时发生的突出，把一块1吨多重的石块抛出120m以上，并拐了二个90的弯，还把一块3吨多重的石块抛出50m以上。从突出发生的情况看，突出的煤种从褐煤到无烟煤都有，南斯拉夫的劳科煤矿，在地质破坏带曾发生过褐煤与瓦斯突出。突出煤层的倾角越大，采掘工作面
37、越容易发生突出。大倾角的突出煤层突出主要属于倾出类型。受煤自重的影响，由上前方向巷道方向的突出占大多数，从下方向巷道突出为数极少。突出的次数有随着煤层倾角增大而增多的趋势。突出危险性随着有硬而厚的围岩(硅质灰岩、砂岩等)存在而增高硬而厚的围岩内容易积聚较高的弹性变形能，采掘工作进入这些区域，弹性能的释放容易诱发突出。（1）绝大多数特大型煤与瓦斯突出都发生在石门穿过危险煤层的过程中；（2）绝大多数特大型煤与瓦斯突出都是放炮引起的。放炮与突出往往有几分钟甚至几小时的延迟时间；（3）特大型煤与瓦斯突出时的瓦斯量（有时是二氧化碳）都很大；（4）多数特大型突出都发生在由地质构造变化而引起的煤层厚度变化地
38、带；（5）发生特大型突出的煤层几乎都有厚度不等的软分层存在，或是煤层本身就比较松软，破坏类型较高。尤其是软分层结构分散，多呈粒状或粉末状，易于破碎。在地质构造变化带，往往形成强烈的揉皱煤，层理和节理遭到破坏。课 题二： 瓦斯抽采系统与基本参数授课人： 刘祥一、教学目的：a) 了解煤矿瓦斯抽采的条件；b) 掌握煤矿瓦斯抽采系统的组成、抽采工艺及其相关设备的作用、适用条件和要求，包括地面瓦斯抽采系统和井下瓦斯抽采系统；c) 掌握煤矿瓦斯抽采基本参数及其测算方法，掌握抽采管道瓦斯浓度、流量等数据的测算方法。二、教学重点：a) 煤矿瓦斯抽采的条件；b) 煤矿瓦斯抽采系统的组成、抽采工艺及其相关设备的作
39、用、适用条件和要求，包括地面瓦斯抽采系统和井下瓦斯抽采系统；c) 煤矿瓦斯抽采基本参数及其测算，抽采管道瓦斯浓度、流量等数据的测算。三、教学内容：第一节 瓦斯抽放系统建立的条件一、瓦斯抽放的意义1、减少瓦斯涌出，避免瓦斯燃烧或爆炸，保证矿井安全生产；2、防治煤与瓦斯突出，减少人员伤亡；3、瓦斯为工业生产和人民生活服务,变害为利,创造良好的社会效益和经济效益；4、减少瓦斯对大气的污染,有利于生态环境的保护二、瓦斯抽放的条件煤矿安全规程145条、国家安全生产行业标准AQ10262006煤矿瓦斯抽采基本指标和AQ10272006煤矿瓦斯抽放规范都规定：凡符合下列情况之一的矿井，必须建立地面永久抽放瓦
40、斯系统或井下临时抽放瓦斯系统：1、一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。2、 矿井的绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：1）大于或等于40m3/min；2）年产量1.0-1.5Mt的矿井，大于30 m3/min；3）年产量0.6-1.0Mt的矿井，大于25 m3/min；4）年产量0.4-0.6Mt的矿井，大于20 m3/min；5）年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15 m3/min；3、开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。建立地面永久瓦斯抽放系统的矿井，应同时具备下列两个条件：1、瓦斯抽放系统的抽放量可稳定在2
41、m3/min以上；2、瓦斯资源可靠、储量丰富，预计瓦斯抽放服务年限在五年以上。建立井下临时抽放系统规定不具备建立永久瓦斯抽放系统条件的，应建立井下临时抽放系统，其应遵守下列规定：（1）井下临时泵站应安设在抽放瓦斯地点附近的新鲜风流中。（2）抽出的瓦斯可引排到地面、总回风巷、一翼回风巷或分区回风巷，但必须保证稀释后风流中的瓦斯浓度不超限。在建有地面永久抽放系统的矿井，移动泵站抽出的瓦斯可送至地面永久抽放系统的管路，但矿井抽放系统的瓦斯浓度应遵守有关规定。（3）抽出的瓦斯排入回风巷时，在排瓦斯管路出口必须设置栅栏、悬挂警戒牌等。栅栏设置的位置是上风侧距管路出口5m、下风侧距管路出口30m，两栅栏间
42、禁止任何作业。（4）在下风侧栅栏外必须设甲烷断电仪或矿井安全监控系统的甲烷传感器，巷道风流中瓦斯浓度超限时，实现报警、断电，并进行处理。（5）井下移动泵站必须实行“专用变压器、专用开关和专用线路”供电。三、抽采瓦斯的安全规定抽放瓦斯必须遵守下列规定： 。1）利用瓦斯时，瓦斯浓度不得低于30%，且在利用瓦斯的系统中必须装设有防回火、防回气和防爆炸作用的安全装置。不利用瓦斯、采用干式抽放瓦斯设备时，抽放瓦斯浓度不得低于25%。2）井上下敷设的瓦斯管路，不得与带电物体接触并应有防止砸坏管路的措施。3）在有自然发火危险煤层的采空区抽采瓦斯时，必须经常检测CO浓度和气体温度等有关参数的变化。发现有自然发
43、火征兆时，要采取措施。抽出瓦斯浓度不得低于25。应采用自动监控装置，以保证抽采工作的安全。地面管路布置应符合下列要求：1)尽量避免布置在车辆频繁的主干道旁；2)不得将抽瓦斯管路和自来水管、暖气管、下水道管、动力电缆、照明电缆及通讯电缆等敷设在同一条地沟内。3)主干管应与城市、矿区发展规划建筑布置相结合。4)抽瓦斯管道与地上、下建(构)筑物及设施的间距应符合工业企业总平面设计规范的有关规定。5)瓦斯管道不得从地下穿过房屋或其它建(构)筑物，一般情况下也不得穿过其它管网，当必须穿过其它管网时，应按有关规定采取措施。6）通往井下的抽采管路应采取防雷措施。第二节 瓦斯抽放系统的构成瓦斯抽放系统分为地面
44、固定式瓦斯抽放系统和井下临时瓦斯抽放系统。瓦斯抽放系统主要有管道、瓦斯泵、流量计、安全装置等组成。（一）、抽放瓦斯的管道抽放瓦斯的管道由总管、分管、支管及其附属装置所组成，管材一般选用钢管、铸铁管、镀锌螺旋管、聚乙烯管等材料，但井下禁止采用玻璃钢管。管道附属装置有阀门、测压嘴、钻孔（钻场）连接装置、排渣放水器等。（二）、瓦斯泵常用的瓦斯泵有水环真空泵、离心式瓦斯泵和回转式瓦斯泵。水环真空泵的特点是真空度高、负压大、流量小、安全性好（工作室内充满介质，不会发生瓦斯爆炸）。由于水环真空泵安全性好，抽放负压大，所以煤矿使用较为广泛。（三）、孔板流量计为了全面掌握与管理井下瓦斯抽放情况，需要在总管、支
45、管和各个钻场、钻孔安设测定瓦斯流量的流量计。孔板流量计是根据气体流经节流装置时，会产生压力降（压差）的原理，来测定管道内气体流量的一种装置。孔板流量计是煤矿瓦斯抽放广泛使用的计量装置，它的制作加工、安装和使用都有严格的要求。（四）、安全装置地面瓦斯抽放系统安全防护装置有防爆、防回火装置，放空和避雷装置等。井下临时瓦斯抽放系统瓦斯排入回风巷时，在抽放瓦斯管路出口处必须设置栅栏、悬挂警戒牌等。第三节 瓦斯抽放基本参数1、煤层瓦斯压力: 煤层孔隙中游离瓦斯呈现的压力。MPa2、瓦斯含量: 单位质量煤中所含的瓦斯体积。m3/min3、瓦斯储量：指井田开采过程中能够向开采空间排放瓦斯的煤层和岩层所赋存瓦
46、斯的总量。万m34、可抽瓦斯量：指在当前技术条件下瓦斯储量中能够被抽放出来的瓦斯量。万m3。5、抽放率1）矿井（或采区）抽放率：矿井（或采区）抽放率是指矿井（或采区）的抽出瓦斯量占其风排瓦斯量与抽放瓦斯量之和的百分比。 2）工作面本开采层的抽放率：开采层的抽放率是指从开采层抽出的瓦斯量占开采层涌出及其抽出瓦斯量的百分比。 3）工作面邻近层的抽放率：邻近层的抽放率是指从邻近层抽出的瓦斯量占邻近层涌出及其抽出量之百分比。6、钻孔瓦斯流量衰减系数：煤层内钻孔的瓦斯流量随时间呈衰减变化的特性系数。7、煤层透气系数：表征煤层对瓦斯流动的阻力，衡量瓦斯在煤层内流动难易程度的参数。未卸压煤层的抽放瓦斯效果主
47、要取决于其透气性系数，是煤层瓦斯抽放的最重要系数。为了增加煤层的透气系数，国内外许多研究者进行了不少人工增透方法探索。这些探索可以归纳为三类：一类是设法从煤层取出一部分物质，形成空洞，造成裂隙与孔隙的再分布、张开并形成新的裂隙，例如水力割缝、水力掏槽都是从煤层取出一部分煤体，或注入酸液以溶蚀煤内的碳酸盐，注入煤的溶剂或使煤局部液化的物质，在煤层内形成空洞；第二类，注入高压水或压气，将煤压裂，然后注入支撑剂（砂等）将裂隙支撑起来以改变其透气性；第三类，对煤体进行爆破或水力破裂，当存在自由面时，因煤体内裂隙容积扩展较大，增透效果显著。如松动爆破、深孔控制预裂爆破等。水力破裂是用高压水把煤体压裂，但不注入支撑剂，一般不用水力破裂孔进行抽放（因孔内充水抽放效果不好），
