探究“三软”煤层冲击地压诱导煤与瓦斯突出力学机制

【摘 要】“三软”煤层的机构复杂，煤层发育脆弱，在采矿工程中极容易引起矿山中煤与瓦斯突出。因而要针对这种情况及时的采取措施，避免造成不必要的损失和危害。

【关键词】“三软”煤层;冲击地压;突出力学机制

就我国目前煤炭企业的发展状况来说，在2000年已经实现了采煤机械化的程度达到76%的目标，实现这个目标的有效途径就是攻克了煤层冲击地压诱导的煤与瓦斯突出的难题。

1 “三软”煤层冲击地压诱导的煤与瓦斯突出力学机制的内涵

1.1 “三软”煤层的冲击地压的含义

“三软”煤层是指在煤矿开采过程中会遇到煤层结构较为复杂、发育较为脆弱的矿山，在这类的矿山开采中常常会因为地质结构不稳定而形成一定的冲击地压，即在煤矿的开采过程中由于工作的井体或者是开采周围的岩体，在弹性变形的瞬间释放出巨大的能量而产生了巨大的破坏[1]。

1.2 煤与瓦斯突出力学机制的内涵

在矿山开采中的冲击地压往往会造成煤与瓦斯突出，这是一种强烈矿山内部的动力不稳现象[2]，对矿山和施工开采人员的安全都造成很大的威胁。一般来讲都是由于开采过程中的煤层冲击地压造成的。

在矿山开采中要想实现开采工艺不断创新和开采机械化程度，就需要针对“三软”煤层冲击地压诱导的煤与瓦斯突出的问题，制定有效的预防措施，避免开采过程中不必要的损失和伤亡。

1.3 “三软”煤层冲击地压的特征

发生在煤矿中的冲击地压对于矿山的安全会造成很大的威胁。主要包含以下的特征：（1）瞬发性，冲击地压的出现是没有特定的规律，没有明显的征兆，很难对此作出有效的预防措施;（2）破坏性，虽然这种冲击力出现的突然而且时间较短，但是带来的破坏却是很大的，轻则造成顶板瞬间下沉，重则造成人员伤亡;（3）复杂性，因为地质结构复杂，煤矿矿山所处的地理环境是很复杂的，当“三软”煤层出现冲击地压时就会因为地质现象的复杂性而出现各种各样的状况。

“三软”煤层冲击地压诱导煤与瓦斯突出实际上就是：在矿山开采中由于矿体中结构受外力影响发生变化，同时形成巨大的冲击力，而导致矿山中煤与瓦斯突出，这对矿体和人员都会造成巨大的损伤。

2 煤与瓦斯突出力学的过程

2.1 煤与瓦斯突出力学的过程

煤与瓦斯突出是有一个完整的过程的。在准备阶段，就是矿山的开采、挖掘对于矿山原本的受力结构产生了影响，因而煤岩内部的瓦斯压力、吸附和解析状态都发生了相应的变化，当这些变化累积到一定程度的时候，就进入到突出发动的阶段了，但是在一般的情况下，这些累积起来的变量都不会达到突出的临界点，如果之前处于静止状态的煤岩体破坏失稳并被抛出，就是进入了突出的发动阶段[3]。在突发的发展阶段就是指从突发的发动到结束的这一整个过程，持续会有煤岩体被破坏、失稳和排除的过程，这就会导致过程中煤和瓦斯不能承受压力外倾、泄露。这个过程可能导致两种结果，不断达到临界点，持续出现突出;另一种就是变量渐渐减小，并且能形成新的平衡。

2.2 出现煤与瓦斯突出的原因

出现煤与瓦斯的突出原因有很多，具体包括以下几点：（1）煤岩因为蠕变而导致失稳，从而导致突出;（2）来自煤岩体外部的压力和动力。在进行开采的过程中常常会运用到许多器械，当这些器械在矿井内操作时就很容易对矿体本身造成一定的影响。有可能是使用途中突然加速了破坏，也有可能是在开采结束后岩体所积累的变形因素发生了变化而导致了媒体的断裂。而且在开采中运用到的风镐作业、采煤机切割等工艺，本身就会导致煤岩体失稳，这样往往就会迅速的失去承受压力的能力。另外一种工艺爆破也会在很大程度上影响煤岩体结构的稳定，在爆破的时候往往会释放出较大的能量，可能会导致岩体直接被抛出，这样就破坏煤岩体的稳定，也会造成煤与瓦斯的突出;（3）在煤岩体中本身就存在结构较为脆弱的部分，在一般的外力作用下容易改变内部结构，导致岩体失稳，抗压、变形能力减弱，这样就导致岩体中煤与瓦斯突出;（4）一般情况下，煤岩体在面对外力情况下，即使出现形变与断裂也可以及时的形成新的平衡，煤岩体既可以一直保持平稳的状态，但是在某些特殊的情况下，煤岩体不能承受较高的压力，不能形成新的平衡，这样就导致在一定的区域内煤岩体失稳，从而造成煤与瓦斯突出，甚至造成人员伤亡[4]。

3 煤与瓦斯突出的力学机理

3.1 煤岩失稳

在煤矿的开采与挖掘过程中，煤岩受力过程中全应力发生变化在图1中就可以清楚的看出随着外部压力的大小不同，内部结构发生的变化也越剧烈[4]。一般，煤岩在荷载作用下都会发生变形，随着压力的不断增加，变形的程度也在不断的加深。有的时候虽然已经没有应力了，但是形变的过程还没有停止。由于煤岩变形的程度在不断的加深，煤岩内部的结构破坏更大，这样就会大大减少煤岩承载力，最终失稳而造成煤与瓦斯突出。

图1 煤岩受力过程的应力应变曲线及蠕变曲线

3.2 采掘工作面围岩的力学破坏形式

煤岩内部的瓦斯的存在会相应的降低有效应力和抗剪强度降低，这样就会对煤岩内部的结构产生一定的拉力，这样煤岩定底部的内部平衡就会被破坏。而且伴随着煤矿井体内做产生的裂缝不断的增大，裂缝内所受到的压力就越来越小了。如果在裂缝里的瓦斯压力不发生变化的话，瓦斯本身具备的压力就会对于煤岩结构形成极大的拉伸力，在达到一定程度的时候，就会破坏媒体，裂缝不断增大，最终导致煤岩出现破裂。而且瓦斯作为气体存在，可以持续不断的造成破坏，而且可以不断加深破坏的程度。

4 如何预防“三软”煤层冲击地压诱导煤与瓦斯突出

4.1 制定完善的预防机制

“三软”煤层冲击地压诱导的煤与瓦斯突出在煤矿的开采与施工中是很危险的，容易造成煤矿事故。因而各个煤矿企业与公司，应该根据本次施工的地质材料等对施工中可能出现冲击地压的区域做出标记，并且能够根据本企业的技术资金条件对于这些问题作出相应的预防措施。重视在“三软”煤层中底板硬岩夹层的存在，虽然局部的底板硬岩夹层不会对施工造成影响，但是在隧道中的硬岩夹层就很可能因为采动的外力作用下，产生裂缝，使吸附的瓦斯解析为游离瓦斯，长时间的累积，就会导致煤与瓦斯突发。因此要根据这一重点防治对象制定出详细完善的计划，避免底板硬岩夹层的破裂和瓦斯的泄露。

4.2 强化区域预抽

有的煤矿的矿山开采不具备保护层，在开采的时候就要格外注意设置保护层。因此可以采用强化区域内预抽的方法，通过这种方法，可以有效的减少煤岩中瓦斯的含量和承受的压力，这是预防煤与瓦斯突出最有效的方法。其实就是在采矿过程中对干弹性模岩层或者是夹层的底部通过爆破或者是钻孔来预防底板变形和弯曲。这样就可以有效的减少开采过程中所承受的压力，减少了煤与瓦斯突出的外在动力，有效的控制煤与瓦斯的突出。

5 结束语

“三软”煤层冲击地压诱导煤与瓦斯突出，对煤矿安全生产，创造经济效益都带来了消极的影响。因而要求煤炭企业要根据实际情况和煤与瓦斯不仅可以保证资源开采的效率和安全，同时也提高企业的经济效益。

参考文献：

[1]齐建军，王岩.三软煤层深部掘进工作面瓦斯抽放技术[J].中国矿山工程，2010（02）.

[2]孙叶.煤瓦斯突出研究现状及其研究方向探讨[J].地质力学报，2008 （2）.

[3]胡千庭，周世宁，周心权.煤与瓦斯突出过程的力学作用机理[J].华北煤炭医学院院报，2009（11）.

[4]罗丽华.医院财务分析方法和指标体系[J].华北煤炭医学院院报，2009（11）.