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第 ３ １卷第 １期煤 炭 学 报Ｖ ｏ ｌ ． ３ １ Ｎ ｏ ． １ ２ ０ ０ ６年２月Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ ＬＯ ＦＣ Ｈ Ｉ Ｎ ＡＣ Ｏ Ａ ＬＳ Ｏ Ｃ Ｉ Ｅ Ｔ ＹＦ ｅ ｂ ２ ０ ０ ６ 文章编号 ０ ２ ５ ３－ ９ ９ ９ ３ （ ２ ０ ０ ６ ） ０ １－ ０ ０ ５ ８－ ０ ５ 对我国煤矿瓦斯事故的思考 刘俊杰１，乔德清２ （ １ 大连大学 建筑工程学院，辽宁 大连 １ １ ６ ６ ２ ２ ；２ 辽宁东地建筑岩土工程有限公司，辽宁 沈阳 １ １ ０ ０ １ ６ ） 摘 要采用力学 － 数学方法 （ 数值模拟） ，从相关关键参数 （ 如煤层瓦斯含量、瓦斯压力、瓦 斯放散初速度、煤的坚固性系数等）相互关系的数值分析入手，阐述了覆岩应力不同分布状态 下煤岩体本构关系和固 － 流 － 应力的耦合作用，确定了采掘工作面推进与瓦斯事故源 （ 高应力 区和高煤层瓦斯压力区）的时空关系，从而定量地揭示瓦斯事故发生发展的过程机理，达到煤 矿瓦斯事故有效预测控制的目的． 关键词瓦斯事故；应力分布；耦合作用与参数；时空关系 中图分类号Ｔ Ｄ ７ １ ２ 文献标识码Ａ 收稿日期２ ０ ０ ５－０ ４－１ ４ 基金项目辽宁省自然科学基金资助项目 （ ２ ０ ５ ０ ７ ７ ２ ） 作者简介刘俊杰 （ １ ９ ５ ６－ ） ，男，山东安丘人，博士，教授．Ｔ ｅ ｌ ０ ４ １ １－ ８ ７ ４ ０ ３ ８ １ ９ ，Ｅ－ ｍ ａ ｉ ｌ ｌ ＿５ ６ ＠１ ６ ３ ｃ ｏ ｍ Ｓ ｏ ｍｅａ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｎｔ ｈ ｅｇ ａ ｓ ｏ ｕ ｔ ｂ ｕ ｒ ｓ ｔ ／ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎｈ ａ ｚ ａ ｒ ｄｉ ｎｃ ｏ ａ ｌ ｍｉ ｎ ｅｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｌ Ｉ ＵＪ ｕ ｎ ｊ ｉ ｅ １，Ｑ Ｉ Ａ ＯＤ ｅ ｑ ｉ ｎ ｇ２ （ １ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇａ ｎ ｄＡ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ，Ｄ ａ ｌ ｉ ａ ｎＵ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｄ ａ ｌ ｉ ａ ｎ １ １ ６ ６ ２ ２ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；２ Ｅ ａ ｓ ｔ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ（ Ｄ ｏ ｎ ｇ ｄ ｉ ）Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇａ ｎ ｄＧ ｅ ｏ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇＬ ｉ ｍ ｉ ｔ ｅ ｄＣ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙｏ ｆ Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ，Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ １ １ ０ ０ １ ６ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｉ ｎｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｆ ｏ ｒ ｅ ｃ ａ ｓ ｔ ａ ｎ ｄｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｔ ｈ ｅ ｇ ａ ｓ ｈ ａ ｚ ａ ｒ ｄｉ ｎｃ ｏ ａ ｌ ｍ ｉ ｎ ｅ ， ｉ ｔ ｗ ａ ｓ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｄｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｑ ｕ ａ ｎ ｔ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｍ ａ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ（ ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ）ｓ ｈ ｏ ｕ ｌ ｄｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄｔ ｏ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｌ ｙ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ ｇ ａ ｓ ｏ ｕ ｔ ｂ ｕ ｒ ｓ ｔ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ，ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｉ ｖ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ａ ｎ ｄｒ ｏ ｃ ｋｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ－ ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ － ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｍ ｐ ｏ ｒ ａ ｌ ａ ｎ ｄｓ ｐ ａ ｔ ｉ ａ ｌ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｆ ａ ｃ ｅ ａ ｎ ｄｈ ａ ｚ ａ ｒ ｄｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅｏ ｆ ｇ ａ ｓ ｈ ａ ｚ ａ ｒ ｄ（ ｈ ｉ ｇ ｈｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄｈ ｉ ｇ ｈｇ ａ ｓ ｐ ｒ ｅ ｓ 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６ ６和２ １ ４人，一次又一次突破纪录，“ 大矿大难”已显现出一种趋势．据近２ ０ａ 的事故构成分析，与上覆岩层运动直接相关的顶板、瓦斯事故仍为绝大多数，超过 ７ ０ ％ （ 图 １ ） ． 第 １期刘俊杰等对我国煤矿瓦斯事故的思考 图 １ １ ９ ８ ６ １ ９ ９ ５年和 ２ ０ ０ １年全国煤矿伤亡事故构成对比 Ｆ ｉ ｇ １ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎｏ ｆ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｃ ａ ｓ ｕ ａ ｌ ｔ ｙａ ｃ ｃ ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎＣ ｈ ｉ ｎ ａｃ ｏ ａ ｌ ｍ ｉ ｎ ｅｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ １ ９ ８ ６ １ ９ ９ ５ａ ｎ ｄ２ ０ ０ １ １ 瓦斯事故原因分析 １ １ 人的原因 造成我国煤矿生产重大 （ 瓦斯）事故 频发、煤炭资源开发与安全不能协调可持 续发展的人的原因主要有（ １ ）小型煤矿 及小型采掘工作面占绝大多数，不能形成 集约化、科学化设计生产和控制管理； （ ２ ）只靠密集型的人工劳动，缺少高科技 现代化装备手段 （ 包括现代化生产装备和 现代化安全信息采集、预测控制装备及决 策管理手段） ；（ ３ ）在运营管理层面上严重缺乏高素质的技术和管理人才，低水平管理的矿井比重大．即 使是大型的机械化程度很高的矿井，其监察管理模式仍然按照传统的统计经验决策；（ ４ ）对预测和控制煤 矿重大事故的动力信息基础没有充分的认知、处理分析，不能进行实时预测控制和安全决策． １ ２ 自然原因 （ １ ）煤层形成和后期改造赋存的地质条件，决定了我国大多数煤矿煤层瓦斯含量高、渗透率低，不 易抽放．２ ０世纪 ８ ０年代以前，我国煤矿大多采用井下风巷瓦斯排放和煤层超前瓦斯抽放的方法来达到降 低高瓦斯矿井和采掘工作面的瓦斯浓度、控制瓦斯事故发生的目的．２ ０世纪八九十年代，将煤层气 （ 煤 层瓦斯）作为一种清洁新型资源开发利用，同时又可作为环保和煤矿安全生产的措施，通过国家 “ 七 五” 、“ 八五”和 “ 九五”重点科技攻关项目，开展了大规模煤层气地质和煤层气勘探开发研究．结果表 明我国煤层含气量较高而渗透率低［ ３ ］，一般为 １ １ ０ － ３～ ５ １ ０－ ３μ ｍ２ ［ ３ ， ４ ］，并且在构造切割作用下，难 以形成大规模煤层气田 （ 煤田） ．尽管当时国家投入了大量的财力和人力进行煤层气开发研究工作，但煤 层压裂技术和煤层气抽放技术没有获得普遍性突破．因此，除少数几个煤田外，绝大多数都不利于或不能 做到煤层气 （ 瓦斯）的地面抽放，煤矿生产和以往一样，仍然是在未实施大规模地面瓦斯抽放的原始状 态下进行的，瓦斯含量 （ 浓度）问题不能在生产前得到控制，煤矿瓦斯突出和瓦斯事故问题一直没有得 到有效解决． （ ２ ）地下采动造成岩层动力条件变化，导致上覆岩层运动和应力场应力不同分布，在高应力区出现 瓦斯集中．瓦斯有 ２种赋存状态吸附于煤层微孔裂隙中的吸附瓦斯和可在煤岩裂隙、空气中自由运动的 游离瓦斯［ ３ ～ ５ ］．瓦斯 （ 煤层气）有 ８ ０ ％ ～ ９ ５ ％呈吸附状态赋存于煤层中［ ２ ］．在煤层压力降低到一定程度 或／ 和温度升高到一定程度时，吸附瓦斯发生解吸，转化为游离瓦斯，通过煤岩裂隙网络进入到空气中． 在煤矿生产过程中，由于采动造成岩层动力条件变化，导致上覆岩层运动和应力场应力不同分布，出现 “ 低应力区煤体松弛→裂缝加大连通［ ６ ， ７ ］→瓦斯解吸逸出进入采场、高应力区煤体受压紧密→裂缝闭合→ 瓦斯集中”状态．自低应力区解吸逸出的瓦斯随风流通过回风巷排出矿井或进入井下瓦斯抽排系统，一 般情况下能够控制瓦斯浓度．如果采掘在高应力区中进行，并且没有进行超前瓦斯抽放，则会导致瓦斯突 出，或者冲击地压与瓦斯突出几乎同时发生．在这种情况下，很难做到对采掘工作面瓦斯浓度进行监测监 控，因为冲击地压与瓦斯突出都是动力突然释放现象，具有突发性、瞬间性和灾难性． ２ 采场煤壁应力分布规律及其对煤矿瓦斯事故的影响 由于采动影响，破坏了岩体中原岩应力平衡状态，导致顶板岩体移动变形，致使顶板岩体悬空及其部 分重量传递到周围未直接采动的岩体上，从而引起采场周围岩体内的应力重新分布，除了垂向上在所采煤 层上面岩层内发生 “ 顶三带”采动影响，即垮落带、断裂带和弯曲沉降带，还在横向上开采边界内外发 生 “ 边三带”采动影响，即开采边界外侧煤层内的煤帮片落带、塑性变形带和弹性变形带．其范围大小 ９５ 煤 炭 学 报 ２ ０ ０ ６年第 ３ １卷 与采深、顶板岩性及煤的力学特性有关，一般分别为几米、１ ０～ ３ ０ｍ和 ３ ０～ １ ０ ０ｍ不等［ ９ ］． 周世宁［ ８ ］、宋振骐［ １ ］等认为，煤矿瓦斯事故与采动后重新分布的重力应力场，包括悬露岩层的重力 和煤 （ 岩）层上的支承压力不可分割的联系在一起，瓦斯爆炸应力条件的实现都是一定采动条件下 （ 煤） 图 ２ 关键层 “ Ｏ ”形圈与 “ Ｘ ”主裂隙［ １ ０ ］ Ｆ ｉ ｇ ２ Ｘ－ ｓ ｈ ａ ｐ ｅｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅａ ｎ ｄ Ｏ－ ｓ ｈ ａ ｐ ｅｃ ｉ ｒ ｃ ｌ ｅｉ ｎｋ ｅ ｙｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｕ ｍ 岩层运动和破坏的结果．钱鸣高 （ １ ９ ９ ８ ）的 “ 关键层”理 论［ １ ０ ］，从实质上进一步研究坚硬岩层的受载荷及其变形 规律，特别强调覆岩采动裂隙分布的 “ Ｏ ”形圈特征 （ 图 ２ ） ，老顶岩层板破断时主裂隙呈 “ Ｏ－Ｘ ”型，即先是周 边破断呈 “ Ｏ ”型断裂，而后是 “ Ｏ ”型板内部呈 “ Ｘ ” 型破断，其周边宽度为 ３ ４ｍ左右．采动裂隙 “ Ｏ ”形圈 是卸压瓦斯流动的通道和贮存空间，是抽放卸压瓦斯最佳 区域．理论研究与现场实践证明，从采场推进开始至第 １ 次来压结束期间的支承压力及其显现的变化依次出现 ３种 情况［ １ ］ （ １ ）随采场推进，通过处于相对稳定状态的老顶岩梁传至煤层上的压力将逐渐增加，包括煤壁在内 整个煤层都处于弹性压缩状态，如果煤层各处只有相同的强度，支承压力分布是一条高峰在煤壁处的单调 下降曲线，附加压力的峰值将出现在回采工作面前方煤壁上［ １ １ ］（ 图 ３（ ａ ） ） ． （ ２ ）随着煤体的破坏，其支承能力开始降低，煤层上支承压力的分布形成 ２个区间在煤体完全破 坏的塑性区压力逐渐上升，在弹性区压力则单调下降，弹塑性区的交界处为压力高峰位置 （ 图 ３（ ｂ ） ） ． （ ３ ）岩梁端断裂后，支承压力分布出现 “ 内应力场” （ σ＜ γ Ｈ ）和 “ 外应力场” （ σ ≥γ Ｈ ） ，前者由 拱内已断裂岩梁自重所决定，后者由上覆岩层整体重量所决定 （ 图 ３（ ｃ ） ） ． 图 ３ 工作面推进不同阶段时支承压力的分布 Ｆ ｉ ｇ ３ Ｒ ｏ ｃ ｋｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇｅ ｘ ｃ ａ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｍ ｏ ｖ ｉ ｎ ｇｆ ｏ ｒ ｗ ａ ｒ ｄ ｓ ｏ ｆ ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇｆ ａ ｃ ｅａ ｔ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｓ 图 ４ 煤巷掘进工作面前方煤层动压效应［ ８ ］ Ｆ ｉ ｇ ４ Ｄ ｙ ｎ ａ ｍ ｉ ｃｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｉ ｎｆ ｒ ｏ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇｆ ａ ｃ ｅｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ｄ ｒ ｉ ｆ ｔ １ 采掘空间形成后的瞬时支承压力；２ 动态蠕变 阶段某一时刻的支承压力；３ 进入蠕变阶段的瞬时支承压力 从煤体失效角度分析，在新的采掘空间形成 后的短时间内，作用于采掘工作面前方含瓦斯煤 层上的集中应力将以一定的速度向煤体深部传播， 且传播的速度会逐渐衰减并趋向于 ０ ，在这个影响 范围内含瓦斯煤体进入蠕变阶段．在下一次循环 进尺之前，这个区域内的含瓦斯煤体是在近似为 恒应力条件下的稳态蠕变，依次出现 Ａ ，Ｃ ，Ｂ破 坏蠕变区段 （ 图 ４ ） ．稳态蠕变可看作为突出的准 备阶段［ ８ ］． 相继出现的支承压力为采掘空间形成后的瞬 时支承压力，动态蠕变阶段某一时刻的支承压力 和进入蠕变阶段的瞬时支承压力，它们的峰值依 次降低，如图 ４所示．Ａ区段煤体已在瞬态和动态蠕变阶段受压屈服破坏，节理和裂隙非常发育，该区段 煤体仅以残余强度支撑已降低的外载荷，煤体中的瓦斯也己大部分放散，煤壁表面处的侧向应力 σ ３＝ ０ ， 发生越向煤体深部，Ａ区内的侧向应力就越大；Ｂ区段含瓦斯煤在稍高于原始地应力作用下蠕变；Ｃ区段 ０６ 第 １期刘俊杰等对我国煤矿瓦斯事故的思考 的含瓦斯煤体在较高的集中应力作用下蠕变，相对于 Ｂ区段而言，Ｃ区段煤体蠕变应力是前者的 Ｋ ０倍 ［ ８ ］ （ Ｋ ０为应力集中系数） ． 因此，由于固 － 流 － 应力耦合作用，不同应力分布和煤体应力 － 应变决定了开采条件下煤层瓦斯相应 的赋存与流动状态． ３ 煤体应力分布与瓦斯突出 ３ １ 采动区覆岩应力分布与瓦斯事故源的关系 采空区覆岩应力重新分布，形成的冲击地压发生发展的 ３个区间安全区、危险区间 （ 包括待发段 图 ５ 回采工作面正常推进阶段冲击地压发生规律［ １ ］ Ｆ ｉ ｇ ５ Ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｒ ｕ ｌ ｅｏ ｆ ｒ ｏ ｃ ｋ ／ ｃ ｏ ａ ｌ ｂ ｕ ｒ ｓ ｔ ｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｇ ｕ ｌ ａ ｒ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅｏ ｆ ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇｆ ａ ｃ ｅ 和冲击段）和平稳区间［ １ ］（ 图 ５ ） ．对开掘 巷道的影响是，如果在高应力区开掘巷道， 是冲击地压发生的危险区间，并且发生冲 击地压的 “ 临界开采深度”可能比在原始 应力场中开掘巷道减少一半；相反，在稳 定的内应力场中开掘巷道，一般没有发生 冲击地压的可能．冲击地压的发生将导致 高应力区内瓦斯大量释放，引发瓦斯爆炸 事故． 文献 ［ ８ ］指出，煤矿井下采矿使煤层 所受应力重新分布，可以使煤体透气性增 高或降低，因而导致煤层瓦斯赋存状态发生变化，采掘空间中瓦斯涌出量忽大忽小．在采掘工作面的前 方，受地应力的作用，产生卸压带、集中应力带和常压带，这对于前方煤体中瓦斯压力的分布将产生重大 的影响在卸压带中煤体透气系数增大，瓦斯压力较低且梯度平缓；在集中应力带中煤体透气系数降低， 瓦斯压力梯度显著增大，发生瓦斯突出的可能性就越大．最危险的时间是在 ｔ→０时，即在爆破见煤的瞬 间，由于瓦斯压力梯度最大，故而此时最容易发生瓦斯突出［ １ ２ ， １ ３ ］．煤体透气性越低，瓦斯压力梯度越大， 在工作面煤壁附近往往易于形成高的瓦斯压力梯度，这也是其容易发生突出的主要原因之一． 由文献 ［ １ ］和 ［ ８ ］不难理解这样一种连锁关系高应力区＇冲击地压危险区＇瓦斯突出／ 爆炸．显然， 瓦斯事故发生发展有一定的部位，即与采掘工作面推进存在时间和空间关系． ３ ２ 瓦斯突出的控制 多年来，治理矿井瓦斯灾害的方法主要是加大矿井通风量，使采掘地点空气中的瓦斯浓度降低到 煤矿安全规程规定的浓度以下．随着矿井开采深度的加深、生产规模的扩大和集中、综合机械化开采 强度的增大，采掘工作面的瓦斯涌出量急剧增加，掘进煤巷瓦斯涌出量超过 ３ｍ ３／ ｍ ｉ ｎ 、回采工作面超过 １ ０ｍ ３／ ｍ ｉ ｎ 的情况已经不是个别现象，单纯采用增加风量冲淡瓦斯的措施受到巷道断面积和风速的限制， 已不能满足生产的要求． 文献 ［ １ ２ ］认为，瓦斯大量涌出与煤层采动引起 “ 卸压增透”效应密切相关，煤体应力分布和瓦斯 压力的大小对突出的发生具有十分重要的作用，如果在集中应力带的煤体达到加速蠕变破坏之前，瓦斯得 到充分排放，则即使进入蠕变加速破坏阶段，突出也不会发生，而只会产生压出、片帮等动力现象［ ８ ］． 卸压带的作用相当于预防突出的缓冲区域，卸压带的宽度越小，则集中应力带越靠近采掘空间，瓦斯压力 梯度也越高，发生瓦斯突出的可能性就越大，因此卸压带的宽度对于是否能够发生突出具有重要意义．目 前采用的许多防突措施，如钻孔排放瓦斯［ １ ３ ， １ ４ ］、深孔松动爆破、开卸压槽等实际上都是通过采用一定措 施来扩大卸压带的宽度，提高现场煤层渗透率、瓦斯抽放率和瓦斯排放效果，降低瓦斯压力和瓦斯压力梯 度，从而达到防止瓦斯突出发生的目的．张铁岗［ １ ３ ］根据多年现场生产实践，从煤与瓦斯突出危险性预测 和超前控制角度，研究了瓦斯突出危险性与瓦斯地质方法和突出参数的关系，例如地质构造、煤层瓦斯含 １６ 煤 炭 学 报 ２ ０ ０ ６年第 ３ １卷 量、瓦斯压力 （ ｐ ） 、瓦斯放散初速度 （ Δ ｖ ） 、煤的坚固性系数 （ ｆ ） 、钻孔瓦斯涌出初速度 （ ｑ ） 、钻屑解 吸指标 （ Δ ｈ ２）和钻屑量 （ Ｓ ）等参数． 根据能量 － 力理论的观点，煤 （ 岩）与瓦斯突出是采掘工作面前方煤 （ 岩）本身的脆性破坏，是煤 （ 岩）弹性变形潜能和游离瓦斯能强烈作用的结果．因此，研究和控制岩体应力状态、瓦斯动力状态和震 动型变形是动力现象和瓦斯动力现象预测预防的依据［ １ ５ ］． ４ 结 语 针对采掘工作面瓦斯浓度监测监控的防范瓦斯事故的手段，只满足正常情况的生产需要，而对于突发 性和瞬间性的瓦斯事故，必须从本质上进行预测控制，即以预测控制重大事故实现的岩层运动条件和应力 条件为核心．到目前为止，在理论方面对煤和瓦斯突出机理已经有了比较一致和明确的认识，但还停留在 半定量阶段［ ８ ］．定性和半定量的认识是我国煤矿在瓦斯灾害治理方面没有突破性的进展，不能预测控制 煤矿瓦斯事故频发的原因．因此，应加强煤与瓦斯突出机理的定量研究，揭示瓦斯事故源与采掘工作面推 进时空位置关系． 采动影响下，出现支承压力 （ 应力）增高区，必然导致瓦斯压力升高，而低应力区煤体强度已大大 降低 （ 可等效于 σ ３→０ ） ．当处于高应力区煤体的强度 （ 等效于 σ３）不能抵抗高应力和增加的瓦斯压力之 合力时，就会导致煤体的破坏，实现了瓦斯解吸的条件之一 压力突然降低，瓦斯瞬时大量解吸，引发 瓦斯突出或煤与瓦斯突出．这个定性的瓦斯突出机理过程，可以进一步用定量的方式表述现场测试合力 大小及其形成时间和位置→预测具体采掘煤层瓦斯事故源位置→力学 － 数学关系理论研究→普遍应用的预 测瓦斯事故源位置方法．进而指导有关技术的研发和管理水平的提高，通过预测控制覆岩运动形式和应力 场分布状态，标本兼治，从而有效地预测、控制、减缓瓦斯重大事故的发生和发展． 参考文献 ［ １ ］ 宋振骐，蒋宇静，杨增夫，等．煤矿重大事故预测和控制的动力信息基础的研究 ［ Ｍ］ ．北京煤炭工业出版社， ２ ０ ０ ３ ． ［ ２ ］ 周世宁，林柏泉，李增华．高瓦斯煤层开采的新思路及待研究的主要问题 ［ Ｊ ］ ．中国矿业大学学报，２ ０ ０ １ ，３ ０ （ ２ ） １ １ １～ １ １ ３ ． ［ ３ ］ 赵明鹏，刘俊杰，陈振东，等．阜新煤田王营井田煤层气藏生储运特征研究 ［ Ｍ］ ．北京地质出版社，２ ０ ０ ０ ． ［ ４ ］ 高瑞祺，赵政璋．中国油气新区勘探 － 中国煤层气勘探 （ 第 ７卷）［ Ｍ］ ．北京石油工业出版社，２ ０ ０ １ ．１～ １ ７ ． ［ ５ ］ 刘俊杰．王营井田地下水与煤层气赋存运移的关系 ［ Ｊ ］ ．煤炭学报，１ ９ ９ ８ ，２ ３（ ３ ） ２ ２ ５～ ２ ３ ０ ． ［ ６ ］ 刘俊杰，陈 雄，张后全，等．运用 Ｒ Ｆ Ｐ Ａ ２ Ｄ数值模拟开采条件下渗流通道 ［ Ｊ ］ ．岩石力学与工程学报，２ ０ ０ ５ ，２ ４ （ ９ ） １５ ２ ２～ １５ ２ ６ ． ［ ７ ］ 唐春安，于广明，刘仁元，等．采动岩体破裂与岩层移动数值试验 ［ Ｍ］ ．吉林吉林大学出版社，２ ０ ０ ３ ．３ ５～ ８ ０ ． ［ ８ ］ 周世宁，林柏泉．煤层瓦斯赋存与流动理论 ［ Ｍ］ ．北京煤炭工业出版社，１ ９ ９ ９ ． ［ ９ ］ 刘天泉．矿山开采沉陷与环境保护 ［ Ａ ］ ．共同走向科学百名院士科技系列报告集 （ 中） ［ Ｃ ］ ．北京新华出版 社，１ ９ ９ ７ ． ［ １ ０ ］ 钱鸣高，许家林．覆岩采动裂隙分布的 “ Ｏ ”形圈特征研究 ［ Ｊ ］ ．煤炭学报，１ ９ ９ ８ ，２ ３（ ５ ） ４ ６ ６～ ４ ６ ９ ． ［ １ １ ］ 彭苏萍．矿井地质工程理论与实践 ［ Ｍ］ ．北京地质出版社，２ ０ ０ ２ ．２ ２ ３～ ２ ４ ４ 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