煤與瓦斯突出防治理論

摘要：煤與瓦斯突出（簡稱突出）是采掘過程中發(fā)生的嚴重自然災(zāi)害之一，它是煤礦井下含瓦斯煤體在極短的時間內(nèi)，從煤壁內(nèi)部向采掘空間突然噴出大量煤和瓦斯的動力現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：煤與瓦斯突出動力現(xiàn)象

一、煤與瓦斯出防治理論現(xiàn)狀

1、煤與瓦斯突出機理研究事故的發(fā)生，嚴重地威脅礦山的生產(chǎn)及工人的生命安全。

因此各采煤國家投入了大量的人力物力，開展突出機理、預(yù)測及防治技術(shù)的研究，提出的關(guān)于突出機理的假說已有十幾種。國外主要可歸為4 類觀點：地應(yīng)力假說、瓦斯作用假說、化學(xué)本質(zhì)假說、綜合作用假說。其中以綜合假說———地應(yīng)力、瓦斯和煤的物理力學(xué)性質(zhì)三因素綜合作用的假說得到大多數(shù)煤礦瓦斯科技工作者的贊同。

2、煤與瓦斯突出預(yù)兆突出預(yù)兆主要有以下幾種

2.1聲響預(yù)兆：煤體中發(fā)出悶雷聲、爆竹聲、機槍聲、嗡嗡聲等，這些聲響在我國許多突出礦井統(tǒng)稱為“煤炮”。在個別突出發(fā)生前，也會出現(xiàn)滲水聲和其他聲響。

2.2煤結(jié)構(gòu)變化預(yù)兆：煤層層理紊亂、煤變松軟、煤變暗而無光澤、煤干燥和煤塵增多等。

2.3地壓方面的預(yù)兆：支架來壓、掉渣、片幫、工作面煤壁外鼓、底鼓、煤眼變形裝不進藥等。

2.4瓦斯方面的預(yù)兆：風(fēng)流瓦斯?jié)舛仍龃笸咚節(jié)舛群龃蠛鲂　⒋蜚@時夾鉆頂鉆、鉆孔噴煤噴瓦斯等。

3、傳統(tǒng)的煤與瓦斯突出預(yù)測預(yù)報方法

3.1 傳統(tǒng)的突出預(yù)測方法傳統(tǒng)的煤與瓦斯突出預(yù)測方法是靜態(tài)的不連續(xù)接觸式預(yù)測。

靜態(tài)預(yù)測的根據(jù)就是含瓦斯煤體性質(zhì)及其賦存條件的某些量化指標。這些指標主要包括瓦斯指標、煤層性質(zhì)指標、地應(yīng)力指標或它們的綜合指標，預(yù)測則是考察其中的單個或同時考慮多個指標是否超過臨界值。具體說來，目前較多采用的指標有鉆屑解吸指標K1 值、鉆孔瓦斯涌出初速度q、鉆屑量S、瓦斯放散指數(shù)△P、煤體普氏系數(shù)f、瓦斯壓力P 等[2]。

3.2 傳統(tǒng)預(yù)測方法的不足靜態(tài)法打鉆及參數(shù)測定需占用作業(yè)時間和空間，工程量很大，預(yù)測作業(yè)時間也較長，對生產(chǎn)有很大的影響。

預(yù)測所需費用也較高。并且這種靜態(tài)法的準確性也不是很高，易受人工或其它各種因素的影響，煤層或煤體及其內(nèi)部所含有的瓦斯并不是均勻分布的，也不是穩(wěn)定的。在鉆孔附近取得的預(yù)測結(jié)果僅僅是局部的，并不能完全代表整個預(yù)測步長范圍內(nèi)的突出危險性，在預(yù)測時取得的結(jié)果也只是靜態(tài)的，并不能完全代表煤體穩(wěn)定前整個時期內(nèi)的突出危險性。

4、國內(nèi)外新型煤與瓦斯突出預(yù)測預(yù)報方法

煤與瓦斯突出預(yù)測預(yù)報由其產(chǎn)生機理假說衍生出以下幾種方法：

4.1微震技術(shù)預(yù)測法研究表明，煤和圍巖在受力變形和破壞過程中，會發(fā)生破裂震動，從震源傳出震波或聲波，當震波或聲波的強度和頻率達到一定數(shù)值時，就會出現(xiàn)煤巖體的突然破壞，發(fā)生沖擊地壓和（或）突出。煤巖體內(nèi)的震動波可以被安設(shè)在煤體內(nèi)的探測儀器（如地音器或拾音器）所接收，經(jīng)放大并記錄下來。20 世紀70 年代初以來，美國礦業(yè)局就用標準微震技術(shù)研究煤層結(jié)構(gòu)破壞。同時，采用超聲波監(jiān)測技術(shù)來監(jiān)測巖層響聲能量，研究人員利用低頻（1～10kHz）微震技術(shù)監(jiān)測和確定最可能發(fā)生沖擊地壓和突出的地點， 利用高頻（40～110kHz）微震技術(shù)確定發(fā)生突出的時間[3]。

4.2電磁輻射預(yù)測法電磁輻射預(yù)測的原理是在煤巖層受力變形破壞過程中會產(chǎn)生電磁輻射，電磁輻射強度取決于所受力的大小和煤巖體的物理力學(xué)性質(zhì)。電磁輻射與煤的應(yīng)力狀態(tài)及瓦斯狀態(tài)有關(guān)，應(yīng)力越高、瓦斯壓力越大時電磁輻射信號就越強，電磁輻射脈沖數(shù)就越大。在采掘工作面前方卸壓區(qū)內(nèi)，煤體發(fā)生屈服，大量裂隙形成，力及瓦斯壓力降低。由卸壓區(qū)到應(yīng)力集中區(qū)，應(yīng)力及瓦斯壓力升高，在垂直于煤壁的內(nèi)部方向上單位煤體產(chǎn)生的電磁輻射信號也越來越強；在應(yīng)力集中區(qū)，應(yīng)力和瓦斯壓力達最大值，煤體的變形破裂過程最強烈，電磁輻射源產(chǎn)生的電磁輻射信號最強；進入原始應(yīng)力區(qū)，不同深度方向上電磁輻射源產(chǎn)生的電磁輻射的強度將有所下降。

4.3煤層溫度變化預(yù)測法其原理是瓦斯解吸時吸熱，導(dǎo)致煤層溫度降低，溫度降低越明顯，說明煤層瓦斯解吸能力越強，則沖擊地壓和突出危險性越大。突出過程中煤體在地應(yīng)力作用下發(fā)生破壞時，吸附在煤體中的瓦斯就會從煤體中解吸出來，同時由于煤體破裂后裂隙空間增大，瓦斯氣體的膨脹也將使煤體溫度降低，因此突出過程中煤體溫度的降低主要由瓦斯解吸和瓦斯膨脹吸熱造成。實踐表明，煤層瓦斯含量越高，這一效應(yīng)越明顯；凡是煤巖體溫度突然大幅度降低，則預(yù)示著工作面附近有較大的地質(zhì)構(gòu)造（如煤層突然變厚、變薄、傾角突變等），有發(fā)生突出或地壓變大的可能性[4]。其他預(yù)測法還有灰色理論預(yù)測法、分形預(yù)測法等等。

二、總結(jié)

瓦斯災(zāi)害治理是煤礦安全治理的重點，是煤炭工業(yè)走持續(xù)發(fā)展道路的前提和保證，也是社會和諧的重要因素.幾十年來，我國在瓦斯災(zāi)害治理方面取得了可喜的成績，但隨著采礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)能力的提升，采深的增大，礦井瓦斯涌出量倍增。因此，礦井瓦斯災(zāi)害防治工作要進一步加強，要結(jié)合我國煤炭地質(zhì)的特點研究新的、較為前沿的瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)，如微震技術(shù)、煤層溫度變化預(yù)測技術(shù)和煤層溫度變化預(yù)測技術(shù)等，還要在煤層氣開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)方面做進一步的研究。研究表明，隨著微震監(jiān)測技術(shù)、電磁輻射技術(shù)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論的成熟，它們將在突出預(yù)測預(yù)報和防治中發(fā)揮著重要作用。

參考文獻：

[1]張榮立．煤礦設(shè)計手冊[M]．北京：煤炭工業(yè)出版社，2005

[2]張先塵．中國采煤學(xué)[M]．北京：煤炭工業(yè)出版社，2003