淺析煤與瓦斯突出的預(yù)測(cè)及防治措施
摘 要 在總結(jié)分析了國(guó)內(nèi)外煤與瓦斯突出機(jī)理、突出類(lèi)型、突出條件、突出一般規(guī)律和影響因素的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)比較分析了煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)的各種方法及針對(duì)性防治措施，指出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出非線性問(wèn)題的最有前景的方法。
關(guān)鍵詞 煤與瓦斯突出 預(yù)測(cè) 防治措施
1 煤與瓦斯突出的機(jī)理、類(lèi)型與一般規(guī)律
1.1 煤與瓦斯突出的機(jī)理
??? 許多國(guó)家對(duì)煤與瓦斯突出機(jī)理的研究都很重視，并取得了一定成果，但由于突出機(jī)理的復(fù)雜性及突出現(xiàn)象的多樣性，目前對(duì)突出機(jī)理的認(rèn)識(shí)仍處于假說(shuō)階段。國(guó)外對(duì)煤與瓦斯突出機(jī)理的認(rèn)識(shí)可歸納為4種：地應(yīng)力假說(shuō)、瓦斯作用假說(shuō)、化學(xué)本質(zhì)假說(shuō)和綜合作用假說(shuō)。
??? 我國(guó)從60年代起就對(duì)突出煤層的應(yīng)力狀態(tài)、瓦斯賦存狀態(tài)、煤的物理力學(xué)性能等開(kāi)展了一系列的研究，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料和實(shí)驗(yàn)研究對(duì)突出機(jī)理進(jìn)行了探討，提出了新的見(jiàn)解和觀點(diǎn)，概括起來(lái)主要有中心擴(kuò)張學(xué)說(shuō)、流變假說(shuō)、二相液體假說(shuō)、固流耦合失穩(wěn)理論、球殼失穩(wěn)理論等。此外中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所從力學(xué)角度對(duì)突出過(guò)程做了大量的研究工作，并提出了突出破壞過(guò)程及瓦斯?jié)B流的機(jī)制方程。
1.2 煤與瓦斯突出的類(lèi)型
??? 煤與瓦斯的突出包括：煤與甲烷突出、巖石與甲烷突出、煤與CO2突出、巖石與CO2突出等。由于突出時(shí)的原動(dòng)力和所表現(xiàn)現(xiàn)象的不同，煤與瓦斯突出可分為突出、傾出、壓出3種情況，各種情況比較見(jiàn)表1。
??? 表1 煤與瓦斯突出類(lèi)型比較表（略）
1.3 煤與瓦斯突出的一般規(guī)律
（1） 突出的次數(shù)和強(qiáng)度隨開(kāi)采的深度增加而增加；
（2） 突出多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造地區(qū)，如褶曲、斷層處及巖漿侵入地區(qū)；
（3） 煤體破壞程度越嚴(yán)重，煤的強(qiáng)度越小，突出危險(xiǎn)性越大；
（4） 煤層中的厚度大、傾角大或其厚度和傾角發(fā)生變化以及煤層中的軟分層由薄變厚的地區(qū)，容易發(fā)生突出；
（5） 掘進(jìn)工作面應(yīng)力集中的地區(qū)易發(fā)生突出；
（6） 在外力沖擊作用下，如放炮或采煤機(jī)割煤時(shí)煤體受到震動(dòng)，誘導(dǎo)瓦斯發(fā)生突出；
（7） 圍巖的透氣性越差、致密的巖層越厚，煤層的瓦斯含量越高，其突出的危險(xiǎn)性也就越大；
（8） 突出多發(fā)生在揭煤和煤層掘進(jìn)工作面；
（9） 在突出前大都出現(xiàn)預(yù)兆。
2 煤與瓦斯突出的預(yù)測(cè)
2.1 突出預(yù)測(cè)方法的分類(lèi)
??? 按預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)范圍和時(shí)間的不同，預(yù)測(cè)方法可分為3類(lèi)：第一是區(qū)域性預(yù)測(cè)，主要是確定煤田、井田、煤層和采掘區(qū)域性的突出危險(xiǎn)性；第二是局部預(yù)測(cè)，它是在區(qū)域性的基礎(chǔ)上，根據(jù)鉆探、采掘工程等資料，進(jìn)一步對(duì)局部地區(qū)或要點(diǎn)的突出危險(xiǎn)性作出判斷；第三是日常預(yù)測(cè)，它是在區(qū)域性預(yù)測(cè)、局部預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)突出預(yù)兆的各種異常效應(yīng)，對(duì)突出危險(xiǎn)發(fā)出警告。
2.2 國(guó)內(nèi)外煤與瓦斯突出的預(yù)測(cè)方法
2.2.1 微震技術(shù)預(yù)測(cè)突出危險(xiǎn)性
??? 研究表明，煤和圍巖受力破壞過(guò)程中發(fā)生破裂和震動(dòng)，當(dāng)從震源傳出震波或聲波的強(qiáng)度和頻率增加到一定數(shù)值時(shí)，可能出現(xiàn)煤的突然破壞，發(fā)生突出。突出是由連續(xù)的多起斷裂引起的，而且異常的微震發(fā)射通常在斷裂之前5～45s內(nèi)產(chǎn)生，故微震法作為突出預(yù)報(bào)方法，有其廣闊的應(yīng)用前景。俄羅斯在地震聲學(xué)預(yù)測(cè)方法中取得了較好的研究成果。
2.2.2 煤層溫度狀況預(yù)測(cè)突出的危險(xiǎn)性
??? 溫度狀況預(yù)測(cè)突出危險(xiǎn)性的理論根據(jù)是：瓦斯解吸時(shí)吸熱，導(dǎo)致煤層溫度降低。溫度降低越多，說(shuō)明煤層瓦斯解吸能力越強(qiáng)，則突出危險(xiǎn)性越大。
??? 前蘇聯(lián)NA雷任科等學(xué)者，對(duì)采掘工作面近工作面地段的煤體溫度狀況進(jìn)行了考察研究，用于突出危險(xiǎn)性日常預(yù)測(cè)，并對(duì)掘進(jìn)中發(fā)生的6次突出全部作出了預(yù)報(bào)。原蘇聯(lián)的另一些學(xué)者，采用近工作面地帶的溫度與煤體原始溫度之差作為突出預(yù)測(cè)指標(biāo)，該預(yù)測(cè)方法被原蘇聯(lián)防突委員會(huì)推薦使用。
2.2.3 煤層中涌出的氦或氡濃度的變化預(yù)測(cè)突出
??? 研究表明在地震之前不僅有氡的反常涌出現(xiàn)象，而且有氦的反常涌出。前蘇聯(lián)學(xué)者考察了頓涅茨煤田中2個(gè)不突出煤層和4個(gè)突出煤層的氦含量后指出：自由釋放的瓦斯中，氦含量高，瓦斯壓力也相應(yīng)的高。煤中涌出的氦可以作為預(yù)測(cè)突出的一個(gè)指標(biāo)，該項(xiàng)目正在繼續(xù)進(jìn)行。
