煤與瓦斯突出機(jī)理淺析及預(yù)防對(duì)策展望

摘 要：煤與瓦斯突出事故嚴(yán)重影響礦井的安全生產(chǎn)，在綜合國(guó)內(nèi)外煤與瓦斯突出研究的基礎(chǔ)上，分析了煤與瓦斯突出作用機(jī)理，對(duì)煤與瓦斯預(yù)防措施進(jìn)行了歸納總結(jié)，并對(duì)煤與瓦斯突出的預(yù)防對(duì)策和控制措施出了幾點(diǎn)展望，以期能為礦井防突工作作出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：煤與瓦斯突出；作用機(jī)理；預(yù)防對(duì)策

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.057

1 引言

世界各主要產(chǎn)煤國(guó)都不同程度地發(fā)生過(guò)煤與瓦斯突出事故[1]，給礦井安全高效生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重威脅，隨著礦井采掘深度的不斷增加，煤與瓦斯突出礦井的數(shù)量也隨之不斷的增多，瓦斯治理難度加大，煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性也越來(lái)越顯著，因此有必要對(duì)礦井煤與瓦斯突出進(jìn)行更深入的研究。

2 煤與瓦斯突出的機(jī)理

煤與瓦斯突出預(yù)防的基礎(chǔ)是認(rèn)清楚煤與瓦斯突出機(jī)理。

2.1 瓦斯主導(dǎo)作用假說(shuō)

瓦斯主導(dǎo)作用假說(shuō)主要有瓦斯包說(shuō)。煤粉帶說(shuō)、卸壓瓦斯說(shuō)等11中假說(shuō)[2]，該假說(shuō)認(rèn)為低透氣性煤層中存儲(chǔ)的瓦斯起到主導(dǎo)作用，在采煤或者掘進(jìn)工作面臨近該區(qū)域時(shí)，由于受到采掘影響，煤層的透氣性增加，導(dǎo)致瓦斯突然涌出，引起煤與瓦斯突出事故發(fā)生。煤與瓦斯突出是連續(xù)的發(fā)展過(guò)程，如圖1所示。

2.2 地應(yīng)力主導(dǎo)假說(shuō)

地應(yīng)力主導(dǎo)假說(shuō)認(rèn)為地用力在煤與瓦斯突出過(guò)程中起到主導(dǎo)作用，由于采掘作用，煤體周邊存在能量釋放空間，在應(yīng)力重新分布引導(dǎo)下，存儲(chǔ)在圍巖中的地應(yīng)力得到釋放，導(dǎo)致煤體破碎，并伴隨著煤與瓦斯的大量噴出。

2.3 化學(xué)本質(zhì)作用假說(shuō)

煤與瓦斯突出是由于煤層在高溫、高壓等適合環(huán)境下，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生高壓瓦斯、水及其他易燃易爆氣體。當(dāng)煤層受采動(dòng)等擾動(dòng)影響，壓力一旦得到是釋放，以瓦斯為主的氣體不斷解析出來(lái)，壓力迅速增大，使煤與瓦斯涌出，并且隨著涌出的不斷進(jìn)行及壓力的不斷釋放，越來(lái)越多的瓦斯開(kāi)始解析，從而造成大量煤與瓦斯涌出。因此在地溫較高及開(kāi)采深度較深的礦井采掘工程中，應(yīng)高度重視壓力溫度變化下煤層性質(zhì)的變化，注重預(yù)防工作。

2.4 綜合作用假說(shuō)

該假說(shuō)認(rèn)為，煤與瓦斯突出是地應(yīng)力、復(fù)存在煤層中的瓦斯、煤體自身的物化性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造等多種因素共同作用的結(jié)果，但各個(gè)因素在煤與瓦斯突出過(guò)程中起到的作用仍未有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。圖2為胡千庭等[3]關(guān)于煤與瓦斯突出的力學(xué)作用過(guò)程的描述。

3 預(yù)防和控制措施

（1）因地制宜的運(yùn)用防突措施。由于煤與瓦斯突出影響因素及發(fā)生的地質(zhì)條件的復(fù)雜多樣，學(xué)者們從不同的角度對(duì)突出的機(jī)理進(jìn)行了分析和探討。但是針對(duì)某一具體條件下的礦井及煤層，選用哪一套理論進(jìn)行防突的指導(dǎo)，沒(méi)有形成統(tǒng)一的機(jī)制。（2）加強(qiáng)突出危險(xiǎn)性鑒定工作。為了從根本上杜絕煤與瓦斯突出事故，應(yīng)從礦井設(shè)計(jì)前期就對(duì)煤層進(jìn)行煤與瓦斯突出鑒定工作，根據(jù)鑒定結(jié)果，合理設(shè)計(jì)礦井各大系統(tǒng)，從決策高度重視煤與瓦斯治理工作。（3）開(kāi)采過(guò)程中監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)。在易發(fā)生突出的地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)預(yù)警，并且對(duì)預(yù)警信號(hào)進(jìn)行危險(xiǎn)性等級(jí)劃分，使現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員及地面控制人員及時(shí)進(jìn)行信息的獲取和傳輸[4-5]。在危險(xiǎn)到來(lái)前，以便及時(shí)撤離危險(xiǎn)區(qū)域或者避免突出的發(fā)生或者采取相應(yīng)的措施，避免突出的發(fā)生。（4）區(qū)域性防突措施。區(qū)域性防突就是較大范圍的對(duì)煤層進(jìn)行消突，并嚴(yán)格執(zhí)行“四位一體”防突體系，合理部署采掘情況。（5）發(fā)展煤與瓦斯共采技術(shù)。發(fā)展煤與瓦斯共采技術(shù)或者在煤層開(kāi)采前就進(jìn)行瓦斯的抽采不僅能夠有效防治突出的發(fā)生，而且能夠在一定程上緩解我國(guó)的清潔能源短缺的局面。

4 展望

為了加強(qiáng)煤與瓦斯治理工作，筆者提出以下三點(diǎn)展望。

（1）煤與瓦斯突出圍觀上是煤層空隙、瓦斯、裂隙等煤體自身物性質(zhì)在地應(yīng)力、高溫、高壓及采動(dòng)影響作用下作用的結(jié)果，宏觀上表現(xiàn)為煤與瓦斯的噴出。（2）現(xiàn)場(chǎng)工程人員與科研人員必須有效的合作和交流，從理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐相結(jié)合的角度制定針對(duì)不同煤層條件、不同開(kāi)采技術(shù)條件的防突機(jī)制。（3）加強(qiáng)煤礦自動(dòng)化技術(shù)的研發(fā)工作，針對(duì)突出煤層的采掘工作面，發(fā)展無(wú)人采煤、無(wú)人掘進(jìn)技術(shù)，并針對(duì)整個(gè)井田進(jìn)行三維監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)研究。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于煤層賦存條件、瓦斯含量、煤層物化性質(zhì)復(fù)雜多樣，突出影響因素的不確定性，采掘方法的差異性，導(dǎo)致目前為止仍未有較為統(tǒng)一、通用的防突體系。煤礦科研人員及廣大的礦井工程技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有條件，因地制宜的對(duì)礦井防突措施進(jìn)行研究，并較強(qiáng)溝通，不斷探索出新的更有效的放突手段、有效的預(yù)警信息系統(tǒng)，為煤礦的安全高效生產(chǎn)做出貢獻(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介：黃永佳（1972-），男，貴州遵義人，工程師，紅林煤礦通防副總，主要從事一通三防防治工作。