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煤與瓦斯突出機(jī)理

作者:鄧永平  
評(píng)論: 更新日期:2011年05月09日


  
  (三)能量假說(shuō)
  
  該假說(shuō)是在實(shí)驗(yàn)室研究實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的。認(rèn)為:除了重力和瓦斯壓力外,不存在別的激發(fā)突出原因。突出現(xiàn)象可以解釋為煤層狀態(tài)突然改變,以及煤潛能突然釋放所引起的煤層高速破碎。只有在煤突然破碎時(shí),潛能與動(dòng)能瞬時(shí)顯現(xiàn),瓦斯來(lái)不及正常排放,并將部分動(dòng)能傳遞給煤層,突出才會(huì)發(fā)生。
  
  發(fā)生煤與瓦斯突出的條件是:
  
  1)煤的內(nèi)能W和巖石動(dòng)能E足以完成煤向巷道內(nèi)移動(dòng)的功F和煤的破碎功U,即:
  
  W+E>F+U;沿層掘進(jìn)巷道的情況下,上式變?yōu)椋簑>F+U;巷道開(kāi)石門(mén)時(shí),則變?yōu)椋篧+Q>F+U,式中的Q為煤層游離瓦斯內(nèi)能。
  
  2)煤的破碎速度v1應(yīng)大于煤裂隙中瓦斯壓力下降的速度v2,即:v1>v2;在完成煤破碎前,瓦斯壓力p應(yīng)比已破碎煤的拋出阻力更高,即:p>m[g(fcosA+sinA)+v]/s,式中m—煤的質(zhì)量;
  
  s——破碎煤快的橫斷面積;
  
  g——重力加速度;
  
  f——煤沿某一表面移動(dòng)時(shí)與該面的摩擦系數(shù);
  
  A——煤層傾角;
  
  v——煤拋出時(shí)的加速度。
  
  (四)應(yīng)力分布不均勻假說(shuō)
  
  突出是由地應(yīng)力,瓦斯壓力和煤層構(gòu)造分布的不均勻引起的。而煤層構(gòu)造是影響煤的強(qiáng)度,透氣性和瓦斯含量等瓦斯地質(zhì)參數(shù)的主要因素。
  
  (五)化學(xué)本質(zhì)假說(shuō)
  
  (1)爆炸說(shuō):瓦斯突出是由于煤在很大的深度內(nèi)變質(zhì)時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)而引起的。
  
  (2)重碳說(shuō):在煤的形成時(shí)有許多重碳(原子量13)及帶氫同位素(原子量2)的重水,他們所形成的重的煤同位素稱(chēng)為重煤原子。當(dāng)進(jìn)行開(kāi)采時(shí)能發(fā)生突出。
  
  (六)綜合假說(shuō)
  
  此假說(shuō)種類(lèi)很多,有代表性的是前蘇聯(lián)霍多特等人于1976年最先提出的。其要點(diǎn)是:1)除了地層重力,高壓瓦斯外,在煤層中不存在任何其他能源。突出是地應(yīng)力,瓦斯壓力和煤的物理力學(xué)性能綜合作用的結(jié)果。2)地壓破碎煤體是造成突出的首要原因,而瓦斯則起著拋出煤體和搬運(yùn)煤體的作用。從突出總能量來(lái)說(shuō),瓦斯是完成突出的主要能源。3)實(shí)驗(yàn)資料表明,只有煤強(qiáng)度很低,與圍巖摩擦力不大時(shí),地壓造成的煤的變形前能和圍巖功能,才能把煤體破碎形成突出。煤強(qiáng)度是形成突出的一個(gè)極為重要的因素。
  
  從上面介紹的突出機(jī)理不難看出,瓦斯是突出的主要因素,沒(méi)有瓦斯就談不上瓦斯突出。沒(méi)有瓦斯的動(dòng)力現(xiàn)象稱(chēng)之為沖擊地壓;沒(méi)有動(dòng)力效應(yīng)的瓦斯急劇涌出稱(chēng)之為瓦斯噴出。因此可以說(shuō):治理瓦斯突出的方向是消除高壓瓦斯的存在。所以我國(guó)治理瓦斯的行政強(qiáng)制手段是“四位一體”防突。國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局要求:國(guó)有煤礦中的高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井,要嚴(yán)格按照《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》的要求,制定和落實(shí)瓦斯先抽后采的措施,推進(jìn)高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井加大瓦斯抽采力度,真正做到“多措并舉、應(yīng)抽盡抽、抽采平衡”,實(shí)現(xiàn)抽、掘、采關(guān)系平衡,確保不抽不采,達(dá)不到瓦斯抽采指標(biāo)要求的不采。發(fā)現(xiàn)達(dá)不到抽采指標(biāo)要求的采掘工作面,要立即停止生產(chǎn),限期達(dá)標(biāo),逾期仍不達(dá)標(biāo)的,必須按瓦斯抽采達(dá)標(biāo)煤量核減煤炭產(chǎn)量計(jì)劃;對(duì)小煤礦中的煤與瓦斯突出礦井和應(yīng)進(jìn)行瓦斯抽采的高瓦斯礦井,必須制定并落實(shí)瓦斯抽采規(guī)劃,建立瓦斯抽采系統(tǒng),2008年底前全部裝備到位并投入使用,逾期未安裝或不投入使用的,一律停止生產(chǎn)。高壓的游離瓦斯是突出的根源,防治瓦斯的關(guān)鍵就是要消除煤層中的突出瓦斯。其方向是:采取開(kāi)采解放層、抽放等措施,減少乃至消除煤層瓦斯,使之形不成瓦斯突出的條件;采取控制地壓新舉措,消除采掘工作面周邊應(yīng)力集中,從而解除瓦斯在“應(yīng)力三區(qū)”作用下運(yùn)移形成突出條件。根據(jù)瓦斯運(yùn)移的理念,在采掘工作面前方一定距離抽放瓦斯,可以有較好的抽放效果。

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