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煤與瓦斯突出機理

作者:鄧永平  
評論: 更新日期:2011年05月09日


  
  3)瓦斯膨脹說
  
  (1)煤層中存在高壓瓦斯含量地帶,吸附瓦斯引起了煤體膨脹,增加了煤層應力,且在這樣的煤層中透氣系數接近于零。當巷道接近這一區(qū)域時,使應力急劇降低,造成煤的破壞和突出。(前蘇聯(lián)尼靠林提出)
  
  (2)突出是由于含有高壓瓦斯的煤層,煤結構不均勻。透氣性低的硬煤包圍著透氣性高的軟煤,當巷道工作面接近硬煤與軟煤邊界時,運動著的高壓瓦斯就可以沖破煤壁夾帶著碎煤而噴出發(fā)生突出(別土哈夫提出)。
  
  4)瓦斯水化物說(前蘇聯(lián)學者提出)
  
  在一定溫度和壓力下,空隙煤體中有可能形成瓦斯的水化物CH4·6H2O。當它與水結合時,在一立方米的水中可以含有200立方米的瓦斯。煤層中的瓦斯水化物以不穩(wěn)定的化合物存在,儲存著巨大的潛能,受到采動影響即能迅速分解,形成高壓瓦斯,突破煤體而造成突出。
  
  5)瓦斯運移說(筆者1988年提出)
  
  煤是多孔裂隙物質,其中存在著大小不等的空隙,孔隙之間由若干大小裂隙溝通。游離瓦斯存在于孔隙之中,而吸附瓦斯存在于煤的表面。在目前開采條件下,吸附瓦斯主要存在于微空隙的表面,因為地壓只能對大孔隙和裂隙有壓縮變形的作用,所以地壓的變化對煤的吸附能力影響很小,而對煤層的透氣性則有重大影響。煤層中的大孔和裂隙是瓦斯流動的通道,是構成煤層透氣性的基本部分。采掘工程開始后必將在井巷兩邊和前方巷壁上形成應力“三區(qū)”,這些重新分布的應力“三區(qū)”隨工作面的推進而前移。工作面前方應力顯現區(qū)生成預成裂隙并伴有瓦斯解吸。工作面前方應力顯現區(qū)煤層中的游離瓦斯和解吸瓦斯在支承壓力作用下沿應力轉移過程中形成的預成裂隙向前方運移積累。煤層中的游離瓦斯和解吸瓦斯在支承壓力作用下沿應力轉移過程中形成的預成裂隙向前方不斷運移的同時,楔子作用的瓦斯在預成裂隙中(或沿煤層層理)運移時不斷沖刷,導致裂隙、層理周邊煤體破壞成為粉煤(或碎煤),使得粉煤和瓦斯混合相間積累。采掘工作面不斷推進,應力“三區(qū)”隨工作面的推進而不斷前移,工作面前方應力顯現區(qū)煤層中的游離瓦斯和解吸瓦斯在支承壓力作用下沿應力轉移過程中形成的預成裂隙向前方不斷運移積累,不斷沖刷破壞裂隙和層里周邊煤體,運移積累瓦斯的同時積累了破壞的粉煤。多個采掘工作循環(huán)導致支承應力不斷前移促使瓦斯運移積累的結果,使工作面前方煤體相互聯(lián)系的裂隙中形成了大量高壓瓦斯和破壞的粉煤的存在。這些積累瓦斯的壓力來自于自身解吸和積存瓦斯對采掘支承壓力擠壓的傳遞(同時,若有地質構造存在,地質構造殘余應力同時作用)。當運移瓦斯積累到其瓦斯壓力足以導致一定煤巖壁破壞時,此時,當采掘工作繼續(xù)進行時(特別是放炮、工作面周期來壓或初次來壓時),工作面應力向深部轉移,在工作面前方形成卸壓的瞬間,工作面煤壁三向應力場變?yōu)閮上蚧蛞幌?,煤巖壁抵抗強度最低,高壓瓦斯作用于抵抗強度最低的煤巖壁,導致其破壞發(fā)生瓦斯突出。
  
  (二)地應力為主導作用的假說
  
  1)巖石變形潛能說
  
  在地址構造帶儲藏著構造應力,在煤層頂底板的巖層中積蓄著強大的彈性能。當巷道接近厚的巖層彈性變形地區(qū)時,圍巖象彈簧一樣地伸張,破碎和粉碎煤體,瓦斯隨之大量涌出發(fā)生突出。瓦斯在突出過程中僅起輔助作用。
  
  2)集中應力說
  
  在回采工作面前方的支撐壓力帶,由于厚的堅硬頂板懸頂突然折斷而引起的附加應力,致使煤體在集中應力的作用下遭受破壞而引起突出。
  
  3)應力疊加說
  
  瓦斯突出是由于地質構造應力,自重應力,火山與巖漿活動的熱力變形應力,采礦應力和放頂動壓等應力疊加而引起的。

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