煤与瓦斯突出机理及主要影响因素研究现状

煤与瓦斯突出是煤矿灾害的典型类型之一,是一种复杂的动力现象,其后果是破坏性、灾难性的。为进一步系统了解煤与瓦斯突出机理及其当前的研究现状,给后续学者研究煤与瓦斯突出及其防治技术提供参考,通过查阅国内外大量文献,总结了煤与瓦斯突出机理及主要影响因素方面的研究成果。阐述了突出机理的3种主要假说,概括了煤与瓦斯突出的发生、发展过程;统计了针对突出机理的研究手段及各类方法占比,并分析了研究方法差异化、多样化的原因,提出了更为科学、合理的研究手段。概括了煤与瓦斯突出影响因素的主要类型,并构造了影响因素结构示意图;总结了学者们对影响因素研究的侧重点,分析了各影响因素对突出强度的影响。指出了当前研究的不足之处,并对今后在煤与瓦斯突出方面的研究提出了建议。

我国煤与瓦斯突出机理70年发展历程与展望

煤与瓦斯突出灾害的有效防治一直是我国煤矿安全生产面临的挑战性难题,其前提和基础是对煤与瓦斯突出机理的深入研究。全面阐述我国近70年来在煤与瓦斯突出机理研究领域所开展的工作和取得的成绩,其研究过程分别经历了积极探索阶段(1955—1977年)、理论奠定阶段(1978—2002年)、快速发展阶段(2003—2015年)和稳定发展阶段(2016年至今);基于文献计量学方法和科学知识图谱分析,探讨了突出机理的研究热点和前沿趋势。分别从理论假说、物理模拟、数值模拟3个方面系统总结了我国煤与瓦斯突出机理研究进展:理论假说方面,在综合作用假说的基础上,针对我国煤矿实际情况形成了以流变假说、球壳失稳理论、力学作用假说等为代表的新观点和新理论,奠定了突出理论研究基础;物理模拟方面,围绕突出主控因素、多物理场演化、能量转化与失稳条件、地质构造与构造煤、两相流致灾机制等方面进行了大量的试验研究,基本掌握了突出的发动条件、发展过程、演化规律及影响因素;数值模拟方面,主要开展了突出煤层、地质构造和突出两相流等方面的模拟研究,然而由于突出过程和影响因素的复杂性,仍无法实现突出全过程的模拟分析。目前,已初步形成了具有我国特色的煤与瓦斯突出理论体系,但时有发生的突出事故表明突出防治形势依然严峻。结合研究现状和发展趋势,认为应进一步研究突出全过程、全要素、全时空耦合演化过程,分析含瓦斯煤多尺度流变行为,探索煤层储能与动态释放过程,揭示复合与次生灾害成灾机制,形成煤与瓦斯突出耦合演化机理、力学模型、能量模型和灾变模型;在此基础上针对典型突出场景,开展复杂地层下突出物理模拟试验和全过程数值模拟反演,实现突出危险的实时监测和连续预警。

关键层-应力墙瓦斯突出机理

认为瓦斯突出的发生和发展受控于赋存在岩石含瓦斯煤岩石体系中诸多因素的综合作用，并在此基础上提出了关键层应力墙的瓦斯突出机理。

掘进煤巷应力仿真和延时煤与瓦斯突出机理研究

掘进煤巷工作面应力“三带”分布对延时突出起着关键作用．采用岩石破裂过程RFPA^2D分析软件数字仿真了煤巷掘进工作面应力状态及“三带”分布范围，分析了渗透力对瓦斯突出的作用．结果表明：充分卸压带为2m，部分卸压带为2～6m，集中应力带为6～18m．由于掘进工作面煤层应变软化，卸压带宽度随时间延长而展宽；当煤体水平承载能力小于水平载荷时，煤体脱离，在重力作用下冒落、掉渣．此时水平载荷转移到深部煤体，使处于临界状态的深部煤层破坏．这是一个正反馈的加速过程，最后水平载荷形成应力破坏波，造成煤体的快速拉裂破坏，形成煤与瓦斯突出．

基于能量理论的煤与瓦斯突出机理探讨

为研究煤与瓦斯突出的力学机理和能量来源,根据理想气体状态方程,推导了采场围岩瓦斯突出过程中的瓦斯压力、瓦斯含量与对外做功的关系,基于弹塑性力学,阐明了岩体弹塑性状态转化前后应变能释放机理。研究结果表明:煤与瓦斯突出是瓦斯势能与煤岩体弹性能共同作用并转化为煤岩体动能的结果;瓦斯势能释放值与释放路径无关,而与瓦斯压力和瓦斯含量相关,与煤壁前方塑性区扩展规模相关;将其应用至1次特大型煤与瓦斯突出事故中,核算的突出煤量、瓦斯含量和煤体抛出速度基本吻合于实际结果;基于理论分析提出了煤与瓦斯突出的3项防治措施,一是通过钻孔卸压或瓦斯抽放减小瓦斯压力,二是增加极限平衡区距离或减小截深,三是避免高瓦斯巷道或工作面出现蝶形塑性破坏。

煤与瓦斯延期突出机理及其预测预报的研究

利用非线性理论——突变理论,对煤与瓦斯延期突出机理进行了研究,认为延期突出的滞后时间是由地应力、煤体中的瓦斯、煤的物理力学特性及外力作用(爆破)等的共同作用所产生的,并依此提出延期突出的预测预报方法。

煤岩与瓦斯微元体破坏突出机理

煤岩与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力、煤体结构破坏、孔洞内煤屑与瓦斯压力及时间效应等共同作用的结果。文中从煤与瓦斯突出发生的整个过程出发,结合现有的煤岩与瓦斯突出机理的研究成果,通过建立煤岩微元体破坏模型,计算煤岩微元体区域破坏概率、煤与瓦斯突出所必须的能量条件,分析煤与瓦斯突出区域的形成与发生,最后,提出了煤岩与瓦斯的突出是从煤岩体微元的破坏开始的,其发展、发育过程是众多煤岩体微元连续破坏的结果,得到了突出区域煤岩体破坏概率的平均强度以及发生突出的必须能量条件关系式,为煤与瓦斯突出的研究提出了一个新的模式与思路,对于防治煤岩与瓦斯突出事故、灾害的发生具有一定的实践与理论指导意义。

煤与瓦斯突出机理浅析

通过对国内外部分煤与瓦斯突出文献资料的分析,得出地应力、瓦斯和煤三因素都是发动突出的动力,提出煤层突出前的模式,并据此探讨了预测突出的部位及其强度的方法。

浅谈煤与瓦斯突出机理的假说——二相流体假说

突出机理的研究已先后提出十几种假说,但迄今尚无定论、本文通过对突出的特征和现象的认真分析,提出了突出机理的二相流体假说。其假说的基本理论在于二相流体的膨胀能量大于煤的破坏能而发生突出。即在突出中心形成煤粗与瓦斯的二相流体,二相流体所产生的膨胀能是煤弹性能与瓦斯膨胀能之和的1.5倍,这三种能量之和足以超过煤体本身强度,因而发生突出。

煤矿岩石与油气突出机理及预测的探讨

综合分析了砂岩与油气突出是地应力、油气压力及岩石物理力学性质等因素综合作用的结果;并介绍了海石湾矿风井岩芯法及其突出预兆法预测突出危险的试验情况。

煤与瓦斯突出机理研究的现状及相关问题

煤与瓦斯突出是影响煤矿安全生产、制约煤炭工业发展的世界性难题。针对这一问题,参考分析了大量国内外关于煤和瓦斯突出机理理论与实验研究的文献资料。在此基础上,对现阶段煤与瓦斯突出机理研究成果进行总结和分类,并指出目前研究中存在的问题及进一步研究的方向。

煤与瓦斯突出机理研究新进展

煤与瓦斯突出是发生在煤矿井下的一种复杂的动力现象,是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一,随着世界各国科研工作者们对煤与瓦斯突出的深入研究,已经取得了重大进展,近年来矿井开采深度逐渐增加,现有的煤与瓦斯突出机理需要完善来指导煤矿的安全生产,具有重要的现实意义。

煤与瓦斯突出机理研究的现状及相关问题探讨

煤与瓦斯突出是影响煤矿安全生产、制约煤炭工业发展的世界性难题。针对这一问题,对现阶段煤与瓦斯突出机理研究成果进行总结和分类,指出目前研究中还存在的问题及进一步研究的方向。

基于瓦斯地质理论的煤与瓦斯突出机理分析

煤矿瓦斯治理是煤矿安全生产的重中之重,煤与瓦斯突出是难点和重点。瓦斯地质理论是将地质学的观点和理论运用于煤与瓦斯突出防治的一个重要方面。瓦斯突出煤体、构造煤等理论概念,对煤与瓦斯突出机理的研究发挥着重要作用,对完善煤与瓦斯突出机理的各种假设奠定了坚实的理论基础。

煤与瓦斯突出机理模型构建与安全管理模式研究

根据煤与瓦斯突出事故发展一般规律及主要特点,以牛顿第一定律及力学平衡原理为指导,从新的角度首次形象地构建了煤与瓦斯突出力学平衡演化模型,阐述了突出发生的原因及过程,并用模型全面地解释了突出的各种事故特点,弥补了现有机理不能全面解释煤与瓦斯突出的不足,具有实际参考意义。同时,以模型为依据,综合运用现代信息技术和安全评价方法,从系统学的角度提出了煤与瓦斯突出矿井安全管理模式,实现了突出管理的系统化、全过程化、全方位化,为煤与瓦斯突出矿井的安全管理指明了方向。

对硬脆煤层突出机理及防突措施的探讨

通过石壕煤矿Ｓ１８０６综采工作面发生的压出动力现象的原因分析，探讨硬脆性煤层突出机理。

煤与瓦斯突出机理和模拟试验研究现状及发展趋势

总结了煤与瓦斯突出机理的理论研究现状,分析了国内外对含瓦斯煤体相似材料和煤与瓦斯突出模拟试验装置研究的典型范例。指出了煤与瓦斯突出机理及模拟试验研究方面存在的不足之处:目前煤与瓦斯突出机理的理论研究多是定性描述,缺乏定量、统一、完整的理论体系;已有模拟试验系统和装置还无法准确地对综合考虑地质构造、地应力、煤体强度、瓦斯含量及施工过程等影响因素下的突出现象进行定量模拟,试验装置的力学加载、瓦斯充填和测试系统的精度有待进一步提高;试验仪器的试验操作与便利性不足,试验的可重复性有待提高;试验仪器的数据分析系统不完善。分析了煤与瓦斯突出机理研究与模拟试验的发展趋势,认为煤与瓦斯突出模拟试验必须符合相似理论,煤与瓦斯突出模拟试验仪器研究是机理研究突破的迫切需求。

基于地质构造角度的煤与瓦斯突出机理研究进展

针对我国煤矿开采过程中面临的煤与瓦斯突出问题,总结了煤与瓦斯突出机理的研究进展,通过总结现有理论模型的不足,指出构造带突出机理研究工作具有重要意义;分析了地质构造对煤与瓦斯突出3大关键因素的影响,即地质构造对煤层地应力分布和瓦斯赋存分布具有控制作用,构造运动可以改变煤的微观结构,从而改变煤的物理力学性质;总结了构造带煤与瓦斯突出过程,将其划分为准备、发动、发展和终止4个阶段,其中准备阶段包括构造运动和采掘作业2部分;基于现有研究成果的不足,从地质构造角度提出了煤与瓦斯突出有待深入研究的方向。

岩溶充填物突出机理与防治

随着岩溶矿山开拓面的不断延深和排水量的不断增大,地下水位将持续下降。由于受到地下水垂直渗流的冲刷作用,岩溶充填物不断向深部运移与沉积。当巷道揭露储泥溶洞时,岩溶充填物便迅猛喷泻突出,造成突泥事故。为能引起从事岩溶矿山生产建设人员的重视,作者探讨了岩溶充填物突出的必要条件、突出机理及防治突出事故的措施。

煤田断层带水和瓦斯的突出机理及其赋存特点分析

提出了新的断层带的分类方法,结合在地质工作中的实践与经验,从理论上总结了水文、瓦斯与断层带的关联性,并找出了断层带中水文、瓦斯新的赋存规律及水和瓦斯的突出机理,初步给出了对断层带的管理建议,对煤矿的建设与安全生产具有指导性意义。