煤与瓦斯突出防治理论
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作者: 赵凯悦 庞立宁 何银银
摘要：煤与瓦斯突出（简称突出）是采掘过程中发生的严重自然灾害之一，它是煤矿井下含瓦斯煤体在极短的时间内，从煤壁内部向采掘空间突然喷出大量煤和瓦斯的动力现象。
关键词：煤与瓦斯突出动力现象
一、煤与瓦斯出防治理论现状
1、煤与瓦斯突出机理研究事故的发生，严重地威胁矿山的生产及工人的生命安全。
因此各采煤国家投入了大量的人力物力，开展突出机理、预测及防治技术的研究，提出的关于突出机理的假说已有十几种。国外主要可归为4 类观点：地应力假说、瓦斯作用假说、化学本质假说、综合作用假说。其中以综合假说―――地应力、瓦斯和煤的物理力学性质三因素综合作用的假说得到大多数煤矿瓦斯科技工作者的赞同。
2、煤与瓦斯突出预兆突出预兆主要有以下几种
2.1声响预兆：煤体中发出闷雷声、爆竹声、机枪声、嗡嗡声等，这些声响在我国许多突出矿井统称为“煤炮”。在个别突出发生前，也会出现渗水声和其他声响。
2.2煤结构变化预兆：煤层层理紊乱、煤变松软、煤变暗而无光泽、煤干燥和煤尘增多等。
2.3地压方面的预兆：支架来压、掉渣、片帮、工作面煤壁外鼓、底鼓、煤眼变形装不进药等。
2.4瓦斯方面的预兆：风流瓦斯浓度增大瓦斯浓度忽大忽小、打钻时夹钻顶钻、钻孔喷煤喷瓦斯等。
3、传统的煤与瓦斯突出预测预报方法
3.1 传统的突出预测方法传统的煤与瓦斯突出预测方法是静态的不连续接触式预测。
静态预测的根据就是含瓦斯煤体性质及其赋存条件的某些量化指标。这些指标主要包括瓦斯指标、煤层性质指标、地应力指标或它们的综合指标，预测则是考察其中的单个或同时考虑多个指标是否超过临界值。具体说来，目前较多采用的指标有钻屑解吸指标K1 值、钻孔瓦斯涌出初速度q、钻屑量S、瓦斯放散指数△P、煤体普氏系数f、瓦斯压力P 等[2]。
3.2 传统预测方法的不足静态法打钻及参数测定需占用作业时间和空间，工程量很大，预测作业时间也较长，对生产有很大的影响。
预测所需费用也较高。并且这种静态法的准确性也不是很高，易受人工或其它各种因素的影响，煤层或煤体及其内部所含有的瓦斯并不是均匀分布的，也不是稳定的。在钻孔附近取得的预测结果仅仅是局部的，并不能完全代表整个预测步长范围内的突出危险性，在预测时取得的结果也只是静态的，并不能完全代表煤体稳定前整个时期内的突出危险性。
4、国内外新型煤与瓦斯突出预测预报方法
煤与瓦斯突出预测预报由其产生机理假说衍生出以下几种方法：
4.1微震技术预测法研究表明，煤和围岩在受力变形和破坏过程中，会发生破裂震动，从震源传出震波或声波，当震波或声波的强度和频率达到一定数值时，就会出现煤岩体的突然破坏，发生冲击地压和（或）突出。煤岩体内的震动波可以被安设在煤体内的探测仪器（如地音器或拾音器）所接收，经放大并记录下来。20 世纪70 年代初以来，美国矿业局就用标准微震技术研究煤层结构破坏。同时，采用超声波监测技术来监测岩层响声能量，研究人员利用低频（1～10kHz）微震技术监测和确定最可能发生冲击地压和突出的地点， 利用高频（40～110kHz）微震技术确定发生突出的时间[3]。
4.2电磁辐射预测法电磁辐射预测的原理是在煤岩层受力变形破坏过程中会产生电磁辐射，电磁辐射强度取决于所受力的大小和煤岩体的物理力学性质。电磁辐射与煤的应力状态及瓦斯状态有关，应力越高、瓦斯压力越大时电磁辐射信号就越强，电磁辐射脉冲数就越大。在采掘工作面前方卸压区内，煤体发生屈服，大量裂隙形成，力及瓦斯压力降低。由卸压区到应力集中区，应力及瓦斯压力升高，在垂直于煤壁的内部方向上单位煤体产生的电磁辐射信号也越来越强；在应力集中区，应力和瓦斯压力达最大值，煤体的变形破裂过程最强烈，电磁辐射源产生的电磁辐射信号最强；进入原始应力区，不同深度方向上电磁辐射源产生的电磁辐射的强度将有所下降。
4.3煤层温度变化预测法其原理是瓦斯解吸时吸热，导致煤层温度降低，温度降低越明显，说明煤层瓦斯解吸能力越强，则冲击地压和突出危险性越大。突出过程中煤体在地应力作用下发生破坏时，吸附在煤体中的瓦斯就会从煤体中解吸出来，同时由于煤体破裂后裂隙空间增大，瓦斯气体的膨胀也将使煤体温度降低，因此突出过程中煤体温度的降低主要由瓦斯解吸和瓦斯膨胀吸热造成。实践表明，煤层瓦斯含量越高，这一效应越明显；凡是煤岩体温度突然大幅度降低，则预示着工作面附近有较大的地质构造（如煤层突然变厚、变薄、倾角突变等），有发生突出或地压变大的可能性[4]。其他预测法还有灰色理论预测法、分形预测法等等。
二、总结
瓦斯灾害治理是煤矿安全治理的重点,是煤炭工业走持续发展道路的前提和保证,也是社会和谐的重要因素.几十年来,我国在瓦斯灾害治理方面取得了可喜的成绩,但随着采矿产业的发展,生产能力的提升,采深的增大,矿井瓦斯涌出量倍增。因此,矿井瓦斯灾害防治工作要进一步加强,要结合我国煤炭地质的特点研究新的、较为前沿的瓦斯灾害防治技术,如微震技术、煤层温度变化预测技术和煤层温度变化预测技术等,还要在煤层气开发的关键技术方面做进一步的研究。研究表明，随着微震监测技术、电磁辐射技术和人工神经网络等理论的成熟，它们将在突出预测预报和防治中发挥着重要作用。
参考文献：
[1]张荣立．煤矿设计手册[M]．北京：煤炭工业出版社，2005
[2]张先尘．中国采煤学[M]．北京：煤炭工业出版社，2003
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