煤與瓦斯突出防治理論

摘要：煤與瓦斯突出（簡(jiǎn)稱(chēng)突出）是采掘過(guò)程中發(fā)生的嚴(yán)重自然災(zāi)害之一，它是煤礦井下含瓦斯煤體在極短的時(shí)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(dòng)力現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：煤與瓦斯突出動(dòng)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(jī)理研究事故的發(fā)生，嚴(yán)重地威脅礦山的生產(chǎn)及工人的生命安全。

因此各采煤國(guó)家投入了大量的人力物力，開(kāi)展突出機(jī)理、預(yù)測(cè)及防治技術(shù)的研究，提出的關(guān)于突出機(jī)理的假說(shuō)已有十幾種。國(guó)外主要可歸為4 類(lèi)觀點(diǎn)：地應(yīng)力假說(shuō)、瓦斯作用假說(shuō)、化學(xué)本質(zhì)假說(shuō)、綜合作用假說(shuō)。其中以綜合假說(shuō)———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(shuō)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(jī)槍聲、嗡嗡聲等，這些聲響在我國(guó)許多突出礦井統(tǒng)稱(chēng)為“煤炮”。在個(gè)別突出發(fā)生前，也會(huì)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(wú)光澤、煤干燥和煤塵增多等。

2.3地壓方面的預(yù)兆：支架來(lái)壓、掉渣、片幫、工作面煤壁外鼓、底鼓、煤眼變形裝不進(jìn)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(shí)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(cè)預(yù)報(bào)方法

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

靜態(tài)預(yù)測(cè)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(biāo)。這些指標(biāo)主要包括瓦斯指標(biāo)、煤層性質(zhì)指標(biāo)、地應(yīng)力指標(biāo)或它們的綜合指標(biāo)，預(yù)測(cè)則是考察其中的單個(gè)或同時(shí)考慮多個(gè)指標(biāo)是否超過(guò)臨界值。具體說(shuō)來(lái)，目前較多采用的指標(biāo)有鉆屑解吸指標(biāo)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(cè)方法的不足靜態(tài)法打鉆及參數(shù)測(cè)定需占用作業(yè)時(shí)間和空間，工程量很大，預(yù)測(cè)作業(yè)時(shí)間也較長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)有很大的影響。

預(yù)測(cè)所需費(fèi)用也較高。并且這種靜態(tài)法的準(zhǔn)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(cè)結(jié)果僅僅是局部的，并不能完全代表整個(gè)預(yù)測(cè)步長(zhǎng)范圍內(nèi)的突出危險(xiǎn)性，在預(yù)測(cè)時(shí)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(gè)時(shí)期內(nèi)的突出危險(xiǎn)性。

4、國(guó)內(nèi)外新型煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法

煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)由其產(chǎn)生機(jī)理假說(shuō)衍生出以下幾種方法：

4.1微震技術(shù)預(yù)測(cè)法研究表明，煤和圍巖在受力變形和破壞過(guò)程中，會(huì)發(fā)生破裂震動(dòng)，從震源傳出震波或聲波，當(dāng)震波或聲波的強(qiáng)度和頻率達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)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(dòng)波可以被安設(shè)在煤體內(nèi)的探測(cè)儀器（如地音器或拾音器）所接收，經(jīng)放大并記錄下來(lái)。20 世紀(jì)70 年代初以來(lái)，美國(guó)礦業(yè)局就用標(biāo)準(zhǔn)微震技術(shù)研究煤層結(jié)構(gòu)破壞。同時(shí)，采用超聲波監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)巖層響聲能量，研究人員利用低頻（1～10kHz）微震技術(shù)監(jiān)測(cè)和確定最可能發(fā)生沖擊地壓和突出的地點(diǎn)， 利用高頻（40～110kHz）微震技術(shù)確定發(fā)生突出的時(shí)間[3]。

4.2電磁輻射預(yù)測(cè)法電磁輻射預(yù)測(cè)的原理是在煤巖層受力變形破壞過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，電磁輻射強(qiáng)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?fàn)顟B(tài)有關(guān)，應(yīng)力越高、瓦斯壓力越大時(shí)電磁輻射信號(hào)就越強(qiáng)，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(hào)也越來(lái)越強(qiáng)；在應(yīng)力集中區(qū)，應(yīng)力和瓦斯壓力達(dá)最大值，煤體的變形破裂過(guò)程最強(qiáng)烈，電磁輻射源產(chǎn)生的電磁輻射信號(hào)最強(qiáng)；進(jìn)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(qiáng)度將有所下降。

4.3煤層溫度變化預(yù)測(cè)法其原理是瓦斯解吸時(shí)吸熱，導(dǎo)致煤層溫度降低，溫度降低越明顯，說(shuō)明煤層瓦斯解吸能力越強(qiáng)，則沖擊地壓和突出危險(xiǎn)性越大。突出過(guò)程中煤體在地應(yīng)力作用下發(fā)生破壞時(shí)，吸附在煤體中的瓦斯就會(huì)從煤體中解吸出來(lái)，同時(shí)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(guò)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(shí)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(cè)法還有灰色理論預(yù)測(cè)法、分形預(yù)測(cè)法等等。

二、總結(jié)

瓦斯災(zāi)害治理是煤礦安全治理的重點(diǎn)，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(huì)和諧的重要因素.幾十年來(lái)，我國(guó)在瓦斯災(zāi)害治理方面取得了可喜的成績(jī)，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(jìn)一步加強(qiáng)，要結(jié)合我國(guó)煤炭地質(zhì)的特點(diǎn)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(cè)技術(shù)和煤層溫度變化預(yù)測(cè)技術(shù)等，還要在煤層氣開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)方面做進(jìn)一步的研究。研究表明，隨著微震監(jiān)測(cè)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(cè)預(yù)報(bào)和防治中發(fā)揮著重要作用。

參考文獻(xiàn)：

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

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