瓦斯的喷出和突出.ppt

第四章瓦斯的喷出和突出,山东科技大学,41煤(岩)与瓦斯突出概况,煤矿地下来掘过程中，在很历时间(数分钟)内，从煤(岩)壁内部向采掘工作空间突然喷川照(岩)和瓦斯的现象，人们称为煤(肖)与瓦斯突出，简称瓦斯突出或突出。它是一种伴有声响和猛烈力能效应的动力现象，它能摧毁井巷设施、破坏矿井通风系统使井巷充满瓦斯和煤(岩)抛出物，能造成人员窒息、煤流埋入，甚至可能引起瓦斯爆炸与火灾事故，导致生产中断等，因此它是煤矿最严重的灾害之一。,42矿井瓦斯突出的分类及其一般规律,4.2.1煤(岩)瓦斯突出的分类及其危险程度的划分人们把矿井中有瓦斯参与抛出煤岩的现象称为煤(岩)瓦斯突出，它包括煤与瓦斯突出(简称突出)；煤体压出并伴随大量瓦斯涌出(简称压出)；煤体倾出称倾出)；岩石与瓦斯突出等根据煤(岩)瓦斯突出的动力现象的力危险程度的不同，可分别进行分类。1)按动力现象的力学(能源)特征分类根据动力现象的力学(能源)特征不同可分为突出、压出与倾出三类，各类动力现象的特征及其鉴别指标见表421。,发动突出的主要作用力是地应力和瓦斯压力的联合作用，通常以地应力为主，瓦斯压力为辅重力不起决定作用。实现突出的基本能源是煤内积蓄的高压瓦斯潜能、因此突出的各基本特征也绦于此。发动与实现压出的主要作用力是地应力，瓦斯压力与煤的自重是次要因素压出的基本能源是煤岩所积蓄的弹性变形能。这就构成了压出的各主要特征。发动倾出的主要因素是地应力、即结构松软、含有瓦斯致使内聚力降低的煤，在较高地应力作用下，突然破坏、失去平衡，为其位能的释放创造了条件。实现倾出的主要力是失稳煤的自重，因此，呈现出倾出的各主要特征。,2)按动力现象的强度分类,强度是指每次动力现象抛出的煤(岩)的数量(以t或m为单位)和瓦斯量(以m为单位)。由于在动力现象发生过程中瓦斯量的计量工作尚存在一些技术问题(如自动记录仪表，统一计算标准等)，现在分类主要依据抛出的煤(岩)重量，据此可分为；小型突出：强度50t次(突出后，经过几十分钟瓦斯浓度可恢复正常)；中型突出：强度50一99t次(突出后，经过一个工作班以上瓦斯浓度可逐步恢复正常),次大型突出：强度100一499t次(突出后，经过一天以上瓦斯浓度可逐步恢复正常)；大型突出：强度500一999?次(突出后，经过几天回风系统瓦斯浓度可逐步恢复正常)；特大型突出：强度1000t次(突出后，经过长时间诽放瓦斯，回风系统瓦斯浓度才恢复正常)。3)突出危险程度的划分根据防治煤与瓦斯突出细则(以下简称防突细则)(煤炭工业部1995年制定)对于突出危险程度的划分规定如下：,(1)突出矿井与突出煤层：矿井在采掘过程中只要发生过一次煤与瓦斯突出。该矿井即定为突出矿井，发生突出的煤层即定为突出煤层。(2)突出危险区、突出威胁区和元突出危险区：突出煤层经区域预测可划分为突出危险区、突出威胁区印元突出危险区。(3)突出危险工作面与无突出危险工作面：在突出危险区内工作面进行采掘作业前应进行工作面预测。采掘工作面经预测后，可划分为突出危险工作面和无突出危险工作面。422煤与瓦斯突出发生的一般规律根据我国主要突出矿区如天府、南桐、里王庙、焦作、六枝等的统计资料表明突出发生的一般规律有：,1)突出发生在一定的深度上见表422。开始发生突出的最浅深度称为始突深度、一般它比瓦斯风比带的深度探一倍以上。随着深度的增加突出的危险性增高，这表现突出的次数增多、突出的强度增大、突出煤层数增加、突出危险区域扩大(从点突出发展到多点突出甚至再发展到几乎点点突出)。始突深度标志着突出需要起码的地应力与瓦斯压力。2)突出的次数和强度随着煤层厚度持别是软分层的厚度的增加而增多。突出最严重的煤层一般是最厚的主采煤层。因此突出对矿井的安全生产与经济效益有重大影响。3)突出的气体种类主要是甲烷，个别矿井(吉林营城、甘肃窑街)突出二氧化碳突出煤层的瓦斯含量、开采时的相对瓦斯涌出量都在Iom八以上，即突出都发生在高瓦斯矿井内。,同一煤层，其瓦斯压力越高，突出危险性越大。发生突出的瓦斯压力最小值可用以下统计公式估算：AminA01十BVf)(4-21)式中Amin煤层发生突出瓦斯压力是小值，MPa；f一软煤分层的坚固性系数；v软煤分层的挥发分含量，A.B一统计常数据我国26个矿井始突深度位置的统计资料，A5，jo017,4)突出煤层的持点是煤的力学强度低(fo8)而且变化大；透气性差(透气性系数10m“MPa2d)；瓦斯放散初速度高p15)；湿度小；层理紊乱、遭受过地质构造力严重破坏的“构造煤”。5)突出危险区呈带状分布这是因为影响突出的主要因素受地质构造控制的缘故、而地质构造具有带状分布的特征。向斜轴部地区、向斜构造中局部隆起地区、向斜油部与断层或沼曲交汇地区、火成岩侵入形成交质煤与非变质煤交混或邻近地区、煤层扭转地区、煤层倾角骤变、走向拐弯、变厚持别是软分层变厚地区，压性、压扭性断层地带、煤层构造分岔、项、底板阶梯状凸起地区等都是突出点密集地区，也是大型甚至特大型突出地区。,7)采掘工作往往可激发突出，持别是落煤与震动作业，不仅可引起应力状态的变化而且可使动载荷作用在新暴露煤体上造成煤的突然破碎。例如，据我国7765次突出的统计资料，放炮5g起的突出为4243次，占55；打钻5起的突出为197次，占25；风动工具引起的突出602次占78；手镐作业的突出为979次。占126；水力落煤的突出111次，占14；机组采煤的突出62次，占o，8(以上落煤作业总计达6194次，占80)；作!贬情况记录不祥的的突出I338次，占172；其他作业的突出177次、占23；突出前没有作业的仅56次占o7。其中放炮诱导突出作用最强因为它既有“探捐”停用、又产生较大的震动作用。前者使内部煤体突然解除约束，变为表面状态，导致其破碎；后者的动应力与静应力叠加，故加重其破碎，引起的突出强度大大增加。由此可见，采掘作业引起煤体的应力状态变化越剧烈，突出强度就可能越大。,6)受煤自重影响，由上前方向巷道方向的突出占大多数，从下方向巷道的突出为数极少。突出的次数有随着煤层倾角增大而增多的趋势,(8)绝大多数突出都有预兆。它是突出准备阶段的外部表现。预兆大体可分为三个方面：地压显现方面的预兆有，煤炮声、支架声响、掉昨、岩煤开裂、底鼓、岩与煤自行剥落、煤壁外鼓、来压、煤壁颤动、钻孔变形、垮孔顶钻、夹钻杆、钻粉量增大、钻机过负荷等。瓦斯涌出方面的预兆有，瓦斯涌出异常、瓦斯浓度忽大忽小、煤尘增大、气温与气味异常、打钻喷瓦斯、喷煤、哨声、蜂鸣声等。煤力学性能与结构方面的预兆有，层理紊乱、煤强度松软或软硬不均、煤暗淡无光泽、煤厚变化大、倾角变陡、波状隆起、格曲、顶、底板阶状凸起、断层、煤干燥等等。例如，据里王庙煤矿统计在61次突出中，仅发现瓦斯与地压预兆110次、平均每次突出预兆有2种，仅有6次突出未发现瓦斯与地压预兆。在预兆中出现煤炮最多达50次，掉砟20次，底鼓7次，其它地压预兆12次。在瓦斯预兆中以瓦斯浓度变化预兆最多达14次喷瓦斯6次合计20次。9)突出危险性随着有硬而厚的围岩(硅质灰岩、砂岩等)存在而增高。,10)从巷迈类型与突出危险性的关系上看以石门为最危险，见表424。它的平均突出强度都在数百吨以上，瓦斯喷出量超过数万立方米，波及范围广，易造成非常严重的重大事故。而且从石门工作面距煤层2m起至穿过煤层全厚而进入顶板或底板2m止，整个揭穿过程都有危险，也曾发生过仅2m厚煤层在石门揭穿过程中突出两次的实例。,43煤与瓦斯突出机理,431煤与瓦斯突出机理研究概况煤与瓦斯突出给煤矿安全生产，特别是井下人员的生命财产安全造成了极其严重的威胁。为了防止这类灾害事故的发生，保障煤矿井下安全生产世界上各主要产煤国均投入了大量纳入力、物力研究煤与瓦斯突出机理以便为突出危险性预测和防突措施的制定与实施提供科学依据。但是，迄今为止，人们对于突出过程中煤岩体破坏与发展机制的认识还停留在定性与假说性阶段，对于突出过程中哪些因素起主要作用以及与其它因素间的作用机理还把握不准，故而只能对某些突出现象给予解释，还不能形成统一完整的理论体系。目前这些关于煤与瓦斯突出机理的假说，归纳起来主要有如下几类：,4311单因素作用假说,单因素作用假说主要有：瓦斯主导作用假说，地压主导作用假说以及化学本质作用假说，而主要特点是强调单因素起主导作用。1)瓦斯主导作用假说：以瓦斯为主导作用的假说。主要有；“瓦斯包”说、粉煤带说、煤孔隙结构不均匀说、突出波说、裂缝堵塞说、闭合空隙瓦斯释放说、瓦斯膨胀说、卸压瓦斯说、火山瓦斯说、地质破坏带说、瓦斯解吸说2)地压主导作用假说：以地压为主导作用的假说。主要有：岩石变形潜能说、应力集中说、塑性变形说、冲击式移近说、拉应力波说、应力叠加说、放炮突出说、顶板位移不均匀说3)化学本质作用假说：以化学本质为作用的假说。主要有：瓦斯水化物说、地球化学说、硝基化合物说。,4312综合作用假说,综合作用假说认为：煤与瓦斯突出是由地应力、包含在煤体中的瓦斯以及煤体自身物理力学t质三者综合作用的结果。持综合作用假说观点的学者都承认，煤与瓦斯突出是综合因素作用的结果，但对各种因素在突出中所起的作用却说法不一。例如，法国学者入伯兰等认为瓦斯因素是主要的；而前苏联学者B比霍多持、日本学者肌部俊郎等许多学者则认为地应力是主要的，即地应力是发动突出、发展突出的主要因素，瓦斯是帮助突出发展的因素。目前，具有代表性的综合作用假说主要有：振动说、分层分离说、破坏区说、游离瓦斯压力说。,上述的综合假说比前面的单向因素的假说大大进了一步，它们能解释的突出现象也比其它各种单项因素的假说多。但是，还有其它一些突出现象不能解释、加：1.突出的区域性分布；2.石门的自行揭开；3.过煤门时的大强度突出；4.震动放炮揭开煤层时的延期突出；5.突出时瓦斯喷出量超过煤层的瓦斯含量几十倍甚至几百倍由于煤于瓦斯突出是极其复杂的动力现象，故而对突出机理的认识目前仍然处于定性综合作用假说阶段，即煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯和煤的物理力学性质三者综合作用的结果，是聚集在围岩和媒体中大量潜能的高速释放，并认为高压瓦斯在突出的发展过程中起决定性的作用地应力是激发突出的因素，而煤的物理力学性质则是阻碍突出的因素。,4.3.2突出的发展过程及各因轰的作用,4.321突出的发展过程突出煤体经历着能量的积聚过程，使之逐渐发展到临界破坏甚至过载的脆弱平衡状态。突出的发展过程一般可划分为四个阶段，即：(1)准备阶段该阶段的特点是：在工作面附近的煤壁内形成高的地应力与瓦斯压力梯度。即在有利的约束条件(石门岩柱，煤巷的硬煤包裹体)下，媒内地应力梯度急剧增高，能够叠加着各种地应力，形成很高的应力集中，积聚着很大的变形能；同时由于孔隙裂隙的压缩，使瓦斯压力增高瓦斯内能也增大。在这个阶段，会显现多种有声的与无声的突出预兆。准备阶段的时间可在很大范围内变化，也可在几秒钟内完成(如在震动放炮或顶板动能冲击条件下)。,(2)激发阶段该阶段的特点是地废力状态突然改变，即极限应力状态的部分煤体突然破坏，卸载(卸压)并发生巨响和冲击；向巷道方向作用的瓦斯压力的推力由于煤体的破裂，顿时增加几倍到十几倍，伴随着裂隙的生成与扩张，膨胀瓦斯流开始形成大量吸附瓦斯进入解吸过程而参与突出。大量的突出实例表明，工作面的多种作业都可以引起应力状态的突变而激发突出。例如各种方式的落煤、打眼、刨柱窝、修整工作面煤壁等都可以人为激发突出，而且统计表Bj，应力状态变化越剧烈，突出的强度越大。因此，震动放炮、一般爆破是员易引发突出的工序。(3)发展阶段该阶段具有两个互相关联的特点，一是突出从激发点起向内部连续剥离并破碎煤体，二是破碎的煤在不斯膨胀的承压瓦斯风暴中边运送边粉碎。前者是在地应力,与瓦斯压力共同作用下完成的，后者主要是瓦斯内能作功的过程。煤的粉化程度、游离瓦斯含量、瓦斯放散初速度、解吸的瓦斯量以及突出孔周围的卸压瓦斯流，对瓦斯风暴的形成与发展起着决定作用。在该阶段中媒的剥离与破碎不仅具有脉冲的特征面且有时是客轮回的过程。这可以从突出物的多轮回5B积特征中得到证实，也可以从突出过程实测记录中找到依据。图431是顿巴斯“红十月”矿m：煤层采煤工作面一次突出的震动波图与突出孔的形成过程。突出发生在倒台阶工作面的一个隅角、这次突出由四个轮回组成。如果认为备轮的破碎煤量与该轮的震动波持续时间成正比、则四个轮回的持续时间依次为28s、64s、5os和28s，则备轮的破碎煤量相应为7t、15t、11t和7t，各轮回之间的间歇时间为o一5s。,造成脉冲与轮回性的原因主要是地应力、瓦斯压力与煤的强度的不均匀分布等所致。连续剥商并破碎煤体以及突出7L周围的卸压瓦斯流是产生瓦斯风暴的前提而瓦斯风暴连续不断地把破碎的煤及时运走，是使剥商与破碎媒体连续向内部发展的必要条件，因为这样才能使突出孔壁近处煤体保挎着一个较高的地应力梯度和瓦斯压力梯度。(4)终止阶段突出的终止有以下两种情况：一是在剥离和破碎媒体的扩展中遇到了较硬的煤体或地应力与瓦斯压力降低不足以破坏媒体；二是突出ZL道被堵塞其ZL壁由突出物支撑建立起新的供平衡或孔洞瓦斯压力因其被堵塞而升高、地应力与瓦斯压力梯度不足以别离和破碎煤体。,但是，这时突出虽然停止了，而突出孔周围的卸压区与突出的煤涌出瓦斯的过程并没有停止，异常的瓦斯涌出还要持续相当长时间。,43.22突出发展过程中各因素的作用,地应力、瓦斯压力和煤强度在突出过程中各个阶段所起的作用可以是不同的。在通常情况下，突出的激发阶段，破碎煤体的主导力是地应力(包括重力应力、地质构造应力、采动引起的集中应力以及煤吸附瓦斯引起的附加应力等)。因为地应力的大小，通常比瓦斯压力高几倍；而在突出的发展阶段，剥离媒体靠地应力与瓦斯压力的联合作用，运送与粉碎煤炭是靠瓦斯内能。根据对若干典型突出实例的统计数据进行计算。在突出过程中瓦斯提供的能量比地应力弹性能高36借以上。压出和倾出时煤体的最初破碎的主导力也是地应力。在极少数突出实例中也可以看到瓦斯压力为主导力发动突出的现象，这时需要很大的瓦斯压力梯度与非常低的煤强度。,突出煤的重要力学特征是强度低和具有揉皱破碎结构、即所谓“构造煤”。这种煤处于约束状态时可以储存较高的能量，并使透气性锐减形成危险的瓦斯压力梯度；而当处于表而状态时，它极易破坏粉碎，放散瓦斯的韧速度高、释放能量的功率大因此当应力状态突然改变或者从约束状态突然变为表面状态时容易激发突出。,地压力在突出过程中的主要作用有三：一是激发突出；二是在发展阶段中与瓦斯压力梯度联合作用对煤体进行剥离、破碎；三是影呐媒体内部裂隙系统的闭合程度稿生成新的裂隙、控制着瓦斯的流动、卸压瓦斯流和瓦斯解吸过程，当煤体突然破坏时，伴随着卸压过程、新旧裂隙系统连通起来并处于开放状态，顿时显现卸压流动效应，形成可以携带破碎煤的有压头的膨胀瓦斯风暴。,瓦斯在突出过程中的主要作用有三：一是在某些场合，当能形成高瓦斯压力棵度(例如2MPacm)时，瓦斯可独立激发突出，在自然条件下，由于有地应力配合可以不需要这样高的瓦斯压力梯度就可以激发突出52是发展与实现突出的主要因素。二是在突出的发展阶段中、瓦斯压力与地皮力配合连续地剥离破碎煤体使突出向探部传播；,三是膨胀着的具有压头的瓦斯风暴不断地把破碎的煤运走、加以粉碎，并使新暴露的突出孔壁附近保持着较高的地应力梯度与瓦斯压力梯度为连续别离煤体准备好必要条件。就这个意义上说突出的发展或终止将取决于破碎煤炭被运出突出孔的程度，及时而沉杨的运走突出物会促进突出的发展、反之突出孔被堵塞时，突出孔壁的瓦斯压力梯度骤降，可以阻止突出的发展以致使突出停止下来。,43.3煤巷卸压带对煤与瓦斯突出的作用机理,实践表明f煤与瓦斯突出和工作面前方卸压区的大小有关，一般情况下，当卸压区缩短、且煤面附近存在高压瓦斯时，就会引起突出。煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯和煤强度三音相互作用的结果。而实际上，在矿井中并不是只要满足地应力、瓦斯和煤强度三吉的关系就会发生突出倘若高的地应力、瓦斯压力和低的煤强度所处位置远离采掘工作面，则理所当然就不会引起突出。反之，在采掘工作面附近，就会引起突出也就是说，和工作面前方的卸压区有关。,4331煤体作为连续性介质的条件,物质是有结构的，结构体间联结本质决定着物质的物理力学性质。通常把结构体间直接由分子引力或离子引力联结起来的物质视为连续介质，这种物质变形前是连续的，变形过程中仍然保持为连续。但是，对煤体而言，上述假设很难无条件成立，其原因为：大多数煤(岩)体都存在裂隙。组成煤(岩)体的基本结构单元间的联结强度较低，在不太大的应力作用下即可遭到破坏，即使变形前是连续的，变形过程中往往就变为不连续的。物体连续性的重要标志之一是，其泊松比小于o5，而煤(岩)体的泊松比有的大于o5，这表明这类煤(岩)体是不连续的。,但是，在理论研究和实际工作中，为了能够应用连续介质力学理论的成果，往往把煤(岩)体看作是连续介质煤(岩)体来加以研究，这种假设在一定条件下是允许的、一般认为在下列情况下煤(岩)体具有连续介质的特征：结构而不连续延展，切割不成分离的物体，而具有完整结构的煤(岩)休。在较高的围岩压力作用下，结构面闭合，在摩擦力作用下，使煤(岩)体在传递应力或变形破坏过程中，结构而不起主导作用。在人工改造作用下，使煤(岩)体结构而人工愈合，而使煤(岩)体变为完整结构煤(岩)体。,在围压作用下、形成煤(岩)体连续性有两种情况:其一是：在结构而摩擦力作用下、且在一定的应力范围内，岩体内应力传递具有连续性。在这种情况下，研究煤(岩)体变形时可以作为连续介质。其二是13围压继续增高时，结构而力学效应完全消失，结构面不仅在应力传播上不起作用面且在岩体破坏方面也不起作用，构成了破坏机制的转化这种转化受两种重要成分控制，即岩性和地应力。综上所述，连续性介质煤(岩)体有两种基本类型：元裂隙的连续性介质煤(岩)体，或是煤(岩)体内裂隙小相对较小的煤块中才能存在。有裂隙的连续性介质煤(岩)体。可忽略，这种情况一般只在,这两种连续介质煤(岩)体的重要区别之一是它受力作用时，煤(岩)体内部应力分布状态有所差别。无裂隙的连续介质煤(岩)体受力时很少出现高水平的应力集中，或者说其所产生的应力集中不足以影响煤(岩)体的力学性质。此外，在这种煤(岩)体内由于成分不均一，以及形状效应等也存在有应力集中，但其应力集中水平也不高；在有裂隙的连续介质煤(岩)体内，在型隙的终端经常形成有高度的应力集中，造成了煤(岩)体破坏的突破点使煤(岩)体的强度大大降低。此外，煤体内(其中包括煤块)总是或多或少存在有裂隙它决定了其力学试验结果总是存在有分散性，而分散性的大小则主要决定于煤体内裂隙存在状况。,43.32巷道煤层区域中应力分布状态及其划分,煤矿井下来矿作业破坏了原始地层的应力平衡状态，使煤体中的应力重新分布。一般情况下，在采掘空间形成的较短时间内，首先在采掘空间界面附近形成较高的集中应力(又称支承压力)，当集中应力值达到媒体的强度极限后该部分煤体首先发生屈服变形，使集中应力向煤体深部传播，经过一定时间后，形成卸压区(应力松弛区)、应力集中区和原始应力区、如图432所示，在这三个区中，媒体所受应力和变形性质各有差异。,（1）卸压区：由于集中应力(或支承压力)的作用，使煤体边缘首先被压酥，形成裂隙，造成煤体强度显著降低，只能承受低于原岩应力的载荷，故称之为卸压区(或应力降低区)如图432所示。由于煤体被压酥使集中应力的作用点向煤体深部转移。据1956年原苏联矿业研究所的资料，卸压区的宽度为3m左右。我国研究人员研究表明：卸压区的宽度可变化在z一5之间，主要与集中应力的大小、煤层采高和煤层软硬有关。一般认为，集中应力越大、煤层厚和煤质软，则卸压区的宽度也越大。,(2)集中应力区：集中应力区又可分为塑性变形区和弹性变形区。如图432中X0Xi为塑性变形区，在这一区域，由于煤层与顶底板之间摩棕力逐渐增加，使煤体所受的水平挤压力增大此时，煤体受力状态为双向乃至三向受力状态，其强度增大。所受压力逐渐增高直至集中应力峰值。,理论和实践表明:塑性区宽度大小取决于煤层开采深度、煤层厚度、煤层性质及其顶底板岩性等。从峰值应力再深向煤体，集中应力随着远离煤壁而逐渐衰减，该阶段煤体由于所受应力未达到屈服值，煤体基本上处于弹性变形阶段，故而称之为弹性变形区。(3)原始应力区：该阶段煤体由于远离采掘空间，不受采动压力的影响，故而，媒体所受应力仍处于原岩应力状态。,综上所述，由于塑性区和卸压区中的媒体经受了峰值应力的作用，超过了煤体的最大承载能力，在这一区域内的煤体处于极限应力状态。而处于极限应力状态的煤体通常只能承担一部分策中应力，在大多数情况下紧靠采掘空间的卸压区中的煤体甚至连集中应力区以外，一般的原岩应力也担负不了，而只能担负低于原岩应力的部分。在含瓦斯煤休中,极限状态区煤体中的应力状态、瓦斯量大小，尤其是卸压区的长短及其承载能力，对煤与瓦斯突出有很大影响。实践表明：倘若在采掘工作面前方始终存在一定宽度的卸压区，则不会发生突出现象；否则，就容易发生煤与瓦斯突出现象。4.3.3.3极限平衡区中煤层界面的应力分布状态及其分析煤层巷道开挖以后，巷道周围附近围岩应力、瓦斯压力将重新分布，煤体边缘部分将首先遭到破坏，产生卸压，并逐渐向深部扩展，形成卸压区、应力集中区和原始应力区。在正常情况下可以认为卸压区和集中应力区的塑性变形区中的煤体应力处于极限平衡状态。由于媒体的泊松比大于其顶底板岩石(软煤分层的泊讼比也大于硬煤分层)，加之煤层与顶底板的交界面(简称煤层界面)处，由于岩性变化而造成强度削弱，因而，此处煤体的粘聚力和内摩擦角比煤体内部的粘聚力和内摩擦角低(煤层内存在软弱分层除外)。,所以在不合瓦斯的煤层中，巷道开挖以后，煤层界面或软弱夹层处将首先出现塑性变形和破坏，应力极限平衡区中的煤体员容易从顶底板岩石问或软弱夹层处挤出并在煤层界而上伴随有剪应力c”产生，媒体中应力分布状态如图432所示。,4.3.3.4瓦斯压力分布及其在突出过雀中的作用1)极限平衡区中瓦斯压力的分布状态瓦斯压力是煤和瓦斯突出的动力，它在煤和瓦斯突出的发动、发展过程中占有十分重要的地位、为了探讨在极限平衡区中瓦斯压力约分布状态，我们不妨做如下假设：(1)在极限平街区中，瓦斯的流动为单向流动，煤体中瓦斯的吸附和解吸基本上处于平衡状态，瓦斯流动服从达西定律。,（2）在极限平衡区中，媒体为均质，且各向同性；现场实践表明：富含瓦斯的煤体往往表现为较为酥松，就是由于煤体吸附瓦斯后其内聚力、摩擦因数、抗剪强度大大降低而造成的，而瓦斯排放后，能使煤体强度提高、也正是由于其内聚力、摩擦因数相抗剪强度在瓦斯排放后得到提高而造成的。此外，从莫尔强度理论也能较好地解释这一现象，煤体吸附瓦斯后其莫尔因的变化情况如图433所示，图中莫尔四H，由于吸附瓦斯后，在孔隙瓦斯压力的作用下，使媒体强度降低，莫尔圆向右移动变为莫尔因n，莫尔固有移，则意味着接近破坏包络线，煤体强度降低，瓦斯压力越高，则莫尔圆右移量越多，媒体强度降低量越大越容易受到破坏。,4.3.3.5煤巷卸压区和煤与瓦斯突出危险性之刚的关系,上式表明：煤与瓦斯突出不仅取决于地应力、瓦斯压力和煤体强度，同时还和卸压区的长短有关。当卸压区长度xo一定时，地应力Py、瓦斯压力夕越大，则突出的危险性就越大；反之当地应力氏、瓦斯压力P一定时、卸压区长度xn越小，则越容易满足上式，突出危险性就越大。这种情况说明：在同样的地应力、瓦斯压力和煤强度状态下为什么有些地方会发生突出，而在另一些地方则不会发生突出，其原因就在于和该处煤体卸压区的长短有关。而现行的许多防突措施加深孔松动爆破、钻孔瓦斯排放等，能实现防突的主要原因就在于通过采取措施后，加大了卸压区的范围，使(4336)式不能满足，从面达到防止煤与瓦斯突出的目的。,因此，可以认为，工作面前方的卸压区尤如一堵保护屏障，该屏障越薄，即瓦斯压力梯度越大，则屏障被破坏面引起突出的可能性就越大。根据原苏联马凯耶夫煤矿安全研究所在顿巴斯矿区有关矿井的煤层乎巷工作面实际观测资料表明：工作面前方煤体可分为如下几个带，即：挤出带(卸压区):此处观察到瓦斯压力下降，带长3m一10m压缩带(应力集中区):此处瓦斯压力升高、带长4m一10m。末扰动媒体带(原始应力区)：此处瓦斯压力保持原始应力值。,综上所述，煤与瓦斯突出和工作而前方卸压区的大小有直接的关系，卸压区的大小决定了媒体中储存的弹性潜能和瓦斯内能是否能够得到释放，突出是否能够形成。一般情况下、卸压区越薄，则集中应力区最大值越接近工作面，瓦斯压力梯度越大，卸压区被冲破而形成突出的可能性就越大；,煤与瓦斯突出预测所要做的工作实际上就是采用一定的手段检测工作面前方一定范围内是否存在高压瓦斯源和应力集中，卸压区的范围是否足以阻止突出的发生档卸压区的范围足够大时，即使工作而前方存在高压瓦斯和急剧的应力集中，突出也不可能形成；反之，卸压区范围越小，则保护屏障就越薄，突出就越容易形成、而现行的许多防突措施如深孔松动爆破、开卸压榴等，就是以扩大卸压区的范围来实现防止突出的目的。,44煤与瓦斯突出危险性预测,矿井中的煤与瓦斯突出是带有区域性分布的，即突出往往仅仅发生在个别区域这个区域的面积一般仅占整个井囚面积的10左右。为了保证矿井安全生产、提高矿井生产效益。对突出危险程度不同的区域应采取不同的措施。为了划分出突出危险程度不同的区域就需要进行突出危险性预测。因此，突出危险性预测的主要作用在于：(1)为采取合理的防突措施提供科学依据，减少防突措施的工程量和时间提高采掘速度，改善矿井安全技术经济指标。(2)为在突出危险区域内采取有效的防突措施提供保证与条件，主动及时采取措施。以保证安全生产和计划约完成。,煤与瓦斯突出是极其复杂的动力现象，要做到正确有效地预测煤与瓦斯突出必须了解以下几点：1巷道周围煤层中瓦斯的赋存状态，2媒体所受的应力状态；3突出形成过程中围岩体力学的相互作用及突出本身的力学作用和表现形式。,441区域性突出危险性预测区域性突出危险性预测是在地质勘探、新并建设、新水平和采区开拓时进行。,在井田地质报告中，地质勘探单位必须了解井田的瓦斯地质条件、提供确定煤层突出危险性的基础资料。基础资料应包括煤层厚度及其稳定性、煤的结构破坏类型及工业分析。煤层围岩的性质及厚度、地质构造、煤层瓦斯含量、煤层瓦斯压力、煤的瓦斯放散韧速度指标、煤的坚固性系数、水文地质情况和火成岩侵入形态及分布等。生产矿井的地测部门与通风部门应共同编制矿井瓦斯地质图屈中应标明地质构造、采掘进度、煤层赋存条件、突出点的位置和强度以及上述瓦斯基础参数等资料。这些是进行突出区域预测的基础。,4411单项指标法,采用该法时，各种指标的突出危险临界值，应根据矿区实测资料确定，无实测数据时，可参考表441所列数据，表441中煤的破坏类型可参考表442所列特征进行确定。表443为我国某些矿井煤层在始突深度煤层的瓦斯压力和瓦斯含量值。由表443可以看出各煤层始突深度的瓦斯压力皆大于o74MPa，煤层瓦斯含量皆大于10m3八可燃物。因此，上述两指标值可作为区域预测突出危险性的参考。小于上述指标值时，煤层无突出危险；等于或大于上述指标值时，有发生突出的可能。,区域突出危险性预测有以下几种方法：,4412瓦斯地质统计法该法的实质是根据已开采区域突出点分布与地质构造(包括榴曲、断层、煤层赋存条件变化、火成岩侵入等)的关系，然后结合未来区的地质构造条件来大致预测突出可能发生的范围。不同矿区控制突出的地质构造因素是不同的，某些矿区的突出主要受断层控制另一些矿区则主要受格曲或煤层厚度变化控制。因此，各矿区可根据已采区域主要控制突出的地质构造因素，来预测未采区域的突出危险性。,在矿区突出主要受断层控制时可根据已采区