瓦斯地质与瓦斯突出研究.ppt

瓦斯地质与瓦斯突出区域预测研究河南理工大学——  1 瓦斯突出机理、瓦斯地质研究历史简述 煤与瓦斯突出是煤矿严重的自然灾害，由于它的灾害性、突发性和复杂性，其发生发展过程难以直接观测，在实验室更难以实现，对瓦斯突出机理长期以来存在多家多说，国内外曾出现几十种假说，这些假说都是依据一定的实际观察或实验提出，但往往有一定的局限性，难以完满的解释这一复杂的自然现象。 到60年代俄罗斯科学院院士B．B霍多特通过实验室大量的模拟试验，提出了瓦斯突出机理综合假说，即突出是地应力、瓦斯和煤的机械物理性质综合作用的结果。国内外绝大多数研究者接受了这一假说，并将其应用于瓦斯突出预测和瓦斯突出防治实践中。研究者在接受综合假说的同时，在瓦斯突出发生的主导因素上，仍然存在不同观点和侧重点，可以说仍然存在多家多派，这种多家多派的出现，也就在突出预测和突出防治上存在着一定的差异性。 河南理工大学（原焦作工学院、焦作矿业学院）瓦斯地质研究所，以瓦斯地质研究作为切入点，于20世纪70年代开始涉足瓦斯突出机理和瓦斯突出预测这一研究领域，“六五” 至“十五”期间一直承担有国家重点科技攻关项目。 从现场调查研究入手，初期以“湘、赣、豫”三省为基地开展现场调查和预测实践，以后发展到四川、贵州、广东各省，同时也在山东兖州、山西晋城等地开展了课题研究。 杨力生教授自1983~1990年曾发动组织了全国瓦斯地质图的编制，从而使瓦斯地质观点较快地得到了普及，并形成宏观认识。通过一系列工作形成了焦作工学院瓦斯地质研究特色。 2 用瓦斯地质研究突出的基本观点和方法 2.1瓦斯地质区划论 该观点于1982年在四川天池召开的全国第三次瓦斯突出预测、预报学术会议上，在“湘、赣、豫煤和瓦斯突出带地质构造特征”科研报告中正式提出。该报告提出的“瓦斯地质区划论”是对湘、赣、豫三省12个瓦斯突出矿区、61对突出矿井进行系统调查的总结概括，在以后近20年的继续研究中进一步得到了发展和充实。其基本内容是：瓦斯突出分布具有分区、分带性，地质条件控制瓦斯突出的分区、分带。 地质条件控制瓦斯突出分区、分带，包括瓦斯赋存和瓦斯突出两个方面。地质条件控制了瓦斯的赋存，这是由于瓦斯是地质历史时期的产物，是地质体的一部分，因此瓦斯的形成和保存是受地质条件控制的。控制瓦斯赋存的地质条件包括：煤的变质程度、围岩透气性和地质构造等方面。控制瓦斯突出，主要指控制瓦斯的空间分布，瓦斯突出在空间上根据范围大小，可分为瓦斯突出区、瓦斯突出带、瓦斯突出点。区、带皆属区域。点在带内，带在区内。突出区、带、点的控制条件是有区别的，即瓦斯突出具有分级控制的特点。 2.2破坏煤体是瓦斯突出的主体 煤与瓦斯突出机理目前已统一到综合假说上来，虽然对地应力、瓦斯和煤的物理力学性能三者各有侧重，但对突出本身就是一个释放能量、破坏煤体的力学过程这一观点是一致的。经过大量现场调查和试验研究，发现煤与瓦斯突出总是首先发生在煤体结构遭到严重破坏的软煤分层中。这一客观事实可以给出一个启示：地应力和瓦斯的作用是可以统一到煤体结构的内涵上来的。实际上有关构造煤研究资料已经表明： （1）构造煤发育区内由于煤体孔隙度大、渗透性差而成为瓦斯的良好富集带； （2）构造煤具有瓦斯解吸快的特点； （3）构造煤发育区本身就是地下一定深处容易引起应力集中的弱面； （4）构造煤强度低，抵抗外来破坏的能力最小、阻力最小。 因此在煤岩层和瓦斯组成的力学系统中，构造煤起到了核心作用。煤与瓦斯突出发生与否就取决于地压和瓦斯膨胀能对煤壁(关键是构成煤壁的构造煤)所产生的侧向压力的大小与煤体抵抗能力两方面的关系。也就是说，如果将煤与瓦斯突出当作一个力学过程来考察，它必然有一个作用于物质实体—构造煤上的动力，同时煤体也产生抵抗力，即阻力。当阻力大于动力时，突出就被有效地遏制，而阻力小于动力时，突出就不可避免地发生。考察这一过程时，如果仅从力本身这个概念出发，由于组成力学系统的各种作用力复杂多变，难以得到系统、全面的认识。 但如果从力的作用结果即能量这个角度来考察，就可以通过一定的实验手段来定量计算各种力的作用效果，利用这个结果来预测煤与瓦斯突出，不仅是可能的而且是可行的。这是煤与瓦斯突出预测进一步定量研究的认识基础，也为认识煤与瓦斯突出机理提供了一个新途径。按照上述思路提出了“以煤体结构为基础的煤与瓦斯突出简化力学模型”。通过一系列计算，提出了构造煤临界厚度。这种计算很有实践意义。这一工作有待进一步通过研究和实践后得到完善。 构造煤是地质构造作用的产物，它的存在和分布是有规律可循的，可应用构造煤的分布规律作为瓦斯突出区域预测的依据，瓦斯突出带的预测更需要以构造煤分布规律为基础。地质构造对煤体破坏有两种型式，即线状(或带状)破坏和面状破坏。线状破坏主要是与断裂构造伴