煤与瓦斯突出机理.ppt

在不引起突出的震动放炮后、大多数情况下都可见到这三个带，在发生突出之前震动放炮时、大多数情况下，瓦斯压力保持不变，挤出带和压缩带不明显。而在引起突出的震动放炮后，煤体中重新出现这三个带，并且带的尺寸略有增加。在突出发生之前震动放炮时．之所以挤出带和压缩带不明显．我们认为实际上是挤出带大大缩短，使集中应力区造成的压缩带越接近工作面，保护屏障越薄，因此，在受到外力作用(震动放炮)时，就容易被破坏而形成突出。第62页，共90页，星期日，2025年，2月5日在一些突出实例中．突出有准备时间，即在煤体变形和瓦斯压力变化后隔一段时间、才发生煤的抛出，而在另一些实例中，间隔时间则极短，基本上可以看作没有准备时间。这种情况我们认为与煤体卸压区的大小有关，有些突出由于卸压区相对较长．冲破这层阻挡层需要一定的时间，故而产生延期现象，而有些突出则由于卸压区相对较短，或者基本上没有。故而突出的间隔时间极短，而通常所说的应力异常现象，实际上也和卸压区的范围大小密切相关。实践表明：对于比较强烈的突出而言，其地应力、瓦斯压力也往往比较高，煤体所受应力较大，而卸压区的大小和煤体所受应力有一定的关系，第63页，共90页，星期日，2025年，2月5日突出的发展过程及各因素的作用突出的发展过程突出煤体经历着能量的积聚过程，使之逐渐发展到临界破坏甚至过载的脆弱平衡状态。突出的发展过程一般可划分为四个阶段，即：(1)准备阶段该阶段的特点是：在工作面附近的煤壁内形成高的地应力与瓦斯压力梯度。即在有利的约束条件(石门岩柱，煤巷的硬煤包裹体)下，煤内地应力梯度急剧增高，能够叠加着各种地应力，形成很高的应力集中，积聚着很大的变形能；同时由于孔隙裂隙的压缩，使瓦斯压力增高．瓦斯内能也增大。在这个阶段，会显现多种有声的与无声的突出预兆。准备阶段的时间可在很大范围内变化，也可在几秒钟内完成(如在震动放炮或顶板动能冲击条件下)。第30页，共90页，星期日，2025年，2月5日(2)激发阶段该阶段的特点是地应力状态突然改变，即极限应力状态的部分煤体突然破坏，卸载(卸压)并发生巨响和冲击；向巷道方向作用的瓦斯压力的推力由于煤体的破裂，顿时增加几倍到十几倍，伴随着裂隙的生成与扩张，膨胀瓦斯流开始成．大量吸附瓦斯进入解吸过程而参与突出。大量的突出实例表明，工作面的多种作业都可以引起应力状态的突变而激发突出。例如各种方式的落煤、打眼、刨柱窝、修整工作面煤壁等都可以人为激发突出，而且统计表明，应力状态变化越剧烈，突出的强度越大。因此，震动放炮、一般爆破是容易引发突出的工序第31页，共90页，星期日，2025年，2月5日(3)发展阶段该阶段具有两个互相关联的特点，一是突出从激发点起向内部连续剥离并破碎煤体，二是破碎的煤在不断膨胀的承压瓦斯风暴中边运送边粉碎。前者是在地应力与瓦斯压力共同作用下完的，后者主要是瓦斯内能作功的过程。煤的粉化程度、游离瓦斯含量、瓦斯放散初速度、解吸的瓦斯量以及突出孔周围的卸压瓦斯流，对瓦斯风暴的形成与发展起着决定作用。在该阶段中煤的剥离与破碎不仅具有脉冲的特征．而且有时是客轮回的过程。这可以从突出物的多轮回堆积特征中得到证实，也可以从突出过程实测记录中找到依据。图4—3—1第32页，共90页，星期日，2025年，2月5日是顿巴斯“红十月”矿m：煤层采煤工作面一次突出的震动波图与突出孔的形成过程。突出发生在倒台阶工作面的一个隅角、这次突出由四个轮回组成。如果认为备轮的破碎煤量与该轮的震动波持续时间成正比、则四个轮回的持续时间依次为2．8s、6．4s、5．0s2．8s，则各轮的破碎煤量相应为7t、15t、11t和7t，各轮回之间的间歇时间为o一5s。造成脉冲与轮回性的原因主要是地应力、瓦斯压力与煤的强度的不均匀分布等所致。连续剥离并破碎煤体以及突出7L周围的卸压瓦斯流是产生瓦斯风暴的前提．而瓦斯风暴连续不断地把破碎的煤及时运走，是使剥离与破碎煤体连续向内部发展的必要条件，因为这样才能使突出孔壁近处煤体保挎着一个较高的地应力梯度和瓦斯压力梯度。第33页，共90页，星期日，2025年，2月5日第34页，共90页，星期日，2025年，2月5日4)终止阶段突出的终止有以下两种情况：一是在剥离和破碎媒体的扩展中遇到了较硬的煤体或地应力与瓦斯压力降低不足以破坏煤体；二是突出孔道被堵塞．其孔壁由突出物支撑建立起新的供平衡或孔洞瓦斯压力因其被堵塞而升高、地应力与瓦斯压力梯度不足以剥离和破碎煤体。但是，这时突出虽然停止了，而突出孔周围的卸压区与突出的煤涌出瓦斯的过程并没有停止，异常的瓦斯涌出还要持续相当长时间。第35页，共90页，