隧道煤与瓦斯突出防治技术word文档教程.doc

隧道煤与瓦斯突出防治技术 隧道煤与瓦斯突出是指在隧道掘进过程中煤与瓦斯的突然喷出，在短时间内从煤层深处排出大量的煤、岩流和瓦斯，产生很大的冲击能量，破坏工作面，摧毁隧道设施，造成窒息、燃烧、爆炸及煤、岩流埋人等事故。 1834年，法国鲁阿雷煤田依阿克矿井发生了世界上第一次煤与瓦斯突出。迄今，世界各国发生煤与瓦斯突出已达四万余次,其中强度最大的一次突出于1969年发生在前苏联顿巴斯矿区加加林矿，突出煤量达14 200t，突出瓦斯为25×104m3。我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一，截至1995年底，国有重点煤矿中先后有138个矿井发生了 10 815次煤与瓦斯突出，死亡1 266人。最大的一次突出于1975年发生在四川天府矿务局的三汇一矿，突出煤量达12 7801，突出瓦斯达140×104m3 ，突出强度居世界第二位。显然，我国煤与瓦斯突出无论从数量还是从强度上均居世界之首。 随着我国交通建设的发展，穿越煤系地层的隧道越来越多，遇到有突出风险和威胁的煤层也越来越多，如南昆线家竹箐隧道、广渝高速华蓥山隧道、都汶高速紫评铺隧道等，如果在穿煤前对煤与瓦斯突出没有充分的认识和准备，就有可能发生严重的安全事故。 相比较而言，煤矿系统多年以来形成了一套行之有效的生产管理规章制度,有专门的防爆、防突设备,有长期与煤和瓦斯打交道的专业队伍，而交通系统则由于20世纪瓦斯隧道数量较少，经验不足，缺乏设备,没有建立适合隧道瓦斯管理特点的规章制度。此外，隧道断面大， 工期紧，线路位置一 0确定就不能随意更改，常常发生斜交揭煤的困难情况，增加了防突的困难。照搬煤矿巷道的防突技术指标和措施对于隧道施工不一定合适，必须参照煤矿防突细则的标准，进行深人的地质分析并综合类似工程经验，认真解析，才能制订科学合理的隧道防突技术措施，使隧道安全通过有突出风险的煤层。 8.1煤与瓦斯突出机理 煤与瓦斯突出机理，是指煤与瓦斯突出发生的原因、条件及其发生、发展过程。关于突出机理，迄今尚未得到根本解决，这主要因为煤与瓦斯突出是一种复杂的动力现象，其发生的突然性和危险性使得直接观测突出的发生和发展过程极为困难,因而目前对突出机理的研究只能根据突出统计资料、突出后现场观测并辅助采用实验室模拟的方法进行。 通过近百年的悉心研究，科技工作者已提出数十个突出机理假说，可归纳为四类观点：地应力假说、瓦斯作用假说、化学本质假说、综合作用假说。其中综合作用假说(地应力、瓦斯和煤的物理力学性质三因素综合作用的假说)得到大多数科技工作者的认同。但由于突出的特殊性和复杂性，对各因素在突出中所起作用的具体认识上，尚存在较大分歧。 1〉瓦斯为主导作用的假说 这类假说强调瓦斯是突出的主要能源。由于对瓦斯能的特点和存在形式认识不同，又有一些不同的看法。 (1)瓦斯包说:认为煤层内存在高压瓦斯包，被透气性极小的煤体包围。当工作面接近 瓦斯包时，高压瓦斯突破煤壁，携带碎煤猛烈喷出，形成突出。 (2)瓦斯水化物说:认为在一定的温度、压力下，多孔的煤中有可能形成瓦斯水化物CH4`H2O，当它与水结合时，1m3的水可含200m3瓦斯。煤层中的瓦斯水化物以不稳定的化合物 形式存在，储藏着巨大的潜能，受开挖、采掘影响即能迅速分解，形成高压瓦斯，突雌体造成突出。 〔3〉瓦斯膨胀说:认为煤层中存在高压瓦斯带，从而引起煤体膨胀并增加煤层压力。此处 煤层透气性接近于零。当巷道接近这一区域时，应力急剧释放，造成煤的破碎和突出。 (4)火山瓦斯说:认为由于火山活动,煤受到二次热力变质，产生热力变质瓦斯和岩浆瓦 斯，从而形成高压瓦斯区。进人该地带采掘时即能引发突出。 2〉地压为主导作用的假说 这类假说认为，地压是突出的主要原因和能源，而瓦斯是次要因素。 (1)岩石变形潜能说:认为突出的发生，是由煤层围岩弹性变形所蓄积的潜能引起，该潜能 是由地质历史上的构造运动形成的。 〔2〉集中应力说:认为在回采工作面前方的支承压力带，由于厚弹性顶板悬顶突然沉降及 其所引起的跗加应力，致使煤体在集中应力的作用下遭受破坏而引起突出。 〔3〉应力叠加说:认为瓦斯突出是由于地质构造应力、自重应力、火山与岩浆活动的热力变 形应力和采矿应力等叠加而引起的。 3〉化学本质假说 〔1 〉爆炸说：认为瓦斯突出是由于煤在较大深度处变质时发生的化学反应而引起的。 重炭说：认为在煤的形成时有许多重炭〔原子量13〉及带氢同位素〔原子量2〉的重水， 它们所形成的重的煤同位素称为重煤原子，在该处采掘时引发突出。 4〕综合作用假说 综合假说种类很多，有代表性的论点是前苏联的霍多特于1976年提出的。霍多特等人在 实验室中对煤的物理力学性能和瓦斯性能进行了测定研究，并在压力试验机上进行了煤和瓦 斯突出的模拟试验，从能量的观点，用数学方法分析计算了围岩的功能