淺析煤與瓦斯突出的預(yù)測及防治措施

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1、淺析煤與瓦斯突出的預(yù)測及防治措施摘要在總結(jié)分析了國內(nèi)外煤與瓦斯突出機(jī)理、突出類型、突出條件、突出一般規(guī)律和影響因素的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)比較分析了煤與瓦斯突出預(yù)測的各種方法及針對性防治措施，指出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是預(yù)測煤與瓦斯突出非線性問題的最有前景的方法。關(guān)鍵詞煤與瓦斯突出預(yù)測防治措施1煤與瓦斯突出的機(jī)理、類型與一般規(guī)律1.1煤與瓦斯突出的機(jī)理許多國家對煤與瓦斯突出機(jī)理的研究都很重視，并取得了一定成果，但由于突出機(jī)理的復(fù)雜性及突出現(xiàn)象的多樣性，目前對突出機(jī)理的認(rèn)識仍處于假說階段。國外對煤與瓦斯突出機(jī)理的認(rèn)識可歸納為4種：地應(yīng)力假說、瓦斯作用假說、化學(xué)本質(zhì)假說和綜合作用假說。我國從60年代起就對突出煤層的

2、應(yīng)力狀態(tài)、瓦斯賦存狀態(tài)、煤的物理力學(xué)性能等開展了一系列的研究，根據(jù)現(xiàn)場資料和實(shí)驗(yàn)研究對突出機(jī)理進(jìn)行了探討，提出了新的見解和觀點(diǎn)，概括起來主要有中心擴(kuò)張學(xué)說、流變假說、二相液體假說、固流耦合失穩(wěn)理論、球殼失穩(wěn)理論等。此外中國科學(xué)院力學(xué)研究所從力學(xué)角度對突出過程做了大量的研究工作，并提出了突出破壞過程及瓦斯?jié)B流的機(jī)制方程。1.2煤與瓦斯突出的類型煤與瓦斯的突出包括：煤與甲烷突出、巖石與甲烷突出、煤與CO2突出、巖石與CO2突出等。由于突出時(shí)的原動力和所表現(xiàn)現(xiàn)象的不同，煤與瓦斯突出可分為突出、傾出、壓出3種情況，各種情況比較見表1。表1煤與瓦斯突出類型比較表（略）1.3煤與瓦斯突出的一般

3、規(guī)律（1）突出的次數(shù)和強(qiáng)度隨開采的深度增加而增加；（2）突出多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造地區(qū)，如褶曲、斷層處及巖漿侵入地區(qū)；（3）煤體破壞程度越嚴(yán)重，煤的強(qiáng)度越小，突出危險(xiǎn)性越大；（4）煤層中的厚度大、傾角大或其厚度和傾角發(fā)生變化以及煤層中的軟分層由薄變厚的地區(qū)，容易發(fā)生突出；（5）掘進(jìn)工作面應(yīng)力集中的地區(qū)易發(fā)生突出；（6）在外力沖擊作用下，如放炮或采煤機(jī)割煤時(shí)煤體受到震動，誘導(dǎo)瓦斯發(fā)生突出；（7）圍巖的透氣性越差、致密的巖層越厚，煤層的瓦斯含量越高，其突出的危險(xiǎn)性也就越大；（8）突出多發(fā)生在揭煤和煤層掘進(jìn)工作面；（9）在突出前大都出現(xiàn)預(yù)兆。2煤與瓦斯突出的預(yù)測2.1突出預(yù)測方法的分類按預(yù)測預(yù)報(bào)范圍

4、和時(shí)間的不同，預(yù)測方法可分為3類：第一是區(qū)域性預(yù)測，主要是確定煤田、井田、煤層和采掘區(qū)域性的突出危險(xiǎn)性；第二是局部預(yù)測，它是在區(qū)域性的基礎(chǔ)上，根據(jù)鉆探、采掘工程等資料，進(jìn)一步對局部地區(qū)或要點(diǎn)的突出危險(xiǎn)性作出判斷；第三是日常預(yù)測，它是在區(qū)域性預(yù)測、局部預(yù)測的基礎(chǔ)上，根據(jù)突出預(yù)兆的各種異常效應(yīng)，對突出危險(xiǎn)發(fā)出警告。2.2國內(nèi)外煤與瓦斯突出的預(yù)測方法2.2.1微震技術(shù)預(yù)測突出危險(xiǎn)性研究表明，煤和圍巖受力破壞過程中發(fā)生破裂和震動，當(dāng)從震源傳出震波或聲波的強(qiáng)度和頻率增加到一定數(shù)值時(shí)，可能出現(xiàn)煤的突然破壞，發(fā)生突出。突出是由連續(xù)的多起斷裂引起的，而且異常的微震發(fā)射通常在斷裂之前5～45s內(nèi)產(chǎn)生，故微

5、震法作為突出預(yù)報(bào)方法，有其廣闊的應(yīng)用前景。俄羅斯在地震聲學(xué)預(yù)測方法中取得了較好的研究成果。2.2.2煤層溫度狀況預(yù)測突出的危險(xiǎn)性溫度狀況預(yù)測突出危險(xiǎn)性的理論根據(jù)是：瓦斯解吸時(shí)吸熱，導(dǎo)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(qiáng)，則突出危險(xiǎn)性越大。前蘇聯(lián)NA雷任科等學(xué)者，對采掘工作面近工作面地段的煤體溫度狀況進(jìn)行了考察研究，用于突出危險(xiǎn)性日常預(yù)測，并對掘進(jìn)中發(fā)生的6次突出全部作出了預(yù)報(bào)。原蘇聯(lián)的另一些學(xué)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(yù)測指標(biāo)，該預(yù)測方法被原蘇聯(lián)防突委員會推薦使用。2.2.3煤層中涌出的氦或氡濃度的變化預(yù)測突出研究表明在地震之前不僅有氡的反常涌

6、出現(xiàn)象，而且有氦的反常涌出。前蘇聯(lián)學(xué)者考察了頓涅茨煤田中2個(gè)不突出煤層和4個(gè)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(yīng)的高。煤中涌出的氦可以作為預(yù)測突出的一個(gè)指標(biāo)，該項(xiàng)目正在繼續(xù)進(jìn)行。2.2.4電磁輻射強(qiáng)度預(yù)測突出危險(xiǎn)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(xiàn)象，與煤巖體的受載狀況及變形破裂過程密切相關(guān)。采用電磁輻射法預(yù)測煤與瓦斯突出的優(yōu)點(diǎn)是：電磁輻射信息綜合反映了煤與瓦斯突出等災(zāi)害動力現(xiàn)象的主要影響因素；可實(shí)現(xiàn)真正的非接觸預(yù)測，無需打鉆，對生產(chǎn)影響小，易于實(shí)現(xiàn)定向及區(qū)域性預(yù)測，不受含瓦斯煤體分布不均勻的影響；可實(shí)現(xiàn)動態(tài)連續(xù)監(jiān)測及預(yù)

7、報(bào)，能夠反映含瓦斯煤體的動態(tài)變化過程；既能探測煤壁附近的突出危險(xiǎn)性及突出危險(xiǎn)帶的方位，又能檢驗(yàn)防突措施的效果。目前巖石破裂電磁輻射效應(yīng)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(chǎn)生電磁輻射，電磁輻射強(qiáng)度取決于所受力的大小和煤巖層的物理力學(xué)性質(zhì)。煤炭科學(xué)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(xiǎn)探測儀，在四川芙蓉礦務(wù)局進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，取得了較好的效果。2.2.5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行突出預(yù)測煤與瓦斯突出，其發(fā)