煤與瓦斯突出機(jī)理及規(guī)律

山西工程職業(yè)學(xué)院主講教師：范紅偉

《煤礦安全技術(shù)》煤與瓦斯突出機(jī)理及規(guī)律，安全技術(shù)與管理專業(yè)教學(xué)資源庫煤與瓦斯突出機(jī)理及規(guī)律（一）突出機(jī)理解釋突岀的原因和過程的理論叫突出機(jī)理。突岀是十分復(fù)雜的動力現(xiàn)象，至今已提出許多假說，主要有三大類：一是以瓦斯為主導(dǎo)作用的假說；二是以地應(yīng)力為主導(dǎo)作用的假說；三是綜合作用假說。隨著對突出研究的深入，中國礦業(yè)大學(xué)還提出了煤與瓦斯突出的球殼失穩(wěn)理論。但多數(shù)人認(rèn)為，突出與地應(yīng)力、瓦斯、煤的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)性質(zhì)均存有一定關(guān)系。1、瓦斯為主導(dǎo)作用的假說2、地應(yīng)力為主導(dǎo)作用的假說強(qiáng)調(diào)瓦斯是突出的主要能源，高壓瓦斯突破煤壁，攜帶碎煤猛烈噴出，形成突出。認(rèn)為突出的主要因素和能源是地應(yīng)力，而瓦斯是次要因素。突出的發(fā)生是由于積聚在煤層周圍巖石的彈性變形潛能所引起的。煤與瓦斯突出機(jī)理及規(guī)律3、綜合作用假說煤與瓦斯突出是地應(yīng)力、瓦斯及煤的力學(xué)性質(zhì)等因素綜合作用的結(jié)果。瓦斯壓力在突出的發(fā)展中起決定性作用，地壓是激發(fā)突出的因素。在突出過程中，地應(yīng)力和瓦斯壓力是發(fā)動、發(fā)展突出的動力，煤的物理力學(xué)性質(zhì)是阻礙突出發(fā)生的因素，而地質(zhì)構(gòu)造決定突出的位置，瓦斯含量決定在突出當(dāng)中所具有的能量以及突出煤被拋出的距離。如果不考慮煤層的地質(zhì)構(gòu)造，那么煤層中的瓦斯含量、瓦斯壓力、地應(yīng)力越大，煤體的強(qiáng)度、滲透率和孔隙率越小，越容易發(fā)生突出，如圖所示。煤與瓦斯突出機(jī)理及規(guī)律（二）突出過程1、準(zhǔn)備階段指突出前工作面前方煤體及圍巖中能量的局部積聚過程。在回采和掘進(jìn)工作面前方煤層內(nèi)形成所謂“極限應(yīng)力狀態(tài)區(qū)”，該區(qū)內(nèi)煤層的完整性遭到破壞，但與圍巖還保持著力學(xué)上的聯(lián)系。煤層的穩(wěn)定性由煤層內(nèi)部向外逐漸下降，透氣性則逐漸增加，游離瓦斯含量增高，產(chǎn)生了沿巷軸方向的瓦斯壓力梯度，此時的煤壁強(qiáng)度已處于一觸即潰的極限狀態(tài)。2、激發(fā)階段即發(fā)動階段。當(dāng)工作面瞬間向前推進(jìn)(如震動放炮時)，或煤層、圍巖的強(qiáng)度發(fā)生變化，或煤層突然卸壓等情況下，處于極限應(yīng)力狀態(tài)的部分煤體突然破碎卸壓，發(fā)出巨響和沖擊，同時突然釋放的高壓瓦斯開始膨脹形成瓦斯流，瓦斯作用在破碎煤體上的推力向巷道自由方向突然增加幾倍至幾十倍，使破碎煤體得以隨高速瓦斯流被搬運(yùn)和拋出。煤與瓦斯突出機(jī)理及規(guī)律3、發(fā)展階段煤體發(fā)生自發(fā)性的連續(xù)破碎，形成破碎波，已破碎的煤在高速瓦斯流的攜帶下向巷道拋出。新暴露煤體所受支撐壓力(包括前期突出所產(chǎn)生的動壓)如果大于煤體強(qiáng)度，煤體將由外向內(nèi)連續(xù)剝離破碎，與此同時進(jìn)一步暴露的煤壁和新破碎的煤體內(nèi)的瓦斯大量涌出補(bǔ)充瓦斯流并運(yùn)走碎煤，使突出得以向煤體深部發(fā)展。4、停止階段在突出進(jìn)行的過程中，或由于煤、巖力學(xué)性質(zhì)的變化（破碎發(fā)展遇到硬煤段，地應(yīng)力和瓦斯壓力不足以繼續(xù)破壞煤體），或由于噴出物的阻塞作用（突出物將孔洞堵塞），煤層能夠達(dá)到新的力學(xué)平衡時，突出得以終止。但是突出孔周圍煤壁和突出的煤炭中，還能繼續(xù)涌出大量瓦斯。煤與瓦斯突出機(jī)理及規(guī)律（三）煤與瓦斯突出的一般規(guī)律煤與瓦斯突出危險性隨開采深度的增加而增大。12突出大多數(shù)發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶。3受煤體自重影響，巷道上、前方突出占大多數(shù)。4采掘工作形成的集中應(yīng)力區(qū)是突出點(diǎn)密集區(qū)。5煤與瓦斯突出主要發(fā)生在巷道掘進(jìn)過程中。6煤與瓦斯突出煤層具有較高的瓦斯壓力和瓦斯含量。7煤與瓦斯突出煤層強(qiáng)度低，軟硬相間。突出的次數(shù)和強(qiáng)度隨著煤層厚度特別是軟分層厚度的增加而增多。8大多數(shù)突出都有預(yù)兆。9煤與瓦斯突出機(jī)理及規(guī)律聲響預(yù)兆煤層結(jié)構(gòu)預(yù)兆瓦斯預(yù)兆礦壓顯現(xiàn)預(yù)兆如煤體中發(fā)生的悶雷聲響、爆竹聲、機(jī)槍聲、嗡嗡聲等，這些聲響在突出礦井統(tǒng)稱為“響煤炮”如層理紊亂，煤體干燥、煤體變軟、色澤變暗而無光澤、產(chǎn)狀急劇變化，波狀隆起以及層理逆轉(zhuǎn)等，尤其應(yīng)引起注意的是煤層軟分層變厚，在各種煤結(jié)構(gòu)變化中，平均突出強(qiáng)度最大。支架來壓、煤壁開裂、掉碴、片幫、工作面煤壁外