煤與瓦斯突出系指煤礦中這樣一種煤體動力現(xiàn)象,即在極短時間內(nèi),由煤體向巷道(包括采場)中突然噴出巨量的瓦斯和粉碎的煤,并在煤體中形成某種特殊形狀的空洞,噴出的粉煤被瓦斯流所攜帶運動,并造成一定的動力效應(推倒礦車,巨石,破壞支架等),大突出時粉煤可以充填數(shù)百米巷道,而噴出的瓦斯-粉煤流有時帶有暴風般的性質(zhì),逆風流充滿數(shù)千米長的巷道。
因此,煤與瓦斯突出是威脅煤礦安全生產(chǎn)的最嚴重的自然災害。自從1834年法國發(fā)生世界上第一次煤和瓦斯突出以來,40多個產(chǎn)煤國家發(fā)生了突出。我國的瓦斯突出極為嚴重,至今為止,已發(fā)生突出萬次以上。今年1--8月全國發(fā)生較大以上的突出31起,死亡182人,其中有14起發(fā)生在非突出礦井,占45.2%。對云南來說,近年隨著煤炭開采的向地下深部延伸和開發(fā)力度的加大,煤與瓦斯突出也隨之加劇。東源集團的羊場煤礦,田壩煤礦,恩洪煤礦均是突出礦井,恩洪突出還很嚴重。云南在建的最大規(guī)模井工煤礦---白龍山煤礦也已經(jīng)發(fā)生瓦斯突出。因此瓦斯突出災害的嚴重性云南已經(jīng)凸現(xiàn)。研究和掌握治理技術已經(jīng)很迫切。
煤與瓦斯突出一般是在工作面放炮或采掘等誘導因素出現(xiàn)后隨即發(fā)生的。這樣的突出稱之為正常突出。還有一種突出是在工作面放炮或采掘等誘導因素出現(xiàn)后延遲一定時間才發(fā)生,稱之為延期突出。延期突出由于延期時間有長有短,難以確定,不好預防。今年羊場曾經(jīng)發(fā)生過一次延期突出。那么,煤與瓦斯突出的機理是如何的呢?討論瓦斯抽放和突出治理的資料很多,但對突出機理進行詳細描述的資料卻很少,因此了解這方面知識對于研究和治理突出顯得很有必要。
人類對煤與瓦斯突出機理的研究已經(jīng)近200年了,對突出機理的假說不下40種,盡管各有差別,但歸納起來有六類,主要的仍然是三大類:瓦斯主導學說;地壓主導學說;綜合作用假說。本文介紹有代表性的幾種假說。
(一)瓦斯主導學說
該類學說認為,瓦斯是突出的主要原因和能源,而地壓和煤的物理力學性能則是為突出創(chuàng)造了有力條件。該類學說主要包括以下假說:
1)“瓦斯包”說(前蘇聯(lián)貝可夫提出)
突出的原因在于煤層中存在“瓦斯包”。該瓦斯包中的瓦斯壓力比鄰近區(qū)域要高得多,且包圍“瓦斯包”的煤體透氣性極小,使高壓瓦斯得以保存。當工作面接近這一“瓦斯包”時,高壓瓦斯破壞了煤壁,瓦斯攜帶破碎煤猛烈噴出,發(fā)生瓦斯突出。
2)突出波說(前蘇聯(lián)赫利斯特爾維切提出)
突出是煤層中所含潛能的顯現(xiàn),每噸煤中所含瓦斯的潛能要比煤層儲蓄的彈性變形能大10倍左右。在煤強度低的區(qū)域,煤層中的瓦斯壓力大于煤的極限破壞強度,在采掘工作面接近這些區(qū)域時,在瓦斯壓力作用下,可產(chǎn)生連續(xù)破壞煤體的“突出波”。