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煤与瓦斯突出机理

作者:邓永平  
评论: 更新日期:2011年05月09日


  
  (三)能量假说
  
  该假说是在实验室研究实验的基础上提出的。认为:除了重力和瓦斯压力外,不存在别的激发突出原因。突出现象可以解释为煤层状态突然改变,以及煤潜能突然释放所引起的煤层高速破碎。只有在煤突然破碎时,潜能与动能瞬时显现,瓦斯来不及正常排放,并将部分动能传递给煤层,突出才会发生。
  
  发生煤与瓦斯突出的条件是:
  
  1)煤的内能W和岩石动能E足以完成煤向巷道内移动的功F和煤的破碎功U,即:
  
  W+E>F+U;沿层掘进巷道的情况下,上式变为:w>F+U;巷道开石门时,则变为:W+Q>F+U,式中的Q为煤层游离瓦斯内能。
  
  2)煤的破碎速度v1应大于煤裂隙中瓦斯压力下降的速度v2,即:v1>v2;在完成煤破碎前,瓦斯压力p应比已破碎煤的抛出阻力更高,即:p>m[g(fcosA+sinA)+v]/s,式中m—煤的质量;
  
  s——破碎煤快的横断面积;
  
  g——重力加速度;
  
  f——煤沿某一表面移动时与该面的摩擦系数;
  
  A——煤层倾角;
  
  v——煤抛出时的加速度。
  
  (四)应力分布不均匀假说
  
  突出是由地应力,瓦斯压力和煤层构造分布的不均匀引起的。而煤层构造是影响煤的强度,透气性和瓦斯含量等瓦斯地质参数的主要因素。
  
  (五)化学本质假说
  
  (1)爆炸说:瓦斯突出是由于煤在很大的深度内变质时发生的化学反应而引起的。
  
  (2)重碳说:在煤的形成时有许多重碳(原子量13)及带氢同位素(原子量2)的重水,他们所形成的重的煤同位素称为重煤原子。当进行开采时能发生突出。
  
  (六)综合假说
  
  此假说种类很多,有代表性的是前苏联霍多特等人于1976年最先提出的。其要点是:1)除了地层重力,高压瓦斯外,在煤层中不存在任何其他能源。突出是地应力,瓦斯压力和煤的物理力学性能综合作用的结果。2)地压破碎煤体是造成突出的首要原因,而瓦斯则起着抛出煤体和搬运煤体的作用。从突出总能量来说,瓦斯是完成突出的主要能源。3)实验资料表明,只有煤强度很低,与围岩摩擦力不大时,地压造成的煤的变形前能和围岩功能,才能把煤体破碎形成突出。煤强度是形成突出的一个极为重要的因素。
  
  从上面介绍的突出机理不难看出,瓦斯是突出的主要因素,没有瓦斯就谈不上瓦斯突出。没有瓦斯的动力现象称之为冲击地压;没有动力效应的瓦斯急剧涌出称之为瓦斯喷出。因此可以说:治理瓦斯突出的方向是消除高压瓦斯的存在。所以我国治理瓦斯的行政强制手段是“四位一体”防突。国家煤矿安全监察局要求:国有煤矿中的高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井,要严格按照《煤矿瓦斯抽采基本指标》的要求,制定和落实瓦斯先抽后采的措施,推进高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井加大瓦斯抽采力度,真正做到“多措并举、应抽尽抽、抽采平衡”,实现抽、掘、采关系平衡,确保不抽不采,达不到瓦斯抽采指标要求的不采。发现达不到抽采指标要求的采掘工作面,要立即停止生产,限期达标,逾期仍不达标的,必须按瓦斯抽采达标煤量核减煤炭产量计划;对小煤矿中的煤与瓦斯突出矿井和应进行瓦斯抽采的高瓦斯矿井,必须制定并落实瓦斯抽采规划,建立瓦斯抽采系统,2008年底前全部装备到位并投入使用,逾期未安装或不投入使用的,一律停止生产。高压的游离瓦斯是突出的根源,防治瓦斯的关键就是要消除煤层中的突出瓦斯。其方向是:采取开采解放层、抽放等措施,减少乃至消除煤层瓦斯,使之形不成瓦斯突出的条件;采取控制地压新举措,消除采掘工作面周边应力集中,从而解除瓦斯在“应力三区”作用下运移形成突出条件。根据瓦斯运移的理念,在采掘工作面前方一定距离抽放瓦斯,可以有较好的抽放效果。

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