有關礦井安全煤量的探討
能源環境
作者：餘建東
【摘 要】煤與瓦斯突出是發生在煤礦井下的一種極其複雜的動力失穩現象，其由突出煤體向巷道或采場空間突然噴出大量的具有衝擊波性質的煤和瓦斯，可造成煤岩擊中或掩埋井下人員、摧毀井下設施等事故，甚至摧毀整個工作麵或礦井。
【關鍵字】煤礦安全；災害；瓦斯
引言
由於對現場煤與瓦斯突出過程進行全方位實時跟蹤研究的危險性太大，學者們大都依靠實驗室模擬手段進行煤與瓦斯突出機製的研究與探索。並針對地應力、瓦斯壓力、煤的物理力學性質在突出過程中的作用機製進行了卓有成效的研究工作，同時研製了相應的試驗裝置。
縱觀同類試驗裝置，國內外煤與瓦斯突出模擬試驗裝置的種類和樣式較多。其中，突出煤樣的形狀以圓柱體和長方體為主；模型加載方式主要采用材料試驗機加載；模型在受力維數上一維、二維、三維均有；而突出口的打開方式均為手動機械式；充氣介質以CO2，CH4為主；且突出煤樣的尺寸和傾角均為小尺寸、水平傾角。故現有的煤與瓦斯突出試驗裝置，雖在一定程度上加深了煤與瓦斯突出研究的進展，但或多或少地存在一些缺點。如突出煤樣均為小尺寸和水平傾角，而現實情況井下水平傾角的煤層相對較少，發生突出事故頻繁的石門揭煤所遇到的也往往是傾斜煤層；手動打開突出口速度較慢，在一定程度上影響了煤與瓦斯突出的時間和強度；對模型施加的荷載也都是均勻的，不能模擬工作麵前方由於采礦活動造成的局部應力集中，而應力集中往往又是造成突出的重要因素。所以，現有的突出試驗裝置存在一定的局限性，迫切需要研製出一種更加先進的大型煤與瓦斯突出試驗裝備，以更深層次地探索綜合作用假說的作用機製。
1.研製思路及目的
1.1研製思路
因煤與瓦斯突出的災害性極大，不可能在井下現場發生煤與瓦斯突出災害時開展研究，隻能依托實驗室進行試驗模擬。盡管國內外相關科研機構開展了大量的煤與瓦斯突出相似模擬試驗研究工作，但確實還存在一些不足，歸納起來有以下幾點：
（1）突出煤樣尺寸相對較小。
（2）隻能模擬水平煤層。
（3）突出煤樣充氣源均為單一充氣孔“點充氣”。
（4）利用材料試驗機對突出煤樣施加荷載，隻能模擬均勻應力場。
（5）手動打開突出口的速度偏慢。
（6）無法了解突出瞬間的細小變化。
因井下現場所采煤層大部分都是緩傾斜或傾斜煤層；發生突出災害時工作麵前方往往產生局部應力集中現象，煤體內並不是均勻應力場；井下煤體既是瓦斯的儲存場所又是瓦斯的流動場所，煤體中任一單元體的瓦斯都不是從一點流入，而是從整個截麵滲入。
1.2研製目的
本模擬試驗台主要用於進行煤與瓦斯突出模擬試驗研究。利用所研製的5套突出模具在模擬試驗台上裝配後，可使突出煤樣呈現出5種不同傾角，分別考察5種傾角煤樣在一定荷載、不同瓦斯壓力以及一定瓦斯壓力、不同荷載（分均布和階梯形兩種）條件下的突出情況。考察指標主要有突出強度、突出前與突出過程中煤樣的溫度變化、模具內的瓦斯壓力分布情況、發生突出時的瓦斯壓力與地應力臨界值以及不同瓦斯壓力下突出煤的粉碎性及分選性等。其最終目的在於進一步研究地應力、瓦斯壓力與煤的物理力學性質之間的相互耦合作用及其對突出的綜合作用機製，以期在綜合作用假說的基礎上更深層次地揭示煤與瓦斯突出機製，為形成煤與瓦斯突出力學演化機製及預測煤與瓦斯突出的基礎理論提供量化支撐。