煤與瓦斯突出的預(yù)測及防治措施

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1、煤與瓦斯突出的預(yù)測及防治措施　1　煤與瓦斯突出的機理、類型與一般規(guī)律　　11　煤與瓦斯突出的機理　　許多國家對煤與瓦斯突出機理的研究都很重視，并取得了一定成果，但由于突出機理的復(fù)雜性及突出現(xiàn)象的多樣性，目前對突出機理的認識仍處于假說階段。國外對煤與瓦斯突出機理的認識可歸納為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)場資料和實驗研究對突出機理進行了探討，提出了新的見解和觀點，概括起來主要有中心擴張學(xué)說、流變假說、二相液體假

2、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?！　”?　煤與瓦斯突出類型比較表（略）　　13　煤與瓦斯突出的一般規(guī)律　　（1）突出的次數(shù)和強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

3、巖漿侵入地區(qū)；　?。?）煤體破壞程度越嚴重，煤的強度越小，突出危險性越大；　　（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；　?。?）掘進工作面應(yīng)力集中的地區(qū)易發(fā)生突出；　?。?）在外力沖擊作用下，如放炮或采煤機割煤時煤體受到震動，誘導(dǎo)瓦斯發(fā)生突出；　?。?）圍巖的透氣性越差、致密的巖層越厚，煤層的瓦斯含量越高，其突出的危險性也就越大；　?。?）突出多發(fā)生在揭煤和煤層掘進工作面；　?。?）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)報范圍和時間

4、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，進一步對局部地區(qū)或要點的突出危險性作出判斷；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度和頻率增加到一定數(shù)值時，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

5、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，故微震法作為突出預(yù)報方法，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)測突出的危險性　　溫度狀況預(yù)測突出危險性的理論根據(jù)是：瓦斯解吸時吸熱，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，則突出危險性越大。　　前蘇聯(lián)NA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行了考察研究，用于突出危險性日常預(yù)測，并對掘進中發(fā)生的6次突出全部作出了預(yù)報。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

6、指標，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個不突出煤層和4個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)測突出的一個指標，該項目正在繼續(xù)進行。　　224　電磁輻射強度預(yù)測突出危險　　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)點是：

7、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；可實現(xiàn)動態(tài)連續(xù)監(jiān)測及預(yù)報，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性及突出危險帶的方位，又能檢驗防突措施的效果。　　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探測儀，在四川芙蓉礦務(wù)局

8、進行了實際應(yīng)用，取得了較好的效果。　　225　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進行突出預(yù)測　　煤與瓦斯突出，其發(fā)生是由地應(yīng)力、高壓瓦斯、煤的結(jié)構(gòu)性能、地質(zhì)構(gòu)造、煤厚變化、煤體結(jié)構(gòu)