瓦斯的噴出和突出

1、第四章第四章 瓦斯的噴出和突出瓦斯的噴出和突出山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)4 1煤煤(巖巖)與瓦斯突出概況與瓦斯突出概況 煤礦地下來掘過程中，在很歷時(shí)間煤礦地下來掘過程中，在很歷時(shí)間( (數(shù)分鐘數(shù)分鐘) )內(nèi)，從煤內(nèi)，從煤( (巖巖) )壁內(nèi)部向采掘工作空間突然噴川照壁內(nèi)部向采掘工作空間突然噴川照( (巖巖) )和瓦斯的現(xiàn)象，和瓦斯的現(xiàn)象，人們稱為煤人們稱為煤( (肖肖) )與瓦斯突出，簡稱與瓦斯突出，簡稱瓦斯突出或突出瓦斯突出或突出。 它是一種伴有聲響和猛烈力能效應(yīng)的動(dòng)力現(xiàn)象，它能摧它是一種伴有聲響和猛烈力能效應(yīng)的動(dòng)力現(xiàn)象，它能摧毀井巷設(shè)施、破壞礦井通風(fēng)系統(tǒng)使井巷充滿瓦斯和煤毀井巷設(shè)施、破壞礦井

2、通風(fēng)系統(tǒng)使井巷充滿瓦斯和煤( (巖巖) )拋拋出物，能造成人員窒息、煤流埋入，甚至可能引起瓦斯爆炸出物，能造成人員窒息、煤流埋入，甚至可能引起瓦斯爆炸與火災(zāi)事故，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷等，因此它是煤礦最嚴(yán)重的災(zāi)害與火災(zāi)事故，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷等，因此它是煤礦最嚴(yán)重的災(zāi)害之一。之一。 4 24 2礦井瓦斯突出的分類及其一般規(guī)律礦井瓦斯突出的分類及其一般規(guī)律v4.2.1 4.2.1 煤煤( (巖巖) )瓦斯突出的分類及其危險(xiǎn)程度的劃分瓦斯突出的分類及其危險(xiǎn)程度的劃分 人們把礦井中有瓦斯參與拋出煤巖的現(xiàn)象稱為人們把礦井中有瓦斯參與拋出煤巖的現(xiàn)象稱為煤煤( (巖巖) )瓦斯突瓦斯突出出，它包括，它包括v 煤與瓦斯突出

3、煤與瓦斯突出( (簡稱突出簡稱突出) )；v 煤體壓出并伴隨大量瓦斯涌出煤體壓出并伴隨大量瓦斯涌出( (簡稱壓出簡稱壓出) )；v 煤體傾出稱傾出煤體傾出稱傾出) )；v 巖石與瓦斯突出等巖石與瓦斯突出等 根據(jù)煤根據(jù)煤( (巖巖) )瓦斯突出的動(dòng)力現(xiàn)象的力危險(xiǎn)程度的不同，可分瓦斯突出的動(dòng)力現(xiàn)象的力危險(xiǎn)程度的不同，可分別進(jìn)行分類。別進(jìn)行分類。1)1)按動(dòng)力現(xiàn)象的力學(xué)按動(dòng)力現(xiàn)象的力學(xué)( (能源能源) )特征分類特征分類 根據(jù)動(dòng)力現(xiàn)象的力學(xué)根據(jù)動(dòng)力現(xiàn)象的力學(xué)(能源能源)特征不同可分為特征不同可分為突出、壓出與傾突出、壓出與傾出三類，出三類，各類動(dòng)力現(xiàn)象的特征及其鑒別指標(biāo)見表各類動(dòng)力現(xiàn)象的特征及其鑒別

4、指標(biāo)見表421。v發(fā)動(dòng)突出的主要作用力發(fā)動(dòng)突出的主要作用力是地應(yīng)力和瓦斯壓力的聯(lián)合作用，通是地應(yīng)力和瓦斯壓力的聯(lián)合作用，通常以地應(yīng)力為主，瓦斯壓力為輔重力不起決定作用。常以地應(yīng)力為主，瓦斯壓力為輔重力不起決定作用。v實(shí)現(xiàn)突出的基本能源實(shí)現(xiàn)突出的基本能源是煤內(nèi)積蓄的高壓瓦斯?jié)撃?、因此突出是煤?nèi)積蓄的高壓瓦斯?jié)撃?、因此突出的各基本特征也絳于此。的各基本特征也絳于此。 v發(fā)動(dòng)與實(shí)現(xiàn)壓出的主要作用力發(fā)動(dòng)與實(shí)現(xiàn)壓出的主要作用力是地應(yīng)力，瓦斯壓力與煤的自是地應(yīng)力，瓦斯壓力與煤的自重是次要因素重是次要因素v壓出的基本能源壓出的基本能源是煤巖所積蓄的彈性變形能。是煤巖所積蓄的彈性變形能。 這就構(gòu)成了壓出的各主

5、要特征。這就構(gòu)成了壓出的各主要特征。v發(fā)動(dòng)傾出的主要因素發(fā)動(dòng)傾出的主要因素是地應(yīng)力、即結(jié)構(gòu)松軟、含有瓦斯致使是地應(yīng)力、即結(jié)構(gòu)松軟、含有瓦斯致使內(nèi)聚力降低的煤，在較高地應(yīng)力作用下，突然破壞、失去平內(nèi)聚力降低的煤，在較高地應(yīng)力作用下，突然破壞、失去平衡，為其位能的釋放創(chuàng)造了條件。衡，為其位能的釋放創(chuàng)造了條件。v實(shí)現(xiàn)傾出的主要力實(shí)現(xiàn)傾出的主要力是失穩(wěn)煤的自重，因此，呈現(xiàn)出傾出的各是失穩(wěn)煤的自重，因此，呈現(xiàn)出傾出的各主要特征。主要特征。2)2)按動(dòng)力現(xiàn)象的強(qiáng)度分類按動(dòng)力現(xiàn)象的強(qiáng)度分類 強(qiáng)度強(qiáng)度是指每次動(dòng)力現(xiàn)象拋出的煤是指每次動(dòng)力現(xiàn)象拋出的煤( (巖巖) )的數(shù)量的數(shù)量( (以以t t或或mm為單為單位

6、位) )和瓦斯量和瓦斯量( (以以mm為單位為單位) )。 由于在動(dòng)力現(xiàn)象發(fā)生過程中瓦斯量的計(jì)量工作尚存在一些技由于在動(dòng)力現(xiàn)象發(fā)生過程中瓦斯量的計(jì)量工作尚存在一些技術(shù)問題術(shù)問題( (如自動(dòng)記錄儀表，統(tǒng)一計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)等如自動(dòng)記錄儀表，統(tǒng)一計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)等) )，現(xiàn)在分類主要，現(xiàn)在分類主要依據(jù)拋出的煤依據(jù)拋出的煤( (巖巖) )重量，據(jù)此可分為；重量，據(jù)此可分為；v小型突出：小型突出：強(qiáng)度強(qiáng)度50t50t次次( (突出后，經(jīng)過幾十分鐘瓦斯?jié)舛韧怀龊?，?jīng)過幾十分鐘瓦斯?jié)舛瓤苫謴?fù)正常可恢復(fù)正常) )；v中型突出：中型突出：強(qiáng)度強(qiáng)度5050一一99t99t次次( (突出后，經(jīng)過一個(gè)工作班以上突出后，經(jīng)過一個(gè)工作班

7、以上瓦斯?jié)舛瓤芍鸩交謴?fù)正常瓦斯?jié)舛瓤芍鸩交謴?fù)正常) )v次大型突出：次大型突出：強(qiáng)度強(qiáng)度100一一499t次次(突出后，經(jīng)過一天以上瓦突出后，經(jīng)過一天以上瓦斯?jié)舛瓤芍鸩交謴?fù)正常斯?jié)舛瓤芍鸩交謴?fù)正常)；v大型突出：大型突出：強(qiáng)度強(qiáng)度500一一999?次次(突出后，經(jīng)過幾天回風(fēng)系突出后，經(jīng)過幾天回風(fēng)系統(tǒng)瓦斯?jié)舛瓤芍鸩交謴?fù)正常統(tǒng)瓦斯?jié)舛瓤芍鸩交謴?fù)正常)；v 特大型突出：特大型突出：強(qiáng)度強(qiáng)度1000t次次(突出后，經(jīng)過長時(shí)間誹放瓦突出后，經(jīng)過長時(shí)間誹放瓦斯，回風(fēng)系統(tǒng)瓦斯?jié)舛炔呕炙梗仫L(fēng)系統(tǒng)瓦斯?jié)舛炔呕?復(fù)正常復(fù)正常)。3)突出危險(xiǎn)程度的劃分突出危險(xiǎn)程度的劃分 根據(jù)根據(jù)防治煤與瓦斯突出細(xì)則防治煤與瓦斯突

8、出細(xì)則(以下簡稱以下簡稱防突細(xì)則防突細(xì)則)(煤煤炭工業(yè)部炭工業(yè)部1995年制定年制定)對(duì)于突出危險(xiǎn)程度的劃分規(guī)定如下：對(duì)于突出危險(xiǎn)程度的劃分規(guī)定如下：v (1)突出礦井與突出煤層突出礦井與突出煤層：礦井在采掘過程中只要發(fā)生過一礦井在采掘過程中只要發(fā)生過一次煤與瓦斯突出。該礦井即定為突出礦井，發(fā)生突出的煤層次煤與瓦斯突出。該礦井即定為突出礦井，發(fā)生突出的煤層即定為突出煤層。即定為突出煤層。v (2)突出危險(xiǎn)區(qū)、突出威脅區(qū)和元突出危險(xiǎn)區(qū)：突出危險(xiǎn)區(qū)、突出威脅區(qū)和元突出危險(xiǎn)區(qū)：突出煤層經(jīng)突出煤層經(jīng)區(qū)域預(yù)測(cè)可劃分為突出危險(xiǎn)區(qū)、突出威脅區(qū)印元突出危險(xiǎn)區(qū)。區(qū)域預(yù)測(cè)可劃分為突出危險(xiǎn)區(qū)、突出威脅區(qū)印元突出危險(xiǎn)

9、區(qū)。v (3)突出危險(xiǎn)工作面與無突出危險(xiǎn)工作面：突出危險(xiǎn)工作面與無突出危險(xiǎn)工作面：在突出危險(xiǎn)區(qū)在突出危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)工作面進(jìn)行采掘作業(yè)前應(yīng)進(jìn)行工作面預(yù)測(cè)。采掘工作內(nèi)工作面進(jìn)行采掘作業(yè)前應(yīng)進(jìn)行工作面預(yù)測(cè)。采掘工作面經(jīng)預(yù)測(cè)后，可劃分為突出危險(xiǎn)工作面和無突出危險(xiǎn)工作面。面經(jīng)預(yù)測(cè)后，可劃分為突出危險(xiǎn)工作面和無突出危險(xiǎn)工作面。v 422 煤與瓦斯突出發(fā)生的一般規(guī)律煤與瓦斯突出發(fā)生的一般規(guī)律 根據(jù)我國主要突出礦區(qū)如天府、南桐、里王廟、焦作、六枝根據(jù)我國主要突出礦區(qū)如天府、南桐、里王廟、焦作、六枝等的統(tǒng)計(jì)資料表明突出發(fā)生的一般規(guī)律有：等的統(tǒng)計(jì)資料表明突出發(fā)生的一般規(guī)律有：v 1)突出發(fā)生在一定的深度上見表突出發(fā)生在

10、一定的深度上見表422。開始發(fā)生突出。開始發(fā)生突出的最淺深度稱為始突深度、一般它比瓦斯風(fēng)比帶的深度探一的最淺深度稱為始突深度、一般它比瓦斯風(fēng)比帶的深度探一倍以上。隨著深度的增加突出的危險(xiǎn)性增高，這表現(xiàn)突出倍以上。隨著深度的增加突出的危險(xiǎn)性增高，這表現(xiàn)突出的次數(shù)增多、突出的強(qiáng)度增大、突出煤層數(shù)增加、突出危險(xiǎn)的次數(shù)增多、突出的強(qiáng)度增大、突出煤層數(shù)增加、突出危險(xiǎn)區(qū)域擴(kuò)大區(qū)域擴(kuò)大(從點(diǎn)突出發(fā)展到多點(diǎn)突出甚至再發(fā)展到幾乎點(diǎn)點(diǎn)突從點(diǎn)突出發(fā)展到多點(diǎn)突出甚至再發(fā)展到幾乎點(diǎn)點(diǎn)突出出)。始突深度標(biāo)志著突出需要起碼的地應(yīng)力與瓦斯壓力。始突深度標(biāo)志著突出需要起碼的地應(yīng)力與瓦斯壓力。v 2)突出的次數(shù)和強(qiáng)度隨著煤層厚度

11、持別是軟分層的厚度的增突出的次數(shù)和強(qiáng)度隨著煤層厚度持別是軟分層的厚度的增加而增多。突出最嚴(yán)重的煤層一般是最厚的主采煤層。因此加而增多。突出最嚴(yán)重的煤層一般是最厚的主采煤層。因此突出對(duì)礦井的安全生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益有重大影響。突出對(duì)礦井的安全生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益有重大影響。v 3)突出的氣體種類主要是甲烷，個(gè)別礦井突出的氣體種類主要是甲烷，個(gè)別礦井(吉林營城、甘肅吉林營城、甘肅窯街窯街)突出二氧化碳突出煤層的瓦斯含量、開采時(shí)的相對(duì)瓦突出二氧化碳突出煤層的瓦斯含量、開采時(shí)的相對(duì)瓦斯涌出量都在斯涌出量都在I o m八以上，即突出都發(fā)生在高瓦斯礦井內(nèi)。八以上，即突出都發(fā)生在高瓦斯礦井內(nèi)。 同一煤層，其瓦斯壓力越高

12、，突出危險(xiǎn)性越大。發(fā)生突出的同一煤層，其瓦斯壓力越高，突出危險(xiǎn)性越大。發(fā)生突出的瓦斯壓力最小值可用以下統(tǒng)計(jì)公式估算：瓦斯壓力最小值可用以下統(tǒng)計(jì)公式估算： AminA01十十BVf) (4-21) 式中式中 vAmin煤層發(fā)生突出瓦斯壓力是小值，煤層發(fā)生突出瓦斯壓力是小值，MPa；v f一軟煤分層的堅(jiān)固性系數(shù)；一軟煤分層的堅(jiān)固性系數(shù)；v v軟煤分層的揮發(fā)分含量，軟煤分層的揮發(fā)分含量，v A.B一統(tǒng)計(jì)常數(shù)據(jù)我國一統(tǒng)計(jì)常數(shù)據(jù)我國26個(gè)礦井始突深度位置的統(tǒng)計(jì)資料，個(gè)礦井始突深度位置的統(tǒng)計(jì)資料，A5，jo017v 4)突出煤層的持點(diǎn)是煤的力學(xué)強(qiáng)度低突出煤層的持點(diǎn)是煤的力學(xué)強(qiáng)度低(fo8)而且變化大；而且

13、變化大；透氣性差透氣性差(透氣性系數(shù)透氣性系數(shù)10 m“MPa2d)；瓦斯放散初速；瓦斯放散初速度高度高p15)；濕度??；層理紊亂、遭受過地質(zhì)構(gòu)造力嚴(yán)重破；濕度??；層理紊亂、遭受過地質(zhì)構(gòu)造力嚴(yán)重破壞的壞的“構(gòu)造煤構(gòu)造煤”。v 5)突出危險(xiǎn)區(qū)呈帶狀分布這是因?yàn)橛绊懲怀龅闹饕蛩赝怀鑫ｋU(xiǎn)區(qū)呈帶狀分布這是因?yàn)橛绊懲怀龅闹饕蛩厥艿刭|(zhì)構(gòu)造控制的緣故、而地質(zhì)構(gòu)造具有帶狀分布的特征。受地質(zhì)構(gòu)造控制的緣故、而地質(zhì)構(gòu)造具有帶狀分布的特征。向斜軸部地區(qū)、向斜構(gòu)造中局部隆起地區(qū)、向斜油部與斷層向斜軸部地區(qū)、向斜構(gòu)造中局部隆起地區(qū)、向斜油部與斷層或沼曲交匯地區(qū)、火成巖侵入形成交質(zhì)煤與非變質(zhì)煤交混或或沼曲交匯地區(qū)、火

14、成巖侵入形成交質(zhì)煤與非變質(zhì)煤交混或鄰近地區(qū)、煤層扭轉(zhuǎn)地區(qū)、煤層傾角驟變、走向拐彎、變厚鄰近地區(qū)、煤層扭轉(zhuǎn)地區(qū)、煤層傾角驟變、走向拐彎、變厚持別是軟分層變厚地區(qū)，壓性、壓扭性斷層地帶、煤層構(gòu)造持別是軟分層變厚地區(qū)，壓性、壓扭性斷層地帶、煤層構(gòu)造分岔、項(xiàng)、底板階梯狀凸起地區(qū)等都是突出點(diǎn)密集地區(qū)，也分岔、項(xiàng)、底板階梯狀凸起地區(qū)等都是突出點(diǎn)密集地區(qū)，也是大型甚至特大型突出地區(qū)。是大型甚至特大型突出地區(qū)。v7)7)采掘工作往往可激發(fā)突出，持別是落煤與震動(dòng)作業(yè)，不采掘工作往往可激發(fā)突出，持別是落煤與震動(dòng)作業(yè)，不僅可引起應(yīng)力狀態(tài)的變化而且可使動(dòng)載荷作用在新暴露僅可引起應(yīng)力狀態(tài)的變化而且可使動(dòng)載荷作用在新暴露

15、煤體上造成煤的突然破碎。例如，據(jù)我國煤體上造成煤的突然破碎。例如，據(jù)我國77657765次突出的統(tǒng)次突出的統(tǒng)計(jì)資料，放炮計(jì)資料，放炮5g5g起的突出為起的突出為42434243次，占次，占5555；打鉆；打鉆55起的起的突出為突出為197197次，占次，占2 25 5；風(fēng)動(dòng)工具引起的突出；風(fēng)動(dòng)工具引起的突出602602次占次占7 78 8；手鎬作業(yè)的突出為；手鎬作業(yè)的突出為979979次。占次。占12126 6；水力落煤；水力落煤的突出的突出111111次，占次，占1 14 4；機(jī)組采煤的突出；機(jī)組采煤的突出6262次，占次，占o(jì) o，8 8( (以上落煤作業(yè)總計(jì)達(dá)以上落煤作業(yè)總計(jì)達(dá)61946

16、194次，占次，占8080) )；作；作! !貶情況記錄不貶情況記錄不祥的的突出祥的的突出I 338I 338次，占次，占17172 2；其他作業(yè)的突出；其他作業(yè)的突出177177次、次、占占2 23 3；突出前沒有作業(yè)的僅；突出前沒有作業(yè)的僅5656次占次占o(jì) o7 7。其中放。其中放炮誘導(dǎo)突出作用最強(qiáng)因?yàn)樗扔信谡T導(dǎo)突出作用最強(qiáng)因?yàn)樗扔小疤骄杼骄琛蓖Ｓ?、又產(chǎn)生停用、又產(chǎn)生較大的震動(dòng)作用。前者使內(nèi)部煤體突然解除約束，變?yōu)楸磔^大的震動(dòng)作用。前者使內(nèi)部煤體突然解除約束，變?yōu)楸砻鏍顟B(tài)，導(dǎo)致其破碎；后者的動(dòng)應(yīng)力與靜應(yīng)力疊加，故加面狀態(tài)，導(dǎo)致其破碎；后者的動(dòng)應(yīng)力與靜應(yīng)力疊加，故加重其破碎，引起的突出

17、強(qiáng)度大大增加。重其破碎，引起的突出強(qiáng)度大大增加。由此可見，采掘作由此可見，采掘作業(yè)引起煤體的應(yīng)力狀態(tài)變化越劇烈，突出強(qiáng)度就可能越大。業(yè)引起煤體的應(yīng)力狀態(tài)變化越劇烈，突出強(qiáng)度就可能越大。v 6)6)受煤自重影響，由上前方向巷道方向的突出占大多數(shù)，從受煤自重影響，由上前方向巷道方向的突出占大多數(shù)，從 下方向巷道的突出為數(shù)極少。突出的次數(shù)有隨著煤層傾角增大下方向巷道的突出為數(shù)極少。突出的次數(shù)有隨著煤層傾角增大 而增多的趨勢(shì)而增多的趨勢(shì)v(8)(8)絕大多數(shù)突出都有預(yù)兆。它是突出準(zhǔn)備階段的外部表現(xiàn)。絕大多數(shù)突出都有預(yù)兆。它是突出準(zhǔn)備階段的外部表現(xiàn)。預(yù)兆大體可分為三個(gè)方面：地壓顯現(xiàn)方面的預(yù)兆有，煤炮聲、

18、預(yù)兆大體可分為三個(gè)方面：地壓顯現(xiàn)方面的預(yù)兆有，煤炮聲、支架聲響、掉昨、巖煤開裂、底鼓、巖與煤自行剝落、煤壁支架聲響、掉昨、巖煤開裂、底鼓、巖與煤自行剝落、煤壁外鼓、來壓、煤壁顫動(dòng)、鉆孔變形、垮孔頂鉆、夾鉆桿、鉆外鼓、來壓、煤壁顫動(dòng)、鉆孔變形、垮孔頂鉆、夾鉆桿、鉆粉量增大、鉆機(jī)過負(fù)荷等。瓦斯涌出方面的預(yù)兆有，瓦斯涌粉量增大、鉆機(jī)過負(fù)荷等。瓦斯涌出方面的預(yù)兆有，瓦斯涌出異常、瓦斯?jié)舛群龃蠛鲂?、煤塵增大、氣溫與氣味異常、出異常、瓦斯?jié)舛群龃蠛鲂?、煤塵增大、氣溫與氣味異常、打鉆噴瓦斯、噴煤、哨聲、蜂鳴聲等。煤力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)方打鉆噴瓦斯、噴煤、哨聲、蜂鳴聲等。煤力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)方面的預(yù)兆有，層理紊亂、煤強(qiáng)

19、度松軟或軟硬不均、煤暗淡無面的預(yù)兆有，層理紊亂、煤強(qiáng)度松軟或軟硬不均、煤暗淡無光澤、煤厚變化大、傾角變陡、波狀隆起、格曲、頂、底板光澤、煤厚變化大、傾角變陡、波狀隆起、格曲、頂、底板階狀凸起、斷層、煤干燥等等。例如，據(jù)里王廟煤礦統(tǒng)階狀凸起、斷層、煤干燥等等。例如，據(jù)里王廟煤礦統(tǒng)計(jì)在計(jì)在6161次突出中，僅發(fā)現(xiàn)瓦斯與地壓預(yù)兆次突出中，僅發(fā)現(xiàn)瓦斯與地壓預(yù)兆110110次、平均每次、平均每次突出預(yù)兆有次突出預(yù)兆有2 2種，僅有種，僅有6 6次突出未發(fā)現(xiàn)瓦斯與地壓預(yù)兆。在次突出未發(fā)現(xiàn)瓦斯與地壓預(yù)兆。在預(yù)兆中出現(xiàn)煤炮最多達(dá)預(yù)兆中出現(xiàn)煤炮最多達(dá)5050次，掉砟次，掉砟2020次，底鼓次，底鼓7 7次，其它

20、次，其它地壓預(yù)兆地壓預(yù)兆1212次。在瓦斯預(yù)兆中以瓦斯?jié)舛茸兓A(yù)兆最多達(dá)次。在瓦斯預(yù)兆中以瓦斯?jié)舛茸兓A(yù)兆最多達(dá)1414次噴瓦斯次噴瓦斯6 6次合計(jì)次合計(jì)2020次。次。v9)9)突出危險(xiǎn)性隨著有硬而厚的圍巖突出危險(xiǎn)性隨著有硬而厚的圍巖( (硅質(zhì)灰?guī)r、砂巖等硅質(zhì)灰?guī)r、砂巖等) )存在存在而增高。而增高。 v10)10)從巷邁類型與突出危險(xiǎn)性的關(guān)系上看以石門為最危險(xiǎn)，從巷邁類型與突出危險(xiǎn)性的關(guān)系上看以石門為最危險(xiǎn)，見表見表424424。它的平均突出強(qiáng)度都在數(shù)百噸以上，瓦斯噴。它的平均突出強(qiáng)度都在數(shù)百噸以上，瓦斯噴出量超過數(shù)萬立方米，波及范圍廣，易造成非常嚴(yán)重的重大出量超過數(shù)萬立方米，波及范圍廣，

21、易造成非常嚴(yán)重的重大事故。而且從石門工作面距煤層事故。而且從石門工作面距煤層2m2m起至穿過煤層全厚而進(jìn)入起至穿過煤層全厚而進(jìn)入頂板或底板頂板或底板2m2m止，整個(gè)揭穿過程都有危險(xiǎn)，也曾發(fā)生過僅止，整個(gè)揭穿過程都有危險(xiǎn)，也曾發(fā)生過僅2m2m厚煤層在石門揭穿過程中突出兩次的實(shí)例。厚煤層在石門揭穿過程中突出兩次的實(shí)例。4 3 煤與瓦斯突出機(jī)理煤與瓦斯突出機(jī)理431 煤與瓦斯突出機(jī)理研究概況煤與瓦斯突出機(jī)理研究概況 煤與瓦斯突出給煤礦煤與瓦斯突出給煤礦安全生產(chǎn)，特別是井下人員的生命財(cái)安全生產(chǎn)，特別是井下人員的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了極其嚴(yán)重的威脅。為了防止這類災(zāi)害事故的發(fā)產(chǎn)安全造成了極其嚴(yán)重的威脅。為了防

22、止這類災(zāi)害事故的發(fā)生，保障煤礦井下安全生產(chǎn)世界上各主要產(chǎn)煤國均投入了生，保障煤礦井下安全生產(chǎn)世界上各主要產(chǎn)煤國均投入了大量納入力、物力研究煤與瓦斯突出機(jī)理以便為突出危險(xiǎn)大量納入力、物力研究煤與瓦斯突出機(jī)理以便為突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)和防突措施的制定與實(shí)施提供科學(xué)依據(jù)。但是，迄今性預(yù)測(cè)和防突措施的制定與實(shí)施提供科學(xué)依據(jù)。但是，迄今為止，人們對(duì)于突出過程中煤巖體破壞與發(fā)展機(jī)制的認(rèn)識(shí)還為止，人們對(duì)于突出過程中煤巖體破壞與發(fā)展機(jī)制的認(rèn)識(shí)還停留在定性與假說性階段，對(duì)于突出過程中哪些因素起主要停留在定性與假說性階段，對(duì)于突出過程中哪些因素起主要作用以及與其它因素間的作用機(jī)理還把握不準(zhǔn)，故而只能對(duì)作用以及與其它因素

23、間的作用機(jī)理還把握不準(zhǔn)，故而只能對(duì)某些突出現(xiàn)象給予解釋，還不能形成統(tǒng)一完整的理論體系。某些突出現(xiàn)象給予解釋，還不能形成統(tǒng)一完整的理論體系。 目前這些關(guān)于煤與瓦斯突出機(jī)理的假說，歸納起來主要有如目前這些關(guān)于煤與瓦斯突出機(jī)理的假說，歸納起來主要有如下幾類：下幾類：4311 單因素作用假說單因素作用假說 v單因素作用假說主要有：瓦斯主導(dǎo)作用假說，地壓主導(dǎo)作單因素作用假說主要有：瓦斯主導(dǎo)作用假說，地壓主導(dǎo)作用假說以及化學(xué)本質(zhì)作用假說，而主要特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)單因素用假說以及化學(xué)本質(zhì)作用假說，而主要特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)單因素起主導(dǎo)作用。起主導(dǎo)作用。 1)瓦斯主導(dǎo)作用假說：瓦斯主導(dǎo)作用假說：以瓦斯為主導(dǎo)作用的假說。主要有；

24、以瓦斯為主導(dǎo)作用的假說。主要有； “瓦斯包瓦斯包”說說 、粉煤帶說、煤孔隙結(jié)構(gòu)不均勻說、突出波、粉煤帶說、煤孔隙結(jié)構(gòu)不均勻說、突出波說、裂縫堵塞說、閉合空隙瓦斯釋放說、瓦斯膨脹說、卸說、裂縫堵塞說、閉合空隙瓦斯釋放說、瓦斯膨脹說、卸壓瓦斯說、火山瓦斯說、地質(zhì)破壞帶說、瓦斯解吸說壓瓦斯說、火山瓦斯說、地質(zhì)破壞帶說、瓦斯解吸說 2)地壓主導(dǎo)作用假說：地壓主導(dǎo)作用假說：以地壓為主導(dǎo)作用的假說。主要有：以地壓為主導(dǎo)作用的假說。主要有： 巖石變形潛能說、應(yīng)力集中說、塑性變形說、沖擊式移近巖石變形潛能說、應(yīng)力集中說、塑性變形說、沖擊式移近說、拉應(yīng)力波說、應(yīng)力疊加說、放炮突出說、頂板位移不說、拉應(yīng)力波說、應(yīng)

25、力疊加說、放炮突出說、頂板位移不均勻說均勻說 3)化學(xué)本質(zhì)作用假說：化學(xué)本質(zhì)作用假說：以化學(xué)本質(zhì)為作用的假說。主要有：以化學(xué)本質(zhì)為作用的假說。主要有： 瓦斯水化物說、地球化學(xué)說、硝基化合物說。瓦斯水化物說、地球化學(xué)說、硝基化合物說。4312綜合作用假說綜合作用假說 綜合作用假說認(rèn)為：煤與瓦斯突出是由地應(yīng)力、包含在煤綜合作用假說認(rèn)為：煤與瓦斯突出是由地應(yīng)力、包含在煤體中的瓦斯以及煤體自身物理力學(xué)體中的瓦斯以及煤體自身物理力學(xué)t質(zhì)三者綜合作用的結(jié)質(zhì)三者綜合作用的結(jié)果。持綜合作用假說觀點(diǎn)的學(xué)者都承認(rèn)，煤與瓦斯突出是綜果。持綜合作用假說觀點(diǎn)的學(xué)者都承認(rèn)，煤與瓦斯突出是綜合因素作用的結(jié)果，但對(duì)各種因素在

26、突出中所起的作用卻說合因素作用的結(jié)果，但對(duì)各種因素在突出中所起的作用卻說法不一。法不一。 例如，法國學(xué)者入伯蘭等認(rèn)為瓦斯因素是主要的；而前蘇聯(lián)例如，法國學(xué)者入伯蘭等認(rèn)為瓦斯因素是主要的；而前蘇聯(lián)學(xué)者學(xué)者B比霍多持、日本學(xué)者肌部俊郎等許多學(xué)者則認(rèn)為地比霍多持、日本學(xué)者肌部俊郎等許多學(xué)者則認(rèn)為地應(yīng)力是主要的，即地應(yīng)力是發(fā)動(dòng)突出、發(fā)展突出的主要因素，應(yīng)力是主要的，即地應(yīng)力是發(fā)動(dòng)突出、發(fā)展突出的主要因素，瓦斯是幫助突出發(fā)展的因素。瓦斯是幫助突出發(fā)展的因素。 目前，具有代表性的綜合作用假說主要有：目前，具有代表性的綜合作用假說主要有：振動(dòng)說、分層分振動(dòng)說、分層分離說、破壞區(qū)說、游離瓦斯壓力說。離說、破壞

27、區(qū)說、游離瓦斯壓力說。 上述的綜合假說比前面的單向因素的假說大大進(jìn)了一步，它上述的綜合假說比前面的單向因素的假說大大進(jìn)了一步，它們能解釋的突出現(xiàn)象也比其它各種單項(xiàng)因素的假說多。但是，們能解釋的突出現(xiàn)象也比其它各種單項(xiàng)因素的假說多。但是，還有其它一些突出現(xiàn)象不能解釋、加：還有其它一些突出現(xiàn)象不能解釋、加：v 1.突出的區(qū)域性分布；突出的區(qū)域性分布；v 2.石門的自行揭開；石門的自行揭開；v 3.過煤門時(shí)的大強(qiáng)度突出；過煤門時(shí)的大強(qiáng)度突出；v 4.震動(dòng)放炮揭開煤層時(shí)的延期突出；震動(dòng)放炮揭開煤層時(shí)的延期突出；v 5.突出時(shí)瓦斯噴出量超過煤層的瓦斯含量幾十倍甚至幾百倍突出時(shí)瓦斯噴出量超過煤層的瓦斯含量

28、幾十倍甚至幾百倍 由于煤于瓦斯突出是極其復(fù)雜的動(dòng)力現(xiàn)象，故而對(duì)突出機(jī)理由于煤于瓦斯突出是極其復(fù)雜的動(dòng)力現(xiàn)象，故而對(duì)突出機(jī)理的認(rèn)識(shí)目前仍然處于定性綜合作用假說階段，即煤與瓦斯突的認(rèn)識(shí)目前仍然處于定性綜合作用假說階段，即煤與瓦斯突出是地應(yīng)力、瓦斯和煤的物理力學(xué)性質(zhì)三者綜合作用的結(jié)果，出是地應(yīng)力、瓦斯和煤的物理力學(xué)性質(zhì)三者綜合作用的結(jié)果，是聚集在圍巖和媒體中大量潛能的高速釋放，并認(rèn)為高壓瓦是聚集在圍巖和媒體中大量潛能的高速釋放，并認(rèn)為高壓瓦斯在突出的發(fā)展過程中起決定性的作用地應(yīng)力是激發(fā)突出斯在突出的發(fā)展過程中起決定性的作用地應(yīng)力是激發(fā)突出的因素，而煤的物理力學(xué)性質(zhì)則是阻礙突出的因素。的因素，而煤的物

29、理力學(xué)性質(zhì)則是阻礙突出的因素。4.3.2 突出的發(fā)展過程及各因轟的作用突出的發(fā)展過程及各因轟的作用4.321 突出的發(fā)展過程突出的發(fā)展過程 突出煤體經(jīng)歷著能量的積聚過程，使之逐漸發(fā)展到臨界破壞突出煤體經(jīng)歷著能量的積聚過程，使之逐漸發(fā)展到臨界破壞甚至過載的脆弱平衡狀態(tài)。突出的發(fā)展過程一般可劃分為四甚至過載的脆弱平衡狀態(tài)。突出的發(fā)展過程一般可劃分為四個(gè)階段，即：個(gè)階段，即： (1)準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備階段 該階段的特點(diǎn)是：在工作面附近的煤壁內(nèi)形成該階段的特點(diǎn)是：在工作面附近的煤壁內(nèi)形成高的地應(yīng)力與瓦斯壓力梯度。即在有利的約束條件高的地應(yīng)力與瓦斯壓力梯度。即在有利的約束條件(石門巖石門巖柱，煤巷的硬煤包裹體

30、柱，煤巷的硬煤包裹體)下，媒內(nèi)地應(yīng)力梯度急劇增高，能下，媒內(nèi)地應(yīng)力梯度急劇增高，能夠疊加著各種地應(yīng)力，形成很高的應(yīng)力集中，積聚著很大的夠疊加著各種地應(yīng)力，形成很高的應(yīng)力集中，積聚著很大的變形能；同時(shí)由于孔隙裂隙的壓縮，使瓦斯壓力增高瓦斯變形能；同時(shí)由于孔隙裂隙的壓縮，使瓦斯壓力增高瓦斯內(nèi)能也增大。在這個(gè)階段，會(huì)顯現(xiàn)多種有聲的與無聲的突出內(nèi)能也增大。在這個(gè)階段，會(huì)顯現(xiàn)多種有聲的與無聲的突出預(yù)兆。準(zhǔn)備階段的時(shí)間可在很大范圍內(nèi)變化，也可在幾秒鐘預(yù)兆。準(zhǔn)備階段的時(shí)間可在很大范圍內(nèi)變化，也可在幾秒鐘內(nèi)完成內(nèi)完成(如在震動(dòng)放炮或頂板動(dòng)能沖擊條件下如在震動(dòng)放炮或頂板動(dòng)能沖擊條件下)。v (2)激發(fā)階段激發(fā)階

31、段 該階段的特點(diǎn)是地廢力狀態(tài)突然改變，即極該階段的特點(diǎn)是地廢力狀態(tài)突然改變，即極限應(yīng)力狀態(tài)的部分煤體突然破壞，卸載限應(yīng)力狀態(tài)的部分煤體突然破壞，卸載(卸壓卸壓)并發(fā)生巨響和并發(fā)生巨響和沖擊；向巷道方向作用的瓦斯壓力的推力由于煤體的破裂，沖擊；向巷道方向作用的瓦斯壓力的推力由于煤體的破裂，頓時(shí)增加幾倍到十幾倍，伴隨著裂隙的生成與擴(kuò)張，膨脹瓦頓時(shí)增加幾倍到十幾倍，伴隨著裂隙的生成與擴(kuò)張，膨脹瓦斯流開始形成大量吸附瓦斯進(jìn)入解吸過程而參與突出。大斯流開始形成大量吸附瓦斯進(jìn)入解吸過程而參與突出。大量的突出實(shí)例表明，工作面的多種作業(yè)都可以引起應(yīng)力狀態(tài)量的突出實(shí)例表明，工作面的多種作業(yè)都可以引起應(yīng)力狀態(tài)的突

32、變而激發(fā)突出。例如各種方式的落煤、打眼、刨柱窩、的突變而激發(fā)突出。例如各種方式的落煤、打眼、刨柱窩、修整工作面煤壁等都可以人為激發(fā)突出，而且統(tǒng)計(jì)表修整工作面煤壁等都可以人為激發(fā)突出，而且統(tǒng)計(jì)表Bj，應(yīng)，應(yīng)力狀態(tài)變化越劇烈，突出的強(qiáng)度越大。因此，震動(dòng)放炮、一力狀態(tài)變化越劇烈，突出的強(qiáng)度越大。因此，震動(dòng)放炮、一般爆破是員易引發(fā)突出的工序。般爆破是員易引發(fā)突出的工序。v (3)發(fā)展階段發(fā)展階段 該階段具有兩個(gè)互相關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)，一是突出該階段具有兩個(gè)互相關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)，一是突出從激發(fā)點(diǎn)起向內(nèi)部連續(xù)剝離并破碎煤體，二是破碎的煤在不從激發(fā)點(diǎn)起向內(nèi)部連續(xù)剝離并破碎煤體，二是破碎的煤在不斯膨脹的承壓瓦斯風(fēng)暴中邊運(yùn)送

33、邊粉碎。前者是在地應(yīng)力斯膨脹的承壓瓦斯風(fēng)暴中邊運(yùn)送邊粉碎。前者是在地應(yīng)力 與瓦斯壓力共同作用下完成的，后者主要是瓦斯內(nèi)能作功的與瓦斯壓力共同作用下完成的，后者主要是瓦斯內(nèi)能作功的過程。煤的粉化程度、游離瓦斯含量、瓦斯放散初速度、過程。煤的粉化程度、游離瓦斯含量、瓦斯放散初速度、解吸的瓦斯量以及突出孔周圍的卸壓瓦斯流，對(duì)瓦斯風(fēng)暴解吸的瓦斯量以及突出孔周圍的卸壓瓦斯流，對(duì)瓦斯風(fēng)暴的形成與發(fā)展起著決定作用。在該階段中媒的剝離與破碎的形成與發(fā)展起著決定作用。在該階段中媒的剝離與破碎不僅具有脈沖的特征面且有時(shí)是客輪回的過程。這可以不僅具有脈沖的特征面且有時(shí)是客輪回的過程。這可以從突出物的多輪回從突出物的

34、多輪回5B積特征中得到證實(shí)，也可以從突出過積特征中得到證實(shí)，也可以從突出過程實(shí)測(cè)記錄中找到依據(jù)。圖程實(shí)測(cè)記錄中找到依據(jù)。圖431是頓巴斯是頓巴斯“紅十月紅十月”礦礦m：煤層采煤工作面一次突出的震動(dòng)波圖與突出孔的形成過：煤層采煤工作面一次突出的震動(dòng)波圖與突出孔的形成過程。突出發(fā)生在倒臺(tái)階工作面的一個(gè)隅角、這次突出由四程。突出發(fā)生在倒臺(tái)階工作面的一個(gè)隅角、這次突出由四個(gè)輪回組成。如果認(rèn)為備輪的破碎煤量與該輪的震動(dòng)波持個(gè)輪回組成。如果認(rèn)為備輪的破碎煤量與該輪的震動(dòng)波持續(xù)時(shí)間成正比、則四個(gè)輪回的持續(xù)時(shí)間依次為續(xù)時(shí)間成正比、則四個(gè)輪回的持續(xù)時(shí)間依次為28s、64s、5o s和和28s，則備輪的破碎煤量相

35、應(yīng)為，則備輪的破碎煤量相應(yīng)為7t、15t、11t和和7t，各輪回之間的間歇時(shí)間為，各輪回之間的間歇時(shí)間為o一一5s。 造成脈沖與輪回性的原因主要是地應(yīng)力、瓦斯壓力與煤的強(qiáng)造成脈沖與輪回性的原因主要是地應(yīng)力、瓦斯壓力與煤的強(qiáng)度的不均勻分布等所致。連續(xù)剝商并破碎煤體以及突出度的不均勻分布等所致。連續(xù)剝商并破碎煤體以及突出7L周周圍的卸壓瓦斯流是產(chǎn)生瓦斯風(fēng)暴的前提而瓦斯風(fēng)暴連續(xù)不圍的卸壓瓦斯流是產(chǎn)生瓦斯風(fēng)暴的前提而瓦斯風(fēng)暴連續(xù)不斷地把破碎的煤及時(shí)運(yùn)走，是使剝商與破碎媒體連續(xù)向內(nèi)部斷地把破碎的煤及時(shí)運(yùn)走，是使剝商與破碎媒體連續(xù)向內(nèi)部發(fā)展的必要條件，因?yàn)檫@樣才能使突出孔壁近處煤體?？嬷l(fā)展的必要條件，因

36、為這樣才能使突出孔壁近處煤體?？嬷粋€(gè)較高的地應(yīng)力梯度和瓦斯壓力梯度。一個(gè)較高的地應(yīng)力梯度和瓦斯壓力梯度。v (4)終止階段終止階段 突出的終止有以下兩種情況：突出的終止有以下兩種情況：v一是在剝離和破碎媒體的擴(kuò)展中遇到了較硬的煤體或地應(yīng)力一是在剝離和破碎媒體的擴(kuò)展中遇到了較硬的煤體或地應(yīng)力與瓦斯壓力降低不足以破壞媒體；與瓦斯壓力降低不足以破壞媒體；v二是突出二是突出ZL道被堵塞其道被堵塞其ZL壁由突出物支撐建立起新的供壁由突出物支撐建立起新的供平衡或孔洞瓦斯壓力因其被堵塞而升高、地應(yīng)力與瓦斯壓力平衡或孔洞瓦斯壓力因其被堵塞而升高、地應(yīng)力與瓦斯壓力梯度不足以別離和破碎煤體。梯度不足以別離和破碎

37、煤體。但是，這時(shí)突出雖然停止了，而突出孔周圍的卸壓區(qū)與突出的但是，這時(shí)突出雖然停止了，而突出孔周圍的卸壓區(qū)與突出的煤涌出瓦斯的過程并沒有停止，異常的瓦斯涌出還要持續(xù)相當(dāng)煤涌出瓦斯的過程并沒有停止，異常的瓦斯涌出還要持續(xù)相當(dāng)長時(shí)間。長時(shí)間。 43. 22 突出發(fā)展過程中各因素的作用突出發(fā)展過程中各因素的作用 地應(yīng)力、瓦斯壓力和煤強(qiáng)度在突出過程中各個(gè)階段所起地應(yīng)力、瓦斯壓力和煤強(qiáng)度在突出過程中各個(gè)階段所起的作用可以是不同的。在通常情況下，突出的激發(fā)階段，破的作用可以是不同的。在通常情況下，突出的激發(fā)階段，破碎煤體的主導(dǎo)力是地應(yīng)力碎煤體的主導(dǎo)力是地應(yīng)力(包括重力應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力、包括重力應(yīng)力、地質(zhì)

38、構(gòu)造應(yīng)力、采動(dòng)引起的集中應(yīng)力以及煤吸附瓦斯引起的附加應(yīng)力等采動(dòng)引起的集中應(yīng)力以及煤吸附瓦斯引起的附加應(yīng)力等)。因?yàn)榈貞?yīng)力的大小，通常比瓦斯壓力高幾倍；而在突出的發(fā)因?yàn)榈貞?yīng)力的大小，通常比瓦斯壓力高幾倍；而在突出的發(fā)展階段，剝離媒體靠地應(yīng)力與瓦斯壓力的聯(lián)合作用，運(yùn)送與展階段，剝離媒體靠地應(yīng)力與瓦斯壓力的聯(lián)合作用，運(yùn)送與粉碎煤炭是靠瓦斯內(nèi)能。粉碎煤炭是靠瓦斯內(nèi)能。 根據(jù)對(duì)若干典型突出實(shí)例的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。在突出根據(jù)對(duì)若干典型突出實(shí)例的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。在突出過程中瓦斯提供的能量比地應(yīng)力彈性能高過程中瓦斯提供的能量比地應(yīng)力彈性能高36借以上。壓出借以上。壓出和傾出時(shí)煤體的最初破碎的主導(dǎo)力也是地應(yīng)力

39、。在極少數(shù)突和傾出時(shí)煤體的最初破碎的主導(dǎo)力也是地應(yīng)力。在極少數(shù)突出實(shí)例中也可以看到瓦斯壓力為主導(dǎo)力發(fā)動(dòng)突出的現(xiàn)象，這出實(shí)例中也可以看到瓦斯壓力為主導(dǎo)力發(fā)動(dòng)突出的現(xiàn)象，這時(shí)需要很大的瓦斯壓力梯度與非常低的煤強(qiáng)度。時(shí)需要很大的瓦斯壓力梯度與非常低的煤強(qiáng)度。 突出煤的重要力學(xué)特征是強(qiáng)度低和具有揉皺破碎結(jié)構(gòu)、即所突出煤的重要力學(xué)特征是強(qiáng)度低和具有揉皺破碎結(jié)構(gòu)、即所謂謂“構(gòu)造煤構(gòu)造煤”。這種煤處于約束狀態(tài)時(shí)可以儲(chǔ)存較高的能量，。這種煤處于約束狀態(tài)時(shí)可以儲(chǔ)存較高的能量，并使透氣性銳減形成危險(xiǎn)的瓦斯壓力梯度；而當(dāng)處于表而狀并使透氣性銳減形成危險(xiǎn)的瓦斯壓力梯度；而當(dāng)處于表而狀態(tài)時(shí)，它極易破壞粉碎，放散瓦斯的韌

40、速度高、釋放能量的態(tài)時(shí)，它極易破壞粉碎，放散瓦斯的韌速度高、釋放能量的功率大因此當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)突然改變或者從約束狀態(tài)突然變?yōu)楣β蚀笠虼水?dāng)應(yīng)力狀態(tài)突然改變或者從約束狀態(tài)突然變?yōu)楸砻鏍顟B(tài)時(shí)容易激發(fā)突出。表面狀態(tài)時(shí)容易激發(fā)突出。 地壓力在突出過程中的主要作用有三：地壓力在突出過程中的主要作用有三：u 一是激發(fā)突出；一是激發(fā)突出；u 二是在發(fā)展階段中與瓦斯壓力梯度聯(lián)合作用對(duì)煤體進(jìn)行剝二是在發(fā)展階段中與瓦斯壓力梯度聯(lián)合作用對(duì)煤體進(jìn)行剝 離、破碎；離、破碎；u 三是影吶媒體內(nèi)部裂隙系統(tǒng)的閉合程度稿生成新的裂隙、三是影吶媒體內(nèi)部裂隙系統(tǒng)的閉合程度稿生成新的裂隙、控制著瓦斯的流動(dòng)、卸壓瓦斯流和瓦斯解吸過程，當(dāng)煤體

41、突然控制著瓦斯的流動(dòng)、卸壓瓦斯流和瓦斯解吸過程，當(dāng)煤體突然破壞時(shí)，伴隨著卸壓過程、新舊裂隙系統(tǒng)連通起來并處于開放破壞時(shí)，伴隨著卸壓過程、新舊裂隙系統(tǒng)連通起來并處于開放狀態(tài)，頓時(shí)顯現(xiàn)卸壓流動(dòng)效應(yīng)，形成可以攜帶破碎煤的有壓頭狀態(tài)，頓時(shí)顯現(xiàn)卸壓流動(dòng)效應(yīng)，形成可以攜帶破碎煤的有壓頭的膨脹瓦斯風(fēng)暴。的膨脹瓦斯風(fēng)暴。 瓦斯在突出過程中的主要作用有三：瓦斯在突出過程中的主要作用有三：一是在某些場(chǎng)合，當(dāng)能形成高瓦斯壓力棵度一是在某些場(chǎng)合，當(dāng)能形成高瓦斯壓力棵度(例如例如2MPacm)時(shí)，瓦斯可獨(dú)立激發(fā)突出，在自然條件下，由于有時(shí)，瓦斯可獨(dú)立激發(fā)突出，在自然條件下，由于有地應(yīng)力配合可以不需要這樣高的瓦斯壓力梯度

42、就可地應(yīng)力配合可以不需要這樣高的瓦斯壓力梯度就可以激發(fā)突出以激發(fā)突出52是發(fā)展與實(shí)現(xiàn)突出的主要因素。是發(fā)展與實(shí)現(xiàn)突出的主要因素。二是在突出的發(fā)展階段中、瓦斯壓力與地皮力配合連續(xù)地二是在突出的發(fā)展階段中、瓦斯壓力與地皮力配合連續(xù)地剝離破碎煤體使突出向探部傳播；剝離破碎煤體使突出向探部傳播；三是膨脹著的具有壓頭的瓦斯風(fēng)暴不斷地把破碎的煤運(yùn)走、三是膨脹著的具有壓頭的瓦斯風(fēng)暴不斷地把破碎的煤運(yùn)走、加以粉碎，并使新暴露的突出孔壁附近保持著較高的地應(yīng)力加以粉碎，并使新暴露的突出孔壁附近保持著較高的地應(yīng)力梯度與瓦斯壓力梯度為連續(xù)別離煤體準(zhǔn)備好必要條件。就梯度與瓦斯壓力梯度為連續(xù)別離煤體準(zhǔn)備好必要條件。就這個(gè)

43、意義上說突出的發(fā)展或終止將取決于破碎煤炭被運(yùn)出這個(gè)意義上說突出的發(fā)展或終止將取決于破碎煤炭被運(yùn)出突出孔的程度，及時(shí)而沉楊的運(yùn)走突出物會(huì)促進(jìn)突出的發(fā)展、突出孔的程度，及時(shí)而沉楊的運(yùn)走突出物會(huì)促進(jìn)突出的發(fā)展、反之突出孔被堵塞時(shí)，突出孔壁的瓦斯壓力梯度驟降，可以反之突出孔被堵塞時(shí)，突出孔壁的瓦斯壓力梯度驟降，可以阻止突出的發(fā)展以致使突出停止下來。阻止突出的發(fā)展以致使突出停止下來。 43 .3 煤巷卸壓帶對(duì)煤與瓦斯突出的作用機(jī)理煤巷卸壓帶對(duì)煤與瓦斯突出的作用機(jī)理 實(shí)踐表明實(shí)踐表明f煤與瓦斯突出和工作面前方卸壓區(qū)的大小有關(guān)，煤與瓦斯突出和工作面前方卸壓區(qū)的大小有關(guān)，一般情況下，當(dāng)卸壓區(qū)縮短、且煤面附近存

44、在高壓瓦斯時(shí)，一般情況下，當(dāng)卸壓區(qū)縮短、且煤面附近存在高壓瓦斯時(shí)，就會(huì)引起突出。煤與瓦斯突出是地應(yīng)力、瓦斯和煤強(qiáng)度三音就會(huì)引起突出。煤與瓦斯突出是地應(yīng)力、瓦斯和煤強(qiáng)度三音相互作用的結(jié)果。相互作用的結(jié)果。 而實(shí)際上，在礦井中并不是只要滿足地應(yīng)力、瓦斯和煤而實(shí)際上，在礦井中并不是只要滿足地應(yīng)力、瓦斯和煤強(qiáng)度三吉的關(guān)系就會(huì)發(fā)生突出倘若高的地應(yīng)力、瓦斯壓力強(qiáng)度三吉的關(guān)系就會(huì)發(fā)生突出倘若高的地應(yīng)力、瓦斯壓力和低的煤強(qiáng)度所處位置遠(yuǎn)離采掘工作面，則理所當(dāng)然就不會(huì)和低的煤強(qiáng)度所處位置遠(yuǎn)離采掘工作面，則理所當(dāng)然就不會(huì)引起突出。反之，在采掘工作面附近，就會(huì)引起突出也就引起突出。反之，在采掘工作面附近，就會(huì)引起突出

45、也就是說，和工作面前方的卸壓區(qū)有關(guān)。是說，和工作面前方的卸壓區(qū)有關(guān)。4331 煤體作為連續(xù)性介質(zhì)的條件煤體作為連續(xù)性介質(zhì)的條件 物質(zhì)是有結(jié)構(gòu)的，結(jié)構(gòu)體間聯(lián)結(jié)本質(zhì)決定著物質(zhì)的物理物質(zhì)是有結(jié)構(gòu)的，結(jié)構(gòu)體間聯(lián)結(jié)本質(zhì)決定著物質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)。通常把結(jié)構(gòu)體間直接由分子引力或離子引力聯(lián)結(jié)力學(xué)性質(zhì)。通常把結(jié)構(gòu)體間直接由分子引力或離子引力聯(lián)結(jié)起來的物質(zhì)視為連續(xù)介質(zhì)，這種物質(zhì)變形前是連續(xù)的，變形起來的物質(zhì)視為連續(xù)介質(zhì)，這種物質(zhì)變形前是連續(xù)的，變形過程中仍然保持為連續(xù)。但是，對(duì)煤體而言，上述假設(shè)很難過程中仍然保持為連續(xù)。但是，對(duì)煤體而言，上述假設(shè)很難無條件成立，其原因?yàn)椋簾o條件成立，其原因?yàn)椋簐 大多數(shù)煤大多數(shù)煤

46、(巖巖)體都存在裂隙。體都存在裂隙。v 組成煤組成煤(巖巖)體的基本結(jié)構(gòu)單元間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度較低，在不體的基本結(jié)構(gòu)單元間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度較低，在不太大的應(yīng)力作用下即可遭到破壞，即使變形前是連續(xù)的，變太大的應(yīng)力作用下即可遭到破壞，即使變形前是連續(xù)的，變形過程中往往就變?yōu)椴贿B續(xù)的。形過程中往往就變?yōu)椴贿B續(xù)的。v 物體連續(xù)性的重要標(biāo)志之一是，其泊松比小于物體連續(xù)性的重要標(biāo)志之一是，其泊松比小于o5，而煤而煤(巖巖)體的泊松比有的大于體的泊松比有的大于o5，這表明這類煤，這表明這類煤(巖巖)體是體是不連續(xù)的。不連續(xù)的。 但是，在理論研究和實(shí)際工作中，為了能夠應(yīng)用連續(xù)介但是，在理論研究和實(shí)際工作中，為了能夠應(yīng)用連

47、續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論的成果，往往把煤質(zhì)力學(xué)理論的成果，往往把煤(巖巖)體看作是連續(xù)介質(zhì)煤體看作是連續(xù)介質(zhì)煤(巖巖)體來加以研究，這種假設(shè)在一定條件下是允許的、一般認(rèn)為體來加以研究，這種假設(shè)在一定條件下是允許的、一般認(rèn)為在下列情況下煤在下列情況下煤(巖巖)體具有連續(xù)介質(zhì)的特征：體具有連續(xù)介質(zhì)的特征：v 結(jié)構(gòu)而不連續(xù)延展，切割不成分離的物體，而具有完整結(jié)構(gòu)而不連續(xù)延展，切割不成分離的物體，而具有完整結(jié)構(gòu)的煤結(jié)構(gòu)的煤(巖巖)休。休。v 在較高的圍巖壓力作用下，結(jié)構(gòu)面閉合，在摩擦力作用在較高的圍巖壓力作用下，結(jié)構(gòu)面閉合，在摩擦力作用下，使煤下，使煤(巖巖)體在傳遞應(yīng)力或變形破壞過程中，結(jié)構(gòu)而不起體在傳遞應(yīng)力

48、或變形破壞過程中，結(jié)構(gòu)而不起主導(dǎo)作用。主導(dǎo)作用。v 在人工改造作用下，使煤在人工改造作用下，使煤(巖巖)體結(jié)構(gòu)而人工愈合，而使體結(jié)構(gòu)而人工愈合，而使煤煤(巖巖)體變?yōu)橥暾Y(jié)構(gòu)煤體變?yōu)橥暾Y(jié)構(gòu)煤(巖巖)體。體。 在圍壓作用下、形成煤在圍壓作用下、形成煤(巖巖)體連續(xù)性有兩種情況體連續(xù)性有兩種情況:v 其一是：在結(jié)構(gòu)而摩擦力作用下、且在一定的應(yīng)力范圍其一是：在結(jié)構(gòu)而摩擦力作用下、且在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，巖體內(nèi)應(yīng)力傳遞具有連續(xù)性。在這種情況下，研究煤內(nèi)，巖體內(nèi)應(yīng)力傳遞具有連續(xù)性。在這種情況下，研究煤(巖巖)體變形時(shí)可以作為連續(xù)介質(zhì)。體變形時(shí)可以作為連續(xù)介質(zhì)。v 其二是其二是13圍壓繼續(xù)增高時(shí)，結(jié)構(gòu)而力

49、學(xué)效應(yīng)完全消失，圍壓繼續(xù)增高時(shí)，結(jié)構(gòu)而力學(xué)效應(yīng)完全消失，結(jié)構(gòu)面不僅在應(yīng)力傳播上不起作用面且在巖體破壞方面也結(jié)構(gòu)面不僅在應(yīng)力傳播上不起作用面且在巖體破壞方面也不起作用，構(gòu)成了破壞機(jī)制的轉(zhuǎn)化這種轉(zhuǎn)化受兩種重要成不起作用，構(gòu)成了破壞機(jī)制的轉(zhuǎn)化這種轉(zhuǎn)化受兩種重要成分控制，即巖性和地應(yīng)力。分控制，即巖性和地應(yīng)力。綜上所述，連續(xù)性介質(zhì)煤綜上所述，連續(xù)性介質(zhì)煤(巖巖)體有兩種基本類型：體有兩種基本類型：v 元裂隙的連續(xù)性介質(zhì)煤元裂隙的連續(xù)性介質(zhì)煤(巖巖)體，或是煤體，或是煤(巖巖)體內(nèi)裂隙小相體內(nèi)裂隙小相對(duì)較小的煤塊中才能存在。對(duì)較小的煤塊中才能存在。v 有裂隙的連續(xù)性介質(zhì)煤有裂隙的連續(xù)性介質(zhì)煤(巖巖)體。

50、可忽略，這種情況一般只體?？珊雎?，這種情況一般只在在 這兩種連續(xù)介質(zhì)煤這兩種連續(xù)介質(zhì)煤(巖巖)體的重要區(qū)別之一是它受力作用體的重要區(qū)別之一是它受力作用時(shí)，煤時(shí)，煤(巖巖)體內(nèi)部應(yīng)力分布狀態(tài)有所差別。體內(nèi)部應(yīng)力分布狀態(tài)有所差別。v 無裂隙的連續(xù)介質(zhì)煤無裂隙的連續(xù)介質(zhì)煤(巖巖)體受力時(shí)很少出現(xiàn)高水平的應(yīng)體受力時(shí)很少出現(xiàn)高水平的應(yīng)力集中，或者說其所產(chǎn)生的應(yīng)力集中不足以影響煤力集中，或者說其所產(chǎn)生的應(yīng)力集中不足以影響煤(巖巖)體體的力學(xué)性質(zhì)。此外，在這種煤的力學(xué)性質(zhì)。此外，在這種煤(巖巖)體內(nèi)由于成分不均一，以體內(nèi)由于成分不均一，以及形狀效應(yīng)等也存在有應(yīng)力集中，但其應(yīng)力集中水平也不高；及形狀效應(yīng)等也存

51、在有應(yīng)力集中，但其應(yīng)力集中水平也不高；v 在有裂隙的連續(xù)介質(zhì)煤在有裂隙的連續(xù)介質(zhì)煤(巖巖)體內(nèi)，在型隙的終端經(jīng)常形成體內(nèi)，在型隙的終端經(jīng)常形成有高度的應(yīng)力集中，造成了煤有高度的應(yīng)力集中，造成了煤(巖巖)體破壞的突破點(diǎn)使煤體破壞的突破點(diǎn)使煤(巖巖)體的強(qiáng)度大大降低。此外，煤體內(nèi)體的強(qiáng)度大大降低。此外，煤體內(nèi)(其中包括煤塊其中包括煤塊)總是或多總是或多或少存在有裂隙它決定了其力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果總是存在有分散或少存在有裂隙它決定了其力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果總是存在有分散性，而分散性的大小則主要決定于煤體內(nèi)裂隙存在狀況。性，而分散性的大小則主要決定于煤體內(nèi)裂隙存在狀況。 43 . 32 巷道煤層區(qū)域中應(yīng)力分布狀態(tài)及其劃

52、分巷道煤層區(qū)域中應(yīng)力分布狀態(tài)及其劃分 煤礦井下來礦作業(yè)破壞了原始地層的應(yīng)力平衡狀態(tài)，使煤礦井下來礦作業(yè)破壞了原始地層的應(yīng)力平衡狀態(tài)，使煤體中的應(yīng)力重新分布。一般情況下，在采掘空間形成的較煤體中的應(yīng)力重新分布。一般情況下，在采掘空間形成的較短時(shí)間內(nèi)，首先在采掘空間界面附近形成較高的集中應(yīng)力短時(shí)間內(nèi)，首先在采掘空間界面附近形成較高的集中應(yīng)力(又稱支承壓力又稱支承壓力)，當(dāng)集中應(yīng)力值達(dá)到媒體的強(qiáng)度極限后該，當(dāng)集中應(yīng)力值達(dá)到媒體的強(qiáng)度極限后該部分煤體首先發(fā)生屈服變形，使集中應(yīng)力向煤體深部傳播，部分煤體首先發(fā)生屈服變形，使集中應(yīng)力向煤體深部傳播，經(jīng)過一定時(shí)間后，形成卸壓區(qū)經(jīng)過一定時(shí)間后，形成卸壓區(qū)(應(yīng)力

53、松弛區(qū)應(yīng)力松弛區(qū))、應(yīng)力集中區(qū)和、應(yīng)力集中區(qū)和原始應(yīng)力區(qū)、如圖原始應(yīng)力區(qū)、如圖432所示，在這三個(gè)區(qū)中，媒體所受所示，在這三個(gè)區(qū)中，媒體所受應(yīng)力和變形性質(zhì)各有差異。應(yīng)力和變形性質(zhì)各有差異。 （1）卸壓區(qū)：）卸壓區(qū)：由于集中應(yīng)力由于集中應(yīng)力(或支承壓力或支承壓力)的作用，使煤體邊的作用，使煤體邊緣首先被壓酥，形成裂隙，造成煤體強(qiáng)度顯著降低，只能緣首先被壓酥，形成裂隙，造成煤體強(qiáng)度顯著降低，只能承受低于原巖應(yīng)力的載荷，故稱之為卸壓區(qū)承受低于原巖應(yīng)力的載荷，故稱之為卸壓區(qū)(或應(yīng)力降低或應(yīng)力降低區(qū)區(qū))如圖如圖432所示。由于煤體被壓酥使集中應(yīng)力的作所示。由于煤體被壓酥使集中應(yīng)力的作用點(diǎn)向煤體深部轉(zhuǎn)移。

54、據(jù)用點(diǎn)向煤體深部轉(zhuǎn)移。據(jù)1956年原蘇聯(lián)礦業(yè)研究所的資料，年原蘇聯(lián)礦業(yè)研究所的資料，卸壓區(qū)的寬度為卸壓區(qū)的寬度為3m左右。我國研究人員研究表明：卸壓區(qū)左右。我國研究人員研究表明：卸壓區(qū)的寬度可變化在的寬度可變化在z一一5之間，主要與集中應(yīng)力的大小、煤層之間，主要與集中應(yīng)力的大小、煤層采高和煤層軟硬有關(guān)。一般認(rèn)為，集中應(yīng)力越大、煤層厚采高和煤層軟硬有關(guān)。一般認(rèn)為，集中應(yīng)力越大、煤層厚和煤質(zhì)軟，則卸壓區(qū)的寬度也越大。和煤質(zhì)軟，則卸壓區(qū)的寬度也越大。(2)集中應(yīng)力區(qū)：集中應(yīng)力區(qū)：集中應(yīng)力區(qū)又可分為塑性變形區(qū)和彈性變集中應(yīng)力區(qū)又可分為塑性變形區(qū)和彈性變形區(qū)。如圖形區(qū)。如圖432中中X0Xi為塑性變形區(qū)

55、，在這一區(qū)為塑性變形區(qū)，在這一區(qū)域，由于煤層與頂?shù)装逯g摩棕力逐漸增加，使煤體所受域，由于煤層與頂?shù)装逯g摩棕力逐漸增加，使煤體所受的水平擠壓力增大此時(shí)，煤體受力狀態(tài)為雙向乃至三向的水平擠壓力增大此時(shí)，煤體受力狀態(tài)為雙向乃至三向受力狀態(tài)，其強(qiáng)度增大。所受壓力逐漸增高直至集中應(yīng)力受力狀態(tài)，其強(qiáng)度增大。所受壓力逐漸增高直至集中應(yīng)力峰值。峰值。 理論和實(shí)踐表明理論和實(shí)踐表明: 塑性區(qū)寬度大小取決于煤層開采深度、塑性區(qū)寬度大小取決于煤層開采深度、煤層厚度、煤層性質(zhì)及其頂?shù)装鍘r性等。從峰值應(yīng)力再深向煤層厚度、煤層性質(zhì)及其頂?shù)装鍘r性等。從峰值應(yīng)力再深向煤體，集中應(yīng)力隨著遠(yuǎn)離煤壁而逐漸衰減，該階段煤體由于煤

56、體，集中應(yīng)力隨著遠(yuǎn)離煤壁而逐漸衰減，該階段煤體由于所受應(yīng)力未達(dá)到屈服值，煤體基本上處于彈性變形階段，故所受應(yīng)力未達(dá)到屈服值，煤體基本上處于彈性變形階段，故而稱之為而稱之為彈性變形區(qū)彈性變形區(qū)。 (3)原始應(yīng)力區(qū)：原始應(yīng)力區(qū)：該階段煤體由于遠(yuǎn)離采掘空間，不受采動(dòng)壓該階段煤體由于遠(yuǎn)離采掘空間，不受采動(dòng)壓力的影響，故而，媒體所受應(yīng)力仍處于原巖應(yīng)力狀態(tài)。力的影響，故而，媒體所受應(yīng)力仍處于原巖應(yīng)力狀態(tài)。 綜上所述，由于塑性區(qū)和卸壓區(qū)中的媒體經(jīng)受了峰值應(yīng)綜上所述，由于塑性區(qū)和卸壓區(qū)中的媒體經(jīng)受了峰值應(yīng)力的作用，超過了煤體的最大承載能力，在這一區(qū)域內(nèi)的力的作用，超過了煤體的最大承載能力，在這一區(qū)域內(nèi)的煤體處

57、于極限應(yīng)力狀態(tài)。而處于極限應(yīng)力狀態(tài)的煤體通常煤體處于極限應(yīng)力狀態(tài)。而處于極限應(yīng)力狀態(tài)的煤體通常只能承擔(dān)一部分策中應(yīng)力，在大多數(shù)情況下緊靠采掘空只能承擔(dān)一部分策中應(yīng)力，在大多數(shù)情況下緊靠采掘空間的卸壓區(qū)中的煤體甚至連集中應(yīng)力區(qū)以外，一般的原巖間的卸壓區(qū)中的煤體甚至連集中應(yīng)力區(qū)以外，一般的原巖應(yīng)力也擔(dān)負(fù)不了，而只能擔(dān)負(fù)低于原巖應(yīng)力的部分。在含應(yīng)力也擔(dān)負(fù)不了，而只能擔(dān)負(fù)低于原巖應(yīng)力的部分。在含瓦斯煤休中瓦斯煤休中 極限狀態(tài)區(qū)煤體中的應(yīng)力狀態(tài)、瓦斯量大小，尤其是卸壓區(qū)極限狀態(tài)區(qū)煤體中的應(yīng)力狀態(tài)、瓦斯量大小，尤其是卸壓區(qū)的長短及其承載能力，對(duì)煤與瓦斯突出有很大影響。的長短及其承載能力，對(duì)煤與瓦斯突出有很

58、大影響。 實(shí)踐表明：倘若在采掘工作面前方始終存在一定寬度的實(shí)踐表明：倘若在采掘工作面前方始終存在一定寬度的卸壓區(qū)，則不會(huì)發(fā)生突出現(xiàn)象；否則，就容易發(fā)生煤與瓦斯卸壓區(qū)，則不會(huì)發(fā)生突出現(xiàn)象；否則，就容易發(fā)生煤與瓦斯突出現(xiàn)象。突出現(xiàn)象。4.3.3.3 極限平衡區(qū)中煤層界面的應(yīng)力分布狀態(tài)及其分析極限平衡區(qū)中煤層界面的應(yīng)力分布狀態(tài)及其分析 煤層巷道開挖以后，巷道周圍附近圍巖應(yīng)力、瓦斯壓力將煤層巷道開挖以后，巷道周圍附近圍巖應(yīng)力、瓦斯壓力將重新分布，煤體邊緣部分將首先遭到破壞，產(chǎn)生卸壓，并逐重新分布，煤體邊緣部分將首先遭到破壞，產(chǎn)生卸壓，并逐漸向深部擴(kuò)展，形成卸壓區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)和原始應(yīng)力區(qū)。在漸向深部擴(kuò)展

59、，形成卸壓區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)和原始應(yīng)力區(qū)。在正常情況下可以認(rèn)為卸壓區(qū)和集中應(yīng)力區(qū)的塑性變形區(qū)中正常情況下可以認(rèn)為卸壓區(qū)和集中應(yīng)力區(qū)的塑性變形區(qū)中的煤體應(yīng)力處于極限平衡狀態(tài)。的煤體應(yīng)力處于極限平衡狀態(tài)。 由于媒體的泊松比大于其頂?shù)装鍘r石由于媒體的泊松比大于其頂?shù)装鍘r石(軟煤分層的泊訟比軟煤分層的泊訟比也大于硬煤分層也大于硬煤分層)，加之煤層與頂?shù)装宓慕唤缑?，加之煤層與頂?shù)装宓慕唤缑?簡稱煤層界面簡稱煤層界面)處，由于巖性變化而造成強(qiáng)度削弱，因而，此處煤體的粘聚處，由于巖性變化而造成強(qiáng)度削弱，因而，此處煤體的粘聚力和內(nèi)摩擦角比煤體內(nèi)部的粘聚力和內(nèi)摩擦角低力和內(nèi)摩擦角比煤體內(nèi)部的粘聚力和內(nèi)摩擦角低(煤層

60、內(nèi)存在煤層內(nèi)存在軟弱分層除外軟弱分層除外)。 所以在不合瓦斯的煤層中，巷道開挖以后，煤層界面或軟弱所以在不合瓦斯的煤層中，巷道開挖以后，煤層界面或軟弱夾層處將首先出現(xiàn)塑性變形和破壞，應(yīng)力極限平衡區(qū)中的煤夾層處將首先出現(xiàn)塑性變形和破壞，應(yīng)力極限平衡區(qū)中的煤體員容易從頂?shù)装鍘r石問或軟弱夾層處擠出并在煤層界而體員容易從頂?shù)装鍘r石問或軟弱夾層處擠出并在煤層界而上伴隨有剪應(yīng)力上伴隨有剪應(yīng)力c”產(chǎn)生，媒體中應(yīng)力分布狀態(tài)如圖產(chǎn)生，媒體中應(yīng)力分布狀態(tài)如圖432所示。所示。4.3.3.4 瓦斯壓力分布及其在突出過雀中的作用瓦斯壓力分布及其在突出過雀中的作用1)極限平衡區(qū)中瓦斯壓力的分布狀態(tài)極限平衡區(qū)中瓦斯壓力的