煤与瓦斯突出机理

作者：佚名 来源：本站原创 发布时间：2011年12月30日 点击数：

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绝大多数的研究者都认为煤与瓦斯突出由地应力、包含在煤中的瓦斯和煤的结构（包括其力学性质）三个因素决定，突出过程中，地应力、瓦斯压力是发动和发展煤（岩）与瓦斯突出的动力，煤的结构则是阻碍突出发生的因素，它们存在于一个体系（突出煤层及围岩）之中，

有着极为密切的内在联系，既互相依赖，又互相制约。

地应力

地应力场是一个自然应力场，它由自重应力场、构造应力场和温度应力场组成。

自重应力场是由上覆岩体的自重造成的。温度应力场属于静水压力应力场，随深度增加而增加，在同一深度，温度应力仅为自重应力垂直分量的1/8。

构造应力场是构造运动在发展过程中形成的应力场。一个地区可能发生多次构造运动，因而其构造应力场往往是新、老应力场叠加在一起的复杂应力场。构造应力场具有很高的水平应力，并且应力分布不均匀。

中国的突出大都发生在构造应力增高地带，这些应力增高带有：

1. 封闭向斜轴附近；

2. 帚状构造的收敛端；

3. 煤层的扭转区；

4. 煤层走向或倾向变化地带；

5. 煤层厚度变化带；

6. 煤包及分岔煤；

7. 压性、压扭性小断层带；

8. 岩浆侵入带。

地应力的作用表现为：

1. 使围岩或煤层产生弹性变形，导致煤体产生突然破坏和位移；

2. 控制瓦斯压力场。高的地应力可导致煤层中瓦斯压力的增大；

3. 决定着煤层透气性。地应力增高，煤层透气性降低，煤体中瓦斯不易排放，将造成瓦斯压力梯度增高，而煤体一旦破坏，透气性增大，又会提高煤体中的瓦斯放散能力。

地应力的缓慢释放不能导致煤体的充分破坏，只有在应力状态突然改变时，围岩或煤体才能释放足够的弹性变形潜能，才会使煤体产生突然破坏而激发突出。

导致应力状态突然改变变化的原因有：

1. 巷道进入地质破坏区；

2. 石门揭开煤层；

3. 工作面迅速推进（如放炮、打钻等）；

4. 巷道从硬煤进入软煤带；

5. 煤层突然加载，如巷道顶板突然下沉；

6. 煤层突然卸压，如悬臂梁突然断裂；

7. 煤的冒落。

发生煤与瓦斯突出的第一个必要条件是：煤层和围岩具有较高的地应力和瓦斯压力，并且工作面地带煤层的应力状态突然变化。

煤中的瓦斯

以游离状态和吸附状态存在的煤层裂隙和孔隙中的瓦斯，对煤体有三个方面的作用：

1. 全面压缩煤的骨架，促使煤体产生潜能；

2. 吸附在微孔表面的瓦斯分子对为空起着楔子作用，降低煤的强度；

3. 很大的瓦斯压力梯度形成作用于压力降低方向的力。

无论游离瓦斯，还是吸附瓦斯，都参与突出的发展。突出发生时，煤体潜能的释放使煤体发生破碎并产生移动，而瓦斯的解吸又使煤的破碎和移动进一步加强；由于瓦斯流不断地把碎煤抛出，使突出孔洞壁始终保持一个较大的地应力梯度和瓦斯压力梯度，使煤的破碎不断向深部发展。所以说突出过程的继续发展或停止，在某种程度上决定通道是否畅通。

煤（岩）与瓦斯突出发展的第二个必要条件是：有足够的瓦斯流把碎煤抛出，并且突出孔洞畅通。

煤结构及其力学性质

煤结构和力学性质对煤（岩）与瓦斯突出的发生影响很大。一般来说，煤愈硬、裂隙愈小，所需的破坏功愈大，要求的瓦斯压力和地应力愈高；反之亦然。在地应力和瓦斯压力一定时，软煤分层易被破坏；且由于软煤分层存在的大量裂隙的连通性差，煤体的透气性差，易于出现大的瓦斯压力梯度，因而突出往往只沿软煤分层发展。

在成煤过程和历次地质构造运动中造成的煤结构和力学性质沿煤层走向和倾斜方向的不均质性，不但给工作面附近煤体的应力状态突然变化创造了有利条件，并且还影响着突出的发展速度和突出孔洞的形状和尺寸。