第一讲-煤与瓦斯突出机理研究现状及分析.docVIP

研究生课程 《煤与瓦斯突出防治理论与技术》 第一讲 煤与瓦斯突出机理研究现状及分析 1 前言 煤与瓦斯突出是一种复杂的矿井瓦斯动力现象，一种非常严重而又比较普遍的威胁煤矿安全生产的自然灾害。自从1834年3月22日，在法国的鲁阿雷煤田伊萨克矿井发生了世界上第一次煤与瓦斯突出开始，目前大约有18个国家和地区有煤与瓦斯突出发生，它们是中国、法国、俄罗斯、波兰、日本、匈牙利、比利时、英国、捷克、保加利亚、澳大利亚、荷兰、德国、加拿大、罗马尼亚、南斯拉夫、印度和南非，其中前五个国家的突出情况最为严重[1－9]。我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家，自1950年发生有记载的第一次煤与瓦斯突出现象以来，在安徽、四川、重庆、贵州、江西、湖南、河南、山西、辽宁、黑龙江等省区都发生了煤与瓦斯突出。随着采掘深度不断增加，地应力与瓦斯压力不断加大，煤与瓦斯突出矿井的数目不断增多，突出次数也日益频繁，解决矿井煤与瓦斯突出灾害问题是实现煤炭工业可持续发展的当务之急。 自从世界上第一次发生煤与瓦斯突出事故以来，世界各主要产煤国都投入了大量的人力、物力，开展煤与瓦斯突出的研究工作，对煤与瓦斯突出机理进行了深入的研究，取得了丰富成果。各国研究者经过长期的努力提出了包括瓦斯主导作用假说、地应力主导作用假说、化学本质作用假说和综合作用假说，基本定性地解释了煤与瓦斯突出现象，为煤与瓦斯突出危险性预测和防突措施的制定与实施提供了依据。但由于影响突出的主要因素中，煤岩物理力学性质是非线性的，煤岩体破坏形式是多样性的，瓦斯赋存与运移过程是复杂性的，从而导致对于突出的原因、过程及一些细节还不十分明确，现有的突出机理还不能解释所有突出现象。目前的煤与瓦斯突出机理还停留在定性或近似定量的假说阶段，没有形成定量的统一完整的理论体系。 本文旨在对现有的煤与瓦斯突出机理作一个总体评述，分析目前突出机理假说存在的问题，并提出关于煤与瓦斯突出研究方向的建议。 2 国内外研究现状 2.1 国外研究现状 国外关于煤与瓦斯突出机理的研究成果可以归纳为以下四个方面[1－12]： （1）瓦斯主导作用假说：即以瓦斯为主导作用的假说，这类假说认为煤体内存储的高压瓦斯在突出中起主要作用的因素。其中“瓦斯包”说占重要地位，它认为“瓦斯包”是突出的动力来源。 瓦斯主导作用假说主要有：“瓦斯包”说、粉煤带说、煤空隙结构不均匀说、突出波说、裂缝堵塞说、闭合空隙瓦斯释放说、瓦斯膨胀说、卸压瓦斯说、火山瓦斯说、地质破坏带说、瓦斯解吸说等十一种假说。其主要代表人物和主要观点，见表2－1。 表2－1 瓦斯主导作用假说的主要代表人物及其主要观点 序号 假说 主要代表人物 主要观点 1 “瓦斯包”说 前苏联的沙留金；英国的威廉姆 煤层内存在着可以积聚高压瓦斯的空洞，其瓦斯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 粉煤带说 前苏联的贝可夫；德国的鲁夫；英国的步列斯克；日本的植木七郎 在地质构造或矿山压力的作用下，原生煤层被破碎成粉状，这些粉煤极易放出瓦斯。当巷道接近粉煤带时，粉煤在较小的瓦斯压力作用下，就能与瓦斯一起喷出。 3 煤空隙结构不均匀说 前苏联的克里切夫斯基 煤层中有透气性变化剧烈的区域，在这些区域的边缘，瓦斯流动速度变化很大。如透气性小的是坚硬的煤，透气性大的是较软的煤，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 突出波说 前苏联的赫里斯基阿诺维奇 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。当巷道接近时，在瓦斯压力作用下，可产生连续的破碎煤体的突出波，引起突出。 5 裂缝堵塞说 前苏联的阿莫索夫 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，在瓦斯压力作用下引起突出。 6 闭合空隙瓦斯释放说 前苏联的舍尔巴尼 在近工作面地带，由于煤吸收和解吸瓦斯的周期性，使其机械强度降低，包含在闭合空隙中的瓦斯在空隙闭合面与敞开面之间产生了很大的压力差。当煤体被破坏时，解吸的瓦斯将煤抛向巷道，即发生突出。 7 瓦斯膨胀说 前苏联的尼柯林 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，此处煤层透气性很低。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 前苏联的里热夫斯基 突出煤层富含瓦斯，但透气性较低，瓦斯难以流出。采掘工作可使局部卸压，迅速卸压的瓦斯涌向煤壁，造成局部瓦斯压力升高，使粉碎的煤迅速抛出或向巷道挤出。 9 火山瓦斯说 日本的栗原一雄 瓦斯突出的动力来源于煤层中的游离瓦斯，突出时瓦斯压力能达到一千几百个大气压。由于火山的活动，煤受到了二次热力变质，产生瓦斯和热流体带来的岩浆瓦斯，从而在煤