煤与瓦斯突出机理

(8)卸压瓦斯说 前苏联的g．K里热夫斯基提出的 这一假说认为．突出煤层富含瓦斯，但透气性低．瓦 斯难以流出。而采掘工作可使局部卸压，迅速卸压的 瓦斯涌向煤壁、造成煤壁局部瓦斯压力升高，使粉碎 的煤迅速抛出或向巷道挤出。 (9)火山瓦斯说 日本的栗原一雄提倡这一假说，他 认为，瓦斯突出的动力来源于煤层中的游离瓦斯，突 出时瓦斯压力能达到一千几百个大气压。由于火山的 活动、煤受到了二次热力变质，产生瓦斯和热流体带 来的岩浆瓦斯，从而在煤层内，待别是在断层内，形 成高压瓦斯区，当进入这一地区进行采掘作业时，即 能引起突出。
(4)突出波说 前苏联的c．儿赫里斯基阿 诺维奇提倡的这一假说认为，瓦斯潜能要 比煤的弹性变形能大十倍左右，在煤的强 度低的地区，煤的瓦斯压力大于煤的极限 破坏强度。当巷道接近这一地区时，在瓦 斯压力的作用下，可产生连续的破碎煤体 的突出波，引起突出。 (5)裂缝堵塞说 前苏联的H．L1．阿莫 索夫提倡这一假说，他认为由于均匀排放 瓦斯的裂缝被封闭和堵塞，在煤层中形成 增高的瓦斯压力带，从而引起突出。
Hale Waihona Puke (1)振动说 前苏联的儿Mo克利奥鲁奇科认为，煤与 瓦斯突出的形成不是一个单独的过程，而是由围岩对 煤层的振动作用有关的三个连续阶段组成的：第一阶 段．煤受到来自围岩方面的压力作用而破坏，煤的体 积缩小，游离瓦斯压力增大，并有一部分转化为吸附 瓦斯；第二阶段、卸压，煤层体积膨胀，瓦斯压力降 低，瓦斯解吸；第三阶段，包含粉碎的煤和大量的 游离瓦斯的煤层又再次受压，瓦斯压力再次增大。当 巷道工作面接近上述破坏带时。处于高压的粉煤和瓦 斯混合物就有可能冲破煤壁而发生突出。因此该假说 认为：瓦斯是造成突出的主体。而煤粉碎、瓦斯解吸 和瓦斯粉煤混合物的喷出所需的能量是由煤层的围岩 通过振动来传递的。
例如，分层分离波统过部分的压碎带，通常决定 于地压作用，伴随声响激发此时暴露面上约分层 分离。突出常常是重复的破坏组合．一部分是瓦 斯参与下的分层分离而破坏，另一部分是地应力 破坏。在急倾斜煤层的某些部分，则在自身的重 力作用下分离。 ③瓦斯和颗粒混合物的运动阶段。从煤体分 离的煤颗粒和瓦斯急速冲向巷道．随着混合物运 动，瓦斯进一步膨胀，速度继续加快。当其遇到 阻碍时，速度降低而压力升高、直到增高的压力 不能超过破坏条件时，过程才停止。
(4)冲击式移近说 前苏联的儿A．包利生科倡导这一 假说，他认为，在突出中起主导作用的是地压，具体地 说是顶底板的冲击式移近。冲击式移近发生的可能性和 大小取决于岩体的性质、巷道参数、掘进方式和速度。 其条件是：第一、煤层紧张程度增大；第二，煤层边缘 有脆性破坏；第三，从破坏的煤中涌出的瓦斯有一定的 压力。 (5)拉应力波说 前苏联的5．1L梅德维杰夫提倡这一假 说，他认为，突出煤层的力量是拉应力波。而这个拉应 力波是脆性材料在地压的作用下储蓄了大量的弹性 能．当巷道工作面附近的煤体由三向受压状态转为复杂 应力状态时．掘进工作面破坏了平衡，造成能量释放而 产生突出的。在拉应力波作用下．煤体破碎并抛出，而 瓦斯的迅速排放又使动力效应更加猛烈。
煤与瓦斯突出机理
煤与瓦斯突出机理研究概况
煤与瓦斯突出给煤矿‘安全生产，特别是井 下人员的生命财产安全造成了极其严重的威胁。 为了防止这类灾害事故的发生，保障煤矿井下安 全生产．世界上各主要产煤国均投入了大量的人 力、物力研究煤与瓦斯突出机理．以便为突出危 险性预测和防突措施的制定与实施提供科学依据。 但是，迄今为止，人们对于突出过程中煤岩体破 坏与发展机制的认识还停留在定性与假说性阶段， 对于突出过程中哪些因素起主要作用以及与其它 因素间的作用机理还把握不准，故而只能对某些 突出现象给予解释，还不能形成统一完整的理论 体系。 目前这些关于煤与瓦斯突出机理的假说
(6)应力叠加说 日本的矢野贞三提倡这一假说、 他认为，突出是由于地质构造应力、火山与岩浆活 动的热力变形应力、自重应力、采掘应力和放顶动 压等叠加而引起的。突出危险煤层具有持殊的“分 支性裂隙”的显微结构。 (7)放炮突出说 日本桥本清等提倡这一假说，他 们认为．大多数瓦斯突出(包括冲击地压)主要是由于 爆破的应力作用而造成的。他们认为：如果突出是 由地压引起的话．那么．采煤工作面应该比巷道突 出次数多，但事实与此相反。 (8)顶板位移不均匀说 日友的小田仁平次等提倡 这一假说，他们认为，瓦斯突出是由于煤层顶底板 不规则和不连续移动而引起的一种动力现象。并指 出．顶底板移近速度值增加又下降后，才发生突出。
(2)应力集中说 前苏联的D．1L别和．1．M．卡 尔波夫提倡这一假说．他们认为．在采煤工作面前方 的支撑压力带，由于厚弹性顶板的悬顶和突然沉降引 起附加应力、煤体在此集中应力的作用下产生移动相 遇到破坏。如果再施加动载荷，煤体就会冲破工作面 煤壁而发生突出。煤突出时．伴随有大量的瓦斯涌出。 (3)塑性变形说 前苏联的A．B．瓦尔琴等提倡这 一假说，他们认为下，突出煤层发生弹塑性交形，使 巷道周围煤体突然破碎，引起突出。
化学本质作用假说：
以化学本质为作用的假说。主要有： 1. 瓦斯水化物说 前苏联的B．T．巴利维列夫、 阳．y．马何贡和1’．卜克留金等提出了这一假说， 他们认为．在某些地质构造活动区，在一定的温度 压力下，有可能生成瓦斯水化物(CH4 ．6H20)，并以 介稳状态保存在煤层和岩石渗透孔隙内，它具有很 大的潜能．受到采掘工作影响后．即迅速分解．形 成高压瓦斯(可达数百个大气压)，破坏煤体而造成突 出。
综合作用假说
综合作用假说认为：煤与瓦斯突出是由地应力、 包含在煤体中的瓦斯以及煤体自身物理力学性质三 者综合作用的结果。持综合作用假说观点的学者都 承认，煤与瓦斯突出是综合因素作用的结果，但对 各种因素在突出中所起的作用却说法不一。例如， 法国学者入伯兰等认为瓦斯因素是主要的；而前苏 联学者B．比霍多持、日本学者肌部俊郎等许多学 者则认为地应力是主要的，即地应力是发动突出、 发展突出的主要因素，瓦斯是帮助突出发展的因素。 目前，具有代表性的综合作用假说主要有：
(2)分层分离说 前苏联的1LM．被图霍夫等人认 为突出是由地应力和瓦斯共同作用的结果‘突出过 程分三个阶段： ①准备阶段。工作面附近的煤层始终处于地应力 的作用下，造成了发生突出的条件、增加了瓦斯向 巷道方向渗透的阻力，促使煤层保持高的瓦斯压力， 煤体强度降低，煤校易于从煤体中分离。 ②颗粒分离波的传播阶段。突出时，颗粒的分离 过程是一层一层进行的。当突出危险带表面急剧暴 露时．由于瓦斯压力梯度作用使分层承受拉力，当 拉力大于分层强度时、即发生分层从煤体上的分离。 分层分离是一切突出的重要组成部分，影响着突出 的主要待征，但并没有全面反映突出过程的多种形 式。
2. 地球化学说 前苏联的儿M．库兹聂左夫提出 这一假说，他认为．瓦斯突出现象是煤层中不断进 行的地球化学过程————煤层中的氧化还原过程。 由于活性氧及放射性气体的存在而加剧、生成一些 活性中间物，导致高压瓦斯的形成。中间产物和煤 中有机物的相互作用，使煤分子遭到破坏。 (3)硝基化合物说 前苏联的B B．萨夫琴柯等提 倡这一假说，他们认为：突出煤中积蓄有硝基化合 物，只要有不大的活化能量(如活动着的岩石应力不 均匀、瓦斯压力等)就能产生热反应。当其热量超过 分子的话化能时，反应将自发地加速 ——发生突出。 化学本质说没有得到多大的支持和拥护，其原因 是迄今为止在矿井中尚未发现瓦斯的水化物的实物。
(2)粉煤带说 前苏联的几比贝可夫、德国的 M．鲁夫、英国的H．布列斯克以及日本的植木七 郎提倡的粉煤带说认为，由于地质构造或矿山压 力的作用，原生煤层被破碎成粉状．这些粉煤极 易放出瓦斯。当巷道接近这一地带时，粉煤在较 小的瓦斯压力作用下，就能与瓦斯一起喷出。 (3)煤孔隙结构不均匀说 前苏联的P．M．克里 切夫斯基等人提出了这一假说，这一假说认 为．煤层中有透气性变化剧烈的区域，在这些区 域的边缘，瓦斯流动速度变化很大。如透气性小 的恰好是坚硬的煤．而透气性大的又是不坚硬的 煤，那么当巷道接近这两种煤的边界时，瓦斯潜 能就有可能使煤突出。
⑧.过煤门时的突出； ⑨.突出孔洞发生变形(体积缩小)； ⑩.大多数平巷的突出空洞位于上隅角。
地压主导作用假说：
以地压为主导作用的假说。主要有：
（1） 岩石变形潜能说 前苏联的11．M．别楚克 和D．1’．阿尔沙瓦、法国的莫连、加拿大的伊格 拿季叶夫及日本的外尾善次郎提倡这一假说，他们 认为突出的发生是变形的弹性岩石所积聚的潜能引 起的．这些岩石位于煤层周围，而这种潜能是以往 的地质构造运动造成的。当巷道掘到该处时，弹性 岩石便像弹笛一样伸张开来，从而破坏和粉碎煤体 而引起突出，
(10)地质破坏带说 日本的兵库倍一郎提倡的这一 假说认为，由于有地质破坏带的存在，潜藏着一定 数量的高压瓦斯。当巷道或工作面接近该带时，在 爆破及地压的影响下，煤、岩壁裂缝增多．如覆盖 层的阻力与瓦斯压力的平衡遭到破坏时，将会发生 突出。它的中心点在于：由于地质破坏带的存在， 增加了周围岩体的异常拱压，当工作面接近这一破 坏带时、工作面与地质破坏带之间的煤层会被迅速 破坏从而引起突出。 (11)瓦斯解吸说 原民主德国的K．克歇尔倡导这 一假说、他认为，卸压时煤的微孔隙扩展、孔隙吸 附潜能降低，吸附和吸着瓦斯解吸．潜伏的压力(吸 附瓦斯的内能)转化为“游离瓦斯”压力，使瓦斯压 力增高，可破坏不坚硬的煤体而引起突出。
(6)闭合孔隙瓦斯释放说 前苏联的儿比合尔巴尼提 出了这一假说，他认为：近工作面地带，由于煤吸收 和解吸瓦斯的周期性，使其机械强度降低，包含在闭 合孔隙中的瓦斯、在孔隙闭合面与敞开面之间产生了 很大的压力差。当煤体被破坏时，使被解吸的瓦斯抛 向巷道。 (7)瓦斯膨胀说 前苏联的B．LL尼柯林等人提倡这 一假说，他们认为在煤层中存在着瓦斯含量增高 带．因而引起煤体膨胀和煤层应力增高，此处煤层的 透气性接近于零。当巷道掘进到该处时，其应力急剧 降低，造成煤的破碎和突出
归纳起来主要有如下几类：
单因素作用假说 单因素作用假说主要有：瓦斯主导作用假说， 地压主导作用假说以及化学本质作用假说，其主 要特点是强调单因素起主导作用。 1)瓦斯主导作 用假说：以瓦斯为主导作用的假说。主要有“瓦 斯包’’说 前苏联的比1I．沙留金和英国的 R．威廉姆等提倡的“瓦斯包’’学说认为，煤层 内存在着可以积聚高压瓦斯的空洞，其压力超过 煤层强度减低区的煤体强度极限，当工作面接近 这种瓦斯包时，煤壁就会发生破坏，产生突出。