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摘要：煤与瓦斯突出是煤矿井下采掘过程中发生的一种煤与瓦斯的突然运动,是一种伴有声响和猛烈力能效应的动力现象;可在极短的时间内,由煤体内部向采场、巷道等采掘空间喷出大量的煤和瓦斯。突出物会造成埋人,破坏设施,突出的瓦斯使人窒息,甚至引起瓦斯爆炸,造成严重的人员伤亡。作者分析了中国煤与瓦斯突出防治技术现状、提出了煤与瓦斯突出区域的防治措施，最后阐述了煤与瓦斯突出防治技术发展及趋势。
关键词：煤与瓦斯突出 防治技术 现状 趋势
1 引言
煤炭工业是国民经济和社会发展的基础产业，煤炭工业的可持续发展直接关系着全面建设小康社会目标的实现和国家能源安全。我国煤矿均为有瓦斯涌出的矿井，全国煤矿的年瓦斯涌出量在100亿立方米以上。随着开采深度的不断增加，瓦斯涌出量不断加大，煤与瓦斯突出危险也不断增加，煤与瓦斯突出已成为我国煤矿灾害中危害最大的自然灾害之一。下表1 为2001- 2008 年全国发生的煤与瓦斯突出简表。
我国是世界上煤与瓦斯突出很严重的国家，因此防治煤与瓦斯突出刻不容缓。
2 中国煤与瓦斯突出防治技术现状
煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中常发生的严重自然灾害之一。自从我国1950年辽源矿务局富国西二矿首次发生突出以来，国内防突科技人员先后试验应用了松动爆破、超前排放钻孔、深孔控制卸压爆破、水力化等多项防突措施，有效的降低了突出强度和突出粗疏，取得了明显的防突效果，选择合理有效的防突技术是突出矿井实现高产高效的关键。
2.1 煤与瓦斯突出区域防治措施
2.1.1 危险煤层的抽放和湿润
对突出煤层的瓦斯预抽，可以降低煤层的瓦斯潜能。由于煤层瓦斯得到排放，煤体发生收缩变形，因此缓和了煤体的应力紧张状态，可以部分地释放煤体的弹性潜能。煤体瓦斯的排出，提高了煤的强度。因此，总体来说增大了突出的阻力，从而降低了突出威胁。而煤层湿润使裂隙和煤层空隙中的瓦斯局部封闭并提高煤的塑性，因此阻止了吸附瓦斯向自由状态的转变，从而共同起到防突的作用。
2.1.2 超前开采保护层
保护层超前开采后，被保护层的应力变形状态、煤结构和瓦斯动力参数发生显著变化，从发生变化的时间看，卸压作用是最早出现的，有些卸压过程甚至在保护层工作面前方10～20m处开始，一般在工作面后方。当膨胀变形速度加快时，瓦斯动力参数才发生显著变化。开采保护层防突机理可表述如下：开采保护层→岩层移动→被保护层卸压（地应力降低、煤层膨胀变形）→透气性增加、瓦斯解吸→煤（岩）层瓦斯排放能力增高→瓦斯排放、钻孔瓦斯流量增大→瓦斯压力降低→瓦斯含量减少→煤机械强度提高→应力进一步降低→降低煤与瓦斯突出威胁
2.2 煤与瓦斯突出局部防治措施
2.2.1 煤层水力松动
水力松动的实质是在回采工作面或准备巷道工作面施工钻孔，通过钻孔向煤层压入特殊的水溶液，通过水对煤体结构的破坏作用改变工作面附近煤层的瓦斯动力状态和应力应变状态。当向煤层以水力压裂方式注入水溶液时，液体在压力的作用下通过裂隙渗入煤层，形成的裂隙大多平行煤层暴露面。进行水力松动是在工作面附近煤层形成裂隙，导致煤层失去支撑能力，引起集中应力带向煤体深部转移。由于煤层失去支撑能力，在工作面附近形成卸压带，同时伴有瓦斯向外排放。
2.2.2 超前钻孔
在煤巷掘进工作面的前方，打直径为75～300mm 的钻孔，排放瓦斯，并在钻孔周围形成卸压带，以防止发生突出。一般钻孔深15～20m。超前钻孔常用于煤层较厚、赋质较软、透气性较好的情况下。对于煤层较硬，可以与微差控制爆破结合使用。
2.2.3 煤层的水力爆破处理
水力爆破可以理解為炸药在充水钻孔中的爆破。煤层的水力爆破处理可以与煤层预先注水一起进行，或不注水。在煤层水力爆破处理时，通过煤的松动和由此引起的工作面附近煤层应力重新分布和瓦斯排放，达到防止煤与瓦斯突出的作用，所以煤层爆破作用参数应保证煤必需的松动程度和卸压排放结果。采用以煤体水力爆破处理为基础的措施，与打孔有密切关系，同时打钻可能引起煤与瓦斯突出。当打直径60mm以下的钻孔时，煤与瓦斯突出的概率很小，所以煤体水力爆破处理时，钻孔直径应限制在60mm以下。
2.3 “四位一体”综合防突技术
“四位一体”综合防突技术充分考虑了煤与瓦斯突出的复杂性和不确定性，本着以人身安全为主、防止突出事故发生、避免防突工作的盲目性、减少人力和财力的浪费、提高突出矿井生产效率的目的，把防突工作分为4 个环节，即突出预测、防突措施、措施效果检验和安全防护措施。“四位一体”综合防突措施执行框图如图1 所示。
3 煤与瓦斯突出防治技术发展及趋势
3.1 防突技术的发展
“六五”至“十五”期间，在煤与瓦斯突出防治技术方面,取得主要的进展有：
（1）积极开展区域煤与瓦斯突出危险性预测研究，以绘制突出危险区域分布图为目标，该预测基础是煤矿实际测定的瓦斯压力和瓦斯含量等基本参数、地质构造、动力现象等。区域预测的方法包括瓦斯地质法、综合指标法、钻孔动力现象判断法和其他现象的综合判断法。
（2）行成了基于地球物理、瓦斯地质和动力区划方法与瓦斯突出区域预测方法及指标，实现区域预测结果的可视化；非接触式连续预测方法的研究与改善；对无线电波透视技术与装备进行了完善与改进；非突出危险区预测准确可靠性为100%，有突出危险区预测准确率达70%以上。
（3）行成了保护层结合瓦斯抽采综合防治突出成套技术。包括多重上保护层结合底板穿层钻孔抽瓦斯、远距离下保护层和地面钻孔抽瓦斯、特厚煤层首采分层结合底板穿层钻孔或高抽巷抽瓦斯。
3.2 防突技术的新趋势
在煤与瓦斯防突技术方面，美国和澳大利亚从20 世纪90年代开始，进行了一系列的透视实验，美国斯托拉斯公司采用先进电子集成和图像重建技术，已成功研制出了无线电磁波透视试验样机。美国、加拿大、瑞士研制的脉冲雷达，探测精度、探测距离、数据处理和成像技术等都有很大的优势，在地质构造发育、厚度变化大、煤体结构复杂和强度变软等煤与瓦斯突出易发区域的探测方面具有良好的应用前景。前苏联对声发射和电磁辐射技术预测煤与瓦斯突出进行了深入的研究，并已推广应用。我国在现有认识的基础上形成的突出预测预报技术，存在预测因子和临界值不能完全适应预测突出的实际要求等问题。
4 结束语
煤与瓦斯突出具有突发性、不完全的可知性，要想完全防止它的产生是难以达到的。根据现实情况，现有的防治突出方法首先要加强防突预测技术的研究，摸清楚它发生的地区、范围，从而采取必要的防治措施，改变其发生突出所应具备的基本条件，使其不发生或降低其突出强度，并采取必要的安全防护措施，以保证施工人员的安全。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：煤与瓦斯突出 防治技术 现状 趋势
1 引言
煤炭工业是国民经济和社会发展的基础产业，煤炭工业的可持续发展直接关系着全面建设小康社会目标的实现和国家能源安全。我国煤矿均为有瓦斯涌出的矿井，全国煤矿的年瓦斯涌出量在100亿立方米以上。随着开采深度的不断增加，瓦斯涌出量不断加大，煤与瓦斯突出危险也不断增加，煤与瓦斯突出已成为我国煤矿灾害中危害最大的自然灾害之一。下表1 为2001- 2008 年全国发生的煤与瓦斯突出简表。
我国是世界上煤与瓦斯突出很严重的国家，因此防治煤与瓦斯突出刻不容缓。
2 中国煤与瓦斯突出防治技术现状
煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中常发生的严重自然灾害之一。自从我国1950年辽源矿务局富国西二矿首次发生突出以来，国内防突科技人员先后试验应用了松动爆破、超前排放钻孔、深孔控制卸压爆破、水力化等多项防突措施，有效的降低了突出强度和突出粗疏，取得了明显的防突效果，选择合理有效的防突技术是突出矿井实现高产高效的关键。
2.1 煤与瓦斯突出区域防治措施
2.1.1 危险煤层的抽放和湿润
对突出煤层的瓦斯预抽，可以降低煤层的瓦斯潜能。由于煤层瓦斯得到排放，煤体发生收缩变形，因此缓和了煤体的应力紧张状态，可以部分地释放煤体的弹性潜能。煤体瓦斯的排出，提高了煤的强度。因此，总体来说增大了突出的阻力，从而降低了突出威胁。而煤层湿润使裂隙和煤层空隙中的瓦斯局部封闭并提高煤的塑性，因此阻止了吸附瓦斯向自由状态的转变，从而共同起到防突的作用。
2.1.2 超前开采保护层
保护层超前开采后，被保护层的应力变形状态、煤结构和瓦斯动力参数发生显著变化，从发生变化的时间看，卸压作用是最早出现的，有些卸压过程甚至在保护层工作面前方10～20m处开始，一般在工作面后方。当膨胀变形速度加快时，瓦斯动力参数才发生显著变化。开采保护层防突机理可表述如下：开采保护层→岩层移动→被保护层卸压（地应力降低、煤层膨胀变形）→透气性增加、瓦斯解吸→煤（岩）层瓦斯排放能力增高→瓦斯排放、钻孔瓦斯流量增大→瓦斯压力降低→瓦斯含量减少→煤机械强度提高→应力进一步降低→降低煤与瓦斯突出威胁
2.2 煤与瓦斯突出局部防治措施
2.2.1 煤层水力松动
水力松动的实质是在回采工作面或准备巷道工作面施工钻孔，通过钻孔向煤层压入特殊的水溶液，通过水对煤体结构的破坏作用改变工作面附近煤层的瓦斯动力状态和应力应变状态。当向煤层以水力压裂方式注入水溶液时，液体在压力的作用下通过裂隙渗入煤层，形成的裂隙大多平行煤层暴露面。进行水力松动是在工作面附近煤层形成裂隙，导致煤层失去支撑能力，引起集中应力带向煤体深部转移。由于煤层失去支撑能力，在工作面附近形成卸压带，同时伴有瓦斯向外排放。
2.2.2 超前钻孔
在煤巷掘进工作面的前方，打直径为75～300mm 的钻孔，排放瓦斯，并在钻孔周围形成卸压带，以防止发生突出。一般钻孔深15～20m。超前钻孔常用于煤层较厚、赋质较软、透气性较好的情况下。对于煤层较硬，可以与微差控制爆破结合使用。
2.2.3 煤层的水力爆破处理
水力爆破可以理解為炸药在充水钻孔中的爆破。煤层的水力爆破处理可以与煤层预先注水一起进行，或不注水。在煤层水力爆破处理时，通过煤的松动和由此引起的工作面附近煤层应力重新分布和瓦斯排放，达到防止煤与瓦斯突出的作用，所以煤层爆破作用参数应保证煤必需的松动程度和卸压排放结果。采用以煤体水力爆破处理为基础的措施，与打孔有密切关系，同时打钻可能引起煤与瓦斯突出。当打直径60mm以下的钻孔时，煤与瓦斯突出的概率很小，所以煤体水力爆破处理时，钻孔直径应限制在60mm以下。
2.3 “四位一体”综合防突技术
“四位一体”综合防突技术充分考虑了煤与瓦斯突出的复杂性和不确定性，本着以人身安全为主、防止突出事故发生、避免防突工作的盲目性、减少人力和财力的浪费、提高突出矿井生产效率的目的，把防突工作分为4 个环节，即突出预测、防突措施、措施效果检验和安全防护措施。“四位一体”综合防突措施执行框图如图1 所示。
3 煤与瓦斯突出防治技术发展及趋势
3.1 防突技术的发展
“六五”至“十五”期间，在煤与瓦斯突出防治技术方面,取得主要的进展有：
（1）积极开展区域煤与瓦斯突出危险性预测研究，以绘制突出危险区域分布图为目标，该预测基础是煤矿实际测定的瓦斯压力和瓦斯含量等基本参数、地质构造、动力现象等。区域预测的方法包括瓦斯地质法、综合指标法、钻孔动力现象判断法和其他现象的综合判断法。
（2）行成了基于地球物理、瓦斯地质和动力区划方法与瓦斯突出区域预测方法及指标，实现区域预测结果的可视化；非接触式连续预测方法的研究与改善；对无线电波透视技术与装备进行了完善与改进；非突出危险区预测准确可靠性为100%，有突出危险区预测准确率达70%以上。
（3）行成了保护层结合瓦斯抽采综合防治突出成套技术。包括多重上保护层结合底板穿层钻孔抽瓦斯、远距离下保护层和地面钻孔抽瓦斯、特厚煤层首采分层结合底板穿层钻孔或高抽巷抽瓦斯。
3.2 防突技术的新趋势
在煤与瓦斯防突技术方面，美国和澳大利亚从20 世纪90年代开始，进行了一系列的透视实验，美国斯托拉斯公司采用先进电子集成和图像重建技术，已成功研制出了无线电磁波透视试验样机。美国、加拿大、瑞士研制的脉冲雷达，探测精度、探测距离、数据处理和成像技术等都有很大的优势，在地质构造发育、厚度变化大、煤体结构复杂和强度变软等煤与瓦斯突出易发区域的探测方面具有良好的应用前景。前苏联对声发射和电磁辐射技术预测煤与瓦斯突出进行了深入的研究，并已推广应用。我国在现有认识的基础上形成的突出预测预报技术，存在预测因子和临界值不能完全适应预测突出的实际要求等问题。
4 结束语
煤与瓦斯突出具有突发性、不完全的可知性，要想完全防止它的产生是难以达到的。根据现实情况，现有的防治突出方法首先要加强防突预测技术的研究，摸清楚它发生的地区、范围，从而采取必要的防治措施，改变其发生突出所应具备的基本条件，使其不发生或降低其突出强度，并采取必要的安全防护措施，以保证施工人员的安全。
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