摘 要：為了有效防止瓦斯突出對采礦業(yè)帶來的災(zāi)難性危害，應(yīng)全面加大科研力度，本文就瓦斯突出機理的應(yīng)力演化過程，對近年一些學(xué)術(shù)成果進行研究，總結(jié)經(jīng)驗，提出相應(yīng)建議，希望能夠為避免瓦斯突出，發(fā)現(xiàn)可預(yù)見性措施，最大程度的減少由于瓦斯突出事故對采礦人員和財產(chǎn)造成的傷害。

關(guān)鍵詞：掘進巷道;瓦斯突出;機理;應(yīng)力演化;研究

0 引言

自從1834年3月22日發(fā)生世界第一起瓦斯突出事故以來，186年時間世界19個主要產(chǎn)煤國已發(fā)生瓦斯突出超過4萬次，瓦斯突出會引發(fā)劇烈的瓦斯燃燒和爆炸、破壞生產(chǎn)系統(tǒng)，造成人員傷亡，近年來，隨著我國礦山開采深度的不斷增加，瓦斯突出事故發(fā)生風(fēng)險不斷加大。僅在2006年-2018年之間，我國瓦斯突出事故233起，死亡1665人，瓦斯突出事故在礦難危害榜上排名第一，為此，對瓦斯突出機理演化過程進行深入研究，及時預(yù)測和避免瓦斯突出事故發(fā)生，具有極其重要的意義。

1 瓦斯突出機理

煤在形成的過程中，或多或少的會產(chǎn)生一定量的伴生氣體，就是瓦斯，瓦斯在封閉的礦層空間內(nèi)好比是一個有一定壓力的大氣球，在進行巷道掘進或開采過程中，擾動這個氣球，導(dǎo)致氣球突然破裂，大量的瓦斯連同煤、巖石一起噴入巷道或工作面，就是瓦斯突出。突出會導(dǎo)致人員傷亡的原因主要是強大的沖擊力，大量的瓦斯涌入導(dǎo)致氧氣含量急劇降低，開采人員窒息死亡，是非常可怕的災(zāi)難，瓦斯突出事故是礦山開采的頭號天敵。瓦斯突出機理簡單來說就是在地應(yīng)力和瓦斯的共同作用下，破碎的巖石與瓦斯一起從巖體或煤體內(nèi)向外噴發(fā)。主要就是由于地應(yīng)力和瓦斯壓力共同作用下，突出的動力（地應(yīng)力與瓦斯的共同作用的力）大于突出阻力（安全距離與破壞類型的反映），大量的煤巖與瓦斯突然涌向采掘空間的動力現(xiàn)象。主要影響因素是：瓦斯壓力、瓦斯含量、破壞類型，開采深度，煤層賦存條件，斷層等地質(zhì)構(gòu)造等。

2 瓦斯突出機理的應(yīng)力演化過程

由于巖石的非均質(zhì)性和探測難度大等特性，嚴重制約著瓦斯突出機理的研究進展。對于瓦斯突出原因的追根溯源，國內(nèi)外學(xué)者付出極大的研究精力，仍不能完全解釋突出現(xiàn)象，以應(yīng)力演化為主要層面的研究內(nèi)容，是其中比較具有權(quán)威性的影響學(xué)說。近年，主要演化假說有以下幾種：

①造成瓦斯突出的應(yīng)力從某一中心擴張是原因之一，從距離工作面某一距離處的發(fā)動中心開始，而后向四周擴散，由發(fā)動中心周圍的煤--巖石--瓦斯體系提供能量并參與活動。在發(fā)生突出的地點，地應(yīng)力場、瓦斯壓力場、煤結(jié)構(gòu)和煤質(zhì)是不均勻的。瓦斯突出發(fā)動中心就處在應(yīng)力集中點，且該點向各個方向的發(fā)展是不均勻的。礦體破壞分為層裂和層裂片的粉碎2個階段，并將最大有效拉應(yīng)力準則作為破裂準則。破裂是不連續(xù)的，破裂陣面跳躍式發(fā)展，層裂片的形態(tài)在運動中不穩(wěn)定并可進一步的粉碎;

②某種程度來講，高瓦斯是大型突出所需能量的主要提供者，突出層中瓦斯內(nèi)能量要比礦體的彈性潛能大1～3個量級。煤層中存在的高壓瓦斯含量地帶，吸附瓦斯引起了煤體膨脹，增加了地層應(yīng)力，且這樣的煤層透氣性系數(shù)接近零。當巷道掘進接近這一區(qū)域時，其應(yīng)力急劇降低，造成瓦斯破壞性突出。掘進工作面瓦斯突出是工作面煤壁盤形拉伸破壞的連鎖反應(yīng)過程，突出過程就是煤體所積存的彈性應(yīng)變能和瓦斯內(nèi)能突然釋放的過程;

③含瓦斯煤受采動影響后地應(yīng)力與孔隙瓦斯氣體耦合的一種流變過程。在突出準備階段，含瓦斯煤體在采動影響區(qū)域內(nèi)就開始蠕變破壞，使煤體進一步被切割，形成發(fā)育的裂隙網(wǎng)。在某區(qū)域加速破壞發(fā)生時，如果該區(qū)域瓦斯能量足夠沖跨已遭破壞的煤體，則突出發(fā)生和發(fā)展。突出過程中的瓦斯氣體部分由前一蠕變區(qū)域通過發(fā)育的裂隙網(wǎng)補給。流變假說除考慮瓦斯、地應(yīng)力和煤的物理力學(xué)性質(zhì)外，還應(yīng)考慮時間發(fā)展因素;

④應(yīng)力分布不均勻是導(dǎo)致瓦斯突出的主因，在突出層的圍巖中具有較高的不均勻分布的應(yīng)力，其主要的原因是地質(zhì)構(gòu)造運動，個別情況是由于采掘過程引起的（如留煤柱、冒頂?shù)龋?。由于煤體深部應(yīng)力分布不均勻，就會產(chǎn)生圍巖的不均勻移動，圍巖位移減緩或停滯，從而建立了不穩(wěn)定平衡狀態(tài)。在突出前，由于對工作面的機械作用，破壞了圍巖的不穩(wěn)定平衡，引起圍巖的移近和伸直，使含瓦斯的煤暴露和破碎。在煤體破壞時，在暴露面附近形成瓦斯壓力梯度，引起很薄的分層分離并破壞，飽含瓦斯的分層又重新暴露，破壞過程反復(fù)進行，并以突出波的形式向深部傳播，釋放出的大量瓦斯把碎煤拋出。瓦斯突出是地應(yīng)力、瓦斯、煤的物理力學(xué)性質(zhì)和卸壓區(qū)寬度4部分作用的結(jié)果。由于采掘工作面前方卸壓區(qū)的存在，在遠離采掘工作面處的煤體，即使處于高地應(yīng)力、高瓦斯和煤破碎的突出危險區(qū)，也不會發(fā)生突出現(xiàn)象，因為足夠的卸壓區(qū)寬度抑制了高能量體的失控。因此，如果適當加大卸壓區(qū)的寬度，可有效預(yù)防瓦斯突出的發(fā)生。

目前，研究傾向于利用物理模擬不同瓦斯壓力，應(yīng)力以及不同條件下的瓦斯突出實驗，以此獲取研究煤體、地應(yīng)力、和瓦斯壓力對突出的影響規(guī)律，確定突出的發(fā)生條件，分析突出過程中，煤體裂隙及監(jiān)測信息的變化規(guī)律。通過構(gòu)建煤表面與瓦斯的吸附模型，研究瓦斯突出微觀機理。指出瓦斯的吸附為物理吸附，煤與瓦斯吸附形成的伴生分子體系以量子化形式吸收寬頻電磁波。采掘等活動導(dǎo)致分子體系由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，使得瓦斯由吸附態(tài)脫附變?yōu)橛坞x態(tài)，形成大量的游離態(tài)瓦斯，在弱面發(fā)生瓦斯突出。揭示瓦斯突出演化過程，為實現(xiàn)瓦斯突出的綜合實時、自動、定位和定量化監(jiān)測預(yù)警奠定基礎(chǔ)，以期有朝一日能徹底消除瓦斯突出給采礦業(yè)帶來的災(zāi)害。

3 重視瓦斯突出的預(yù)兆信息

在極大的應(yīng)力作用下，發(fā)生瓦斯突出會釋放出異常信息，這些預(yù)兆能夠及時被發(fā)現(xiàn)，第一，有聲預(yù)兆，響炮聲，有的像悶雷，爆竹，銹蝕門軸聲、壓裂聲;第二，無聲預(yù)兆，巷道支架變形，垮落、冒頂片幫、變軟層理消失、瓦斯涌出增大，瓦斯忽大忽小;瓦斯抽放施工一旦發(fā)生頂鉆，鉆桿鉆不進的現(xiàn)象、很有可能是瓦斯突出事故前兆，卡鉆、噴孔、煤粉噴出、出現(xiàn)滑面或鏡面揉搓發(fā)育，這些預(yù)兆可能是一種或幾種同時出現(xiàn)，千萬不能掉以輕心，工作面出現(xiàn)軟分層并且明顯變厚，例如由之前厚度0.1m，增加到1.3m，也是明顯預(yù)兆之一。此外，據(jù)井下多年工作的老工人說，煤壁溫度出現(xiàn)劇烈變化，突然發(fā)涼，鉆孔噴出涼氣，也是預(yù)兆，準確識別災(zāi)害預(yù)兆，才能保證人身安全。做到清晰的甄別瓦斯突出預(yù)兆，及時采取措施，采礦全體人員應(yīng)積極接受防治瓦斯突出事故的教育和培訓(xùn)，知悉響炮、瓦斯異常（涌出增大、忽大忽?。┑韧怀鍪鹿暑A(yù)兆的特征，出現(xiàn)預(yù)兆后，要做到“一知、二拒、三撤、四報告、五處置”準確識別預(yù)兆，拒絕違章指揮和冒險作業(yè)行為，堅決抵制出現(xiàn)事故信息預(yù)兆，仍然繼續(xù)組織生產(chǎn)的違章指揮和強制冒險作業(yè)行為，切實保護自身合法權(quán)益和生命安全。及時采取應(yīng)急應(yīng)對措施，要熟悉瓦斯突出事故應(yīng)急預(yù)案，現(xiàn)場處置方案，避災(zāi)路線，掌握避災(zāi)硐室和自救器使用方法。當發(fā)現(xiàn)預(yù)兆并緊急撤離后，如實及時報告瓦斯突出事故異常信息給調(diào)度室和有關(guān)安全管理人員。及時處置瓦斯突出事故異常信息預(yù)兆，立即組織人員采取針對性的處置措施，消除突出危險或確認無突出危險后，有關(guān)區(qū)域地點方可恢復(fù)生產(chǎn)。

4 結(jié)語

每個礦山企業(yè)都應(yīng)堅定樹立安全發(fā)展理念，弘揚生命至上、安全第一的思想，強化紅線意識，樹立底線思維，深刻吸取歷史上發(fā)現(xiàn)瓦斯突出事故異常信息預(yù)兆未采取應(yīng)對措施，導(dǎo)致人員傷亡的慘痛教訓(xùn)，切實落實防治瓦斯突出各項規(guī)定，確保瓦斯突出防治措施到位有效，確保不掘突出頭，不采突出面，并且舉一反三，教育培訓(xùn)廣大一線職工提高對瓦斯突出異常信息預(yù)兆的識別和應(yīng)急應(yīng)對能力，杜絕違章作業(yè)，堅決防范瓦斯突出事故引發(fā)的人身傷亡，為實現(xiàn)礦山安全生產(chǎn)形勢持續(xù)穩(wěn)定向好做出更大的貢獻。

參考文獻：

[1]蔡峰.煤巷掘進過程中煤與瓦斯突出機理的研究[D].安徽：安徽理工大學(xué)，2005.

[2]李希建，林柏泉.煤與瓦斯突出機理研究現(xiàn)狀及分析[J].煤田地質(zhì)與勘探，2010，38（1）.

作者簡介：

孟維波（1981- ），男，河北唐山人，研究生，2015年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)采礦工程專業(yè)，礦建工程師，主要從事煤礦安全生產(chǎn)管理工作。