突出機(jī)理研究世界上部分煤與瓦斯突出嚴(yán)重國(guó)家采取突出實(shí)例統(tǒng)計(jì)分析、試驗(yàn)室研究和現(xiàn)場(chǎng)觀察方法,對(duì)煤與瓦斯突出機(jī)理進(jìn)行了廣泛深入研究,提出了多種相關(guān)突出機(jī)理假說(shuō),綜合起來(lái)關(guān)鍵分為以下四種:地應(yīng)力假說(shuō):這類假說(shuō)認(rèn)為突出關(guān)鍵原因和能源是地應(yīng)力,而瓦斯是次要原因。突出發(fā)生是因?yàn)榉e聚在煤層周圍巖石彈性變形潛能所引發(fā);瓦斯作用假說(shuō):這類假說(shuō)強(qiáng)調(diào)瓦斯是突出關(guān)鍵能源,高壓瓦斯突破煤壁,攜帶碎煤猛烈噴出,形成突出;化學(xué)本質(zhì)假說(shuō):認(rèn)為突出是因?yàn)槊涸诤艽笊疃葍?nèi)變質(zhì)時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引發(fā);綜合作用假說(shuō):該假說(shuō)認(rèn)為突出是地應(yīng)力、瓦斯、煤力學(xué)性質(zhì)等綜合作用結(jié)果。中國(guó)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料和試驗(yàn)研究對(duì)突出機(jī)理進(jìn)行了探討,在綜合作用假說(shuō)基礎(chǔ)上提出了新見(jiàn)解和見(jiàn)解,尤其是多年來(lái)伴隨研究深入及新技術(shù)手段應(yīng)用,產(chǎn)生了很多新認(rèn)識(shí)。概括起來(lái)關(guān)鍵有以下幾方面:中心擴(kuò)張學(xué)說(shuō)認(rèn)為煤與瓦斯突出是從離工作面某一距離處中心開(kāi)始,以后向周圍擴(kuò)展,由發(fā)動(dòng)中心周圍煤-巖石-瓦斯體系提供能量并參與活動(dòng)。流變說(shuō)認(rèn)為煤與瓦斯突出是含瓦斯煤體在采動(dòng)影響后地應(yīng)力與孔隙瓦斯氣體耦合一個(gè)流變過(guò)程。二相流體說(shuō)認(rèn)為突出本質(zhì)是在突出中形成了煤粒和瓦斯二相流體。固流耦合失穩(wěn)理論認(rèn)為突出是含瓦斯煤體在采掘活動(dòng)影響下,局部發(fā)生快速、忽然破壞而生成現(xiàn)象。球殼失穩(wěn)見(jiàn)解認(rèn)為突出實(shí)質(zhì)是地應(yīng)力破壞煤體、煤體釋放瓦斯、瓦斯使煤體裂隙擴(kuò)張并使形成煤殼失穩(wěn)破壞過(guò)程。地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響2.1煤層結(jié)構(gòu)1周丕昌,劉萬(wàn)倫,李偉經(jīng)過(guò)調(diào)查大河邊內(nèi)向斜煤層結(jié)構(gòu)特征,地應(yīng)力,煤層厚度及產(chǎn)狀改變,煤層透氣性,研究了大河邊向斜煤層突出機(jī)理。結(jié)果表明高瓦斯和封閉性好地質(zhì)條件是瓦斯突出物質(zhì)基礎(chǔ),壓性和壓扭性結(jié)構(gòu)等地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)育及地應(yīng)力作用是造成突出關(guān)鍵原因。經(jīng)過(guò)對(duì)大河邊向斜井田突出統(tǒng)計(jì)發(fā)覺(jué),由地質(zhì)結(jié)構(gòu)造成突出有22次,其中,斷層,斷層破碎帶和煤層裂隙發(fā)育帶是突出多發(fā)部位。煤層變厚,輕易發(fā)生突出。2郭德勇,韓德馨地質(zhì)結(jié)構(gòu)控制煤和瓦斯突出作用類型研究地質(zhì)結(jié)構(gòu)是控制煤和瓦斯突出關(guān)鍵地質(zhì)原因,研究表明最易發(fā)生突出地質(zhì)條件有背斜結(jié)構(gòu),小斷層和煤層變薄帶及結(jié)構(gòu)作用形成軟媒帶。但因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)規(guī)模、特征不一樣,不一樣結(jié)構(gòu)帶突出強(qiáng)度和分布密度相差很大,而且并非全部結(jié)構(gòu)帶都發(fā)生突出,即使在同一結(jié)構(gòu)帶內(nèi)突出分布也不一樣,所以作者將結(jié)構(gòu)分為突出結(jié)構(gòu)和非突出結(jié)構(gòu);因?yàn)橥怀鼋Y(jié)構(gòu)也并非全部段都發(fā)生突出,又將突出結(jié)構(gòu)分為突出段和非突出段。所以,地質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)突出影響,是經(jīng)過(guò)突出地質(zhì)資料分析得來(lái),含有“馬后炮”性質(zhì),正確度和可靠度不高,對(duì)于地質(zhì)結(jié)構(gòu)在突出時(shí)作用并沒(méi)有深入了解。3.韓軍,張宏偉,宋衛(wèi)華等結(jié)構(gòu)凹地煤與瓦斯突出發(fā)生機(jī)制及其危險(xiǎn)性評(píng)定結(jié)構(gòu)凹地高結(jié)構(gòu)應(yīng)力為煤與瓦斯突出提供了動(dòng)力基礎(chǔ),同時(shí)使得瓦斯運(yùn)移和逸散受到了限制,所以含有較高瓦斯含量和瓦斯壓力,形成了煤與瓦斯突出物質(zhì)條件最終提出了結(jié)構(gòu)凹地定量評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)構(gòu)反差強(qiáng)度及其計(jì)算方法。4.郭德勇,韓德馨,楊陸武結(jié)構(gòu)幾何特征及煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性研究經(jīng)過(guò)對(duì)平頂山礦區(qū)50次煤與瓦斯突出點(diǎn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征調(diào)查分析,發(fā)覺(jué)煤與瓦斯突出點(diǎn)結(jié)構(gòu)組合形式分為4類:向斜結(jié)構(gòu)5次,斷層結(jié)構(gòu)尤其小斷層76%,斷層組合,斷層與褶皺結(jié)構(gòu)迭加16次。煤與瓦斯突出點(diǎn)結(jié)構(gòu)組合特征為煤與瓦斯突出發(fā)生準(zhǔn)備了有利地質(zhì)條件,所以煤與瓦斯突出點(diǎn)結(jié)構(gòu)幾何型式可作為煤與瓦斯突出估計(jì)預(yù)報(bào)關(guān)鍵地質(zhì)標(biāo)志。5李云波,譚志宏結(jié)構(gòu)煤層位對(duì)煤與瓦斯突出影響數(shù)值分析。利用RFPA2D對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行了數(shù)值試驗(yàn),從應(yīng)力應(yīng)變、破壞分布、瓦斯壓力和瓦斯梯度改變等方面分析了順煤層發(fā)育結(jié)構(gòu)煤分層在工作面掘進(jìn)過(guò)程中誘發(fā)煤與瓦斯突出作用。數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果表明煤層中結(jié)構(gòu)煤層位影響著煤與瓦斯突出始發(fā)條件,是煤與瓦斯突出關(guān)鍵層。研究分析認(rèn)為結(jié)構(gòu)煤層位并不影響原始煤層瓦斯賦存分布規(guī)律,不過(guò)決定了誘發(fā)煤與瓦斯突出主體和始突強(qiáng)度,誘發(fā)煤與瓦斯突出關(guān)鍵在于結(jié)構(gòu)煤層內(nèi)高瓦斯壓力梯度。結(jié)構(gòu)煤層位對(duì)煤與瓦斯突出作用顯著,關(guān)鍵在以下多個(gè)方面:(1)結(jié)構(gòu)煤層位影響煤層中應(yīng)力分布狀態(tài)。(2)結(jié)構(gòu)煤層位影響煤層內(nèi)瓦斯梯度改變。(3)結(jié)構(gòu)煤層位決定了煤與瓦斯突出始突位置,影響了煤與瓦斯突出始突強(qiáng)度。數(shù)值模擬采取二維平面應(yīng)變模型,建立模型尺寸為10m×20m,模型劃分為200×400個(gè)單元。模型由巖層、煤層(結(jié)構(gòu)煤、原生結(jié)構(gòu)煤)組成,結(jié)構(gòu)煤是煤與瓦斯突出關(guān)鍵層。模型上下巖層為不透氣泥巖,結(jié)構(gòu)煤順煤層發(fā)育,結(jié)構(gòu)煤煤體破壞程度大且透氣性差,原生結(jié)構(gòu)煤和結(jié)構(gòu)煤厚度各為2m。采煤方法為一次采全高,巷道設(shè)在煤層中向前開(kāi)挖1步,地應(yīng)力恒定為10MPa。考慮到煤巖介質(zhì)非均勻性,假設(shè)煤巖單元彈性模量和強(qiáng)度服從Weibul分布,瓦斯在煤層中流動(dòng)服從達(dá)西線性滲透定律。模型力學(xué)性質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1。6.邵強(qiáng),王恩營(yíng),王衛(wèi)紅等結(jié)構(gòu)煤分布規(guī)律對(duì)煤與瓦斯突出控制依據(jù)華北366個(gè)關(guān)鍵生產(chǎn)礦井統(tǒng)計(jì),從地質(zhì)結(jié)構(gòu)作用角度分析了結(jié)構(gòu)煤對(duì)煤與瓦斯突出影響。7.韓軍張宏偉結(jié)構(gòu)演化對(duì)煤與瓦斯突出控制作用在分析中國(guó)煤與瓦斯突出空間分布特征基礎(chǔ)上,以區(qū)域結(jié)構(gòu)演化為根本,從動(dòng)態(tài)歷史角度分析了東北華北和華南聚煤區(qū)結(jié)構(gòu)演化過(guò)程以及結(jié)構(gòu)發(fā)育瓦斯賦存煤體結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)演化特征,說(shuō)明了結(jié)構(gòu)演化對(duì)煤與瓦斯突出控制作用8.張宏偉,陳學(xué)華程武一結(jié)構(gòu)應(yīng)力與煤和瓦斯突出定性分析了結(jié)構(gòu)作用產(chǎn)生結(jié)構(gòu)應(yīng)力和地質(zhì)結(jié)構(gòu)形式對(duì)煤和瓦斯突出起控制作用。9.韓軍張宏偉,宋衛(wèi)華環(huán)形結(jié)構(gòu)對(duì)煤與瓦斯突出控制經(jīng)過(guò)分析潘一礦區(qū)域和礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu),結(jié)合以往突出實(shí)例,發(fā)覺(jué)環(huán)形結(jié)構(gòu)對(duì)煤與瓦斯突出控制體作用是基于對(duì)煤體結(jié)構(gòu)破壞和對(duì)瓦斯賦存兩個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)。10.劉彥偉,陳攀,魏建平煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)煤與瓦斯突出控制作用經(jīng)過(guò)對(duì)丁集煤礦進(jìn)行結(jié)構(gòu)分區(qū),結(jié)合瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象特征,分析了地質(zhì)結(jié)構(gòu)控制作用。丁集煤礦以小斷層結(jié)構(gòu)控制為主,煤層裂隙發(fā)育程度隨距斷層距離減小而增大,煤巷掘進(jìn)中遇斷層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)前30m,應(yīng)加強(qiáng)煤與瓦斯突出估計(jì)預(yù)報(bào);10m范圍內(nèi)應(yīng)實(shí)施有針對(duì)性防突方法,避免瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象發(fā)生。11.李中州煤厚改變對(duì)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性影響研究了白坪井田