瓦斯突出机理及防治

煤与瓦斯突出机理煤与瓦斯突出是煤矿开采过程中常见的安全隐患之一，也是造成煤矿灾害的主要原因之一。

煤与瓦斯突出机理主要包括构造破裂、煤体应力破坏、瓦斯超临界释放等。

下面将详细介绍煤与瓦斯突出的机理。

1. 构造破裂机理煤与瓦斯突出的最主要原因之一是构造破裂。

地表构造活动以及地下矿层的构造应力分布不均匀，使得煤层和岩层受到巨大的压力，随着压力的积累和释放，煤层与岩层之间的接触面发生破裂，进而导致煤与瓦斯突出。

构造破裂机理主要包括构造力学效应和地下水力学效应。

构造力学效应是指地表构造活动对煤层和岩层施加的力学作用，例如断裂、褶皱等。

当构造活动达到一定强度时，会导致煤层和岩层界面发生破裂，使得煤与瓦斯突出。

地下水力学效应是指由地下水引起的构造破裂，沉积层中的水压力会使得岩土界面受到强烈的水力冲击，从而导致破裂。

2. 煤体应力破坏机理煤体应力破坏是造成煤与瓦斯突出的另一个重要原因。

在煤矿开采过程中，煤体会因为拱起、磨皮、光煤带等因素而形成应力集中区域。

当地压力达到一定强度时，会导致应力集中区域的煤体发生破坏，使得煤与瓦斯突出。

煤体应力破坏机理主要包括岩层倾向和倾角、采场空区、开采速度等因素。

岩层倾向和倾角是指煤层倾斜的方向和角度，当煤层倾角较大时，地压力的方向和大小会发生变化，导致煤体应力集中。

采场空区是指煤矿采出煤炭后形成的空隙，这些空隙会使得地压力重新分布，从而导致应力集中。

开采速度是指采煤机的工作速度，过快的开采速度会导致煤体应力集中。

3. 瓦斯超临界释放机理瓦斯超临界释放是煤与瓦斯突出的重要机理之一。

在煤层中，存在着吸附态和游离态两种形式的瓦斯。

在地下采矿过程中，因为采空区、采煤工作面的破坏等原因，会导致煤层中的瓦斯溢出。

瓦斯超临界释放主要是指煤层中的游离态瓦斯溢出。

瓦斯在煤体孔隙中的压力高于临界压力时，瓦斯就会释放出来。

超临界释放主要受到孔隙压力、煤体渗透率、煤体孔隙结构等因素的影响。

当孔隙压力升高时，瓦斯释放速度也会增加。

煤与瓦斯突出的机理、类型与一般规律1 1煤与瓦斯突出的机理许多国家对煤与瓦斯突出机理的研究都很重视，并取得了一定成果，但由于突出机理的复杂性及突出现象的多样性，目前对突出机理的认识仍处于假说阶段。

国外对煤与瓦斯突出机理的认识可归纳为4种：地应力假说、瓦斯作用假说、化学本质假说和综合作用假说。

我国从60年代起就对突出煤层的应力状态、瓦斯赋存状态、煤的物理力学性能等开展了一系列的研究，根据现场资料和实验研究对突出机理进行了探讨，提出了新的见解和观点，概括起来主要有中心扩张学说、流变假说、二相液体假说、固流耦合失稳理论、球壳失稳理论等。

此外中国科学院力学研究所从力学角度对突出过程做了大量的研究工作，并提出了突出破坏过程及瓦斯渗流的机制方程。

1 2煤与瓦斯突出的类型煤与瓦斯的突出包括：煤与甲烷突出、岩石与甲烷突出、煤与CO 2突出、岩石与CO 2突出等。

由于突出时的原动力和所表现现象的不同，煤与瓦斯突出可分为突出、倾出、压出3种情况，各种情况比较见表1。

表1煤与瓦斯突出类型比较表 （略）1 3煤与瓦斯突出的一般规律（1）突出的次数和强度随开采的深度增加而增加；（2）突出多发生在地质构造地区，如褶曲、断层处及岩浆侵入地区；（3）煤体破坏程度越严重，煤的强度越小，突出危险性越大；（4）煤层中的厚度大、倾角大或其厚度和倾角发生变化以及煤层中的软分层由薄变厚的地区，容易发生突出；（5）掘进工作面应力集中的地区易发生突出；（6）在外力冲击作用下，如放炮或采煤机割煤时煤体受到震动，诱导瓦斯发生突出；（7）围岩的透气性越差、致密的岩层越厚，煤层的瓦斯含量越高，其突出的危险性也就越大；（8）突出多发生在揭煤和煤层掘进工作面；（9）在突出前大都出现预兆。

2煤与瓦斯突出的预测2 1突出预测方法的分类按预测预报范围和时间的不同，预测方法可分为3类：第一是区域性预测，主要是确定煤田、井田、煤层和采掘区域性的突出危险性；第二是局部预测，它是在区域性的基础上，根据钻探、采掘工程等资料，进一步对局部地区或要点的突出危险性作出判断；第三是日常预测，它是在区域性预测、局部预测的基础上，根据突出预兆的各种异常效应，对突出危险发出警告。

煤与瓦斯突出机理、预测及防治技术摘要：煤与瓦斯突出是发生在煤矿井下的一种复杂的动力现象，是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一，随着世界各国科研工作者们对煤与瓦斯突出的深入研究，已经取得了重大进展。

本文从煤与瓦斯突出机理、预测和防治技术进行综述。

关键词：煤与瓦斯突出机理；预测；防治。

1.煤与瓦斯突出机理国内外针对煤与瓦斯突出现象提出了四种假说：瓦斯作用说，化学本质说，地应力作用说和综合假说。

1.1瓦斯作用假说“瓦斯包”假说：该假说认为突出造成的原因是高压的游离瓦斯，这些高压的游离瓦斯储存在“瓦斯包”中，“瓦斯包”周围的煤体的透气性差，这就为高压的游离瓦斯的储存创造了条件，在井下采掘的过程中，当“瓦斯包”周围的煤体遭到破坏或者周围的煤体厚度发生改变时，“瓦斯包”周围的煤壁强度不足以维持“瓦斯包”时，“瓦斯包”中的高压游离瓦斯得到释放，就会短时间内迅速携带煤粉喷出。

“瓦斯膨胀”假说：“瓦斯膨胀假说”认为突出发生在结构不均的高压瓦斯煤层，煤层外部为硬煤，透气性差，内部为软煤透气性好，在采掘的过程中，当外部透气性差的硬煤遭到破坏时，内部的软煤强度较低，高压瓦斯就会通过透气性差的软煤喷出，喷出的同时携带出大量煤粉。

1.2化学本质说瓦斯屏障假说：瓦斯屏障假说认为在煤层受到压力条件时，煤层的结构将会发生改变，空隙率会变小，从而降低了煤层的透气性，在压力增大的过程中，煤层的透气性迅速降低。

甚至随着压力的增大，煤层透气性可减小至零。

这样瓦斯就不能从煤体流向巷道，类似于一个屏障在两者之间起到了隔绝作用，称之为“瓦斯屏障”。

当“瓦斯屏障”消失时，煤层内部的高压瓦斯就会猛烈的像外涌出，造成瓦斯突出。

瓦斯水化物假说：这种假说认为在一定的气压，温度条件下，煤层内可生成瓦斯水化物，且生成瓦斯水化物的温度，气压跟煤层瓦斯重重炭氢气体联系密切，重炭氢气体含量高时，生成瓦斯水化物所需的温度压力都会降低很多。

由于瓦斯水化物状态不稳定，很容易受到外部的因素而发生变化，当瓦斯水化物的平衡发生改变时，瓦斯水化物将会迅速的转变为气态的瓦斯，在短时间内煤层瓦斯压力将会迅速增大，当煤层强度不足以抵抗高压瓦斯时，煤层将会发生突出。

2024年煤矿瓦斯预测与防治瓦斯对矿井安全的威胁主要有爆炸、突出、窒息三种表现形式。

瓦斯防治技术的研究主要从两方面入手。

一方面是瓦斯涌出和突出预测，包括对煤岩层中瓦斯含量的预测、采掘过程中瓦斯涌出量和涌出形式的预测、煤与瓦斯突出危险性的预测等，根据预测结果确定合理的采掘部署及防治瓦斯灾害的措施；另一方面是瓦斯灾害预防，包括对煤层及采空区中的瓦斯进行抽放、采掘空间的合理通风、煤与瓦斯突出危险性的消除等，其目的是减少瓦斯涌出量、消除瓦斯异常涌出、将采掘空间中瓦斯浓度稀释到可爆炸限以下，保证充足的氧气供给。

瓦斯突出预测1、突出危险区域预测在瓦斯地质统计分析法和综合指标法的基础上，试验研究了突出危险区域无线电波透视技术，利用无线电波在不同煤岩介质中吸收系数的变化探测预测区域范围内的构造异常带、煤层厚度变化带、煤层强度变化带、瓦斯富集带等。

根据透视结果，结合瓦斯地质统计分析和工作突出预测指标的变化规律，利用专家系统软件综合分析判断区域的突出危险性。

利用甲烷检测报警器及时测量身边甲烷浓度，巷道内安装低浓度甲烷传感器，到达甲烷报警点及时撤离。

2、突出危险工作面预测实验表明:煤岩层在受载过程中产生电磁辐射信号，信号振幅与外载荷以及煤岩力学性质破坏程度有关。

由于煤与瓦斯突出也主要是煤岩受载发生破坏的一个力学过程，可以通过捕捉破坏过程产生的电磁辐射信号来预测突出。

电磁辐射信号变化特征与突出危险预测指标基本一致，对钻孔时瓦斯动力现象反映敏感，利用电磁辐射信号变化特征预测突出是比较理想的非接触式方法。

生产矿井瓦斯灾害防治方法1、认真学习先进经验，切实做到“五个及时”。

对于巷帮抽放钻场采取了及时施工、及时打钻、及时封孔、及时合茬抽放、及时充填的“五及时”管理措施，杜绝了钻场瓦斯积聚。

在钻孔收尺方面，根据实际工作需要矿成立了瓦斯治理办公室，具体负责对瓦斯效果检验，严格落实“干、管”分离，明确了瓦斯办收尺员和通风区测气员联合收尺，确保了收尺的真实性，月底由瓦斯治理办公室负责将监督检查数据汇总上报，并严格落实防突效果检验，切实把住了钻孔收尺及效果检验关。

煤与瓦斯突出机理和影响因素及其防治措施摘要：对现有的煤与瓦斯突出机理研究成果进行了评述，阐述了煤与瓦斯突出机理的研究思路与方法和研究现状，分析影响煤与瓦斯突出的各种地质因素。

随着矿井开采深度逐渐增加，煤层瓦斯含量也逐渐增高，煤层的透气性越低，突出危险性也相应增大，所以研究防治突出措施有重要的现实意义，并提出煤与瓦斯突出的防治措施。

关键词：煤与瓦斯突出地质构造防治措施前言：煤与瓦斯突出是采煤过程中发生的严重自然灾害之一，可在极短时间内，由煤体内部向采场、巷道等采掘空间喷出大量的煤和瓦斯，突出物会造成埋人，破坏设施，突出的瓦斯使人窒息，或引起瓦斯爆炸，造成严重的人员伤亡和矿井损毁事故。

我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家自1950年发生有记载的第一次煤与瓦斯突出现象以来，在安徽、四川、重庆、贵州、江西、湖南、河南、山西、辽宁、黑龙江等省区都发生了煤与瓦斯突出。

因此，解决矿井煤与瓦斯突出灾害问题是实现煤炭工业可持续发展的当务之急。

对于煤与瓦斯突出机理，各国研究者经过长期得到努力提出了包括瓦斯主导作用、地应力主导作用、化学本质作用和综合作用等假说，基本定性的解释了煤与瓦斯突出现象。

1 国内外研究现状1.1 国外研究现状国外关于煤与瓦斯突出机理的研究成果可以归纳为以下4个方面[1~4]：a.瓦斯主导作用假说这类假说认为煤体内存储的高压瓦斯在突出中起主要作用。

其中“瓦斯包”说占重要地位，认为“瓦斯包”是突出的动力来源。

瓦斯主导作用假说主要有：“瓦斯包”说、粉煤带说、煤空隙结构不均匀说、突出波说、裂缝堵塞说、闭合空隙瓦斯释放说、瓦斯膨胀说、卸压瓦斯说、火山瓦斯说、地质破坏带说、瓦斯解吸说等11种假说。

b.地应力主导作用假说这种假说认为煤和瓦斯突出主要是高地应力作用的结果。

高地应力包括2个方面，一方面指自重应力和构造应力，另一方面指工作面前方存在的应力集中。

地应力主导作用假说主要有：岩石变形潜能说、应力集中说、塑性变形说、冲击式移近说、拉应力波说、应力叠加说、放炮突出说、顶板位移不均匀说等8种假说。