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煤与瓦斯突出机理

作者：佚名安全文集来源：不详点击数：479更新时间：2008-5-30

煤与瓦斯突出系指煤矿中这样一种煤体动力现象,即在极短时间内,由煤体向巷道(包括采场)中突然喷出巨量的瓦斯和粉碎的煤,并在煤体中形成某种特殊形状的空洞,喷出的粉煤被瓦斯流所携带运动,并造成一定的动力效应(推倒矿车,巨石,破坏支架等),大突出时粉煤可以充填数百米巷道,而喷出的瓦斯-粉煤流有时带有暴风般的性质,逆风流充满数千米长的巷道.

因此,煤与瓦斯突出是威胁煤矿安全生产的最严重的自然灾害.自从1834年法国发生世界上第一次煤和瓦斯突出以来,40多个产煤国家发生了突出.我国的瓦斯突出极为严重,至今为止,已发生突出万次以上.今年1--8月全国发生较大以上的突出31起,死亡182人,其中有14起发生在非突出矿井,占45.2%.对云南来说,近年随着煤炭开采的向地下深部延伸和开发力度的加大,煤与瓦斯突出也随之加剧.东源集团的羊场煤矿,田坝煤矿,恩洪煤矿均是突出矿井,恩洪突出还很严重.云南在建的最大规模井工煤矿---白龙山煤矿也已经发生瓦斯突出.因此瓦斯突出灾害的严重性云南已经凸现.研究和掌握治理技术已经很迫切.

煤与瓦斯突出一般是在工作面放炮或采掘等诱导因素出现后随即发生的.这样的突出称之为正常突出.还有一种突出是在工作面放炮或采掘等诱导因素出现后延迟一定时间才发生,称之为延期突出.延期突出由于延期时间有长有短,难以确定,不好预防.今年羊场曾经发生过一次延期突出.那么,煤与瓦斯突出的机理是如何的呢?讨论瓦斯抽放和突出治理的资料很多,但对突出机理进行详细描述的资料却很少,因此了解这方面知识对于研究和治理突出显得很有必要.

人类对煤与瓦斯突出机理的研究已经近200年了,对突出机理的假说不下40种,尽管各有差别,但归纳起来有六类,主要的仍然是三大类:瓦斯主导学说;地压主导学说;综合作用假说.本文介绍有代表性的几种假说.

(一)瓦斯主导学说

该类学说认为,瓦斯是突出的主要原因和能源,而地压和煤的物理力学性能则是为突出创造了有力条件.该类学说主要包括以下假说:

1)"瓦斯包"说(前苏联贝可夫提出)

突出的原因在于煤层中存在"瓦斯包".该瓦斯包中的瓦斯压力比邻近区域要高得多,且包围"瓦斯包"的煤体透气性极小,使高压瓦斯得以保存.当工作面接近这一"瓦斯包"时,高压瓦斯破坏了煤壁,瓦斯携带破碎煤猛烈喷出,发生瓦斯突出.

2)突出波说(前苏联赫利斯特尔维切提出)

突出是煤层中所含潜能的显现,每吨煤中所含瓦斯的潜能要比煤层储蓄的弹性变形能大10倍左右.在煤强度低的区域,煤层中的瓦斯压力大于煤的极限破坏强度,在采掘工作面接近这些区域时,在瓦斯压力作用下,可产生连续破坏煤体的"突出波".

3)瓦斯膨胀说

(1)煤层中存在高压瓦斯含量地带,吸附瓦斯引起了煤体膨胀,增加了煤层应力,且在这样的煤层中透气系数接近于零.当巷道接近这一区域时,使应力急剧降低,造成煤的破坏和突出.(前苏联尼靠林提出)

(2)突出是由于含有高压瓦斯的煤层,没结构不均匀.透气性低的硬煤包围着透气性高的软煤,当巷道工作面接近硬煤与软煤边界时,运动着的高压瓦斯就可以冲破煤壁夹带着随煤而喷出发生突出(别土哈夫提出).

4)瓦斯水化物说(前苏联学者提出)

在一定温度和压力下,空隙煤体中有可能形成瓦斯的水化物CH4.6H2O.当它与水结合时,在一立方米的水中可以含有200立方米的瓦斯.煤层中的瓦斯水化物以不稳定的化合物存在,储存着巨大的潜能,受到采动影响即能迅速分解,形成高压瓦斯,突破煤体而造成突出.

5)瓦斯运移说(笔者1988年提出)

煤是多孔裂隙物质，其中存在着大小不等的空隙，孔隙之间由若干大小裂隙沟通。游离瓦斯存在于孔隙之中，而吸附瓦斯存在于煤的表面。在目前开采条件下。97312348:来源：四川安全生产网

吸附瓦斯主要存在于微空隙的表面，因为地压只能对大孔隙和裂隙有压缩变形的作用，所以地压的变化对煤的吸附能力影响很小，而对煤层的透气性则有重大影响。煤层中的大孔和裂隙是瓦斯流动的通道，是构成煤层透气性的基本部分。采掘工程开始后必将在井巷两边和前方巷壁上形成应力“三区”，这些重新分布的应力“三区”随工作面的推进而
前移。工作面前方应力显现区生成预成裂隙并半有瓦斯解吸。工作面前方应力显现区煤层中的游离瓦斯和解吸瓦斯在支承压力作用下沿应力转移过程中形成的预成裂隙向前方运移积累。煤层中的游离瓦斯和解吸瓦斯在支承压力作用下沿应力转移过程中形成的预成裂隙向前方不断运移的同时，楔子作用的瓦斯在预成裂隙中（或沿煤层层理）运移时不断冲刷、导致裂隙、层理周边煤体破坏成为粉煤（或碎煤），使得粉煤和瓦斯混合相间积累。采掘工作面不断推进，应力“三区”随工作面的推进而不断前移