1、2,煤與瓦斯突出分類及其特征按動力現象的力學（能量）特征分類煤與瓦斯突出可分為突出、壓出與傾出三類。（1）發動突出的主要作用力是地應力和瓦斯壓力的聯合作用，通常以地應力為主，瓦斯壓力 為輔，重力不起決定作用；實現突出的基本能源是煤內積蓄的高壓瓦斯潛能。（2）發動與實現壓出的主要作用力是地應力，瓦斯壓力與煤的自重是次要因素，壓出的基本 能源是煤巖所積蓄的彈性變形能。（3）發動傾出的主要因素是地應力，即結構松軟、含有瓦斯致使內聚力降低的煤，在較高地 應力作用下，突然破壞、失去平衡，為其位能的釋放創造了條件，實現傾出的主要力是失穩煤 的自重。按動力現象的強度分類（1）小型突出：強度50t/次（突出后

2、，經過幾十分鐘瓦斯濃度可恢復正常）；（2）中型突出：強度5099t/次（突出后，經過一個工作班以上瓦斯濃度可逐步恢復正常）；（3）次大型突出：強度100499t/次（突出后，經過一天以上瓦斯濃度可逐步恢復正常）；（4）大型突出：強度500999t/次（突出后，經過幾天回風系統瓦斯濃度可逐步恢復正常）；（5）特大型突出：強度1000t/次（突出后，經過長時間排放瓦斯，回風系統瓦斯濃度才恢 復正常）。突出特點：煤與瓦斯突出的主要特點是：（1）煤與瓦斯突出后，會噴出大量的瓦斯和煤塵，突出時間極短，一般持續幾分鐘或幾秒鐘。（2）破碎的煤（或巖石）常常被拋出一定的距離。使突出地點人員窒息死亡或被掩埋、卷

3、走，巷道被堵塞或沖垮。（3）突出后在煤（巖）體內，往往形成大小不同、開關不一的孔洞。（4）突出時，常常伴有猛烈響聲和強大的動力效應。 所謂動力效應，就是突出所形成的沖擊波能破壞支架、推倒礦車、移動巨石等的一種動力現象。（5）噴出的瓦斯量大大超過煤層的瓦斯含量，往往有幾千到幾萬甚至幾百萬立方米。（6）突 出過程中，不但能順風流向回風方向沖擊，而縣常常發生瓦斯逆流現象，即瓦斯流沿著通風相 反方向流動。有的逆流很遠，可達幾百米甚至上千米；沖擊波能破壞通風系統，改變風流方向 造成通風混亂，不利于人員的撤退和救災。 （7）煤與瓦斯突出后的高濃度瓦斯，開始不會 立即爆炸，但在一定供氧條件下，遇火則能引起燃

4、燒；待降到爆炸界限內，遇火源就會爆炸。 因此，突出礦井的火源管理非常重要。（8）煤與瓦斯突出后，可能在同一地點發生第二次、 第三次突出。突出規律：突出發生在一定的深度上，開始發生突出的最淺深度稱為始突深度，一般它比瓦斯風化 帶的深度深一倍以上。突出的次數和強度隨著煤層厚度特別是軟分層的厚度的增加而增多。突出最嚴重的煤層 一般是最厚的主采煤層。突出的氣體種類主要是甲烷，個別礦井(吉林營城、甘肅窯街)突出二氧化碳。突出煤層的特點是煤的力學強度低，而且變化大；透氣性差(透氣性系數10m2 / (Mpa2.d)；瓦斯放散初速度高；濕度小；層理紊亂、遭受過地質構造力嚴重破壞的“構造煤”。突出危險區呈帶狀

5、分布，這是因為影響突出的主要因素受地質構造控制的緣故，而地質 構造具有帶狀分布的特征。向斜軸部地區、向斜構造中局部隆起地區、向斜軸部與斷層或褶曲 交匯地區、火成巖侵入形成變質煤與非變質煤交混或鄰近地區、煤層扭轉地區、煤層傾角驟變、 走向拐彎、變厚特別是軟分層變厚地區、壓性、壓扭性斷層地帶、煤層構造分岔、頂、底板階 梯狀凸起地區等都是突出點密集地區、也是大型甚至特大型突出地區。受煤自重影響，自上前方向巷道的突出占大多數，從下方向巷道的突出為數極少。突出 的次數有隨著煤層傾角增大而增多的趨勢。采掘工作往往可激發突出，特別是落煤與震動作業，不僅可引起應力狀態的變化，而且 可使動載荷作用在新暴露煤體上

6、造成煤的突然破碎。絕大多數突出都有預兆。突出危險性隨著有硬而厚的圍巖(硅質灰巖、沙巖等)存在而增高.(10 )煤與瓦斯突出主要發生在掘進工作面，但石門突出強度最大。煤與瓦斯突出機理及發生條件研究現狀突出機理：瓦斯作用說瓦斯作用說認為煤與瓦斯突出的主要動力來源于高壓瓦斯，即認為煤與瓦斯突 出是因為采掘工作接近或溝通存儲有大量高壓瓦斯的區域(或地點)時，高壓瓦斯突然噴出造 成的。地壓作用說 地壓用途說認為煤與瓦斯突出是地壓作用的結果。地壓包括巖石靜壓力、地質 構造力和采掘過程中形成的集中壓力等。在地壓作用下，煤層處于彈性變形狀態，積蓄著很大 的彈性潛能，當采掘工作接近或進入這些區域（或地點）時，彈

7、性潛能突然釋放，使煤體破碎、 拋出而發生突出。綜合作用說 綜合作用說認為煤與瓦斯突出是地壓、瓦斯（包括瓦斯壓力、含量和吸附瓦斯 瞬時解吸速度等）、重力（主要指急傾斜煤層）和煤的物理性質（包括煤的強度和破壞類型） 綜合作用的結果。目前國內外大多數學者認為綜合作用說更切合初階。10.地質因素對瓦斯涌出量的影響見論文。12.煤與瓦斯突出預測指標研究新進展見論文。19.提高煤層瓦斯抽采率的方法煤與瓦斯突出預測方法目前對煤與瓦斯突出的預測方法1）、微震技術預測突出危險性研究表明，煤和圍巖受力破壞過程中發生破裂和震動，當從震源傳出震波或聲波的強度和 頻率增加到一定數值時，可能出現煤的突然破壞，發生突出。突

8、出是由連續的多起斷裂引起的， 而且異常的微震發射通常在斷裂之前545s內產生，故微震法作為突出預報方法，有其廣闊 的應用前景。俄羅斯在地震聲學預測方法中取得了較好的研究成果。2）、煤層溫度狀況預測突出的危險性溫度狀況預測突出危險性的理論根據是：瓦斯解吸時吸熱，導致煤層溫度降低。溫度降低 越多，說明煤層瓦斯解吸能力越強，則突出危險性越大。國外對采掘工作面近工作面地段的煤體溫度狀況進行了考察研究，用于突出危險性日常預 測，并對掘進中發生的6次突出全部作出了預報。原蘇聯學者，采用近工作面地帶的溫度與煤 體原始溫度之差作為突出預測指標，該預測方法被原蘇聯防突委員會推薦使用。3）、煤層中涌出的氦或氡濃度

9、的變化預測突出研究表明在地震之前不僅有氡的反常涌出現象，而且有氦的反常涌出。前蘇聯學者考察了頓涅 茨煤田中2個不突出煤層和4個突出煤層的氦含量后指出：自由釋放的瓦斯中，氦含量高，瓦 斯壓力也相應的高。煤中涌出的氦可以作為預測突出的一個指標，該項目正在繼續進行。、電磁輻射強度預測突出危險電磁輻射(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象，與煤 巖體的受載狀況及變形破裂過程密切相關。采用電磁輻射法預測煤與瓦斯突出的優點是：電磁 輻射信息綜合反映了煤與瓦斯突出等災害動力現象的主要影響因素；可實現真正的非接觸預 測，無需打鉆，對生產影響小，易于實現定向及區域性預測，不受含瓦斯

10、煤體分布不均勻的影 響；可實現動態連續監測及預報，能夠反映含瓦斯煤體的動態變化過程；既能探測煤壁附近的 突出危險性及突出危險帶的方位，又能檢驗防突措施的效果。目前巖石破裂電磁輻射效應的研究取得了很多有益的成果，研究表明：在煤巖層受力變形 破壞過程中會產生電磁輻射，電磁輻射強度取決于所受力的大小和煤巖層的物理力學性質。煤 炭科學研究總院重慶分院利用這一原理研制的煤與瓦斯突出危險探測儀，在四川芙蓉礦務局進 行了實際應用，取得了較好的效果。、神經網絡方法進行突出預測煤與瓦斯突出，其發生是由地應力、高壓瓦斯、煤的結構性能、地質構造、煤厚變化、煤 體結構及圍巖特征諸多因素決定的。突出災害的發生是極不規則

11、的，其所處的系統是一個不斷 變化的系統，各種力學作用與這些作用所形成的地質體，大多數都處于復雜的非線性狀態。18.煤層增透技術研究現狀歸納分類主要包括以下幾類：鉆孔卸壓增透法、高能液體擾動卸壓增透法和爆生氣體擾動卸壓增透法鉆孔 卸壓增透法，從各大科研院所高等院校的專職研究人員到多個生產礦井的工程技術人員均采用密集鉆孔、 網格式抽采、交叉、迎面斜交等方法進行了較為廣泛的研究。余長林根據煤層瓦斯流動方程及井下實測鉆 孔瓦斯流量數據，提出對于單一低透氣性、高瓦斯煤層，改變鉆孔的布置方式充分利用工作面回采產生的 自我卸壓效應，采用斜交和垂直工作面布孔方式，提高邊采邊抽效果，是提高瓦斯抽采率，大幅度降低

12、工 作面瓦斯涌出量的有效途徑高能液體擾動卸壓增透技術的研究主要包括水力割縫、水力壓裂、煤層注水、 水力掏槽、水力擴孔、水力沖孔、水力擠出、以及近幾年剛剛興起的高壓磨料射流割縫等。關于水力割縫技術的理論及實驗研究，鄒忠有通過水力沖割煤層卸壓抽采瓦斯技術的試驗研究，發現水力 沖割煤層孔比普通鉆孔的抽采瓦斯量可以提高79%以上。趙嵐等人研究了在固一氣耦合作用下，通過水力 割縫釋放低滲透煤層的部分有效體積應力，使部分煤層在割縫后發生垮落應力場重新分布，煤層內的裂縫 和裂隙的數量、長度和張開度均得到增加，增大了煤層內裂縫、裂隙和孔隙的連通面積，從而增大了低滲透 煤層的滲透性。2002年，段康廉介紹了特大

13、煤樣采用水力割縫提高瓦斯滲透率的實驗研究。王婕、林柏泉運用巖石破裂分析系統(RFPA2DFlow)模擬了割縫排放低透氣性煤層內瓦斯的過程驗證了割 縫排放煤層內瓦斯是降低低透氣性煤層煤與瓦斯突出危險的有效方式。唐建新、賈劍青，針對礦井煤層瓦 斯抽采及防突中煤層透氣性差，瓦斯抽采率低等問題，按照高壓水射流技術應用的原理，設計了應用于抽 采鉆孔中切割煤體的高壓水射擊流裝置，并在現場對噴嘴和射流器進行了試驗。李曉紅等人提出了利用高 壓脈沖水射流鉆孔、切縫以提高松軟煤層透氣性和瓦斯抽采率的新思想。基于巖石動態損傷模型，理論分析 和數值模擬高壓脈沖水射流瞬時動載荷、柔性撞擊作用下煤體的動態損傷特性及裂隙場

14、的變化規律.。結果 表明，高壓脈沖水射流的沖擊效應、剝蝕效應以及震動效應等沖擊荷載作用可有效破碎煤體增大煤體裂隙 率和裂隙連通率，提高煤層的透氣性。余海龍等研究了水力疏松對工作面回風風流瓦斯濃度以及鉆屑指標 的影響林柏泉等人通過分析煤層巷道煤與瓦斯突出機理，提出了整體卸壓的理念，開發了高壓磨料射流割縫防突 技術并且在煤層巷道掘進工作面進行了實際應用水力壓裂李同林證實了試驗區目的層煤巖彈性模量低，泊松比高，脆性大，易破碎，易壓縮，文章還得出了目的層 煤巖斷裂準則二次拋物線型包絡線，煤層水壓致裂裂縫形式判斷，裂縫開裂角方位的計算公式以及相關結 論，李安啟等人在理論和實踐結合的基礎上，闡述了由于煤巖

15、特性對煤層水力壓裂縫發育的影響，并結合國 內煤層水力裂縫監測結果進行了分析評估，提出適合模擬煤層水力裂縫幾何尺寸的模型，特別是在煤層形 成復雜裂縫系統時的一些新觀點.趙陽升基于實驗、理論與數值分析，論述了水力壓裂技術在改造低滲透煤 層過程中的局限性，其機理是水力壓裂技術僅能在煤層中產生極少量的裂縫，而且在壓裂裂縫周圍還會產 生應力集中區，該區事實上成為煤層氣開采的屏障區煤層注水聶百勝等人探討了磁化水的性質、磁場作用機理以及磁技術在煤層注水方面的應用前景。研究結果表明， 必須在合適的磁場作用下水的表面張力才能降低到最小；磁處理后，可以明顯減少水中的某些元素，這對 于減少礦井水對管道的腐蝕具有重要

16、意義；磁化水能夠增加煤巖體的飽和吸水量，增加水在煤巖介質中的 滲透性水力掏槽李學臣等人的試驗研究證明，水力掏槽措施卸壓范圍廣、防突效果顯著，同時水力掏槽掘進工藝實現了操 作過程無人值守，同時還提高了掘進過程的安全性爆生氣體擾動卸壓增透技術的研究主要包括深孔控制爆破和松動爆破兩個方面石必明運用巖石斷裂力學和爆炸力學理論分析了在高瓦斯低透氣性有突出危險的煤層中進行深孔預裂控制 松動爆破時，煤與瓦斯耦合作用的爆生裂隙形成機理，得出了爆破過程中煤體貫通裂隙形成的條件及爆破 孔與控制孔孔間距確定的依據.蔡峰、劉澤功針對高瓦斯低透氣性煤層，采用Taylor方法建立了一個新的LS -DYNA3D爆破損傷模型

17、，對深孔預裂爆破進行了數值模擬研究再現了爆破過程中，動壓沖擊震裂、應力波 傳播與疊加以及爆生氣體驅動裂紋擴展的整個過程，分析了爆破孔間距對爆生裂紋和爆破增透效果的影響 鄭福良通過在單一低透氣性煤層中采取深孔預裂爆破措施，大大增加了煤體內裂隙的數量，從而提高了煤 層透氣性和抽采率樊少武為提高煤化程度高、低透氣性難抽采的焦煤瓦斯抽采率，研究應用水壓致裂和爆 破致裂技術，實驗發現鉆孔周圍的裂紋數目、幾何形態、連通狀況等與致裂壓力、煤巖體力學性質、應力 11分布、鉆孔直徑和周圍介質中膨脹波傳播速度等相關，借助鉆孔水壓致裂和爆破致裂技術可以提高煤層 的透氣性增加煤層透氣性主要是增加煤層瓦斯的自由流動通道

18、及裂隙，便于瓦斯的抽采。為了有效抽采煤層中的瓦 斯，對煤層進行人為強化增透卸壓，改變煤體的結構煤層瓦斯壓力梯度以及地應力梯度，使突出危險性大 大降低在礦井開采煤層群時，一般先開采非突出或突出危險程度低的煤層，即保護層的開采，也就是對突 出煤層進行層外卸壓，開采保護層具有方法簡單經濟和卸壓范圍大等特點，現為國內外普遍應用；對于單一 煤層的開采，主要采取層內卸壓的方法，比如水力沖孔水力割縫水力擠出水力壓裂爆破法密集交叉鉆孔法 等增透技術為了達到煤層卸壓抽采瓦斯而防治突出，可以用相反的思維考慮，利用煤與瓦斯突出來進行煤層卸壓為了 保障在發生煤與瓦斯突出時的安全，同時也為了控制連續突出在小流量的狀態下

19、發生，以及突出后煤與瓦 斯分離處理20。瓦斯地質研究對瓦斯抽采的作用瓦斯地質學是研究煤層瓦斯的形成、賦存和運移以及瓦斯地質災害防治理論的交叉學科。研究的內容包括: 煤層瓦斯的形成過程研究或者說煤層瓦斯組成與煤級的關系研究；瓦斯在煤層內的賦存與運移；煤與瓦斯 突出機理研究；構造煤特征研究；地質構造控制煤與瓦斯突出理論；煤與瓦斯突出預測方法與控制措施； 瓦斯資源地面開發；瓦斯地質圖編制。17.構造煤對煤與瓦斯突出的控制作用，主要表現為以下幾個方面：（1）從煤體特征方面看，構造煤的空 隙率一般較高，因而可以保存更多的游離瓦斯；同時，構造煤的透氣性一般較小，因而構造煤一般能夠保 持相對較高的瓦斯壓力。

20、因此，這兩方面促成了煤與瓦斯突出所需要的動力條件，是煤與瓦斯突出發生的 內因。（2）構造煤遭受地質構造相關作用后，結構遭受不同程度破壞，裂隙、揉皺密布，滑面發育，外形呈碎粒和粉狀，抵御外力作用的能力大大降低，形成了有利于煤與瓦斯突出事件發生的外部條件，即外 因。（3）構造煤中的吸附層，削弱了煤分子之間的相互作用力，起著一定的“分隔”作用；而構造煤中 的游離瓦斯，在煤體發生破碎作用時充當著“氣墊”作用。這兩方面的因素，一是造成了煤體強度明顯降 低；二是有利于煤體顆粒相對移動，煤與瓦斯突出拋出煤體，大大促進了突出作用持續、迅速地發生與發 展。 （4）由于構造煤的強度低，所以其發生變形的幅度差異和關系更敏感。這就是說，在煤層采掘后， 由于集中應力的作用，構造煤壓縮變形的幅度較原生結構煤更大；反之，在卸壓作用條件形成時，構造煤 伸張變形幅度也較大，甚至可以形成一些新的裂隙，為瓦斯的迅速解吸、放散和快速流動創造條件。因而， 更有利于煤與瓦斯突出的發生。（5）一定厚度的構造煤的存在是煤與瓦斯突出發生的必要條件。主要原 因有：突出準備階段的一切必要條