煤與瓦斯突出機(jī)理

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1、煤與瓦斯突出機(jī)理作者：佚名來源：本站原創(chuàng)發(fā)布時間：2011年12月30日點(diǎn)擊數(shù)：18--絕大多數(shù)的研究者都認(rèn)為煤與瓦斯突出由地應(yīng)力、包含在煤中的瓦斯和煤的結(jié)構(gòu)（包括其力學(xué)性質(zhì)）三個因素決定，突出過程中，地應(yīng)力、瓦斯壓力是發(fā)動和發(fā)展煤（巖）與瓦斯突出的動力，煤的結(jié)構(gòu)則是阻礙突出發(fā)生的因素，它們存在于一個體系（突出煤層及圍巖）之中，有著極為密切的內(nèi)在聯(lián)系，既互相依賴，又互相制約。地應(yīng)力地應(yīng)力場是一個自然應(yīng)力場，它由自重應(yīng)力場、構(gòu)造應(yīng)力場和溫度應(yīng)力場組成。自重應(yīng)力場是由上覆巖體的自重造成的。溫度應(yīng)力場屬

2、于靜水壓力應(yīng)力場，隨深度增加而增加，在同一深度，溫度應(yīng)力僅為自重應(yīng)力垂直分量的1/8。構(gòu)造應(yīng)力場是構(gòu)造運(yùn)動在發(fā)展過程中形成的應(yīng)力場。一個地區(qū)可能發(fā)生多次構(gòu)造運(yùn)動，因而其構(gòu)造應(yīng)力場往往是新、老應(yīng)力場疊加在一起的復(fù)雜應(yīng)力場。構(gòu)造應(yīng)力場具有很高的水平應(yīng)力，并且應(yīng)力分布不均勻。中國的突出大都發(fā)生在構(gòu)造應(yīng)力增高地帶，這些應(yīng)力增高帶有：1.封閉向斜軸附近；2.帚狀構(gòu)造的收斂端；3.煤層的扭轉(zhuǎn)區(qū)；4.煤層走向或傾向變化地帶；5.煤層厚度變化帶；6.煤包及分岔煤；7.壓性、壓扭性小斷層帶；8.巖漿侵入帶。地應(yīng)力的

3、作用表現(xiàn)為：1.使圍巖或煤層產(chǎn)生彈性變形，導(dǎo)致煤體產(chǎn)生突然破壞和位移；2.控制瓦斯壓力場。高的地應(yīng)力可導(dǎo)致煤層中瓦斯壓力的增大；3.決定著煤層透氣性。地應(yīng)力增高，煤層透氣性降低，煤體中瓦斯不易排放，將造成瓦斯壓力梯度增高，而煤體一旦破壞，透氣性增大，又會提高煤體中的瓦斯放散能力。地應(yīng)力的緩慢釋放不能導(dǎo)致煤體的充分破壞，只有在應(yīng)力狀態(tài)突然改變時，圍巖或煤體才能釋放足夠的彈性變形潛能，才會使煤體產(chǎn)生突然破壞而激發(fā)突出。導(dǎo)致應(yīng)力狀態(tài)突然改變變化的原因有：1.巷道進(jìn)入地質(zhì)破壞區(qū)；2.石門揭開煤層；3.工作

4、面迅速推進(jìn)（如放炮、打鉆等）；4.巷道從硬煤進(jìn)入軟煤帶；5.煤層突然加載，如巷道頂板突然下沉；6.煤層突然卸壓，如懸臂梁突然斷裂；7.煤的冒落。發(fā)生煤與瓦斯突出的第一個必要條件是：煤層和圍巖具有較高的地應(yīng)力和瓦斯壓力，并且工作面地帶煤層的應(yīng)力狀態(tài)突然變化。煤中的瓦斯以游離狀態(tài)和吸附狀態(tài)存在的煤層裂隙和孔隙中的瓦斯，對煤體有三個方面的作用：1.全面壓縮煤的骨架，促使煤體產(chǎn)生潛能；2.吸附在微孔表面的瓦斯分子對為空起著楔子作用，降低煤的強(qiáng)度；3.很大的瓦斯壓力梯度形成作用于壓力降低方向的力。無論游離瓦

5、斯，還是吸附瓦斯，都參與突出的發(fā)展。突出發(fā)生時，煤體潛能的釋放使煤體發(fā)生破碎并產(chǎn)生移動，而瓦斯的解吸又使煤的破碎和移動進(jìn)一步加強(qiáng)；由于瓦斯流不斷地把碎煤拋出，使突出孔洞壁始終保持一個較大的地應(yīng)力梯度和瓦斯壓力梯度，使煤的破碎不斷向深部發(fā)展。所以說突出過程的繼續(xù)發(fā)展或停止，在某種程度上決定通道是否暢通。煤（巖）與瓦斯突出發(fā)展的第二個必要條件是：有足夠的瓦斯流把碎煤拋出，并且突出孔洞暢通。煤結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性質(zhì)煤結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)對煤（巖）與瓦斯突出的發(fā)生影響很大。一般來說，煤愈硬、裂隙愈小，所需的破壞功愈大

6、，要求的瓦斯壓力和地應(yīng)力愈高；反之亦然。在地應(yīng)力和瓦斯壓力一定時，軟煤分層易被破壞；且由于軟煤分層存在的大量裂隙的連通性差，煤體的透氣性差，易于出現(xiàn)大的瓦斯壓力梯度，因而突出往往只沿軟煤分層發(fā)展。在成煤過程和歷次地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動中造成的煤結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)沿煤層走向和傾斜方向的不均質(zhì)性，不但給工作面附近煤體的應(yīng)力狀態(tài)突然變化創(chuàng)造了有利條件，并且還影響著突出的發(fā)展速度和突出孔洞的形狀和尺寸。