煤与瓦斯突出机理

煤与瓦斯突出的机理汾类及防治措施　

陈广平（郑煤集团郑新公司，河南郑州４５２３００）　

摘要：目前，随着我国煤炭开采深度的不断增大，矿井生产的地质条件变得复杂化，瓦斯和煤等引发的动力灾害也越来越频繁。　结合我国煤矿开采的实际条件，从矿井煤与瓦斯突出的发生机理、分类，探究煤与瓦斯突出的防治措施、区域性防突措施和局部防突　措施。　关键词：煤与瓦斯突出；区域性防突；局部防突　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８—０１５５．２０１３．０９．０９３　中图分类号：Ｆ４０６．８；ＴＤ７１３　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００８－０１５５（２０１３）０９—０１５６－０２　

我国是煤炭生产大国，随着煤矿机械化程度的不　

断提高，矿井生产效率和产能普遍加大，我国煤炭的年　产量已经跃居世界首位，产量占到世界总产量的２０％，　

这时，煤炭开采的安全性显得尤为重要。瓦斯灾害成　

为煤矿灾害中最为严重的一个，而煤与瓦斯突出事故　

在瓦斯事故中发生率最高。有资料记载显示，第一次　煤与瓦斯突出问题发生在１９５０年４月２０日，吉林辽源　

矿务局富国西二坑，在垂深２８０ｍ的煤巷掘进工作面；　最大的一次突出（世界第二）发生在１９７５年８月８日　

四川天府局三汇一矿，在＋２８０水平，主平硐震动性放　炮揭穿６号煤层时煤时发生突出，瓦斯近１４０万ｍ　、突　出煤１２７８０ｔ＿］Ｊ，距突出点７００多米远的三道风门被毁，　

风门外装有钎子和矸石的矿车冲出３Ｏ多米远，一块重　

１吨多的巨石被冲出１２０多米，另一块重达３吨的巨石　被冲出６０余米，拐两个９０。的急弯进入变电所。距突　

出点１　１０ｍ内煤矸基本封顶，往外堆积高度缓慢下降，　整个堆积长度１１７０ＩＴＩ，直到峒口。尽管我国煤与瓦斯　

突出历史比较短，但是世界上第一个突出次数超万次　

的国家，是世界上突出最严重的国家。瓦斯爆炸、煤与　瓦斯突出等灾害，严重威胁着矿工的人身安全和煤矿　

的生产安全，我国煤炭业的发展和矿井安全生产已经　

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

江西煤炭科技　ＪＩＡＮＧＸＩ　ＣＯＡＬ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　２０１４年第４期　Ｎｏ．４　２０１４　

煤与瓦斯突出机理之探讨　

蔡昌和　

（湖南省新化县联新煤矿，湖南新化４１７０００）　

摘要：从物理与化学等方面对煤与瓦斯突出基础理论进行研究与探讨，从突出前后煤体特征和瓦斯监控曲线等信息人　手，通过实验分析，查找煤体在突出前后的一系列化学变化。通过对煤的水胀、水解、卤代等理化特性的变化来分析论述这　些因素与瓦斯突出的相互关系，对现有瓦斯突出机理研究的不足进行佐证和完善。　关键词：卤素；去碳化；原子激活　

中圈分类号：ＴＤ７１３　．１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６—２５７２（２０１４）０４—０１５７—０３　

Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　Ｏｎ　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ？ｏｆ　Ｃｏａｌ　ａｎｄ　Ｇａｓ　Ｏｕｔｂｕｒｓｔ　

Ｃａｉ　Ｃｈａｎｇｈｅ　（Ｌｉａｎｘｉｎ　Ｃｏｌｌｉｅｒｙ，Ｘｉｎｈｕａ　Ｃｏｕｎｔｙ，Ｈｕｎａｎ，４１７０００）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ａｎｄ　ｇａｓ　ｏｕｔｂｕｒｓｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｂｏｄｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ａｎｄ　

ｇａｓ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｃｕｒｖｅ　ｂｅｆｏｒｅ　ａｎｄ　ａｆｔｅｒ　ｏｕｔｂｕｒｓｔ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｅｘｐｏｕｎｄｓ　ｔｈｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｂｏｄｙ　ｂｅｆｏｒｅ　ａｎｄ　ａｆ—　ｔｅｒ　ｏｕｔｂｕｒｓｔ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｄｉｌａｔｉｏｎ，ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｈａｌｏｇｅｎａ—　ｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｇａｓ　ｏｕｔｂｕｒｓｔ，ｗｈｉｃｈ　ｗｉｌｌ　ｐｅｒｆｅｃｔ　ｔｈｅ　ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ａｎｄ　ｇａｓ　

绝大多数的研究者都认为煤与瓦斯突出由地应力、包含在煤中的瓦斯和煤的结构（包括其力学性质）三个因素决定，突出过程中，地应力、瓦斯压力是发动和发展煤（岩）与瓦斯突出的动力，煤的结构则是阻碍突出发生的因素，它们存在于一个体系（突出煤层及围岩）之中，有着极为密切的内在联系，既互相依赖，又互相制约。

地应力

地应力场是一个自然应力场，它由自重应力场、构造应力场和温度应力场组成。

自重应力场是由上覆岩体的自重造成的。温度应力场属于静水压力应力场，随深度增加而增加，在同一深度，温度应力仅为自重应力垂直分量的1/8。

构造应力场是构造运动在发展过程中形成的应力场。一个地区可能发生多次构造运动，因而其构造应力场往往是新、老应力场叠加在一起的复杂应力场。构造应力场具有很高的水平应力，并且应力分布不均匀。

中国的突出大都发生在构造应力增高地带，这些应力增高带有：

1. 封闭向斜轴附近；

2. 帚状构造的收敛端；

3. 煤层的扭转区；

4. 煤层走向或倾向变化地带；

5. 煤层厚度变化带；

6. 煤包及分岔煤； 7. 压性、压扭性小断层带；

8. 岩浆侵入带。

地应力的作用表现为：

1. 使围岩或煤层产生弹性变形，导致煤体产生突然破坏和位移；

2. 控制瓦斯压力场。高的地应力可导致煤层中瓦斯压力的增大；

3. 决定着煤层透气性。地应力增高，煤层透气性降低，煤体中瓦斯不易排放，将造成瓦斯压力梯度增高，而煤体一旦破坏，透气性增大，又会提高煤体中的瓦斯放散能力。

地应力的缓慢释放不能导致煤体的充分破坏，只有在应力状态突然改变时，围岩或煤体才能释放足够的弹性变形潜能，才会使煤体产生突然破坏而激发突出。

导致应力状态突然改变变化的原因有：

1. 巷道进入地质破坏区；

2. 石门揭开煤层；

3. 工作面迅速推进（如放炮、打钻等）；

4. 巷道从硬煤进入软煤带；

5. 煤层突然加载，如巷道顶板突然下沉；