煤与瓦斯突出机理及预测

《煤与瓦斯突出机理及预测》试卷

1、简述瓦斯的成因类型及其形成机制。（15分）

1、生物成因气

生物成因煤层气是指在微生物作用下，有机质（泥炭、煤等）部分转化为煤层气的 过程。按形成阶段可划分为原始生物成因气和次生生物成因气，

1） 原生生物成因气：形成阶段：早期生物成因气形成于泥炭 化作用和成岩作用阶段。 成分来源：⑴ CO2 ⑵ 醋酸（CH3COOH ）、甲

醇和甲胺等发酵转化成 CH4。

物作用，使复杂的不溶有机质在酶的作用下发酵变为可溶有机

质，进而在产酸 菌和产氢菌作用下，变为挥发性有机酸、H 2和C02;H 2和CO2在甲烷菌

作 用下生成CH4。

2） 次生生物成因气

形成阶段：煤层后期抬升阶段。原生与次生生物成因气的阶段划分取决于有没有 抬升。在煤层形成并被埋藏后，如果没有进入成熟阶段（R o vO.5%）,同时又没有发生 抬升，形成的生物气为原生生物成因气；如果发生抬升，不管煤阶如何，再生成的生 物气即为次生生物成因气。 形成条件：a 、通过补给区由大气降水由煤层气露头带入煤层的微生物； b 相对低温条件下56°;

C 、有机质的供给。低分子有机质的来源是煤，大分子的煤 要通过腐生菌作用才能降解为可供甲烷菌作用的低分子有机质。

2、热成因气

煤在温度、压力作用下发生一系列物理、化学变化的同时，也生成大量的气态和液态 物质。由于煤隶属III 型干酪根，属于倾气性有机质，演化过程中形成的烃类以甲烷 为主。

原生热成因气：

指由煤生成并就地储存的热成因气，保持了煤层气原始的组分和同位素组成 。从烃 源岩的角度，可将煤级演化阶段分为未成熟阶段（泥炭 一褐煤ROV0.5% ），以生物气 形成为主；成熟阶段（长焰煤 一瘦煤，0.5%VROV2.0% ），以热降解气生成为主；高 成熟阶段（贫煤一无烟煤，RO>2.0% ），以热裂解气形成为主

（1）热降解气（0.5%VROV2.0% ）

该阶段发生的化学反应，主要是官能团和侧链的裂解及其产生的大分子烃类（油、湿

气)的裂解与聚合，据反应进行程度可分早、中、晚三期。

2、试述国内外关于煤与瓦斯突出机理的主要假说及其主要论点。 (20 分)

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—褐煤阶段，即泥炭 还原生成CH4 ； 形成过程：通过微生

1)瓦斯为主导作用的假说这类假说认为，煤体内储存的高压瓦斯是突出中起主要

作用的因素。

其代表有“瓦斯包说”、“粉煤带说”、“煤孔隙结构不均匀说”、“突出波说”、“瓦斯膨胀说”等等。如“瓦斯包说”认为，煤层内存在着积聚高压

瓦斯的空洞，其压力超过煤层强度减弱地区煤的强度极限，当工作而接近这种瓦斯包时，煤壁会发生破坏并抛出煤炭。

(5) 突出空洞发生变形(体积缩小)；

2)地应力为主导作用的假说这类假说认为，突出主要是高地应力作用的结果。这类假说的主要代表有“岩石变形潜能说”、“应力集中说”、“剪切应力

说”、“应力叠加说” 等等。当巷道接近积聚有高构造应变潜能的岩层时，弹性岩石会像弹簧一样伸张开来，将煤体粉碎，引起煤与瓦斯突出。

3)化学本质假说这类假说认为突出是由于煤中发生的化学反应引起的。这类假说的主要代表有“瓦斯水化物说”、“地球化学说”、“重煤说”等等。

有关化学本质的假说以推测居多，缺乏现场实践或实验室研究。例如，“瓦斯水化物说”，最早在1945 年提出，并没有得到多大的支持。到1969 年，由

于在多年冻土带中发现了以固体状态存在的天然瓦斯后，曾一度提高了这一假说

的地位，但迄今尚未在矿井中找到瓦斯水化物的实物。

4) 综合假说这类假说认为，突出是由地应力、瓦斯压力及煤的物理-力学性质等因素综合作用的结果。这一类假说由于全面考虑了突出发生的作用力和介质两个方面的主要因素，得到了国内外大多数学者的普遍承认。在这类假说中，有代表性的是“震动说”、“分层分离说”、“游离瓦斯压力说”、“能量假说”、“应力分布不均匀说”等等。

“能量假说”认为，含瓦斯煤层发生煤和瓦斯突出的条件，即可能造成突出式破碎的条件，可近似地用下式描述：

A=Wt+ 入

式中Wt——煤的弹性能；

入一一瓦斯的膨胀能；

5 神经网络方法进行突出预测

3、简述煤与瓦斯突出的类型及其各自的特征。 （15 分）

按预测预报范围和时间的不同， 预测方法可分为 井田、煤层和采掘区域性的突出危险性；第二是局部预测， 采掘工程等资料，进一步对局部地区或要点的突出危险性作

出判断；第三是日常预测，它是在区 域性预测、局部预测的基础上，根据突出预兆的各种异常效应，对突

出危险发出警告。

1 微震技术预测突出危险性

研究表明，煤和围岩受力破坏过程中发生破裂和震动，当从震源传出震波或声波的强度和频 率增加到

一定数值时，可能出现煤的突然破坏，发生突出。突出是由连续的多起断裂引起的，而 且异常的微震发射

通常在断裂之前

5〜45s 内产生，故微震法作为突出预报方法， 有其广阔的应用

前景。

2 煤层温度状况预测突出的危险性

温度状况预测突出危险性的理论根据是：瓦斯解吸时吸热，导致煤层温度降低。温度降低越 多，说明

煤层瓦斯解吸能力越强，则突出危险性越大。

3 煤层中涌出的氦或氡浓度的变化预测突出

研究表明在地震之前不仅有氡的反常涌出现象，而且有氦的反常涌出。前苏联学者考察了顿 涅茨煤田

中 2个不突出煤层和 4 个突出煤层的氦含量后指出：自由释放的瓦斯中，氦含量高，瓦 斯压力也相应的

高。煤中涌出的氦可以作为预测突出的一个指标，该项目正在继续进行。

4 电磁辐射强度预测突出危险

电磁辐射（EME ）是煤岩体受载变形破裂过程中向外辐射电磁能量的过程或物理现象， 与煤岩体 的受载状况及变形破裂过程密切相关。采用电磁辐射法预测煤与瓦斯突出的优点是：电磁辐射信 息综合反

映了煤与瓦斯突出等灾害动力现象的主要影响因素；可实现真正的非接触预测，无需打 钻，对生产影响

小，易于实现定向及区域性预测，不受含瓦斯煤体分布不均匀的影响；可实现动 态连续监测及预报，能够

反映含瓦斯煤体的动态变化过程；既能探测煤壁附近的突出危险性及突 出危险带的方位，又能检验防突措

4、试述煤与瓦斯突出预测的类型及方法。

15 分）

3 类：第一是区域性预测， 主要是确定煤田、

它是在区域性的基础上，根据钻探、