煤与瓦斯突出机理
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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。
煤与瓦斯突出机理分析及预防对策煤与瓦斯突出是指在地应力和瓦斯的共同作用下,破碎的煤和瓦斯由煤体或岩体突然向采掘空间抛出的异常动力现象。
煤与瓦斯突出具有突发性、极大破坏性和瞬间携带大量瓦斯和煤冲出等特点。
能摧毁井巷设施,破坏通风系统造成人员窒息,甚至引起瓦斯爆炸和火灾事故,是煤矿最严重的灾害之一。
煤与瓦斯突出的机理有许多种假设,但基本公认的是综合假说:即煤与瓦斯突出是由地应力、瓦斯和煤的物理力学性质三者共同作用的结果。
一、煤与瓦斯突出的一般规律(1)突出危险性随采掘深度的增加而增加。
(2)突出综合性随煤层厚度的增加而增加,尤其是软分层厚度。
(3)石门揭煤工作面平均突出强度最大,煤巷掘进工作面突出次数最多,爆破作业最易引发突出,采煤工作面突出防治技术难度最大。
(4)突出多数发生在构造带,煤层遭受严重破坏的地带,煤层产状发生变化地带,煤层硬度系数小于0.5的软煤层中。
(5)突出发生前通常有地层破坏、瓦斯涌出变化、煤层层理紊乱、钻空卡钻夹钻,煤壁温度降低、散发煤油气味,煤层产状发生变化等预兆。
二、煤与瓦斯突出预兆在我国煤与瓦斯突出预测可分为区域性预测和工作面预测两类。
(1)区域性预测。
区域性预测的任务是确定井田、煤层和煤层区域的危险性。
在地质堪探、新井建设和新水平开拓时进行。
区域性预测主要有以下3种方法:①单项指标法。
采用煤的的破坏类型、瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数和煤层瓦斯压力作为预测指标,各种指标的突出危险值应根据实测资料确定。
○2根据煤的变质程度。
煤层的突出危险程度与其挥发分之间是密切相关的,在烟煤的挥发分大于35%和无烟煤的比电阻的对数值小于3.3时,没有突出危险性;而挥发分在18%~22%时,突出危险性最高。
○3地质统计法。
根据已开采区域突出点分布与地质构造的关系,然后结合未采区域的地质构造条件来大致预测突出可能发生的范围。
(2)工作面预测。
工作面预测的任务是确定工作面附近煤体的突出危险性,即该工作面继续向前推进时有无突出危险。
煤与瓦斯突出防治技术煤矿是我国的主要能源资源,然而煤矿生产中经常会遇到煤与瓦斯突出事故。
煤与瓦斯突出是指在煤层开采过程中,由于地应力变化或煤层自身孔隙压力突然释放,导致煤与瓦斯向巷道内喷射,造成巷道坍塌和瓦斯爆炸等事故。
为了保障煤矿生产安全,需要加强煤与瓦斯突出防治技术研究。
煤与瓦斯突出形成机理煤与瓦斯突出的主要形成机理有以下几种:1.煤层围岩应力变化:当煤层开采时,周围岩体受到破坏和变形,岩层应力畸变加剧,导致煤层内部应力变化,进而引起煤与瓦斯的喷出。
2.深埋高压煤层的瓦斯释放:在深埋煤层中,瓦斯分子被压缩成极高的密度,当采空区压力下降时,瓦斯分子被释放,产生突出现象。
3.煤层内压力异常:煤层内部的孔隙压力异常,当采煤引起煤壁破裂,孔隙压力突然释放,也可能引发煤与瓦斯突出。
煤与瓦斯突出防治技术防治煤与瓦斯突出是保障煤矿生产安全的重要措施。
目前主要的防治技术如下:岩层控制技术通过采用合理的采矿方法和支护方式延缓和降低煤层应力变化,减少岩层松动、塌落和形成空腔的可能性,达到岩层控制的目的。
主要采用的岩层控制技术有支柱法、割缝法、钻孔贴片法、煤岩结构的利用等。
工作面瓦斯抽采技术在采煤的同时,采用瓦斯抽采技术抽取煤层瓦斯,减少瓦斯积聚,降低瓦斯浓度,避免煤与瓦斯突出的发生。
瓦斯抽采技术主要包括水封井、排放井、孔路和管道等。
预抽放技术在开采高瓦斯煤层时,通过提前对煤层瓦斯进行抽放,降低煤层内部瓦斯含量。
这样在采掘过程中,瓦斯含量不会达到突出危险值,从而避免煤与瓦斯突出的发生。
瓦斯抑制技术采用各种方法降低煤层瓦斯含量,避免突出的发生。
主要瓦斯抑制技术有瓦斯抑爆剂和封隔剂的使用、降低采煤速度、减小采煤工作面面积、提高开采通风和加强煤层封闭等。
安全监测技术通过安全监测技术对煤矿的工作面、通风系统、瓦斯抽采、煤层压力、煤层自燃等进行实时监测,及时预警和处理突出事故。
结语煤与瓦斯突出是煤矿生产中常见的危险事件,给煤矿生产带来严重的危害。
煤和瓦斯突出机理的流变假说
煤和瓦斯突出是煤矿安全中的一种危险现象,其机理涉及多个因素。
在流变学中,有几种假设被用来解释煤和瓦斯突出的机制。
1. 渗透-变形耦合假说:根据这个假设,煤层内的瓦斯渗透可以改变煤体的物理性质,如渗透能力、应力分布等。
当煤层受到外部扰动(如开采活动)时,由于瓦斯压力和应力的耦合作用,煤体中的瓦斯会迅速释放,导致煤和瓦斯的突出。
2. 渗流-剪切耦合假说:根据这个假设,煤层中的瓦斯渗透会引起渗流通道的形成和演化。
当煤层内部存在高渗透性的通道或裂隙时,瓦斯会通过这些通道快速聚集,并且在煤体受到剪切力作用时,瓦斯的聚集会进一步增强,最终导致煤和瓦斯的突出。
3. 煤层应力解耦假说:根据这个假设,煤层中的应力分布会受到瓦斯渗透的影响而发生变化。
瓦斯的渗透会导致煤层内部的压力分布不均匀,使得煤层中存在高应力区域和低应力区域。
当煤层中的应力达到一定程度时,煤体就可能发生破裂和突出。
这些流变假设并不是孤立存在的,实际情况下,煤和瓦斯突出的机理是复杂的,并且可能涉及多种因素的综合作用。
因此,对于煤矿安全管理来说,需要综合考虑地质条件、瓦斯渗透特性、煤体物理性质以及开采工艺等方面的因素,以制定有效的预防措施和安全管理策略。
1。
煤与瓦斯突出机理煤与瓦斯突出是指在煤矿开采中,由于煤层中存在大量瓦斯、煤层结构紧密等因素,导致煤体与瓦斯同时突出到井下,严重威胁矿工的生命安全和矿井的正常生产。
煤与瓦斯突出机理是指研究引起煤与瓦斯突出现象的原因和过程的科学理论。
本文将从煤层结构、瓦斯赋存状态和压力变化三个方面来探讨煤与瓦斯突出机理。
首先,煤层结构是引起煤与瓦斯突出的主要因素之一。
煤层由于长期的受力作用,会形成不同程度的应力集中区,从而引发煤层的断裂和滑动。
当瓦斯从孔隙中扩散到断层面时,会因断层面的阻塞而形成瓦斯积聚,并增加了煤与瓦斯突出的危险性。
此外,煤层中存在的裂隙和缝隙也是煤与瓦斯突出的通道,使得瓦斯聚集并形成高压。
其次,瓦斯赋存状态是影响煤与瓦斯突出的重要因素。
瓦斯可以以游离态、吸附态和胶结态存在于煤体中,其中吸附符合作用最为关键。
煤层中的瓦斯主要通过两种方式释放出来,一是通过瓦斯扩散到煤与瓦斯突出通道,二是煤层的应力调节造成煤和瓦斯突出。
当煤层应力超过瓦斯吸附力时,瓦斯会从煤体中逸出,形成积聚的瓦斯在一定条件下会发生爆炸。
最后,煤与瓦斯突出也与压力的变化有关。
在煤矿开采过程中,巷道和回采工作面的开采会导致煤层应力分布的变化,进而影响煤与瓦斯的运移和突出。
当煤层应力发生剧烈变化时,煤层中的瓦斯会迅速扩散到煤与瓦斯突出通道,从而引发煤与瓦斯突出。
此外,煤层中存在的地质构造也会引起煤层的应力集中和压力变化,进而增加煤与瓦斯突出的风险。
总之,煤与瓦斯突出是煤矿开采中常见的危险现象,它与煤层结构、瓦斯赋存状态和压力变化密切相关。
深入研究煤与瓦斯突出机理,可以为煤矿安全生产提供理论依据和技术支持,减少煤与瓦斯突出事故的发生。
煤与瓦斯突出致灾机理与防治研究的手段和方法的创新一、煤与瓦斯突出的机理煤与瓦斯突出是指在煤矿井下开采过程中,由于地质构造、采动影响等因素,导致煤层和岩层之间的应力分布不均衡,从而使得瓦斯和煤与岩层之间的接触面积增大,压力降低,从而引发气体和岩屑的喷出现象。
其机理主要包括以下几个方面:1. 地质构造因素:地质构造是影响突出的主要因素之一。
在复杂地质条件下,如断层、褶皱、岩溶等地质构造形态下,易发生突出。
2. 采动因素:采动是导致突出的另一个重要因素。
在开采过程中,由于掏空了原有的支撑体系,使得周围岩体对煤体施加的约束力减小,从而增加了突出事故发生的概率。
3. 瓦斯含量:瓦斯是导致突出事故发生的另一个重要因素。
当瓦斯含量超过安全限值时,在采掘过程中就容易发生瓦斯爆炸,从而引发突出事故。
二、煤与瓦斯突出的防治手段为了有效地预防和控制突出事故的发生,需要采取一系列的防治措施。
主要包括以下几个方面:1. 采用合理的采矿方法:通过改变采矿方法,如改变开采顺序、调整工作面宽度等方法,可以减少对岩体和煤体的影响,从而降低突出事故发生的概率。
2. 加强通风管理:通风是预防和控制突出事故的重要手段之一。
通过加强通风系统建设和管理,提高通风效果,可以有效地降低瓦斯含量和温度,从而降低突出事故发生的概率。
3. 加强监测预警:通过加强对地质构造、岩层应力、瓦斯含量等因素的监测和预警工作,及时掌握井下情况,并及时采取相应措施进行调整。
4. 强化安全培训:通过加强安全培训工作,提高矿工的安全意识和技能,从而降低突出事故发生的概率。
三、煤与瓦斯突出防治方法的创新为了更好地预防和控制突出事故的发生,需要不断创新防治方法。
主要包括以下几个方面:1. 采用智能化技术:通过采用智能化技术,如无人驾驶采矿设备、智能化通风系统等,可以有效地降低对岩体和煤体的影响,从而降低突出事故发生的概率。
2. 加强数据分析:通过加强对地质构造、岩层应力、瓦斯含量等因素的数据分析工作,可以更准确地预测突出事故的发生时间和位置,并及时采取相应措施进行调整。
煤与瓦斯突出的预防煤与瓦斯突出是矿井开采过程中常见的安全问题之一,对于保证矿工的生命安全和矿井的正常开采具有重要意义。
本文将从预防煤与瓦斯突出的机理、预防措施和应对突出事故等方面进行详细介绍。
一、煤与瓦斯突出的机理煤与瓦斯突出是指在煤矿开采过程中,由于开采压力和采动工作面的煤与岩层的瓦斯解吸压力之间的不平衡,导致煤与瓦斯突然释放而引发的危险情况。
具体来说,煤与瓦斯突出的机理主要包括以下几个方面:1. 煤层的力学性质:煤层具有较低的抗压、抗剪和抗拉强度,容易受到采动压力的作用下发生变形和破裂。
2. 煤与岩层的固结释放:采动过程中,煤与岩层的前部会因采动压力而发生固结变形,而后部则会受到释放作用。
这种变形和释放的不平衡导致了煤与瓦斯的突出。
3. 瓦斯的解吸压力:煤层中的瓦斯主要以吸附态和自由态存在。
开采过程中,采动工作面对煤层施加的压力会导致瓦斯解吸,并产生一定的解吸压力。
4. 动态采动压力:采动工作面的进刀速度和开采压力的增加,使得采动压力趋于平衡,进而引发煤与瓦斯的突出。
二、煤与瓦斯突出的预防措施为了预防煤与瓦斯突出事故的发生,矿井管理部门和矿井工程技术人员需要采取一系列预防措施,以确保矿井的安全生产。
主要措施如下:1. 严格执行瓦斯防治制度:矿井管理部门应组织制定和严格执行瓦斯防治制度,明确工作责任和要求,加强对矿井的瓦斯监测和检查。
2. 加强瓦斯抽放和防治措施:矿井需要安装并保证有效运行瓦斯抽放设备,采取必要的瓦斯抽放措施,如钻孔抽放、动力抽放等,以降低矿井中瓦斯含量。
3. 建立完善的通风系统:合理设计和建设矿井的通风系统,确保通风良好,及时排出瓦斯和煤尘,减少瓦斯积聚和煤尘爆炸的风险。
4. 采取安全开采工艺:选择相应的采煤工艺,减少煤与岩层的破坏,控制采动压力,避免煤与瓦斯的突出发生。
5. 加强瓦斯监测和预警:建立瓦斯传感器网络,实时监测矿井中的瓦斯含量和压力,及时预警和采取相应的措施,以减少突出事故的发生。
煤与瓦斯突出机理煤与瓦斯突出是煤矿开采中常见的一种危险现象,主要是由于煤中的瓦斯在矿井中聚集形成高浓度,当煤面受到作业活动的刺激时,瓦斯会突然释放并迅速蔓延,导致矿井发生爆炸事故。
煤与瓦斯突出的机理主要包括瓦斯解吸、应力释放和动力破坏三个方面。
首先,瓦斯解吸是煤与瓦斯突出的主要原因之一。
在煤矿采矿过程中,煤层受到机械力的压缩和摩擦,导致煤中的瓦斯从煤体中解吸出来。
瓦斯解吸是一个复杂的物理过程,主要包括扩散、渗流和吸附解吸等环节。
当瓦斯压力超过一定临界值时,瓦斯会突然解吸并迅速蔓延到矿井中。
其次,应力释放也是煤与瓦斯突出的重要因素之一。
在煤矿开采过程中,由于采空区、岩层移动等原因,煤层会受到应力的积累和积聚。
当煤层中的应力达到一定临界值时,应力会突然释放,并伴随着瓦斯的爆炸释放。
应力释放会导致煤体的破裂和瓦斯的集中释放,从而引发煤与瓦斯突出事故。
最后,动力破坏是煤与瓦斯突出的另一个重要机制。
在煤矿开采过程中,当矿工进行钻孔、爆破等工作时,会产生巨大的冲击波和振动力,这些力量可以导致煤层的破碎和溃塌,从而释放出大量的瓦斯。
尤其是在采高厚矿层中,由于爆破力的作用更加显著,煤与瓦斯突出的风险更大。
在煤与瓦斯突出机理中,瓦斯解吸、应力释放和动力破坏三个方面相互作用,并相互促进。
瓦斯解吸和应力释放是煤与瓦斯突出的物理基础,通过动力破坏作用,可以加速瓦斯的释放和扩散,从而引发煤与瓦斯突出。
针对煤与瓦斯突出的机理,煤矿安全防范工作需要采取一系列的措施,包括瓦斯抽放、通风排瓦斯、瓦斯浓度监测等。
首先,要加强对煤矿瓦斯解吸、应力释放和动力破坏机理的研究和分析,提前预防煤与瓦斯突出事故的发生。
其次,要加强煤矿通风系统的建设和运行管理,保证矿井中的瓦斯浓度在安全范围内。
同时,要加强瓦斯抽放工作,及时排除矿井中的瓦斯,减少突出事故的发生可能性。
总之,煤与瓦斯突出是煤矿开采过程中面临的重要安全问题,其机理主要包括瓦斯解吸、应力释放和动力破坏三个方面。
煤与瓦斯突出机理煤与瓦斯突出系指煤矿中这样一种煤体动力现象,即在极短时间内,由煤体向巷道(包括采场)中突然喷出巨量的瓦斯和粉碎的煤,并在煤体中形成某种特殊形状的空洞,喷出的粉煤被瓦斯流所携带运动,并造成一定的动力效应(推倒矿车,巨石,破坏支架等),大突出时粉煤可以充填数百米巷道,而喷出的瓦斯-粉煤流有时带有暴风般的性质,逆风流充满数千米长的巷道。
因此,煤与瓦斯突出是威胁煤矿安全生产的最严重的自然灾害。
自从1834年法国发生世界上第一次煤和瓦斯突出以来,40多个产煤国家发生了突出。
我国的瓦斯突出极为严重,至今为止,已发生突出万次以上。
今年1--8月全国发生较大以上的突出31起,死亡182人,其中有14起发生在非突出矿井,占45.2%。
对云南来说,近年随着煤炭开采的向地下深部延伸和开发力度的加大,煤与瓦斯突出也随之加剧。
东源集团的羊场煤矿,田坝煤矿,恩洪煤矿均是突出矿井,恩洪突出还很严重。
云南在建的最大规模井工煤矿---白龙山煤矿也已经发生瓦斯突出。
因此瓦斯突出灾害的严重性云南已经凸现。
研究和掌握治理技术已经很迫切。
煤与瓦斯突出一般是在工作面放炮或采掘等诱导因素出现后随即发生的。
这样的突出称之为正常突出。
还有一种突出是在工作面放炮或采掘等诱导因素出现后延迟一定时间才发生,称之为延期突出。
延期突出由于延期时间有长有短,难以确定,不好预防。
今年羊场曾经发生过一次延期突出。
那么,煤与瓦斯突出的机理是如何的呢?讨论瓦斯抽放和突出治理的资料很多,但对突出机理进行详细描述的资料却很少,因此了解这方面知识对于研究和治理突出显得很有必要。
人类对煤与瓦斯突出机理的研究已经近200年了,对突出机理的假说不下40种,尽管各有差别,但归纳起来有六类,主要的仍然是三大类:瓦斯主导学说;地压主导学说;综合作用假说。
本文介绍有代表性的几种假说。
(一)瓦斯主导学说该类学说认为,瓦斯是突出的主要原因和能源,而地压和煤的物理力学性能则是为突出创造了有力条件。
该类学说主要包括以下假说:1)“瓦斯包”说(前苏联贝可夫提出)突出的原因在于煤层中存在“瓦斯包”。
该瓦斯包中的瓦斯压力比邻近区域要高得多,且包围“瓦斯包”的煤体透气性极小,使高压瓦斯得以保存。
当工作面接近这一“瓦斯包”时,高压瓦斯破坏了煤壁,瓦斯携带破碎煤猛烈喷出,发生瓦斯突出。
2)突出波说(前苏联赫利斯特尔维切提出)突出是煤层中所含潜能的显现,每吨煤中所含瓦斯的潜能要比煤层储蓄的弹性变形能大10倍左右。
在煤强度低的区域,煤层中的瓦斯压力大于煤的极限破坏强度,在采掘工作面接近这些区域时,在瓦斯压力作用下,可产生连续破坏煤体的“突出波”。
(1)煤层中存在高压瓦斯含量地带,吸附瓦斯引起了煤体膨胀,增加了煤层应力,且在这样的煤层中透气系数接近于零。
当巷道接近这一区域时,使应力急剧降低,造成煤的破坏和突出。
(前苏联尼靠林提出)(2)突出是由于含有高压瓦斯的煤层,煤结构不均匀。
透气性低的硬煤包围着透气性高的软煤,当巷道工作面接近硬煤与软煤边界时,运动着的高压瓦斯就可以冲破煤壁夹带着碎煤而喷出发生突出(别土哈夫提出)。
4)瓦斯水化物说(前苏联学者提出)在一定温度和压力下,空隙煤体中有可能形成瓦斯的水化物CH4·6H2O。
当它与水结合时,在一立方米的水中可以含有200立方米的瓦斯。
煤层中的瓦斯水化物以不稳定的化合物存在,储存着巨大的潜能,受到采动影响即能迅速分解,形成高压瓦斯,突破煤体而造成突出。
5)瓦斯运移说(笔者1988年提出)煤是多孔裂隙物质,其中存在着大小不等的空隙,孔隙之间由若干大小裂隙沟通。
游离瓦斯存在于孔隙之中,而吸附瓦斯存在于煤的表面。
在目前开采条件下,吸附瓦斯主要存在于微空隙的表面,因为地压只能对大孔隙和裂隙有压缩变形的作用,所以地压的变化对煤的吸附能力影响很小,而对煤层的透气性则有重大影响。
煤层中的大孔和裂隙是瓦斯流动的通道,是构成煤层透气性的基本部分。
采掘工程开始后必将在井巷两边和前方巷壁上形成应力“三区”,这些重新分布的应力“三区”随工作面的推进而前移。
工作面前方应力显现区生成预成裂隙并伴有瓦斯解吸。
工作面前方应力显现区煤层中的游离瓦斯和解吸瓦斯在支承压力作用下沿应力转移过程中形成的预成裂隙向前方运移积累。
煤层中的游离瓦斯和解吸瓦斯在支承压力作用下沿应力转移过程中形成的预成裂隙向前方不断运移的同时,楔子作用的瓦斯在预成裂隙中(或沿煤层层理)运移时不断冲刷,导致裂隙、层理周边煤体破坏成为粉煤(或碎煤),使得粉煤和瓦斯混合相间积累。
采掘工作面不断推进,应力“三区”随工作面的推进而不断前移,工作面前方应力显现区煤层中的游离瓦斯和解吸瓦斯在支承压力作用下沿应力转移过程中形成的预成裂隙向前方不断运移积累,不断冲刷破坏裂隙和层里周边煤体,运移积累瓦斯的同时积累了破坏的粉煤。
多个采掘工作循环导致支承应力不断前移促使瓦斯运移积累的结果,使工作面前方煤体相互联系的裂隙中形成了大量高压瓦斯和破坏的粉煤的存在。
这些积累瓦斯的压力来自于自身解吸和积存瓦斯对采掘支承压力挤压的传递(同时,若有地质构造存在,地质构造残余应力同时作用)。
当运移瓦斯积累到其瓦斯压力足以导致一定煤岩壁破坏时,此时,当采掘工作继续进行时(特别是放炮、工作面周期来压或初次来压时),工作面应力向深部转移,在工作面前方形成卸压的瞬间,工作面煤壁三向应力场变为两向或一向,煤岩壁抵抗强度最低,高压瓦斯作用于抵抗强度最低的煤岩壁,导致其破坏发生瓦斯突出。
(二)地应力为主导作用的假说1)岩石变形潜能说在地址构造带储藏着构造应力,在煤层顶底板的岩层中积蓄着强大的弹性能。
当巷道接近厚的岩层弹性变形地区时,围岩象弹簧一样地伸张,破碎和粉碎煤体,瓦斯随之大量涌出发生突出。
瓦斯在突出过程中仅起辅助作用。
2)集中应力说在回采工作面前方的支撑压力带,由于厚的坚硬顶板悬顶突然折断而引起的附加应力,致使煤体在集中应力的作用下遭受破坏而引起突出。
3)应力叠加说瓦斯突出是由于地质构造应力,自重应力,火山与岩浆活动的热力变形应力,采矿应力和放顶动压等应力叠加而引起的。
该假说是在实验室研究实验的基础上提出的。
认为:除了重力和瓦斯压力外,不存在别的激发突出原因。
突出现象可以解释为煤层状态突然改变,以及煤潜能突然释放所引起的煤层高速破碎。
只有在煤突然破碎时,潜能与动能瞬时显现,瓦斯来不及正常排放,并将部分动能传递给煤层,突出才会发生。
发生煤与瓦斯突出的条件是:1)煤的内能W和岩石动能E足以完成煤向巷道内移动的功F和煤的破碎功U,即:W+EF+U;沿层掘进巷道的情况下,上式变为:wF+U;巷道开石门时,则变为:W+QF+U,式中的Q为煤层游离瓦斯内能。
2)煤的破碎速度v1应大于煤裂隙中瓦斯压力下降的速度v2,即:v1v2;在完成煤破碎前,瓦斯压力p应比已破碎煤的抛出阻力更高,即:pm[g(fcosA+sinA)+v]/s,式中m—煤的质量;s——破碎煤快的横断面积;g——重力加速度;f——煤沿某一表面移动时与该面的摩擦系数;A——煤层倾角;v——煤抛出时的加速度。
(四)应力分布不均匀假说突出是由地应力,瓦斯压力和煤层构造分布的不均匀引起的。
而煤层构造是影响煤的强度,透气性和瓦斯含量等瓦斯地质参数的主要因素。
(五)化学本质假说(1)爆炸说:瓦斯突出是由于煤在很大的深度内变质时发生的化学反应而引起的。
(2)重碳说:在煤的形成时有许多重碳(原子量13)及带氢同位素(原子量2)的重水,他们所形成的重的煤同位素称为重煤原子。
当进行开采时能发生突出。
(六)综合假说此假说种类很多,有代表性的是前苏联霍多特等人于1976年最先提出的。
其要点是:1)除了地层重力,高压瓦斯外,在煤层中不存在任何其他能源。
突出是地应力,瓦斯压力和煤的物理力学性能综合作用的结果。
2)地压破碎煤体是造成突出的首要原因,而瓦斯则起着抛出煤体和搬运煤体的作用。
从突出总能量来说,瓦斯是完成突出的主要能源。
3)实验资料表明,只有煤强度很低,与围岩摩擦力不大时,地压造成的煤的变形前能和围岩功能,才能把煤体破碎形成突出。
煤强度是形成突出的一个极为重要的因素。
从上面介绍的突出机理不难看出,瓦斯是突出的主要因素,没有瓦斯就谈不上瓦斯突出。
没有瓦斯的动力现象称之为冲击地压;没有动力效应的瓦斯急剧涌出称之为瓦斯喷出。
因此可以说:治理瓦斯突出的方向是消除高压瓦斯的存在。
所以我国治理瓦斯的行政强制手段是“四位一体”防突。
国家煤矿安全监察局要求:国有煤矿中的高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井,要严格按照《煤矿瓦斯抽采基本指标》的要求,制定和落实瓦斯先抽后采的措施,推进高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井加大瓦斯抽采力度,真正做到“多措并举、应抽尽抽、抽采平衡”,实现抽、掘、采关系平衡,确保不抽不采,达不到瓦斯抽采指标要求的不采。
发现达不到抽采指标要求的采掘工作面,要立即停止生产,限期达标,逾期仍不达标的,必须按瓦斯抽采达标煤量核减煤炭产量计划;对小煤矿中的煤与瓦斯突出矿井和应进行瓦斯抽采的高瓦斯矿井,必须制定并落实瓦斯抽采规划,建立瓦斯抽采系统,2008年底前全部装备到位并投入使用,逾期未安装或不投入使用的,一律停止生产。
高压的游离瓦斯是突出的根源,防治瓦斯的关键就是要消除煤层中的突出瓦斯。
其方向是:采取开采解放层、抽放等措施,减少乃至消除煤层瓦斯,使之形不成瓦斯突出的条件;采取控制地压新举措,消除采掘工作面周边应力集中,从而解除瓦斯在“应力三区”作用下运移形成突出条件。
根据瓦斯运移的理念,在采掘工作面前方一定距离抽放瓦斯,可以有较好的抽放效果。