煤與瓦斯突出機(jī)理、監(jiān)測及防治技術(shù)

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1、煤與瓦斯突出機(jī)理、預(yù)測及防治技術(shù)摘要：煤與瓦斯突出是發(fā)生在煤礦井下的一種復(fù)雜的動(dòng)力現(xiàn)象，是威脅煤礦安全生產(chǎn)的重大災(zāi)害之一，隨著世界各國科研工作者們對(duì)煤與瓦斯突出的深入研究，已經(jīng)取得了重大進(jìn)展。本文從煤與瓦斯突出機(jī)理、預(yù)測和防治技術(shù)進(jìn)行綜述。關(guān)鍵詞：煤與瓦斯突出機(jī)理；預(yù)測；防治。1.煤與瓦斯突出機(jī)理國內(nèi)外針對(duì)煤與瓦斯突出現(xiàn)象提出了四種假說：瓦斯作用說，化學(xué)本質(zhì)說，地應(yīng)力作用說和綜合假說。1.1瓦斯作用假說“瓦斯包”假說：該假說認(rèn)為突出造成的原因是高壓的游離瓦斯，這些高壓的游離瓦斯儲(chǔ)存在“瓦斯包”中，“瓦斯包”周圍的煤體的透氣性差，這就為高壓的游離瓦斯的儲(chǔ)

2、存創(chuàng)造了條件，在井下采掘的過程中，當(dāng)“瓦斯包”周圍的煤體遭到破壞或者周圍的煤體厚度發(fā)生改變時(shí)，“瓦斯包”周圍的煤壁強(qiáng)度不足以維持“瓦斯包”時(shí)，“瓦斯包”中的高壓游離瓦斯得到釋放，就會(huì)短時(shí)間內(nèi)迅速攜帶煤粉噴出。“瓦斯膨脹”假說：“瓦斯膨脹假說”認(rèn)為突出發(fā)生在結(jié)構(gòu)不均的高壓瓦斯煤層，煤層外部為硬煤，透氣性差，內(nèi)部為軟煤透氣性好，在采掘的過程中，當(dāng)外部透氣性差的硬煤遭到破壞時(shí)，內(nèi)部的軟煤強(qiáng)度較低，高壓瓦斯就會(huì)通過透氣性差的軟煤噴出，噴出的同時(shí)攜帶出大量煤粉。1.2化學(xué)本質(zhì)說瓦斯屏障假說：瓦斯屏障假說認(rèn)為在煤層受到壓力條件時(shí)，煤層的結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生改變，空隙率會(huì)變

3、小，從而降低了煤層的透氣性，在壓力增大的過程中，煤層的透氣性迅速降低。甚至隨著壓力的增大，煤層透氣性可減小至零。這樣瓦斯就不能從煤體流向巷道，類似于一個(gè)屏障在兩者之間起到了隔絕作用，稱之為“瓦斯屏障”。當(dāng)“瓦斯屏障”消失時(shí)，煤層內(nèi)部的高壓瓦斯就會(huì)猛烈的像外涌出，造成瓦斯突出。瓦斯水化物假說：這種假說認(rèn)為在一定的氣壓，溫度條件下，煤層內(nèi)可生成瓦斯水化物，且生成瓦斯水化物的溫度，氣壓跟煤層瓦斯重重炭氫氣體聯(lián)系密切，重炭氫氣體含量高時(shí)，生成瓦斯水化物所需的溫度壓力都會(huì)降低很多。由于瓦斯水化物狀態(tài)不穩(wěn)定，很容易受到外部的因素而發(fā)生變化，當(dāng)瓦斯水化物的平衡發(fā)生改

4、變時(shí)，瓦斯水化物將會(huì)迅速的轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的瓦斯，在短時(shí)間內(nèi)煤層瓦斯壓力將會(huì)迅速增大，當(dāng)煤層強(qiáng)度不足以抵抗高壓瓦斯時(shí)，煤層將會(huì)發(fā)生突出。1.3地應(yīng)力為主導(dǎo)的假說這類假說把突出發(fā)生的原因歸結(jié)為局部地應(yīng)力的增大。在這類假說中,構(gòu)造應(yīng)力論占有重要的地位。構(gòu)造應(yīng)力說又可分為殘余構(gòu)造應(yīng)力說和現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力說兩種。地層中產(chǎn)生的地質(zhì)構(gòu)造須有巨大的力量,即構(gòu)造應(yīng)力。殘余構(gòu)造應(yīng)力說認(rèn)為,盡管在久遠(yuǎn)的年代以前,地質(zhì)構(gòu)造已經(jīng)形成,但在地質(zhì)構(gòu)造帶附近煤層的圍巖中,仍殘存著部分構(gòu)造應(yīng)力,即殘余構(gòu)造應(yīng)力,其值遠(yuǎn)大于自重應(yīng)力值。當(dāng)采掘工作面接近這些含有殘余構(gòu)造應(yīng)力的巖層時(shí),會(huì)像彈簧一樣張開

5、,釋放其中貯存的大量彈性潛能,引起突出。但在漫長的地質(zhì)年代中,殘余構(gòu)造應(yīng)力是否能保存下來,引起了較大的爭議,所以又有人提出了現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力說,即認(rèn)為現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力大的區(qū)域即為突出危險(xiǎn)區(qū)域。另一種學(xué)說認(rèn)為采掘工作面前方存在著應(yīng)力集中,當(dāng)厚層頂板懸頂過長或突然冒落時(shí),可能產(chǎn)生附加的集中應(yīng)力。在集中應(yīng)力作用下,煤發(fā)生破壞和破碎時(shí),會(huì)伴隨大量瓦斯涌出而構(gòu)成突出。1.4綜合作用假說該假說認(rèn)為突出是地應(yīng)力、瓦斯和煤的物理力學(xué)性質(zhì)等因素綜合作用的結(jié)果。綜合假說較全面的考慮了突出動(dòng)力(地應(yīng)力、瓦斯)和阻力(煤強(qiáng)度)兩方面的主要因素,因而得到了國內(nèi)外學(xué)者的普遍認(rèn)可。若某區(qū)域

6、地應(yīng)力越大,瓦斯含量(壓力)越高,則該區(qū)域突出危險(xiǎn)性越大。對(duì)采掘工作面突出而言,突出不僅與地應(yīng)力、瓦斯和煤物理力學(xué)性質(zhì)各參數(shù)的原始值有關(guān),在很大程度上還取決于近工作面各參數(shù)的變化,即工作面附近煤巖應(yīng)力,瓦斯壓力的分布狀況和煤強(qiáng)度性質(zhì)的變化。工作面前方應(yīng)力和瓦斯壓力梯度越大,煤強(qiáng)度越不均質(zhì),則工作面突出危險(xiǎn)性也就越大。2.煤與瓦斯突出的預(yù)測根據(jù)突出的特征和種類又有針對(duì)性的突出預(yù)測方法?？偟膩碚f分為兩大類：區(qū)域預(yù)測、局部預(yù)測。區(qū)域預(yù)測主要方法：（1）七因素綜合預(yù)測法，該法是把與突出有關(guān)的七種因素以等量線的方式繪制在煤層采掘工程圖上，并把實(shí)際突出點(diǎn)也填在該圖

7、上，制成突出預(yù)測圖。各因素的突出界限指標(biāo)值以及諸因素的綜合指標(biāo)可根據(jù)各礦井實(shí)際突出規(guī)律經(jīng)考察確定。這七因素是：等深線及始突深度；地質(zhì)構(gòu)造線；煤層瓦斯壓力與含量等值線圖；煤層厚度與軟分層厚度的等值線圖；堅(jiān)硬厚層直接頂（底）板的等厚線；底板等高線；鄰近煤層煤柱對(duì)該煤層的影響范圍線。（2）瓦斯地質(zhì)單元法：該法是以綜合假說為理論基礎(chǔ)，以地質(zhì)分析為依據(jù)，以實(shí)驗(yàn)?zāi)M為參照，運(yùn)用可信的瓦斯地質(zhì)指標(biāo)綜合預(yù)測煤與瓦斯突出的重要理論和實(shí)踐。2）局部預(yù)測主要方法①石門揭煤突出預(yù)測；②煤巷掘進(jìn)工作面突出預(yù)測；③回采工作面突出預(yù)測。3.煤與瓦斯突出防治技術(shù)基本措施基本措施是施工

8、鉆孔抽排瓦斯，是進(jìn)一步降低瓦斯含量、徹底消除煤層突出危險(xiǎn)必須采取的措施，是決定性的，是必須實(shí)施