D01:10.13374/i.issnl00103x.2011.02.002 第33卷第2期 北京科技大学学报 Vo133 No 2 2011年2月 Journal ofUniversity of Science and Techno bgy Bejjing Feb 2011 振动诱发煤与瓦斯突出的机理 李祥春1 聂百胜2)何学秋12) 1)中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京1000832)中国矿业大学（北京）煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京10008图 通信作者.Ena时chinalixq23@163com 摘要振动是诱发煤与瓦斯突出的重要因素，为此实验研究了振动对瓦斯吸附的作用并从理论上分析了振动对煤体结构 的影响，探讨了振动诱发煤与瓦斯突出的机理.结果表明：在振动作用下，煤对瓦斯的吸附量有一定程度的减少，吸附能力降 低：振动延长了煤样达到吸附平衡的时间，使吸附平衡压力与未加振动时有所升高，煤样中游离瓦斯增多：振动使煤体内的裂 隙增加并扩展，当振动强度达到一定值时煤体内形成较大范围的连通裂隙网：在振动对煤体和瓦斯产生的综合作用下，煤与 瓦斯突出的危险性大大增加. 关键词煤矿：瓦斯突出：振动：吸附：裂隙 分类号D713 M echanism of coal and gas bursts caused by vbration LIXiang_chuni 2.NE Ba isheng 2).HE Xue qi 1)SchoolofResource and Safety Ergneerng China University ofMinirg&Technopgy Beijng.Beijng 100083 China 2)State Key Laboraory of Coal Resouces and SafeMining Beijing 100083 China Correspand ng author E mail chnalixc23@163 com ABSTRACT For vbaton is an mportant facpr among all infuencng facprs of coal and gas bursts gas ad sorpton experinen ts of coal were done and crack growth in coalwas analzed under vbration cond itions The mechanism of coal and gas burstswas discussed according to expermental and theoretical resu lts It is shown that under the acton of vibration hhe gas content of coal and the ad sorption ab ility decrease and after vbratpn the tie p readh he gas absorptpn equilbrium in coal and he adsorption equ ilibrium pessure in crease nd icating that vbratonm akes free gas increase and the gas content of coal educe Vbatpn also leads o the ncreasng of crack number and crack gow h rate and when the vibratian strengt arries at some value a large scale connected cradk network ap pears The ntegrated influence of vibratpn on the coal and gas system ncreases the danger of coal and gas bursts KEY WORDS coalm ines gas bursts vbratins adsonp tion cracks 煤与瓦斯突出是煤矿中一种极其复杂的动力现 构的影响进行了分析，探讨了振动诱发煤与瓦斯突 象，严重威胁煤矿的安全生产~.在煤矿开采过程 出的机理，以期为煤与瓦斯突出的预防提供一定的 中，其采煤方法、采煤工艺及施工方法都可能引起煤 理论基础. 与瓦斯突出的发生，在我国8669次有明确作业方 1振动对瓦斯吸附的影响 式记录的突出事例中，有8362次有放炮、支护，落 煤和打钻等作业方式诱导了突出，占965%，无作 11实验系统 业突出39次.仅占0.45%到.在影响煤与瓦斯突出 由于原有的瓦斯吸附实验系统在进行改造设计 的因素中从突出发生的数量上看，振动是诱发很多 过程中无法实现与振动系统的配合，所以在传统解 煤与瓦斯突出的的重要因素.因此，本文实验研究 吸法测定的基础上，结合国际先进技术，自行设计加 了振动对煤体瓦斯吸附的影响，并对振动对煤体结 工了瓦斯吸附实验系统、数据采集系统和振动实验 收稿日期：2010-05-06 基金项目：国家重点基础卿究发展计划资助项目(N92005C也21502)：“十一五"国家科技支撑计划资助项目(N92007BAK2B05):霍英东 高等院校青年教师基金资助项目(N0111053):中国矿业大学（北京）基本科研业务费专项基金资助项目(N92009Q☑09)第 33卷 第 2期 2011年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.33 No.2 Feb.2011 振动诱发煤与瓦斯突出的机理 李祥春 1, 2) 聂百胜 1, 2 ) 何学秋 1, 2) 1) 中国矿业大学 (北京 )资源与安全工程学院, 北京 100083 2 ) 中国矿业大学 (北京 )煤炭资源与安全开采国家重点实验室, 北京 100083 通信作者, E-mail:chinalixc123@163.com 摘 要 振动是诱发煤与瓦斯突出的重要因素, 为此实验研究了振动对瓦斯吸附的作用并从理论上分析了振动对煤体结构 的影响, 探讨了振动诱发煤与瓦斯突出的机理.结果表明:在振动作用下, 煤对瓦斯的吸附量有一定程度的减少, 吸附能力降 低;振动延长了煤样达到吸附平衡的时间, 使吸附平衡压力与未加振动时有所升高, 煤样中游离瓦斯增多;振动使煤体内的裂 隙增加并扩展, 当振动强度达到一定值时煤体内形成较大范围的连通裂隙网;在振动对煤体和瓦斯产生的综合作用下, 煤与 瓦斯突出的危险性大大增加. 关键词 煤矿;瓦斯突出;振动;吸附;裂隙 分类号 TD713 Mechanism ofcoalandgasburstscausedbyvibration LIXiang-chun1 2) , NIEBai-sheng1, 2) , HEXue-qiu1 2) 1) SchoolofResourceandSafetyEngineering, ChinaUniversityofMining＆Technology( Beijing), Beijing100083, China 2) StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandSafeMining, Beijing100083, China Correspondingauthor, E-mail:chinalixc123@163.com ABSTRACT Forvibrationisanimportantfactoramongallinfluencingfactorsofcoalandgasbursts, gasadsorptionexperimentsof coalweredoneandcrackgrowthincoalwasanalyzedundervibrationconditions.Themechanismofcoalandgasburstswasdiscussed accordingtoexperimentalandtheoreticalresults.Itisshownthatundertheactionofvibrationthegascontentofcoalandtheadsorption abilitydecrease, andaftervibrationthetimetoreachthegasabsorptionequilibriumincoalandtheadsorptionequilibriumpressurein￾crease, indicatingthatvibrationmakesfreegasincreaseandthegascontentofcoalreduce.Vibrationalsoleadstotheincreasingof cracknumberandcrackgrowthrate, andwhenthevibrationstrengtharrivesatsomevaluealarge-scaleconnectedcracknetworkap￾pears.Theintegratedinfluenceofvibrationonthecoalandgassystemincreasesthedangerofcoalandgasbursts. KEYWORDS coalmines;gasbursts;vibrations;adsorption;cracks 收稿日期:2010--05--06 基金项目:国家重点基础研究发展计划资助项目 ( No.2005CB221502) ;“十一五”国家科技支撑计划资助项目 ( No.2007BAK22B05) ;霍英东 高等院校青年教师基金资助项目 (No.111053) ;中国矿业大学(北京 )基本科研业务费专项基金资助项目 ( No.2009QZ09 ) 煤与瓦斯突出是煤矿中一种极其复杂的动力现 象, 严重威胁煤矿的安全生产 [ 1--3] .在煤矿开采过程 中, 其采煤方法、采煤工艺及施工方法都可能引起煤 与瓦斯突出的发生 .在我国 8 669次有明确作业方 式记录的突出事例中, 有 8 362次有放炮 、支护、落 煤和打钻等作业方式诱导了突出, 占 96.5%, 无作 业突出 39次, 仅占 0.45% [ 3] .在影响煤与瓦斯突出 的因素中从突出发生的数量上看, 振动是诱发很多 煤与瓦斯突出的的重要因素 .因此, 本文实验研究 了振动对煤体瓦斯吸附的影响, 并对振动对煤体结 构的影响进行了分析, 探讨了振动诱发煤与瓦斯突 出的机理, 以期为煤与瓦斯突出的预防提供一定的 理论基础 . 1 振动对瓦斯吸附的影响 1.1 实验系统 由于原有的瓦斯吸附实验系统在进行改造设计 过程中无法实现与振动系统的配合, 所以在传统解 吸法测定的基础上, 结合国际先进技术, 自行设计加 工了瓦斯吸附实验系统、数据采集系统和振动实验 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2011.02.002