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摘 要：本文分析了地应力、瓦斯压力及煤三大因素对煤与瓦斯突出的影响，及介绍突出防治的一般方法。
关键词:瓦斯压力；突出；应力；危险性
煤与瓦斯突出是我国煤矿最严重的灾害之一，严重地威胁着煤矿工人的生命安全，影响了矿井的正常生产。近来，人们对其发生的机理进行了大量的实践探索和理论研究，提出了多种假说。其中综合假说得到了大多学者的认同。
煤与瓦斯突出是一种十分复杂的动力现象，综合假说认为突出是地应力、瓦斯压力及煤的结构性能这三个因素综合作用的结果，除了地应力和瓦斯压力之外，在煤层中不存在任何其它突出能源。根据情况的不同，这三个因素对突出的影响程度是不一样的。
1 影响煤与瓦斯突出的因素
（1）地应力对煤与瓦斯突出的影响
地应力是影响煤与瓦斯突出的一个重要因素。一般，突出的强度和频率都会随着深度的加深而增加。很多矿井在浅部开采时是非突出矿井，但随着采深的增加而转变为突出矿井，有的甚至是从低瓦斯矿井变为突出矿井。
地应力分为垂直或近垂直应力和平行或近于平行应力,它们对突出的作用是不一样的。对于一个大的范围来说，垂直应力起着整体的控制作用，越往深处，应力会增大，所在的煤层所受到的压力也增大，因而煤层里的瓦斯压力也随之增大。对突出地点的那一个小范围来说，对突出起到直接作用的是水平应力或近水平应力。因为突出洞口是突出煤体在其未突出前受到的各个方向力的合力所指的位置。由力学知识我们可以知道，对这个合力有最大贡献的力就是与底板平行的剪切力。
煤相对于岩石来说，其硬度要小得多。煤层顶板和地板都是岩石，受到地压作用，煤被挤得很紧，产生变形，有了弹性能。弹性能的大小除了跟煤的强度有关外，还与煤层倾角和地质构造有关。如图1所示，煤层倾角为α，在煤层上的垂直压力为δ，在煤层上有正压力δ1和剪切力τ，即
δ1＝δcosα, τ=δsinα
图1 力学分析图
显然，煤埋藏越深，垂直压力δ越大，剪切力τ就越大；倾角α越大，剪切力τ越大。
除了与底板平行的剪切力之外，还有其它不同方向的力，这些力的大小与方向和该处的地质情况、煤的强度、煤层围岩岩性密切相关的。在断层、褶曲、煤层异常增厚或变薄的地方，是受力最复杂的地方，也是最容易发生突出的地方。当采掘工作面推进到这一附近的时候，超前应力高峰值落入该处时，使得各个分应力急剧增加，从而容易导致突出的发生。因此在地质构造附近，应该加强防治措施。
（2） 瓦斯对煤与瓦斯突出的影响
高压瓦斯是发生突出的主要能源。低于一定量的瓦斯，它所具有的能量不能使煤发生突出，因此在发生煤与瓦斯突出的地方应该是一个瓦斯异常区，其含量要高于其附近的瓦斯，突出所涌出的大量瓦斯大都出自突出煤体本身。只有具备有一定量的瓦斯才能产生能使煤发生突出的高瓦斯能。而到底需要具备多少瓦斯才会发生突出？其实这个量没有绝对的标准。它与开采深度、地质构造、煤的强度等因素有关。一般的开采深度越深，地应力会越大；在地质构造附近，应力会集中；煤的强度低，需要的突出能量小，所需的瓦斯相对要少些。
煤体中大量的瓦斯在受到挤压以后，产生巨大的膨胀能，这就像气球一样，压力越大，膨胀能就越大。当工作面推进到这一地带时，瓦斯异常区就会逐渐的落入超前应力高峰区，在高压作用下，瓦斯受到急剧挤压，又由于受力不均匀，瓦斯在煤体中会发生剧烈的位移，在瓦斯位移的过程中使煤进一步破碎，甚至把煤揉搓成粉煤，在煤体破碎的过程中就会发出像闷雷、竹爆等响声，而且随着工作面的往前推进，声音会由远至近，由小变大。当瓦斯异常区全部进入应力高峰区内时，瓦斯所具有的能量是最大的，如果此时进行爆破或者别的作业破坏了受力平衡状态，煤会在瓦斯的带动下从煤壁受力最强的部位瞬间突破而出，从而发生煤与瓦斯突出。
（3）煤体对煤与瓦斯突出的影响
煤体是阻碍突出的主要因素，煤的破坏程度决定了发生突出的难易程度。煤的强度高，抗剪能力强，则难突出；煤受破坏严重，强度低，抗剪能力差，且与围岩的摩擦力小，则较容易发生突出。
由于受构造应力作用，煤的原生结构受到破坏，原生沉积的煤层发生颗粒位移，破碎和重新组合而形成构造煤。构造煤具有以下特点：①煤体孔隙小，渗透性差，为瓦斯保存和呆滞提供了条件；②煤体破碎，比表面能增加，吸附瓦斯能力强，使瓦斯在煤层内部聚集；③构造煤煤分子结构受力变形，排列更趋紧密，内能增大；④瓦斯解吸快，放散快；⑤强度低，易破坏和抛出。因此煤与瓦斯突出一般都是从软分层发起。
2 突出前的预兆
在突出前一般情况下都会有一些预兆，归纳起来有以下这两大类：
(1)无声预兆。掘进时出现片帮、掉碴、支架来压、煤层开裂、外鼓、底鼓、煤层层理紊乱、煤变松软、暗淡无光泽、煤变干燥、煤尘增大、打钻时顶钻、喷煤、喷瓦斯、钻头冰泠、吸钻、有时钻屑量增多、钻孔变形、风流中的瓦斯忽大忽小、有时在突出前还会出现煤壁和工作面迎头温度降低、有特殊气味等。
(2)有声预兆。煤体中发出闷雷声，似从很远处传来；爆竹声，特别是响声连成一片时易发生突出；可缩性支架摩擦声：煤层断裂声。
当然每次突出前征兆是不尽相同的，因此现场人员多注意身边的各种现象的变化，发现有突出征兆时不能惊惶失措，要保持冷静，应立即采取相应的措施，以避免不必要的损失。
3 突出的预测与防治
如果在突出矿井中处处都采取防突措施，势必会投入大量的人力、物力和财力，增加煤矿的运行成本，减少煤矿的效益，使煤矿遭受不必要的经济损失。即使在突出矿井中，也并不是每处都存在着突出危险的，这就需要把无突出危险性的煤层或局部区域给划分出来，仅对有突出危险性的煤层或区域进行有针对性的防治，以降低生产成本。
在目前对煤与瓦斯突出机理还没有完全弄清楚的情况下，对矿井进行煤与瓦斯突出危险性预测是一种既有效，成本又低的办法。通过收集矿井回采时揭露的大量、丰富的地质及瓦斯资料，经过系统地分析整理，对矿井瓦斯涌出规律和煤层瓦斯突出危险性区域进行较准确的预测。从而把非突出危险性的煤层或局部区域给解放出来，降低了生產成本。而要使得预测的准确性更高，就要求现场的记录更为详细而准确。
目前对煤与瓦斯突出的技术防治方法主要有以下几种：
(1)开采解放层。开采相邻解放层被认为是最有效的预防方法，因为它能使被解放层的瓦斯压力大大下降。但是这种方法的前提是具备解放层的开采条件。
(2)减压钻进。减压钻进就是在煤层中钻进大直径的钻孔，钻孔根据煤层厚度确定钻孔数。减压钻进主要用于巷道的掘进。
在减压钻进方面，目前大都只是面上布置一些正向减压钻孔，这对于有突出危险性但强度不大的地方来说还是一种很有效的防治方法，而对那些在构造地带附近瓦斯压力大的地方，在打钻时就经常会出现喷孔、压弯钻杆等现象，把钻孔压实，起不到排卸压的作用。笔者认为，在掘进面正前方是超前应力高峰区，由于瓦斯多压力大，正向打钻的话，钻杆受力是最大的，因此，在地质构造附近、瓦斯压力剧增区及有突出预兆的掘进面，打减压钻时，要避开最大应力区。应先从两帮打钻孔进行卸压，然后再打中间的钻孔。钻孔布置如图2所示。
图2 卸压钻孔布置示意图
(3)在长壁工作面采用煤层压力注水。一般是在长壁工作面推进中，从水平巷道超前向工作面煤柱打长钻孔进行的，在水平巷道注水达不到工作面的部分，可从长壁工作面垂直方向注水。
(4)提前进行瓦斯排放。提前进行瓦斯排放可确保采煤时减少一些瓦斯含量，从而降低突出的危险性。对煤层提前进行瓦斯抽放工作被看作是进行瓦斯提前排放的重要方法，但进行瓦斯抽放工作受到煤层本身透气性是否具有抽放条件的制约。
4 结束语
（1）地应力、瓦斯压力及煤这三个因素是发生煤与瓦斯突出的三个因素，作用虽有大小和先后，三者却是相互联系的整体。
（2）发生突出地点的瓦斯含量要高于其它地方。
（3）突出一般都是从软分层发起的。
参考文献
[1] 焦作矿业学院瓦斯地质研究室.瓦斯地质概论.北京：煤炭工业出版社，1990.8
[2] 王义恩.煤与瓦斯突出机理研究.焦作工学院学报，2004.11
关键词:瓦斯压力；突出；应力；危险性
煤与瓦斯突出是我国煤矿最严重的灾害之一，严重地威胁着煤矿工人的生命安全，影响了矿井的正常生产。近来，人们对其发生的机理进行了大量的实践探索和理论研究，提出了多种假说。其中综合假说得到了大多学者的认同。
煤与瓦斯突出是一种十分复杂的动力现象，综合假说认为突出是地应力、瓦斯压力及煤的结构性能这三个因素综合作用的结果，除了地应力和瓦斯压力之外，在煤层中不存在任何其它突出能源。根据情况的不同，这三个因素对突出的影响程度是不一样的。
1 影响煤与瓦斯突出的因素
（1）地应力对煤与瓦斯突出的影响
地应力是影响煤与瓦斯突出的一个重要因素。一般，突出的强度和频率都会随着深度的加深而增加。很多矿井在浅部开采时是非突出矿井，但随着采深的增加而转变为突出矿井，有的甚至是从低瓦斯矿井变为突出矿井。
地应力分为垂直或近垂直应力和平行或近于平行应力,它们对突出的作用是不一样的。对于一个大的范围来说，垂直应力起着整体的控制作用，越往深处，应力会增大，所在的煤层所受到的压力也增大，因而煤层里的瓦斯压力也随之增大。对突出地点的那一个小范围来说，对突出起到直接作用的是水平应力或近水平应力。因为突出洞口是突出煤体在其未突出前受到的各个方向力的合力所指的位置。由力学知识我们可以知道，对这个合力有最大贡献的力就是与底板平行的剪切力。
煤相对于岩石来说，其硬度要小得多。煤层顶板和地板都是岩石，受到地压作用，煤被挤得很紧，产生变形，有了弹性能。弹性能的大小除了跟煤的强度有关外，还与煤层倾角和地质构造有关。如图1所示，煤层倾角为α，在煤层上的垂直压力为δ，在煤层上有正压力δ1和剪切力τ，即
δ1＝δcosα, τ=δsinα
图1 力学分析图
显然，煤埋藏越深，垂直压力δ越大，剪切力τ就越大；倾角α越大，剪切力τ越大。
除了与底板平行的剪切力之外，还有其它不同方向的力，这些力的大小与方向和该处的地质情况、煤的强度、煤层围岩岩性密切相关的。在断层、褶曲、煤层异常增厚或变薄的地方，是受力最复杂的地方，也是最容易发生突出的地方。当采掘工作面推进到这一附近的时候，超前应力高峰值落入该处时，使得各个分应力急剧增加，从而容易导致突出的发生。因此在地质构造附近，应该加强防治措施。
（2） 瓦斯对煤与瓦斯突出的影响
高压瓦斯是发生突出的主要能源。低于一定量的瓦斯，它所具有的能量不能使煤发生突出，因此在发生煤与瓦斯突出的地方应该是一个瓦斯异常区，其含量要高于其附近的瓦斯，突出所涌出的大量瓦斯大都出自突出煤体本身。只有具备有一定量的瓦斯才能产生能使煤发生突出的高瓦斯能。而到底需要具备多少瓦斯才会发生突出？其实这个量没有绝对的标准。它与开采深度、地质构造、煤的强度等因素有关。一般的开采深度越深，地应力会越大；在地质构造附近，应力会集中；煤的强度低，需要的突出能量小，所需的瓦斯相对要少些。
煤体中大量的瓦斯在受到挤压以后，产生巨大的膨胀能，这就像气球一样，压力越大，膨胀能就越大。当工作面推进到这一地带时，瓦斯异常区就会逐渐的落入超前应力高峰区，在高压作用下，瓦斯受到急剧挤压，又由于受力不均匀，瓦斯在煤体中会发生剧烈的位移，在瓦斯位移的过程中使煤进一步破碎，甚至把煤揉搓成粉煤，在煤体破碎的过程中就会发出像闷雷、竹爆等响声，而且随着工作面的往前推进，声音会由远至近，由小变大。当瓦斯异常区全部进入应力高峰区内时，瓦斯所具有的能量是最大的，如果此时进行爆破或者别的作业破坏了受力平衡状态，煤会在瓦斯的带动下从煤壁受力最强的部位瞬间突破而出，从而发生煤与瓦斯突出。
（3）煤体对煤与瓦斯突出的影响
煤体是阻碍突出的主要因素，煤的破坏程度决定了发生突出的难易程度。煤的强度高，抗剪能力强，则难突出；煤受破坏严重，强度低，抗剪能力差，且与围岩的摩擦力小，则较容易发生突出。
由于受构造应力作用，煤的原生结构受到破坏，原生沉积的煤层发生颗粒位移，破碎和重新组合而形成构造煤。构造煤具有以下特点：①煤体孔隙小，渗透性差，为瓦斯保存和呆滞提供了条件；②煤体破碎，比表面能增加，吸附瓦斯能力强，使瓦斯在煤层内部聚集；③构造煤煤分子结构受力变形，排列更趋紧密，内能增大；④瓦斯解吸快，放散快；⑤强度低，易破坏和抛出。因此煤与瓦斯突出一般都是从软分层发起。
2 突出前的预兆
在突出前一般情况下都会有一些预兆，归纳起来有以下这两大类：
(1)无声预兆。掘进时出现片帮、掉碴、支架来压、煤层开裂、外鼓、底鼓、煤层层理紊乱、煤变松软、暗淡无光泽、煤变干燥、煤尘增大、打钻时顶钻、喷煤、喷瓦斯、钻头冰泠、吸钻、有时钻屑量增多、钻孔变形、风流中的瓦斯忽大忽小、有时在突出前还会出现煤壁和工作面迎头温度降低、有特殊气味等。
(2)有声预兆。煤体中发出闷雷声，似从很远处传来；爆竹声，特别是响声连成一片时易发生突出；可缩性支架摩擦声：煤层断裂声。
当然每次突出前征兆是不尽相同的，因此现场人员多注意身边的各种现象的变化，发现有突出征兆时不能惊惶失措，要保持冷静，应立即采取相应的措施，以避免不必要的损失。
3 突出的预测与防治
如果在突出矿井中处处都采取防突措施，势必会投入大量的人力、物力和财力，增加煤矿的运行成本，减少煤矿的效益，使煤矿遭受不必要的经济损失。即使在突出矿井中，也并不是每处都存在着突出危险的，这就需要把无突出危险性的煤层或局部区域给划分出来，仅对有突出危险性的煤层或区域进行有针对性的防治，以降低生产成本。
在目前对煤与瓦斯突出机理还没有完全弄清楚的情况下，对矿井进行煤与瓦斯突出危险性预测是一种既有效，成本又低的办法。通过收集矿井回采时揭露的大量、丰富的地质及瓦斯资料，经过系统地分析整理，对矿井瓦斯涌出规律和煤层瓦斯突出危险性区域进行较准确的预测。从而把非突出危险性的煤层或局部区域给解放出来，降低了生產成本。而要使得预测的准确性更高，就要求现场的记录更为详细而准确。
目前对煤与瓦斯突出的技术防治方法主要有以下几种：
(1)开采解放层。开采相邻解放层被认为是最有效的预防方法，因为它能使被解放层的瓦斯压力大大下降。但是这种方法的前提是具备解放层的开采条件。
(2)减压钻进。减压钻进就是在煤层中钻进大直径的钻孔，钻孔根据煤层厚度确定钻孔数。减压钻进主要用于巷道的掘进。
在减压钻进方面，目前大都只是面上布置一些正向减压钻孔，这对于有突出危险性但强度不大的地方来说还是一种很有效的防治方法，而对那些在构造地带附近瓦斯压力大的地方，在打钻时就经常会出现喷孔、压弯钻杆等现象，把钻孔压实，起不到排卸压的作用。笔者认为，在掘进面正前方是超前应力高峰区，由于瓦斯多压力大，正向打钻的话，钻杆受力是最大的，因此，在地质构造附近、瓦斯压力剧增区及有突出预兆的掘进面，打减压钻时，要避开最大应力区。应先从两帮打钻孔进行卸压，然后再打中间的钻孔。钻孔布置如图2所示。
图2 卸压钻孔布置示意图
(3)在长壁工作面采用煤层压力注水。一般是在长壁工作面推进中，从水平巷道超前向工作面煤柱打长钻孔进行的，在水平巷道注水达不到工作面的部分，可从长壁工作面垂直方向注水。
(4)提前进行瓦斯排放。提前进行瓦斯排放可确保采煤时减少一些瓦斯含量，从而降低突出的危险性。对煤层提前进行瓦斯抽放工作被看作是进行瓦斯提前排放的重要方法，但进行瓦斯抽放工作受到煤层本身透气性是否具有抽放条件的制约。
4 结束语
（1）地应力、瓦斯压力及煤这三个因素是发生煤与瓦斯突出的三个因素，作用虽有大小和先后，三者却是相互联系的整体。
（2）发生突出地点的瓦斯含量要高于其它地方。
（3）突出一般都是从软分层发起的。
参考文献
[1] 焦作矿业学院瓦斯地质研究室.瓦斯地质概论.北京：煤炭工业出版社，1990.8
[2] 王义恩.煤与瓦斯突出机理研究.焦作工学院学报，2004.11