《煤与瓦斯突出基础知识汇总讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤与瓦斯突出基础知识汇总讲义（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 煤与瓦斯突出专项材料1 煤与瓦斯突出概述1.1 煤与瓦斯突出简介在煤矿井下采掘过程中，由于地应力和瓦斯的共同作用，在极短的时间内（几秒或几分钟）破碎的煤（岩）和瓦斯突然从煤（岩）体向采掘空间抛出的异常的动力现象，称为煤与瓦斯突出简称突出。 煤与瓦斯突出是一种极其复杂的矿井动力现象，到目前为止，对各种地质、开采条件下突出发生的规律还没有完全掌握。 煤与瓦斯突出包括突出、压出、倾出三种类型，它有别于单纯的瓦斯喷出和因采掘应力作用而发生的煤层片帮、垮冒、抽芯等。据不完全统计世界上约有20多个国家（地区）发生过煤与瓦斯突出，其中中国、原苏联、法国、波兰、日本5个国家突出最严重。世界上最大突出发生在原
2、苏联顿巴斯矿区加加林矿，当石门揭穿厚仅1.03的煤层时发生了突出，突出煤（岩）共14200,涌出瓦斯约25万m3,我国最大一次突出发生在重庆开府矿务局三汇一矿主平硐揭穿煤层时,突出煤(岩)共12780,喷出瓦斯近140万3。1.2 煤与瓦斯突出的危害煤与瓦斯突出是煤与瓦斯突然运动的一种极其复杂的动力现象，它的危害有： (1)突然之间使采掘空间或巷道充满高浓度瓦斯，造成人员窒息，遇火发生瓦斯燃烧和瓦斯爆炸。 (2)瞬间突出的瓦斯、碎煤流带有暴风般的性质，能使通风系统破坏，造成风流紊乱和短时逆转。 (3)突出造成一定的动力效应，可以摧毁支架、破坏设备、设施。(4)突出的煤炭能堵塞巷道、破坏生产系统
3、，增加巷道通风阻力，在清理突出煤炭和突出孔洞时，有可能造成连续突出，造成人员伤亡。1.3 煤与瓦斯突出发生的一般规律 (1)开采深度增加，突出的危险性增大，主要体现在突出次数增多，突出强度增大，突出煤层层数增加，危险区域扩大，浅部不突出的煤层，深部就有可能突出。 (2)突出往往发生在地质构造区，主要体现在褶曲，断层及岩浆岩侵入的地区，因受挤压扭曲严重，易发生突出。 (3)瓦斯含量和瓦斯压力愈大，突出危险越严重，大多数突出发生在瓦斯压力大于0.74MPa 的情况下。 （4）煤体破坏程度越严重，煤的强度越小，突出的危险性越大，主要是煤层厚度大，倾角大或煤厚、倾角由小到大时以及软分层由薄变厚时容易发
4、生突出。 （5）采掘应力集中区容易发生突出，如接近邻近层的上、下煤柱区或两巷相向采掘等，突出一般以煤层掘进居多，回采次之，但在深部不一定。 （6）突出常发生在有外力冲击作用下的诱导突出，少量存在延期突出，如爆破、风镐与手镐落煤、打钻、水力冲刷等，一般将爆破突出以外的突出，称为延期突出。 （7）围岩的透气性越差，突出越严重，若煤层上覆和下部的岩层越致密，利于瓦斯的储存，突出危险性越大，相反，突出危险性小。 （8）若煤层较湿润，含水量高，矿井涌水量大，则突出危险性较小。202 煤与瓦斯突出机理煤与瓦斯突出给煤矿安全生产，特别是井下人员的生命财产安全造成了极其严重的威胁。防止煤与瓦斯突出灾害事故的发
5、生，保障煤矿井下安全生产，必须了解其发生的机理，掌握其主导因素从而在根本上治理煤与瓦斯突出。为此世界上各主要产煤国均投入了大量的人力、物力研究煤与瓦斯突出机理。以便为突出危险性预测和防突措施的制定与实施提供科学依据。但是，迄今为止，人们对于突出过程中煤岩体破坏与发展机制的认识还停留在定性与假说性阶段，对于突出过程中哪些因素起主要作用以及与其它因素间的作用机理还把握不准，故而只能对某些突出现象给予解释，还不能形成统一完整的理论体系。目前关于煤与瓦斯突出机理的假说共有三类，分别为：单因素作用假说、地压主导作用假说及综合作用假说，目前被各国研究者及现场人员接受的假说为综合作用假说。2.1 单因素作用
6、假说单因素作用假说主要有：瓦斯主导作用假说，地压主导作用假说以及化学本质作用假说，其主要特点是强调单因素起主导作用。2.1.1 瓦斯主导作用假说（1）瓦斯包主导作用假说瓦斯包主导作用假说认为煤层内存在着可以积聚高压瓦斯的空洞，其压力超过煤层强度减低区的煤体强度极限，当工作面接近这种瓦斯包时，煤壁就会发生破坏，产生突出。（2）粉煤带主导作用假说粉煤带主导作用假说认为由于地质构造或矿山压力的作用，原生煤层被破碎成粉状这些粉煤极易放出瓦斯。当巷道接近这一地带时，粉煤在较小的瓦斯压力作用下，就能与瓦斯一起喷出。（3）孔隙结构不均匀假说孔隙结构不均匀假说认为煤层中有透气性变化剧烈的区域，在这些区域的边缘
7、，瓦斯流动速度变化很大。如透气性小的恰好是坚硬的煤而透气性大的又是不坚硬的煤，那么当巷道接近这两种煤的边界时，瓦斯潜能就有可能使煤突出。（4）突出波假说突出波假说认为瓦斯潜能要比煤的弹性变形能大十倍左右，在煤的强度低的地区，煤的瓦斯压力大于煤的极限破坏强度。当巷道接近这一地区时，在瓦斯压力的作用下，可产生连续的破碎煤体的突出波，引起突出。（5）裂缝堵塞说裂缝堵塞说认为由于均匀排放瓦斯的裂缝被封闭和堵塞，在煤层中形成增高的瓦斯压力带，从而引起突出。（6）闭合孔隙瓦斯释放说闭合孔隙瓦斯释放说认为近工作面地带，由于煤吸收和解吸瓦斯的周期性，使其机械强度降低，包含在闭合孔隙中的瓦斯、在孔隙闭合面与敞开
8、面之间产生了很大的压力差。当煤体被破坏时，使被解吸的瓦斯抛向巷道。（7）瓦斯膨胀说瓦斯膨胀说认为在煤层中存在着瓦斯含量增高带因而引起煤体膨胀和煤层应力增高，此处煤层的透气性接近于零。当巷道掘进到该处时，其应力急剧降低，造成煤的破碎和突出。（8）卸压瓦斯说卸压瓦斯说认为突出煤层富含瓦斯，但透气性低瓦斯难以流出。而采掘工作可使局部卸压，迅速卸压的瓦斯涌向煤壁、造成煤壁局部瓦斯压力升高，使粉碎的煤迅速抛出或向巷道挤出。（9）地质破坏带说地质破坏带说认为由于有地质破坏带的存在，潜藏着一定数量的高压瓦斯。当巷道或工作面接近该带时，在爆破及地压的影响下，煤、岩壁裂缝增多如覆盖层的阻力与瓦斯压力的平衡遭到破
9、坏时，将会发生突出。它的中心点在于：由于地质破坏带的存在，增加了周围岩体的异常拱压，当工作面接近这一破坏带时、工作面与地质破坏带之间的煤层会被迅速破坏从而引起突出。（10）瓦斯解吸假说 瓦斯解析假说认为卸压时煤的微孔隙扩展、孔隙吸附潜能降低，吸附和吸着瓦斯解吸潜伏的压力(吸附瓦斯的内能)转化为“游离瓦斯”压力，使瓦斯压力增高，可破坏不坚硬的煤体而引起突出。瓦斯主导作用假说能解释突出中的一些现象，但与很多情况不符或者不能解释。迄今为止在煤层内从未发现过上述的“瓦斯包”或特定的粉煤带，突出危险性与煤层瓦斯含量之间没有直接的联系；在突出孔洞周围出现过重复突出岩石错动的强烈声响往往发生在突出之前的煤体
10、深处打小直径徘放钻孔，并不能有效地防治突出；煤层的自行揭开；过煤门时的突出；突出孔洞发生变形(体积缩小)；多数平巷的突出空洞位于上隅角。2.1.2 地压主导作用假说 （1）岩石变形潜能假说岩石变形潜能假说认为突出的发生是变形的弹性岩石所积聚的潜能引起的。这些岩石位于煤层周围，而这种潜能是以往的地质构造运动造成的。当巷道掘到该处时，弹性岩石便像弹笛一样伸张开来，从而破坏和粉碎煤体而引起突出。（2）应力集中假说应力集中假说认为在采煤工作面前方的支撑压力带，由于厚弹性顶板的悬顶和突然沉降引起附加应力、煤体在此集中应力的作用下产生移动相遇到破坏。如果再施加动载荷，煤体就会冲破工作面煤壁而发生突出。煤突
11、出时伴随有大量的瓦斯涌出。（3）塑性变形假说塑性变化假说认为突出煤层发生弹塑性变形，使巷道周围煤体突然破碎，引起突出。（4）冲击式移近假说冲击式移近假说认为在突出中起主导作用的是地压，具体地说是顶底板的冲击式移近。冲击式移近发生的可能性和大小取决于岩体的性质、巷道参数、掘进方式和速度。其条件是：第一、煤层紧张程度增大；第二，煤层边缘有脆性破坏；第三，从破坏的煤中涌出的瓦斯有一定的压力。（5）拉应力波假说拉应力波假主产认为突出煤层的力量是拉应力波。而这个拉应力波是脆性材料在地压的作用下储蓄了大量的弹性能当巷道工作面附近的煤体由三向受压状态转为复杂应力状态时掘进工作面破坏了平衡，造成能量释放而产生
12、突出的。在拉应力波作用下煤体破碎并抛出，而瓦斯的迅速排放又使动力效应更加猛烈。（6）顶板位移不均匀假说顶板位移不均匀假说认为瓦斯突出是由于煤层顶底板不规则和不连续移动而引起的一种动力现象。并指出顶底板移近速度值增加又下降后，才发生突出。以地压为主导作用的假说同样也能解释相当一部分突出现场的现象、但也还有许多观象不能解释，如：在瓦斯不大的矿井，即使开采深度很深(400一500 m)，也不会发生突出。二氧化碳参与突出的平均强度比甲烷参与突出的平均强度大。突出前出现风流中的瓦斯浓度增大或忽大忽小的预兆，也出现工作面煤壁或空气温度下降的预兆。煤与瓦斯突出时，从突出煤的分选现象中可见到大量的细尘状粉煤。
13、如果突出的发生是由地压引起的，那么突出的孔洞应该是圆锥形，而实际的突出孔洞常常是一些口小腔大特殊形状的孔洞(如梨形、椭球形)。在一些特大型的突出中，每吨喷出煤的瓦斯涌出量比煤层瓦斯含量高得多即可以在短时间内涌出数十万以致上百万立方米瓦斯气体逆风流运行并可充满数干米的巷道。准备巷道中地压显现不如回采巷道明显，但准备巷道的突出次数与强度均比回采巷道工作面的大。在进行工作面支护甚至无人作业时，地压作用并不大，也有突出发生。当增加煤体水分降低煤体强度时，煤的突出危险性反而降低。2.1.3 综合作用假说综合作用假说认为：煤与瓦斯突出是由地应力、包含在煤体中的瓦斯以及煤体自身物理力学性质三者综合作用的结果
14、。持综合作用假说观点的学者都承认，煤与瓦斯突出是综合因素作用的结果，但对各种因素在突出中所起的作用却说法不一。（1） 振动假说振动假说认为煤与瓦斯突出的形成不是一个单独的过程，而是由围岩对煤层的振动作用有关的三个连续阶段组成的：第一阶段煤受到来自围岩方面的压力作用而破坏，煤的体积缩小，游离瓦斯压力增大，并有一部分转化为吸附瓦斯；第二阶段、卸压，煤层体积膨胀，瓦斯压力降低，瓦斯解吸；第三阶段，包含粉碎的煤和大量的游离瓦斯的煤层又再次受压，瓦斯压力再次增大。当巷道工作面接近上述破坏带时。处于高压的粉煤和瓦斯混合物就有可能冲破煤壁而发生突出。该假说认为：瓦斯是造成突出的主体。而煤粉碎、瓦斯解吸和瓦斯
15、粉煤混合物的喷出所需的能量是由煤层的围岩通过振动来传递的。（2） 分层分离假说分层分离假说认为瓦斯突出是由地应力和瓦斯共同作用的结果突出过程分三个阶段：准备阶段。工作面附近的煤层始终处于地应力的作用下，造成了发生突出的条件、增加了瓦斯向巷道方向渗透的阻力，促使煤层保持高的瓦斯压力，煤体强度降低，煤较易于从煤体中分离。颗粒分离波的传播阶段。突出时，颗粒的分离过程是一层一层进行的。当突出危险带表面急剧暴露时由于瓦斯压力梯度作用使分层承受拉力，当拉力大于分层强度时、即发生分层从煤体上的分离。分层分离是一切突出的重要组成部分，影响着突出的主要待征，但并没有全面反映突出过程的多种形式。例如，分层分离波统过部分的压碎带，通常决定于地压作用，伴随声响激发此时暴露面上约分层分离。突出常常是重复的破坏组合一部分是瓦斯参与下的分层分离而破坏，另一部分是地应力破坏。在急倾斜煤层的某些部分，则在自身的重力作用下分离。瓦斯和颗粒混合物的运动阶段。从煤体分离的煤颗粒和瓦斯急速冲向巷道随着混合物运动，瓦斯进一步膨胀，速度继续加快。当其遇到阻碍时，速度降低而压力升高、直到增高的压力不能超过破坏条件时，过程才停止。（3） 破坏区假说破坏区假说认为典型的冲击地压是由于集中应力所造
