从力学角度分析煤与瓦斯突出的基本机理 _神秘

（）据EurekAlert!：最近的一项研究提示, 煤岩体的破坏阵面持续向煤体深部推进，形成突出波，其机制是瓦斯渗流与煤岩体破坏的耦合，为认识和防治煤与瓦斯突出提供科学线索。“突出波”为向煤岩体深部推进的破坏阵面，阵面前煤岩处于未破坏状态，阵面后煤岩破碎成粉，瓦斯压力陡降，瓦斯裹挟煤粉向巷道喷出。
这篇名为“一维煤与瓦斯突出波模型”的研究论文发表于《中国科学：物理学力学天文学》2014年第1期，从力学角度分析了煤与瓦斯突出的基本机理，由中国科学院力学研究所陈力、乔继延和丁雁生合作撰写。
煤与瓦斯突出，是煤矿井下最严重的灾害之一，严重威胁井下生产安全。在发生突出时，工作面的大量破碎的煤和瓦斯突然向巷道喷出，掩埋人员和机械，毁坏通风系统，极具破坏性。我国突出次数世界最多，曾经天天有小突，周周有突出伤亡，月月有大突。近几年瓦斯恶性事故显著下降，百万吨死亡率下降，但年突出死亡人数二、三百，却无显著下降。为什么会发生煤与瓦斯突出？根本的原因在于煤岩空隙中的瓦斯压力高，煤岩抗拉强度低。
【从力学角度分析煤与瓦斯突出的基本机理】煤与瓦斯突出影响因素众多，现象复杂，其发生发展机理众说纷纭。中国科学院力学研究所郑哲敏院士领导的团队通过室内模拟实验和现场数据，发现地应力起到煤与瓦斯突出触发作用，煤岩体的破坏推进及抛掷的能量主要来源于瓦斯，煤与瓦斯突出最基本的特征是瓦斯压力梯度导致煤体层裂、瓦斯压差导致已层裂的煤粉化。
该研究的创新之处在于综合对煤岩体的破坏推进及抛掷全物理过程进行了描述，提出一个关于一维煤与瓦斯突出恒稳推进的简化模型。计算显示，巷道空气压缩波速度约为空气声速；破坏阵面推进速度比空气声速小一个量级，指向煤岩深部，与空气压缩波的方向相反；煤粉抛掷速度低于破坏阵面推进速度，方向与空气压缩波相同。把握这三个速度的量级和方向，有利于理解瓦斯突出灾害的严重性。
该研究发现对于深入认识煤与瓦斯突出的基本机理，进而根据理论应用于煤与瓦斯突出防治，具有重要的科学意义。