煤与瓦斯突出的流变机理.pdfVIP

维普资讯 第 24卷第 12期 煤 炭 技 术 Vo1．24．No．12 2005年 12月 CoalTechnolo Dec．2005 煤与瓦斯突出的流变机理 陈忠海 (鸡西矿业集团公司 平 岗煤矿，黑龙江 鸡西 158165)． 摘 要：煤与瓦斯突出的内在因素是应力、瓦斯和煤的物理及力学性质，而外在因素是形成集中应力和造成突然卸 载的条件。通过对含瓦斯煤体的流变破坏规律进行研究，得出了对煤岩与瓦斯突出现象全面定量化解释的 “流变 假说 ”。 关键词：煤；瓦斯；突出；应力；流变 中图分类号：TD713 文献标识码 ：A 文章编号：1008—8725【2005)12—0048—03 U 僦述 煤与瓦斯突出是制约煤矿生产的不安全因素。 许多学者及科研人员认为，煤与瓦斯突出是 由地应 力、瓦斯与煤的物理及力学性质三者综合作用的结 果 ，并且认为煤与瓦斯突出是一种能量突然释放现 象，从能量平衡角度分析，研究出能量集 中与释放全 过程 ，可有效地控制住突出。要实现这一 目标，必须 研究能量集 中的条件和释放的方式。 图 1 突 出与岩石坚硬系数关系曲线 应力在煤与瓦斯突出发生的初期，扮演着极其 1．前倾式应力集 中峰 2．正常式应力集中峰 重要的角色。通常把工作面显现的应力分为三种， 采掘工作面都有应力集中现象，但不一定都会 即垂直应力 、水平应力和采掘附加应力。垂直应力 发生煤与瓦斯突出，它仅是发生煤与瓦斯突出的一 是岩石 自重引发的，它受控于垂深，在一个小的范围 个必要的先决条件。采掘工作面突出必须满足以下 内可视为常数；水平应力为构造应力，它受地质构造 两个本条件 ，即集 中应力峰值点必须靠近该采掘工 的影响，在一个小的范围内也可认为它是个常数 ；采 作面、必须具有形成突然卸压的诱发条件 。第一种 掘附加应力是进行采掘作业时，破坏 了采掘工作地 条件是否能出现，取决于煤(岩)的力学性质，煤层坚 点的原始应力平衡状态，应力重新分布，使工作面附 硬或煤层厚度变薄都能满足条件 ；第二种条件的形 近形成卸压区、增压区(应力集 中区)和正常压力区， 成同样与地质条件有关 ，即煤层突然变厚变软。除 这三个区域的大小和范围与工作面附近的岩性有 此之外 ，还与采掘方式和速度有关。了解这些与应 关。 力破坏煤体有关的条件 ，为防治突出工作指出了技 采掘工作面的煤体，因开采破坏了其原始状态， 术途径。 靠近工作面方 向的煤体，由于解除了压力，煤(岩)体 瓦斯的含量和解吸速度也是影响突出的重要因 向采掘空间发生位移，促使靠近采掘工作面的煤 素，瓦斯压力梯度用于破碎煤体，煤层快速解吸出来 (岩)体 中的压力降低形成卸压区。其卸压区范围的 的瓦斯所形成的瓦斯气流，其搬运距离取决于煤层 大小取决于煤(岩)体的力学性质，强度低 ，卸压范围 瓦斯含量的多少和解吸速度的高低 。 大，反之则小。 煤的物理性质是指煤层对瓦斯的吸附能力与解 由压力拱理论可知，采掘后由于压力重新分布， 吸速度 ，而力学性质是指煤层的强度 。瓦斯解吸速 必然会出现集 中应力区，其集 中程度同样也取决于 度低 ，瓦斯含量小，强度