煤與瓦斯突出機理

絕大多數的研究者都認為煤與瓦斯突出由地應力、包含在煤中的瓦斯和煤的結構（包括其力學性質）三個因素決定，突出過程中，地應力、瓦斯壓力是發動和發展煤（巖）與瓦斯突出的動力，煤的結構則是阻礙突出發生的因素，它們存在于一個體系（突出煤層及圍巖）之中，有著極為密切的內在聯系，既互相依賴，又互相制約。

地應力

地應力場是一個自然應力場，它由自重應力場、構造應力場和溫度應力場組成。

自重應力場是由上覆巖體的自重造成的。溫度應力場屬于靜水壓力應力場，隨深度增加而增加，在同一深度，溫度應力僅為自重應力垂直分量的1/8。

構造應力場是構造運動在發展過程中形成的應力場。一個地區可能發生多次構造運動，因而其構造應力場往往是新、老應力場疊加在一起的復雜應力場。構造應力場具有很高的水平應力，并且應力分布不均勻。

中國的突出大都發生在構造應力增高地帶，這些應力增高帶有：

1. 封閉向斜軸附近；

2. 帚狀構造的收斂端；

3. 煤層的扭轉區；

4. 煤層走向或傾向變化地帶；

5. 煤層厚度變化帶；

6. 煤包及分岔煤；

7. 壓性、壓扭性小斷層帶；

8. 巖漿侵入帶。

地應力的作用表現為：

1. 使圍巖或煤層產生彈性變形，導致煤體產生突然破壞和位移；

2. 控制瓦斯壓力場。高的地應力可導致煤層中瓦斯壓力的增大；

3. 決定著煤層透氣性。地應力增高，煤層透氣性降低，煤體中瓦斯不易排放，將造成瓦斯壓力梯度增高，而煤體一旦破壞，透氣性增大，又會提高煤體中的瓦斯放散能力。

地應力的緩慢釋放不能導致煤體的充分破壞，只有在應力狀態突然改變時，圍巖或煤體才能釋放足夠的彈性變形潛能，才會使煤體產生突然破壞而激發突出。

導致應力狀態突然改變變化的原因有：

1. 巷道進入地質破壞區；

2. 石門揭開煤層；

3. 工作面迅速推進（如放炮、打鉆等）；

4. 巷道從硬煤進入軟煤帶；

5. 煤層突然加載，如巷道頂板突然下沉；

6. 煤層突然卸壓，如懸臂梁突然斷裂；

7. 煤的冒落。

發生煤與瓦斯突出的第一個必要條件是：煤層和圍巖具有較高的地應力和瓦斯壓力，并且工作面地帶煤層的應力狀態突然變化。

煤中的瓦斯

以游離狀態和吸附狀態存在的煤層裂隙和孔隙中的瓦斯，對煤體有三個方面的作用：

1. 全面壓縮煤的骨架，促使煤體產生潛能；

2. 吸附在微孔表面的瓦斯分子對為空起著楔子作用，降低煤的強度；

3. 很大的瓦斯壓力梯度形成作用于壓力降低方向的力。

無論游離瓦斯，還是吸附瓦斯，都參與突出的發展。突出發生時，煤體潛能的釋放使煤體發生破碎并產生移動，而瓦斯的解吸又使煤的破碎和移動進一步加強；由于瓦斯流不斷地把碎煤拋出，使突出孔洞壁始終保持一個較大的地應力梯度和瓦斯壓力梯度，使煤的破碎不斷向深部發展。所以說突出過程的繼續發展或停止，在某種程度上決定通道是否暢通。

煤（巖）與瓦斯突出發展的第二個必要條件是：有足夠的瓦斯流把碎煤拋出，并且突出孔洞暢通。

煤結構及其力學性質

煤結構和力學性質對煤（巖）與瓦斯突出的發生影響很大。一般來說，煤愈硬、裂隙愈小，所需的破壞功愈大，要求的瓦斯壓力和地應力愈高；反之亦然。在地應力和瓦斯壓力一定時，軟煤分層易被破壞；且由于軟煤分層存在的大量裂隙的連通性差，煤體的透氣性差，易于出現大的瓦斯壓力梯度，因而突出往往只沿軟煤分層發展。

在成煤過程和歷次地質構造運動中造成的煤結構和力學性質沿煤層走向和傾斜方向的不均質性，不但給工作面附近煤體的應力狀態突然變化創造了有利條件，并且還影響著突出的發展速度和突出孔洞的形狀和尺寸。