煤岩动力灾害分析及监测方法 能源学院.ppt

煤岩动力灾害发生机理及监测方法 能源学院 煤岩动力灾害发生机理及监测方法 【摘要】 通过对煤与瓦斯突出和冲击矿压具体煤岩灾害的分析，总结煤岩灾害发生的一般机理，针对灾害发生的情况，现行的微震监测、地音监测、电磁辐射法、光纤光栅等各种监测方法在监测过程发挥的作用。 【关键词】 煤岩动力灾害，发生机理，监测 引言 近年来, 随着煤矿采掘深度和强度的不断加大, 煤岩动力灾害愈发严重。据1999 年统计, 在全国595处国有重点煤矿中, 有高瓦斯突出矿井347处，冲击地压矿井120余处 。据国家安全生产监督管理总局统计，2007- 2008年我国煤矿发生了210次事故, 死亡1 374人, 其中包括冒顶事故、煤与瓦斯突出等。由于这些动力灾害具有突发性、瞬时震动性和巨大破坏性等显现特征, 常常造成较大的人员伤亡和资源浪费。 煤岩动力灾害是煤岩在外界高应力作用下短时间内发生的一种具有动力效应和灾害后果的现象, 其孕育、形成、发生始终与煤岩体应力状态及能量的积聚和释放密切相关。因此, 研究煤岩动力灾害的发生机理和失稳判断对防治其发生具有实践指导意义。 1、煤岩灾害发生机理的一般性分析 煤岩动力灾害主要包括：煤与瓦斯突出、冲击矿压、顶板大面积来压、突水等一系列地质灾害，是煤矿生产中面临的巨大的危害。在进行地下采掘活动的过程中,随着开采场所的不断变更，原岩应力发生改变,煤岩体原有的应力平衡状态遭到破坏，煤岩处于一种动力平衡状态,当应力超过煤岩的强度极限时,聚积在煤岩体中的能量突然释放,以求达到新的平衡状态，动力平衡条件被破坏,从而发生煤岩动力灾害。在煤岩体动力灾害发生过程中都伴随着煤体或岩体的破坏，煤岩动力灾害也是煤岩体自身能量聚集释放的一个过程，煤岩动力灾害也取决于煤岩的物理性质，岩石在受压状态下，发生应力应变，包含五个阶段。 1.1 煤与瓦斯突出机理 煤与瓦斯突出是指大量的煤岩与瓦斯在很短的时间内突然连续地自煤壁抛向巷道空间所引起的动力现象。 煤与瓦斯突出机理主要包括地应力假说、瓦斯作用假说、化学本质假说、综合作用假说等。 以瓦斯为主的主要因素 许多研究者和国内外专家认为地质构造的突出与其他煤与瓦斯突出问题有很高的相似性，都是在以瓦斯为主的作用下发生的或者是间接参与发生的。该学说在很大程度上解决了大多数瓦斯动力现象，有以下几种说法： 1、振动学说认为，煤与瓦斯突出的形成不是一个单独的过程．而是由与围岩对煤层的振动作用有关的三个连续阶段组成：第一阶段由于围岩压力增大、煤层体积缩小，瓦斯压力增大从而部分瓦斯转化为吸附状态；第二阶段卸压，瓦斯压力减小瓦斯解吸；第三阶段饱含粉碎煤和大量游离瓦斯的煤层再次受压。当巷道接近该带时可能发生瓦斯突出。该假说思路较简单，很容易解释采掘活动中煤与瓦斯突出，但太过模糊。 2、游离瓦斯压力说认为煤体内瓦斯气体压力是瓦斯突出的主要能量源，解吸的吸附瓦斯仅参与搬运过程。该假说从能量源上对瓦斯突出机理进行分析研究。 3、二相流体假说认为，突出的本质是在突出中形成了煤粒和瓦斯的二相流体。二相流体受压积蓄能量。卸压膨胀放出能量，冲破阻碍区形成突出，强调突出的动力源是压缩积蓄、卸压膨胀能量，不是煤岩弹性能。 4、也有一种学说认为煤体内瓦斯气体压力在内外压力差的作用下产生的爆炸作用，当突出点发生突出作用时。猛烈的“爆炸”会对周围煤体产生很大的破坏作用，并形成许多裂隙。裂隙带内的大量瓦斯在“爆炸”的瞬间将参与突出。当突出作用中心点外部的煤体被突出作用搬走后。自该点向里的裂隙带煤体又构成了新的瓦斯卸压带。它将面临着是否能够抵抗住内部煤体突出的考验。只有当其宽度满足了阻挡突出所需的最小卸压带宽度时才会不发生突出，否则突出作用将再次甚至于多次进行下去。突出作用是否能够再次发生，其主要将取决于孔洞底部的瓦斯压力梯度。如果该值能够继续增高，那么突出作用还会继续发生。由于煤层瓦斯压力梯度主要受煤层瓦斯压力的影响，因此，是否继续发生突出主要又取决于煤层瓦斯压力的大小。突出作用是否能够再次发生，还要取决于突出前瓦斯的封闭状况。如果封闭得较好，它将为内部的再次突出打下基础，而地应力的作用是保存高瓦斯应力。这种观点的提出很好的解释了在煤与瓦斯突出发生和终止条件。 二、地应力因素 1、破坏区说认为由于地压破坏煤体，使强度较低的煤体发生破坏而形成破坏区．在破坏区内，煤体强度显著下降，进而成为无应力区。同时，由于煤体破坏而产生的热量使瓦斯大量解吸进而形成突出。 2、动力效应说认为．巷道掘进时，煤体的应力状态由三向变为双向或单向，煤结构遭到动力破坏，吸附瓦斯解吸并大量涌出进而产生突出。 三、动态流变机理 自上世纪90年代以来，我围在煤与瓦斯突出机理上取得了显著的成就。许多高校和相关研究单位科研人员根据实验研究、现场观测和理论推理提出了一系列的假说。