桑樹坪煤礦是一個年產300萬t、具有煤與瓦斯突出危險的礦井，1997年礦井建成投產以來，煤與瓦斯突出時有發生，嚴重影響煤礦生產安全。隨著采掘深度的加大和采掘速度的不斷提高，煤與瓦斯突出等煤巖災害動力現象日趨嚴重。因此，進行煤與瓦斯突出規律分析研究，找出影響煤與瓦斯突出的因素，對有效地防治煤與瓦斯突出，消除或降低煤與瓦斯突出事故造成的危害，具有重要的現實意義。

    1 井田概況

    桑樹坪煤礦地處陜西省韓城市北部，屬渭北石炭二疊紀煤田東北端，面積63km2。井田為一走向北東、傾向北西的單斜構造，受東部邊緣韓城大斷層影響，邊淺部煤層傾角10°左右，深部3°～5°。井田內中小型褶曲、斷層均很發育，斷層密度為32.5條/km2。井田含煤地層為二疊系山西組及石炭系太原組，含煤9層（1、2、3、5、7、8、9、11、12），其中3號煤、11號煤為主采煤層，2號煤局部可采。3號煤厚5m，煤層瓦斯含量10.23 m3/t；11號煤厚3.3 m，煤層瓦斯含量9.27 m3/t；2號煤厚1.0 m，煤層瓦斯含量8.74 m3t。礦井采用聯合開拓（平硐-斜井）。平硐礦井絕對瓦斯涌出量20.80 m3/min，相對瓦斯涌出量10.35 m3/t；斜井礦井絕對瓦斯涌出量4.98 m3/min，相對瓦斯涌出量42.28 m3/t。平硐采用對角式通風，斜井采用分區式通風。

    2 煤與瓦斯突出類型及突出強度特征

    桑樹坪煤礦1998年至2004年5月共發生強度不同的煤與瓦斯突出48次，按突出類型及突出強度統計分析如下。

    2.1 煤與瓦斯突出類型

    表1 煤與瓦斯突出類型

突出類型	突出次數/次	突出強度/t	瓦斯涌出量/m3
壓出	36	4～220 42.36	810～28 000 4 717.94
突出	12	93～1 100 478.92	5 600～66 784 27 635.50

    由表1可以看出，桑樹坪煤礦煤與瓦斯壓出較多，共36次，占總突出數的75％，突出強度較小，平均突出強度 42.36 t，平均瓦斯涌出量4 717.94 m3，突出強度超過100t的僅有3次；煤與瓦斯突出12次，占總突出次數的25％，但突出強度較大，平均突出強度478.92 t，平均瓦斯涌出量27 635.50 m3。從壓出和突出次數所占總突出次數百分比看，桑樹坪煤礦煤與瓦斯突出多為以地應力主要作用力的壓出。

    2.2 煤與瓦斯突出強度

    表2 煤與瓦斯突出強度

突出強度/t	突出次數/次	占總數比例/％
＜50 50～100 100～300 300～600 600～1 000 ＞1 000	28 6 5 4 3 1	58.3 12.5 10.5 8.3 6.3 2.1

    表2中煤與瓦斯突出強度分布特征顯示，小于100 t的突出共34次，占總突出次數的70.8％。因此，桑樹坪煤礦煤與瓦斯突出以強度＜100 t的突出主為。

    3 煤與瓦斯突出與各種影響因素的關系

    3.1 突出強度及瓦斯涌出量與開采深度的關系

    表3 突出強度及瓦斯涌出量與開采深度的關系

開采深度/m	突出次數/次	突出強度/t	瓦斯涌出量/m3
＜400   400～600   600～800	20   25   3	4～220 47.34 3～1 100 227.48 12～549 212.67	820～28 000 4 595.85 810～66 784 13 961.60 4 766～49 309 20 173.67

    從表3中數據可以看出，隨著開采深度的加大，突出強度及瓦斯涌出量明顯增大。實測資料顯示，桑樹坪煤礦煤層瓦斯壓力梯度平均1.15MPa/hm，當采深大于400mm時，煤與瓦斯突出的頻度提高，突出強度增大。例如，采深＞415 m的4137回風巷掘進過程中，共發生煤與瓦斯突出6次，其中5次突出強度超過200 t，最大強度為810 t最大瓦斯涌出量為66 784m3。

    3.2 突出強度及瓦斯涌出量與采掘工程類型的關系

    表4 突出強度及瓦斯涌出量與采掘工程類型的關系

采掘工程類型	突出次數/次	突出強度/t	瓦斯涌出量/m3
平巷   石門   采面	33   3   12	4～810 152.75 41～1 100 540.33 3～220 50.83	810～66 784 13 961.60 2 100～42 000 23 366.67 130～28 000 6 402.84

    從表4中突出次數看，平巷突出量多，占總突出次數的68.8％；采煤工作面突出次之，占總突出次數的25％；石門最少，占總突出次數的6.2％。但從突出強度看，石門突出強度最大，平巷突出強度次之，采煤工作面突出強度最小。石門突出強度是采煤工作面突出強度的10.63倍，平巷突出強度是采煤工作面突出強度的3倍。由此可以看出，桑樹坪煤礦巷道發生煤與瓦斯突出的危險性遠元大于采煤工作面。

    3.3 突出強度及瓦斯涌出量與作業方式的關系

    從表5中突出次數看，放炮和架棚引發突出并列首位，均占總突出次數的37.5％；采煤機割煤引發突出次之，占總突出次數的18.75％；無作業與打鉆引發突出最少。但從突出強度看，無作業突出強度最大，放炮與架棚突出強度相近，采煤機割煤突出強度最小。桑樹坪煤礦無作業突出和架棚突出強度較大。研究發現，當煤體結構完整時，放炮使煤體破壞，裂隙增多，有利于瓦斯排放；當煤體結構破壞嚴重，為碎粉煤，糜棱煤時，放炮使媒體內部裂隙閉合或被煤泥充填，煤層透氣孔生變差，不利于瓦斯排放，造成煤層瓦斯含量增大，瓦斯壓力升高，當瓦斯壓力達到一定程度時，發生煤與瓦斯突出。因此，可以認為，放炮既有誘導煤與瓦斯突出的作用，又有延緩煤與瓦斯突出的作用。

    表5 突出強度及瓦斯涌出量與作業方式的關系

作業方式	突出次數/次	突出強度/t	瓦斯涌出量/m3
放炮   采煤機割煤   架棚   打鉆   無作業	18   9   18   1   2	14～810 161.61 3～220 45.78 4～610 140.60 77 3～120 671.50	810～28 594 8 774.22 877～28 000 5 907.67 1 287～66 784 12 757.33 4 766 13 969～42 000 7 984.50

    3.4 突出強度及瓦斯涌出量與地質構造的關系

    表6 突出強度及瓦斯涌出量與地質構造的關系

構造類型	突出次數/次	突出強度/t	瓦斯涌出量/m3
斷層及層滑構造   褶曲   煤厚變化   無構造	11   5   13   19	30～120 41.73 25～1 100 532.60 4～361 114.31 3～810 159.87	820～8 900 3 710.45 1 393～42 000 20 717.40 877～66 784 14 053.79 820～49 309 13 755 118

    表6顯示，在各種構造因素中，褶曲部位煤與瓦斯突出強度最大，在發生的5次突出中，有4次突出強度超過200t，其中＋300 m軌道石門發生的強度為1 100 t的煤與瓦斯突出是近年來最強的一次；無構造突出強度排次之；煤厚變化突出強度排第三；斷層及層滑構造突出強度最小。桑樹坪煤礦無構造突出強度較大，突出次數較多，其原因是這類突出多發生在深部或煤體結構破壞嚴重的部位。因此，可以認為，桑樹坪煤礦煤與瓦斯突出與地質構造聯系密切，但在采深＞400 m及煤體結構破壞嚴重的無構造部位，煤與瓦斯突出的危險性依然很大。

    3.5 突出強度及瓦斯涌出預兆的關系

    表7 突出強度及瓦斯涌出量與突出預兆的關系

突出預兆	突出次數/次	突出強度/t	瓦斯涌出量/m3
響煤炮   片幫、掉碴   煤結構紊亂   頂板來壓   噴頂夾鉆   瓦斯異常   瓦斯忽大忽小   無預兆	30   11   15   3   5   3   3   6	4～549 159.87 4～549 207.07 3～220 45.60 25～480 180.33 3～243 71.20 4～549 108.25 5～360 128.67 25～1 100 246	820～66 784 11 993.13 1 929～49.309 13 755.18 820～28 000 4 648.8 1 596～26 000 10 457 877～13 969 5 707.80 2 481～49 309 19 569 1 393～11 483 5 852 810～4 200 9 620.83

    由表7可以看出，87.5％的煤與瓦斯突出有突出預兆，并且突出預兆的種類及特征與突出強度和突出時間有密切聯系；當有響煤炮、片幫掉碴、頂板來壓及瓦斯異常等預兆時，突出強度較大；煤炮聲為單個，由遠而近，強度由小到大，突出可以有在數小時后發生，突出強度較大；煤炮聲為群炮，頻率很高，強度很大，突出很快就要發生；當瓦斯異常或瓦斯忽大忽小，且有煤塵及瓦斯冷風出現時，突出可能在數秒或數分鐘內立刻發生；突出預兆種類越多，突出發生的時間越近；突出預兆越提前，越明顯，突出強度就越大。因此，掌握突出預兆的種類及特征，對煤與瓦斯突出預測，防止突出造成人身傷亡事故，具有重要的現實意義。

    4 結論

    通過對桑樹坪煤礦近6年來48次煤與瓦斯突出進行分析，可初步得出如下結論：

    （1）桑樹坪煤礦75％的煤與瓦斯突出為以地應力為主導的煤與瓦斯壓出，突出強度一般＜100 t。

    （2）各種巷道掘進中發生的煤與瓦斯突出強度大、頻度高、危害嚴重；工作面采過程中發生的煤與瓦斯突出多為小型壓出。

    （3）放炮突出和炮后延期突出的強度和頻度均較高，說明放炮既有誘導煤與瓦斯突出的作用，又有延緩煤與瓦斯突出的作用。

    （4）褶曲構造、煤厚變化是影響煤與瓦斯突出的重要因素，但當采深超過400 m時靜壓力成為煤與瓦斯突出的重要影響因素。

    （5）絕大多數煤與瓦斯突出發生之前有預兆出現，預兆的種類、特征與突出強度、突出時間密切相關。當有響煤炮、頂板來壓、片幫掉碴及瓦斯異常等預兆中的2種以上同時出現時，發生突出的強度大。