煤与瓦斯突出机理.pdf

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1、机械波造成煤与瓦斯突出的机理阳泉煤业集团和顺新大地有限责任公司王庆军邮箱516804201＠qq.com摘要：机械波是造成煤与瓦斯突出的主要原因，为此我研究了机械波对煤体、围岩结构的影响和瓦斯赋存状态的变化，探讨了机械波造成煤与瓦斯突出的机理。结果表明，在机械波、上覆岩层的作用下，煤体破碎支撑力降低，空隙减小，煤的体积相对缩小，造成顶板下沉，同时造成煤体解析瓦斯的能力提高，解析瓦斯增多，由于顶板的下沉使游离瓦斯的压力增高，较高的瓦斯压力与破碎的煤形成具有大量解析瓦斯、高压、流动性很强的煤体，当工作面揭露这些

2、区域或储存的能量达到破坏煤层稳定的条件后即发生煤与瓦斯突出。关键词：机械波振动煤与瓦斯突出裂隙煤体流动性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的人力、物力研究煤与瓦斯突出的机理。但是至今为止，人们对于突出过程中煤岩体破坏与发展机制的认识仍没有确定，对于突出过程中哪些因数起主要作用以及与其他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析，还不能形成一个完整的理论体系。为了能够改变

3、煤与瓦斯突出防治被动局面，本文研究了机械波对煤体、围岩结构的影响。并对煤体、围岩结构的变化对瓦斯形态的产生的影响进行了分析，探讨了机械波造成煤与瓦斯突出的机理，以便为突出危险性预测和防突措施的制定与设施提供科学依据。一、机械波的概念机械波是机械振动在媒质中的传播。机械波是震动状态或说是相位的传播，“上游”的质元依次带动下游的质元振动。机械波传播实质上是能量、动能等的传播。1、机械波产生的条件（1）、要有作机械振动的物体作为振源；（2）、传播机械振动的弹性介质。2、机械波的分类按介质质点振动方向分为横波和纵波

4、，质点的振动方向与波的传播方向垂直叫横波，质点的振动方向与波的传播方向一致叫纵波。3、机械波的特点波传播表面上是波形的移动，实际上是能量的传递，质点只在平衡位置作简谐振动，各质点的起振方向与振源的起振方向相同。二、机械波在工作面施工中能够产生的效应1、机械波对煤体结构的影响工作面的煤壁、顶板、底板都是弹性介质，具有良好的传播波的能力。工作面割煤或巷道维护时，都会产生振动，由于条件具备，产生了机械波。机械波可以分为两大类：一种为煤体剥落时的强机械波，一种为巷道维护等工作产生的弱机械波。以固体作为介质的机械波有

5、两种传播形式，既横波、纵波，它们分别对煤体能够造成不同的影响：（1）横波对煤体的影响横波在介质中传播时，介质的形变为切变，固体传播横波，横波能够引起介质切变放大。工作面生产过程中产生的振动通过顶板或煤体将能量直接或间接地传到工作面内部的煤体，由于横波引起的是介质切变放大，使煤体、顶、底板得到上下振动的能量，机械波作用与围岩为波峰时，机械波的能量抵消一部分顶板岩层的自重，作用与煤体的压力降低，处于波谷时，作用与煤体的压力为振动波的能量和顶板岩层的自重之和，机械波上下运动的能量和上覆岩层重力作用相耦合，作用在煤

6、体上的压力瞬间增大或减小，使顶板或底板对煤体将形成夯捣的作用，能够使煤体的压力成几何倍的增加。煤体上部的岩层重量越大作用力越大，更容易使煤体发生破碎现象。煤体破碎支撑力降低，煤体内的空隙将缩小，使煤体的体积相对缩小。由于煤体发生破碎现象，煤体的流动性增强。（2）纵波对煤体的影响纵波在介质中的传播时，介质的形变为体应变，当振动以纵波的形式传播到煤体上时，可以使煤体直接发生破碎现象，煤体的流动性增强。煤层内部各颗粒之间的摩擦力和粘着力急剧减小，煤体在上覆岩层重力的作用下和横波的作用下，煤体内的空隙将进一步减少，

7、造成煤体的体积更进一步缩小。2、振动波对瓦斯贮存状态的影响由于机械波的作用，具有突出条件的煤层被破碎，大量吸附状态的瓦斯转化为解析状态；煤体遭到破碎，瓦斯的解析能力得到大幅度的提高；贮存煤层和瓦斯的容积在机械波、上覆岩层重力的作用下，容积变小，造成现在煤层解析瓦斯的压力升高，可能达到原来的几倍或者是几十倍。三、煤与瓦斯突出前工作面的概况1、煤的物理性质通过实验可以论证煤是多孔裂隙物质，其中存在着大小不等的空隙，空隙之间有若干大小不等的裂隙沟通。在构造的附近，煤层中的裂隙更加发达。2、煤层的赋存状态突出煤层的

8、煤质较软，或者突出煤层中的软煤层的厚度大于30厘米，突出的煤层赋存深度在50-600米；煤层的瓦斯含量较高，瓦斯压力较大；煤层层理紊乱，暗淡、无光泽，煤层干燥和煤尘增大，煤层受挤压褶曲变粉碎，厚度变大、倾角变陡。3、煤与瓦斯突出发生在矿井开采过程中，即矿井在施工巷道或工作面回采过程中发生突出。4、产生机械波发生能量的传播工作面的施工采用机械或放炮落煤，施工时，能够产生较强的振动，岩层虽然为脆性材料，但仍具有一定的