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[摘 要]近年来，随着社会经济不断发展，满足经济可持续发展需要大量的煤炭资源为基础。在这种形势下，我国煤矿行业得到飞速发展，为国家经济发展提供了充足的能源。煤与瓦斯突出是煤矿开采过程中重要危险因素之一，其实这是一个能量释放的过程，在这一过程中，主要是煤与瓦斯能量的积聚。煤层内瓦斯含量、瓦斯压力和地应力随地质构造复杂程度的不同存在较大差异，由于地质构造存在一定的构造应力，所以构造带储存有较高的煤岩弹性应变能，此能量与煤体内的瓦斯压力共同作用，一旦外部条件发生变化，就会发生煤与瓦斯突出。煤与瓦斯突出有较大的危险性，因此，本文就以煤与瓦斯突出机理展开分析，探讨预抽煤体瓦斯在防止煤和瓦斯突出中的应用效果。
[关键词]预抽瓦斯；煤与瓦斯突出；机理；应用
中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0219-01
煤与瓦斯突出是煤矿开采过程中较为严重的自然灾害之一，其不仅影响煤矿生产的正常进行，同时还危及开采作业人员的生命安全。在煤矿开采作业时，做好煤与瓦斯的预防措施尤为重要，准确有效地预测是煤矿瓦斯安全管理工作的基础与前提。对煤与瓦斯突出方面进行深入研究，是加强瓦斯危害预警和防治工作时减少瓦斯灾害的重要保障。因此，本文在分析煤与瓦斯突出机理、类型、条件的基础上，重点探讨预抽没体瓦斯在防止煤与瓦斯突出方面的应用效果。
一、 煤与瓦斯突出机理及类型
（一） 突出机理
在煤矿行业不断发展的背景条件下，世界各国对煤与瓦斯突出的重视程度越来越高，对于这方面的研究也越来越多。经过多年的研究与探讨，关于煤与瓦斯突出机理取得了一定的成果。然而，由于煤与瓦斯的突出机理存在一定复杂性和多样性，对于突出机理尚未做出明确统一的论述，仍处于假说阶段。通常对煤与瓦斯突出机理的认识可以总结为几个方面，即地应力论、瓦斯作用论、化学本质论和综合作用论。
我国从上世纪60年代就对煤与瓦斯突出的应力状态、瓦斯存储状态、煤层物理力学性能等进行了一系列的研究，根据现场数据信息和实验研究对突出机理进行了探讨和分析，提出了相应的观点，主要包括流变假说、液体假说、球壳失稳理论等。另外，我国科研机构以力学为基础，对煤和瓦斯突出机理做出了大量的研究，并提出了突出破坏及瓦斯渗流方面的计算公式。
（二） 煤与瓦斯突出的类型
煤与瓦斯突出主要包括：煤与瓦斯突出、岩石与瓦斯突出、煤与二氧化碳突出、岩石与二氧化碳突出等。由于不同类型的突出在原动力和表现现象上存在不同，煤与瓦斯突出可分为突涌、急倾、慢压三种情况。除了压出瓦斯和二氧化碳外，还会涌出煤尘固体。
二、 影响煤与瓦斯突出的主要因素
煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中主要危害之一，很多学者认为，引起突出的原动力是地应力和瓦斯压力。因此，对地应力、瓦斯压力及煤的力学性能及瓦斯在煤矿井下的运行规律进行研究是防止煤与瓦斯突出的前提和基础。以下就这几个方面进行讨论和分析。
第一，地应力，其实是指煤矿井下所受的地表应力。通常情况下，地应力有具体的大小和方向。而这两方面则取决于三个方面的因素，即构造应力、地层自重应力和采动应力。通常在煤矿采掘过程中，其附近煤层中会受到这三种地应力的叠加，应力数值也会是三种应力的总和；但是当煤体含有瓦斯时，由于瓦斯充满煤层使煤体膨胀变形，从而产生附加的应力。
第二，瓦斯压力，瓦斯压力与地应力比较，在数值上相差甚远，但是由于瓦斯是以吸附状态和游离状态存在于煤层中，而一立方米的煤层中所含瓦斯量可达几十立方米。因此，从煤体所储存的能量而言，瓦斯能比地应力产生应变能要大出几十倍。在煤和瓦斯突出时，地应力是破坏煤体的主要作用力，在这种力作用下，犹如四两拨千斤，瓦斯释放条件被创造，致使煤层瓦斯能积聚，形成大规模突出。因此，引起大规模突出的主要动能是煤体中的瓦斯。研究表明，瓦斯压力对煤层的透气性影响较大，煤层透气性会随着瓦斯压力的降低而增加。
第三，煤的力学性能，其主要是指煤体抵抗破碎的力学性能和煤体对瓦斯运行的阻力。煤的力学性能能够判定其地应力与瓦斯压力作用下是否会被破坏；而煤体对瓦斯吸附性能则反应了煤体含有瓦斯的能力和暴露煤面附近保存高压瓦斯的能力。根据自然条件可知，煤层中煤质分布呈不均匀状态，软煤强度小于硬煤强度几倍以上。因此，煤与瓦斯突出大多从软煤层开始，然后逐渐涉及其他层。研究表明，煤的强度随着瓦斯含量的增大而降低。瓦斯在地应力作用下会提高其流变性，这对煤和瓦斯突出的发生与发展有着重要作用。
三、 预抽煤体瓦斯对突出煤层相关参数的影响
第一，瓦斯压力与含量发生变化。预抽过程中，随着瓦斯被逐渐抽出，瓦斯压力会迅速降低，而煤体瓦斯含量下降速度则较为缓慢。瓦斯含量下降使煤体自身强度提高，从而有效改善煤的力学性能。因此，采用预抽煤体瓦斯防止煤和瓦斯突出时，需将煤层中瓦斯充分抽出，使瓦斯压力和瓦斯含量降低，以增强煤层自身力学性能，降低危害的发生几率。
第二，煤层透气性发生变化。在煤层瓦斯含量和压力降低的情况下，煤层透气性也随之发生变化，引起这种变化的原因包括两方面：一是瓦斯抽出后，煤体收缩变形所致；二是瓦斯压力下降所致。从煤层瓦斯流动学角度分析，瓦斯在煤体原始透气性状态下流动，符合达西定律，可用以下公式表示：
四、 预抽煤体瓦斯防治煤和瓦斯突出的机理及案例分析
（一）防止机理
预抽煤体瓦斯是防止局部性煤和瓦斯突出的最有效措施，其作用机理主要是通过抽出瓦斯，使具有危害性的煤层瓦斯含量和瓦斯压力降低，释放煤体内部的瓦斯潜能；同时，在瓦斯排放过程中，煤层会发生收缩变形，在这一过程中，煤层的透气性增大；另外，煤层内部瓦斯抽出会增大煤层自身强度和稳定性，其强度和稳定性能够对煤和瓦斯突出形成阻碍，从而大大消除煤和瓦斯突出造成的危害。
（二）案例分析
以四川中梁山煤矿为例，该矿与相关机构共同对预抽瓦斯防治煤和瓦斯突出的作用机理进行了相关研究，通过对存在严重突出危险区域施工钻孔，采取网格式穿层钻孔预抽煤层瓦斯，经预抽瓦斯后，该煤层地应力与弹性能明显降低，煤层发生收缩变形，瓦斯压力由最初的2.70MPa降到了0.7MPa以下，煤层自身强度明显提升，煤层透气性增高了十倍以上，使严重危险突出区域变成了无危险突出区域。由此可见预抽瓦斯应用于煤与瓦斯突出中，能够起到良好的防止效果。
结语
综上所述，通过对预抽煤体瓦斯防止煤和瓦斯突出几率进行研究和分析，能够有效提高煤与瓦斯突出矿井防止突出和高瓦斯矿井的瓦斯治理效果。《防治煤与瓦斯突出规定》中明确指出：“防突工作应以区域防突为主，局部防突为补充”，在实际开采作业中，要求做到不掘突出头，不开采突出面。煤矿开采过程中的防突工作应做到“多措并举、应保尽保、强化抽防、抽采达标”的效果。因此，不断研究和学习预抽瓦斯防止煤和瓦斯突出机理，并将研究成果应用于实际矿井瓦斯治理工作中，对保证煤矿正常生产，保障作业人员生命安全等有着极其重要的意义。
参考文献
[1] 李长贵，刘海源，张浩等.低透气性煤层瓦斯预抽技术的探讨与实践[J].中国煤炭，2012，38（3）.
[2] 王平虎.顺层定向长钻孔预抽瓦斯区域防突技术在特大型突出矿井中的应用[J].矿业安全与环保，2011，38（3）.
[3] 马传广，侯春阳.煤与瓦斯突出矿井采煤工作面瓦斯综合治理技术探讨[J].内蒙古煤炭经济，2013，（5）.
[4] 吕正兴，胡其华，潘飞立等.掘进工作面应用长钻孔预抽煤层瓦斯防止煤与瓦斯突出的效果[J].矿业安全与环保，2003，（30）.
[关键词]预抽瓦斯；煤与瓦斯突出；机理；应用
中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0219-01
煤与瓦斯突出是煤矿开采过程中较为严重的自然灾害之一，其不仅影响煤矿生产的正常进行，同时还危及开采作业人员的生命安全。在煤矿开采作业时，做好煤与瓦斯的预防措施尤为重要，准确有效地预测是煤矿瓦斯安全管理工作的基础与前提。对煤与瓦斯突出方面进行深入研究，是加强瓦斯危害预警和防治工作时减少瓦斯灾害的重要保障。因此，本文在分析煤与瓦斯突出机理、类型、条件的基础上，重点探讨预抽没体瓦斯在防止煤与瓦斯突出方面的应用效果。
一、 煤与瓦斯突出机理及类型
（一） 突出机理
在煤矿行业不断发展的背景条件下，世界各国对煤与瓦斯突出的重视程度越来越高，对于这方面的研究也越来越多。经过多年的研究与探讨，关于煤与瓦斯突出机理取得了一定的成果。然而，由于煤与瓦斯的突出机理存在一定复杂性和多样性，对于突出机理尚未做出明确统一的论述，仍处于假说阶段。通常对煤与瓦斯突出机理的认识可以总结为几个方面，即地应力论、瓦斯作用论、化学本质论和综合作用论。
我国从上世纪60年代就对煤与瓦斯突出的应力状态、瓦斯存储状态、煤层物理力学性能等进行了一系列的研究，根据现场数据信息和实验研究对突出机理进行了探讨和分析，提出了相应的观点，主要包括流变假说、液体假说、球壳失稳理论等。另外，我国科研机构以力学为基础，对煤和瓦斯突出机理做出了大量的研究，并提出了突出破坏及瓦斯渗流方面的计算公式。
（二） 煤与瓦斯突出的类型
煤与瓦斯突出主要包括：煤与瓦斯突出、岩石与瓦斯突出、煤与二氧化碳突出、岩石与二氧化碳突出等。由于不同类型的突出在原动力和表现现象上存在不同，煤与瓦斯突出可分为突涌、急倾、慢压三种情况。除了压出瓦斯和二氧化碳外，还会涌出煤尘固体。
二、 影响煤与瓦斯突出的主要因素
煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中主要危害之一，很多学者认为，引起突出的原动力是地应力和瓦斯压力。因此，对地应力、瓦斯压力及煤的力学性能及瓦斯在煤矿井下的运行规律进行研究是防止煤与瓦斯突出的前提和基础。以下就这几个方面进行讨论和分析。
第一，地应力，其实是指煤矿井下所受的地表应力。通常情况下，地应力有具体的大小和方向。而这两方面则取决于三个方面的因素，即构造应力、地层自重应力和采动应力。通常在煤矿采掘过程中，其附近煤层中会受到这三种地应力的叠加，应力数值也会是三种应力的总和；但是当煤体含有瓦斯时，由于瓦斯充满煤层使煤体膨胀变形，从而产生附加的应力。
第二，瓦斯压力，瓦斯压力与地应力比较，在数值上相差甚远，但是由于瓦斯是以吸附状态和游离状态存在于煤层中，而一立方米的煤层中所含瓦斯量可达几十立方米。因此，从煤体所储存的能量而言，瓦斯能比地应力产生应变能要大出几十倍。在煤和瓦斯突出时，地应力是破坏煤体的主要作用力，在这种力作用下，犹如四两拨千斤，瓦斯释放条件被创造，致使煤层瓦斯能积聚，形成大规模突出。因此，引起大规模突出的主要动能是煤体中的瓦斯。研究表明，瓦斯压力对煤层的透气性影响较大，煤层透气性会随着瓦斯压力的降低而增加。
第三，煤的力学性能，其主要是指煤体抵抗破碎的力学性能和煤体对瓦斯运行的阻力。煤的力学性能能够判定其地应力与瓦斯压力作用下是否会被破坏；而煤体对瓦斯吸附性能则反应了煤体含有瓦斯的能力和暴露煤面附近保存高压瓦斯的能力。根据自然条件可知，煤层中煤质分布呈不均匀状态，软煤强度小于硬煤强度几倍以上。因此，煤与瓦斯突出大多从软煤层开始，然后逐渐涉及其他层。研究表明，煤的强度随着瓦斯含量的增大而降低。瓦斯在地应力作用下会提高其流变性，这对煤和瓦斯突出的发生与发展有着重要作用。
三、 预抽煤体瓦斯对突出煤层相关参数的影响
第一，瓦斯压力与含量发生变化。预抽过程中，随着瓦斯被逐渐抽出，瓦斯压力会迅速降低，而煤体瓦斯含量下降速度则较为缓慢。瓦斯含量下降使煤体自身强度提高，从而有效改善煤的力学性能。因此，采用预抽煤体瓦斯防止煤和瓦斯突出时，需将煤层中瓦斯充分抽出，使瓦斯压力和瓦斯含量降低，以增强煤层自身力学性能，降低危害的发生几率。
第二，煤层透气性发生变化。在煤层瓦斯含量和压力降低的情况下，煤层透气性也随之发生变化，引起这种变化的原因包括两方面：一是瓦斯抽出后，煤体收缩变形所致；二是瓦斯压力下降所致。从煤层瓦斯流动学角度分析，瓦斯在煤体原始透气性状态下流动，符合达西定律，可用以下公式表示：
四、 预抽煤体瓦斯防治煤和瓦斯突出的机理及案例分析
（一）防止机理
预抽煤体瓦斯是防止局部性煤和瓦斯突出的最有效措施，其作用机理主要是通过抽出瓦斯，使具有危害性的煤层瓦斯含量和瓦斯压力降低，释放煤体内部的瓦斯潜能；同时，在瓦斯排放过程中，煤层会发生收缩变形，在这一过程中，煤层的透气性增大；另外，煤层内部瓦斯抽出会增大煤层自身强度和稳定性，其强度和稳定性能够对煤和瓦斯突出形成阻碍，从而大大消除煤和瓦斯突出造成的危害。
（二）案例分析
以四川中梁山煤矿为例，该矿与相关机构共同对预抽瓦斯防治煤和瓦斯突出的作用机理进行了相关研究，通过对存在严重突出危险区域施工钻孔，采取网格式穿层钻孔预抽煤层瓦斯，经预抽瓦斯后，该煤层地应力与弹性能明显降低，煤层发生收缩变形，瓦斯压力由最初的2.70MPa降到了0.7MPa以下，煤层自身强度明显提升，煤层透气性增高了十倍以上，使严重危险突出区域变成了无危险突出区域。由此可见预抽瓦斯应用于煤与瓦斯突出中，能够起到良好的防止效果。
结语
综上所述，通过对预抽煤体瓦斯防止煤和瓦斯突出几率进行研究和分析，能够有效提高煤与瓦斯突出矿井防止突出和高瓦斯矿井的瓦斯治理效果。《防治煤与瓦斯突出规定》中明确指出：“防突工作应以区域防突为主，局部防突为补充”，在实际开采作业中，要求做到不掘突出头，不开采突出面。煤矿开采过程中的防突工作应做到“多措并举、应保尽保、强化抽防、抽采达标”的效果。因此，不断研究和学习预抽瓦斯防止煤和瓦斯突出机理，并将研究成果应用于实际矿井瓦斯治理工作中，对保证煤矿正常生产，保障作业人员生命安全等有着极其重要的意义。
参考文献
[1] 李长贵，刘海源，张浩等.低透气性煤层瓦斯预抽技术的探讨与实践[J].中国煤炭，2012，38（3）.
[2] 王平虎.顺层定向长钻孔预抽瓦斯区域防突技术在特大型突出矿井中的应用[J].矿业安全与环保，2011，38（3）.
[3] 马传广，侯春阳.煤与瓦斯突出矿井采煤工作面瓦斯综合治理技术探讨[J].内蒙古煤炭经济，2013，（5）.
[4] 吕正兴，胡其华，潘飞立等.掘进工作面应用长钻孔预抽煤层瓦斯防止煤与瓦斯突出的效果[J].矿业安全与环保，2003，（30）.