唐巨鵬， 任凌冉，潘一山，張 昕

（1.遼寧工程技術(shù)大學(xué)力學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000；2.遼寧大學(xué)物理學(xué)院，遼寧 沈陽 110036）

0 引 言

煤與瓦斯突出［1-2］是一種動力失穩(wěn)的現(xiàn)象，破碎的煤體在壓力作用下突然向采掘空間噴出，并伴有大量瓦斯氣體涌出，給煤礦開采的安全性帶來巨大挑戰(zhàn)。 據(jù)統(tǒng)計我國目前煤炭資源量53%左右為深部資源（千米以下）［3］，為了滿足日益增長的社會需求，不得不加大開采強度。 與淺部開采不同，深部條件下必然面臨著更加復(fù)雜的煤巖瓦斯動力災(zāi)害，其中有瓦斯壓力和地應(yīng)力參與的煤與瓦斯突出也將成為災(zāi)害研究的重點之一［4］。 因此，探究深部煤與瓦斯突出原因和致災(zāi)機理為深部開采提供安全保障是解決問題的關(guān)鍵。

為了掌握煤與瓦斯突出誘發(fā)原因，許多專家學(xué)者開展了大量的研究。 胡千庭等［5］提出力學(xué)作用機理假說，闡述了煤與瓦斯突出過程具有4 階段特征；筆者等［6-7］運用自行研發(fā)的真三軸多功能試驗儀對型煤試件施加真三軸加載，開展了相似條件下的煤與瓦斯突出模擬試驗；許江等［1，8-10］為探討煤與瓦斯突出過程中不同參數(shù)的變化情況，進行了一系列試驗研究，分別分析了煤層瓦斯壓力與煤體溫度的演化規(guī)律、巷道內(nèi)沖擊波的傳播過程以及提出了突出是一個脈動式發(fā)展過程；袁亮等［11-12］研發(fā)了以巷道掘進誘突的模擬試驗系統(tǒng)，該試驗系統(tǒng)達到了地應(yīng)力、瓦斯壓力、煤巖體特性均能改動的水平，通過此裝置得到了突出粉煤質(zhì)量與距離等現(xiàn)象；曹偈等［13］通過改變巷道的布置情況，研究了煤與瓦斯突出發(fā)生后沖擊波在巷道中傳播衰減過程；劉澤功等［14］通過構(gòu)造煤與瓦斯突出試驗系統(tǒng)，實現(xiàn)了可分析石門揭煤在地應(yīng)力、瓦斯壓力等不同作用下誘發(fā)煤與瓦斯突出的效果；程麗［15］統(tǒng)計分析了現(xiàn)有的煤與瓦斯突出力學(xué)加載系統(tǒng)，并利用模擬的方式發(fā)現(xiàn)采用梯形壓板可提高應(yīng)力加載時的均勻性；程遠平等［16-18］搭建了真實地應(yīng)力作用下煤與瓦斯突出物理模擬實驗系統(tǒng)；文獻［19-21］針對突出煤體分布規(guī)律進行了分析，尚未對高地應(yīng)力條件煤與瓦斯突出參數(shù)變化開展研究工作缺乏考慮。

綜上，前人研究主要聚焦于淺部煤與瓦斯突出機理揭示，由于“三高一擾動”，深部煤與瓦斯突出發(fā)生機理必然與淺部突出具有顯著差異。 因此，進行高地應(yīng)力條件煤與瓦斯突出模擬試驗，從煤粉分布特征和突出參數(shù)角度分析深部與淺部存在的顯著差異，突出參數(shù)主要以相對突出強度、臨界氣體壓力和地應(yīng)力側(cè)壓系數(shù)為指標(biāo)，探討高地應(yīng)力條件對突出參數(shù)的影響，旨在為研究高地應(yīng)力條件煤與瓦斯突出誘發(fā)原因和致災(zāi)機制提供參考。

1 煤與瓦斯突出試驗設(shè)計

煤礦開采將逐步向深部發(fā)展，深部不是指具體的深度，而是一種由地應(yīng)力水平、采動應(yīng)力狀態(tài)和圍巖屬性共同決定的力學(xué)狀態(tài)［22］。 深部的特點為高地應(yīng)力，深部突出特征必然明顯區(qū)別于淺部，因此，采用自主研發(fā)的可同時施加軸壓、圍壓、孔隙壓的煤與瓦斯突出全過程模擬裝置模擬了高地應(yīng)力條件煤與瓦斯突出試驗。

1.1 試驗系統(tǒng)

試驗設(shè)備由煤與瓦斯突出全過程模擬裝置、地應(yīng)力及氣體壓力控制系統(tǒng)、聲發(fā)射監(jiān)測儀、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)等組成。 突出全過程模擬裝置主體結(jié)構(gòu)由最大成型壓力30 MPa 的上端壓機、行程20 mm 時達到最大加載壓力25 MPa 的三向獨立加載油缸和加卸載調(diào)控臺等部件組成。 試驗機突出腔體內(nèi)部大小為0.2 m×0.2 m×0.2 m，斜側(cè)面有4 個直徑為10 mm的孔洞，用于氣體注入排出以及連接監(jiān)測腔體內(nèi)部溫度、聲發(fā)射等信號的傳感器，前端有直徑為80 mm 的孔洞，孔洞處利用有機玻璃擋板和密封膠圈進行封閉，用于模擬突出弱面，誘導(dǎo)突出發(fā)生。 煤層地應(yīng)力加載由液壓油缸實現(xiàn)，為考慮試驗安全性，瓦斯壓力通過氣瓶注入氮氣模擬，該設(shè)備可真實模擬真三軸應(yīng)力條件下煤與瓦斯突出全過程。

1.2 試驗設(shè)計

試驗操作流程：①突出型煤試件制作。 考慮到每組試驗煤體本身性質(zhì)相同及更好地達到煤與瓦斯突出射流效果，試驗采用遼寧某礦12 煤層原煤進行粉碎篩分，并測定各粒徑的平均含水率，利用最大密度曲線理論進行配比［23］，完成后置于腔體內(nèi)部，通過上端壓機分級加載至20 MPa 后穩(wěn)壓30 min，煤樣成型后若完整無裂縫則不再取出；②設(shè)備安裝及密封。 煤樣成型后，安裝聲發(fā)射探頭和突出口處的有機玻璃，并檢查其密封性；③試驗前準備。 型煤試件抽真空并進行充氣吸附，抽真空時間為3 h，吸附時間為24 h；④地應(yīng)力和氣體壓力的施加方案。 利用相似三定理［23］可推出應(yīng)力相似常數(shù)公式為Cσ＝CLCp，試驗煤層厚度約1.89 m，密度1.38 t／m3，試驗機突出腔體大小為0.2 m×0.2 m×0.2 m，試驗用煤量為8.7 kg，計算得出幾何相似常數(shù)CL＝9.45 和體積力相似常數(shù)Cp＝1.27，則應(yīng)力相似常數(shù)為12.0。 再根據(jù)李新平［24］的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)及擬合結(jié)果得到的深部地應(yīng)力隨埋深的分布規(guī)律計算得出現(xiàn)場實際地應(yīng)力值。 最后通過相似參數(shù)計算得到試驗過程中應(yīng)施加的三向地應(yīng)力值，見表1。 由前人經(jīng)驗［25-26］氣體壓力相似參數(shù)為1.0，初始氣體壓力設(shè)置為0.75 MPa，穩(wěn)壓2 min 后加載至1 MPa，之后采用逐級加載的方式，以每級0.2 MPa 梯度間歇加載，每級穩(wěn)壓2 min，直至突出發(fā)生；⑤試驗數(shù)據(jù)采集與記錄；⑥改變地應(yīng)力加載條件，依照上述步驟重復(fù)試驗。

表1 煤與瓦斯突出地應(yīng)力加載方案Table 1 Experimental scheme of coal and gas outburs

1.3 試驗現(xiàn)象

目前，多數(shù)學(xué)者認為，我國深部煤礦資源開采的深度可界定為800 ～1 500 m，并提出煤礦700 ～1 000 m為一般深部，1 000～1 200 m 為超深部，重點研究深度為800～1 200 m［22，27-29］。 根據(jù)預(yù)測遼寧某礦12 煤層1 000 m 以淺無突出危險性，1 000 ～1 320 m瓦斯含量遠高于突出臨界值，具有強突出危險性。 綜上，為研究高地應(yīng)力條件煤與瓦斯突出與淺部存在的差異，試驗共進行了8 組埋深條件分別為1 100、1 300、1 500、1 700、1 900、2 100、2 300、2 500 m的模擬煤與瓦斯突出，按照不同埋深條件下相應(yīng)的地應(yīng)力值加載，當(dāng)氣體壓力加載到臨界破壞值時，突出弱面破裂，煤與瓦斯突出發(fā)生，破碎煤體隨氣體涌出，并伴有猛烈的響聲，突出持續(xù)時間為0.6 ～1.8 s，圖2 所示為深部煤與瓦斯突出模擬現(xiàn)場。

圖1 煤與瓦斯突出試驗系統(tǒng)Fig.1 Physical map of coal and gas outburst test system

圖2 深部煤與瓦斯突出模擬現(xiàn)場Fig.2 Deep coal and gas outburst simulation site

突出完成后，煤樣以突出弱面中心為軸呈扇形對稱分布，主要以塊煤、碎煤和煤粉的狀態(tài)呈現(xiàn)，突出遠端有大量煤粉塵，由在突出過程中破碎煤體隨氣體氣流飄散沉降所致（圖2c）。 試驗腔體符合口小腔大的特征，導(dǎo)致能量在腔體內(nèi)聚集，達到臨界狀態(tài)時在突出口處突然釋放，引發(fā)煤與瓦斯突出（圖2d、圖2e），與現(xiàn)場觀察到的現(xiàn)象一致［30］。

2 試驗結(jié)果分析

試驗分別模擬了埋深為1 100、1 300、1 500、1 700、1 900、2 100、2 300 和2 500 m 的高地應(yīng)力煤與瓦斯突出，從煤粉分布特征和突出參數(shù)角度分析了深部煤與瓦斯突出與淺部突出存在的差異，旨在為研究深部煤與瓦斯突出機理作出貢獻。

2.1 煤粉分布特征分析

為研究突出煤粉具體分布特征，按照距離突出口的遠近分為4 部分，分別為突出近端、突出中端、突出中遠端和突出遠端（圖2c）。

稱重不同埋深條件下不同區(qū)域內(nèi)突出煤粉質(zhì)量發(fā)現(xiàn)：深部突出煤粉呈喇叭形分布，主要集中在突出中遠端即距離突出口15～25 m 處，占突出煤粉總重質(zhì)量比達52%～63%，表明突出前期腔體聚集能量多，煤粉攜帶能量大，噴射距離較遠，如圖3 所示。

圖3 不同埋深下突出煤粉質(zhì)量占比Fig.3 Outburst pulverized coal mass proportion under different burial depths

突出的持續(xù)使得突出強度減緩，煤粉噴出距離相對變近即突出中端，距離突出口5 ～15 m，煤粉質(zhì)量占比15%～40%，成為煤粉分布第二大區(qū)域，與集中區(qū)相比，該區(qū)域煤粉粒徑明顯增大，存在少量肉眼可見的未破壞煤樣；突出近端（距離突出口0 ～5 m）和突出遠端（距離突出口25 ～30 m）煤粉質(zhì)量占比較相似，為4%～10%，但煤粉來由完全不同，突出近端是由于突出臨近結(jié)束時能量衰減，不足以使煤粉遠距離噴射以及較大顆粒煤樣在突出開始時就無法正常拋出，因此，該區(qū)域煤粉主要以較大粒徑存在；突出遠端是由于在突出過程中煤體二次破碎產(chǎn)生粉塵，粉塵隨突出氣流飄散沉降，因此，該區(qū)域煤粉主要以小于0.15 mm 粒徑存在，且分布均勻。 與張超林等［31］所得結(jié)論相符，說明試驗的可靠性。

2.2 相對突出強度分析

煤與瓦斯突出分為不同的危險等級，突出強度是劃分其不同等級的依據(jù)，在實際工程中，按照突出強度將突出劃分為小、中、大和特大型4 類。 突出強度主要是指突出煤粉質(zhì)量和涌出瓦斯量，但實驗室試驗是模擬實際工況，突出煤粉質(zhì)量小，無法與實際工況相對應(yīng)，因此定義相對突出強度為突出瞬時單位氣體壓力突出的煤粉質(zhì)量，即用總突出煤粉質(zhì)量除以突出瞬時臨界氣體壓力來體現(xiàn)突出強度，與傳統(tǒng)突出強度意義相符。 深部煤與瓦斯突出相對突出強度見表2。

表2 深部煤與瓦斯突出試驗結(jié)果Table 2 Test results ofdeep coal and gas outburst

根據(jù)綜合作用假說，瓦斯壓力和地應(yīng)力都作用于煤與瓦斯突出，以埋深的不同反映地應(yīng)力大小，瓦斯壓力和地應(yīng)力的變化直接影響煤粉的突出量和危險等級。 因此，探討相對突出強度、埋深和氣體壓力三者的關(guān)系對研究煤與瓦斯突出是非常有必要的，圖4 所示為相對突出強度與臨界氣體壓力和埋深擬合情況。

圖4 相對突出強度隨臨界氣體壓力和埋深變化規(guī)律Fig.4 Law of relative protruding strength along with critical gas pressure and buried depth

1）相對突出強度與埋深符合線性關(guān)系S＝-2.22×10-4H2+1.341 2H+888.091，R12＝0.950 6，擬合關(guān)系良好，即加大埋深，相對突出強度增強。 氣體壓力不僅參與突出的發(fā)生，且為煤粉突出提供能量，當(dāng)突出發(fā)生后，小粒徑煤粉在突出氣體作用下突出。埋深的改變導(dǎo)致深部煤體受地應(yīng)力影響加大，在高地應(yīng)力條件下，煤體破壞嚴重，易達到失穩(wěn)條件發(fā)生突出，此時氣體壓力對突出的作用效果更為明顯，即氣體壓力僅產(chǎn)生較小增幅時，煤與瓦斯突出就會被誘導(dǎo)發(fā)生，由于煤體破壞嚴重，突出的煤粉質(zhì)量也會增多，因此，相對突出強度隨埋深的增加而增大。

2）考慮埋深對相對突出強度和臨界氣體壓力的作用，認為深部煤與瓦斯突出具有兩階段特征，分界深度為埋深1 700 m。

臨界氣體壓力與埋深符合非線性關(guān)系PL＝4.554×10-7H2-0.002 4H+5.785 8，R22 ＝0.961 8，即埋深增大，臨界氣體壓力減小。 根據(jù)埋深與相對突出強度和臨界氣體壓力的擬合關(guān)系發(fā)現(xiàn)當(dāng)埋深大于1 700 m 時，增長或下降幅度出現(xiàn)明顯減緩，表明埋深漲幅改變，相對突出強度和臨界氣體壓力的大小存在顯著差異，確定分界深度為1 700 m，依據(jù)紅陽三礦12 煤層型煤所設(shè)定的埋深分為1 100～1 700 m和1 700～2 500 m 進行探討，因此，研究臨界氣體壓力的變化情況更有利于分析深部突出的變化規(guī)律。

2.3 臨界氣體壓力分析

瓦斯壓力是造成煤與瓦斯突出的主要原因，影響煤與瓦斯突出孕育、發(fā)展、發(fā)生的各階段。 由于實驗室試驗突出氣體難以收集，因此將突出瞬時的氣體壓力定義為臨界氣體壓力，通過研究埋深和地應(yīng)力對臨界氣體壓力的影響，反映氣體壓力的作用。

對比不同埋深可以看出，臨界氣體壓力表現(xiàn)出階段性變化特征，即深部臨界氣體壓力變化規(guī)律不同于淺部，紅陽三礦和孫家灣煤礦煤樣臨界氣體壓力隨埋深變化規(guī)律及擬合關(guān)系如圖5 所示。

圖5 不同煤樣突出臨界氣體壓力對比分析Fig.5 Comparative analysis of critical gas pressure for outburst ofdifferent coal samples

臨界氣體壓力與埋深呈非線性關(guān)系，紅陽三礦擬合情況為PL1＝4.55×10-7H2-0.002 44H+5.785 8，擬合系數(shù)為R12＝0.961 8，臨界氣體壓力與埋深呈負相關(guān)，且下降速率逐漸減緩，以分界深度埋深1 700 m為分界點，埋深1 100～1 700 m 臨界氣體壓力下降較快，埋深1 700 ～2 500 m 臨界氣體壓力下降趨于平穩(wěn)，因此，在實際工程中，煤與瓦斯突出可以分為深淺部進行分析，當(dāng)開采深度逐漸增加時，突出過程中氣體壓力變化特征明顯區(qū)別于淺部突出，若仍用淺部突出變化規(guī)律預(yù)測深部突出災(zāi)害發(fā)生情況，將極大增加災(zāi)害造成的危險性。

將試驗結(jié)果與前人［32］分析的孫家灣煤礦煤樣進行對比。 對比可知，當(dāng)在埋深小于400 m 開采時，兩種煤樣的臨界氣體壓力較為相似，表明煤體自身力學(xué)性質(zhì)對小于400 m 的礦井突出影響不明顯；當(dāng)開采深度大于400 m 后，兩種煤樣的臨界氣體壓力表現(xiàn)出顯著差異，說明地應(yīng)力作用隨采深增加而增大，煤體在高地應(yīng)力作用下發(fā)生破裂，自身力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，對突出的影響效果更加明顯。 但從整體變化規(guī)律上分析，在突出發(fā)生時，紅陽三礦和孫家灣煤礦煤樣的臨界氣體壓力與埋深均呈對數(shù)關(guān)系，臨界氣體壓力變化幅度隨埋藏深度的增加而減小，說明在深部礦井中，氣體壓力在突出中起到的作用更為顯著，即當(dāng)氣體壓力出現(xiàn)微小擾動時，就會導(dǎo)致突出發(fā)生。 試驗結(jié)果與前人所得變化趨勢一致，驗證了試驗的合理性與可靠性。

埋藏深度加深，煤體所受三向地應(yīng)力也加大，因此，忽略單個方向地應(yīng)力對臨界氣體壓力的作用效果，運用平均地應(yīng)力和地應(yīng)力側(cè)壓系數(shù)對臨界氣體壓力變化規(guī)律進行綜合分析。

平均地應(yīng)力σp計算公式為：

臨界氣體壓力隨地應(yīng)力及地應(yīng)力側(cè)壓系數(shù)變化規(guī)律如圖6 所示。

圖6 深部臨界氣體壓力變化情況Fig.6 Deep critical gas pressure change situation

1）臨界氣體壓力與地應(yīng)力符合線性關(guān)系PL＝-0.454 8σM+4.542 8，R12 ＝0.912 9，即地應(yīng)力增大，臨界氣體壓力減小，與前人所得結(jié)論相符［26］。 在實驗室條件下，因型煤制作方式相同，施加地應(yīng)力越大，在施加較小氣體壓力情況下突出即可發(fā)生，說明地應(yīng)力是造成突出發(fā)生的另一個主要原因。

2）臨界氣體壓力與地應(yīng)力側(cè)壓系數(shù)符合線性關(guān)系PL＝25.624 3K-24.445 5，R22＝0.956 2，擬合關(guān)系良好，表明地應(yīng)力側(cè)壓系數(shù)與臨界氣體壓力有更好的相關(guān)性，即地應(yīng)力側(cè)壓系數(shù)增大，臨界氣體壓力增大，因此，在以后煤與瓦斯突出探討過程中，應(yīng)更加側(cè)重考慮地應(yīng)力側(cè)壓系數(shù)起到的作用。 根據(jù)綜合作用假說理論，深入研究地應(yīng)力側(cè)壓系數(shù)在煤與瓦斯突出過程中的作用效果，可為以后的研究和現(xiàn)場實測中提供可靠的支撐與參照。

2.4 突出瞬時氣體壓力臺階效應(yīng)

煤與瓦斯突出試驗過程中，氣體壓力從0.75 MPa 首先加載至1 MPa，然后以每級0.2 MPa 逐級加載，由于試驗開始前對型煤進行了預(yù)加載，保證型煤吸附飽和且試驗腔體密封，在地應(yīng)力作用下，煤體產(chǎn)生裂隙，吸附在煤體上的氣體逐漸脫離，所以在每個加載階段停止后，氣體壓力仍會緩慢增加，將此增加過程稱之為自增長。 根據(jù)實際預(yù)采情況，以埋深1 300 m 為例對氣體壓力的具體變化情況進行分析，如圖7 所示。 由圖7 中局部區(qū)域可知，氣體壓力加載至1.790 MPa 時不再加載，可觀察到氣體壓力停止加載后仍在自行緩慢增長，增幅ΔP＝0.054 MPa。氣體壓力自增長并不是從1.790 MPa 開始出現(xiàn)，此前每級均有不明顯的增幅，是由于加載初期，煤體產(chǎn)生裂隙較少，從煤體中脫離出的氣體也較少。 1.790 MPa 之后的每級均有明顯的自增長現(xiàn)象，且增幅均趨近于0.08 MPa，原因在于在地應(yīng)力和氣體壓力共同作用下，型煤試件逐漸被破壞，產(chǎn)生大量裂隙，促使從煤體中脫離出的氣體增多，氣體壓力自增長現(xiàn)象變得顯著。 8 組試驗均成功突出，且每次突出激發(fā)都不是在氣體壓力加載過程中，而是在穩(wěn)壓階段，該階段煤體破壞，氣體從煤體中脫離，由此可知，氣體的吸附解吸影響煤與瓦斯突出的發(fā)生。

圖7 模擬埋深1 300 m 下氣體壓力變化情況Fig.7 Evolution of simulated gas pressure at a buried depth of 1 300 m

1）突出發(fā)生后氣體壓力急劇下降，但不會直接降至大氣壓，而是經(jīng)歷1～2 次氣體壓力二次蓄能過程，將其定義為臺階效應(yīng)，隨后接近大氣壓，說明突出發(fā)展過程中氣體壓力具有臺階性下降規(guī)律。 0.8 s時刻為突出發(fā)生起始時刻，氣體壓力下降到0.1 MPa為突出完成時刻，整個突出過程氣體壓力呈臺階性變化，埋深增加，氣體壓力的臺階性特征逐漸減弱，突出持續(xù)時間逐漸變短，突出的瞬發(fā)性特征更加明顯，如圖8 所示。

圖8 深部煤與瓦斯突出瞬時氣體壓力臺階效應(yīng)變化特征Fig.8 Variation characteristics of step effect of instantaneous gas pressure in deep coal and gas outburst

2）定義t1為突出持續(xù)時間，t2為突出氣體壓力二次蓄能時間即臺階效應(yīng)持續(xù)時間，圖9 為突出持續(xù)時間t1、臺階效應(yīng)持續(xù)時間t2隨埋深變化規(guī)律。

圖9 突出持續(xù)時間t1和臺階效應(yīng)持續(xù)時間t2變化規(guī)律Fig.9 Variation of highlight duration t1 and the step effect duration t2

3）突出持續(xù)時間t1隨埋深的增大而減小，符合線性關(guān)系y＝-0.000 532x+1.981 5，R2＝0.932 1，擬合關(guān)系良好。

當(dāng)埋深為2 500 m 時，突出持續(xù)時間t1僅為0.6 s，臺階效應(yīng)持續(xù)時間t2為0（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)最短間隔為0.2 s），說明突出過程中氣體壓力的臺階性特征隨著埋深增大逐漸減弱，瞬發(fā)性特征愈發(fā)顯著，煤與瓦斯突出帶來的災(zāi)害性更加難以預(yù)測。

4）臺階效應(yīng)持續(xù)時間t2整體變化規(guī)律隨埋深增大而減小。 由埋深與臺階效應(yīng)持續(xù)時間變化規(guī)律可以看出埋深1 100 ～1 500 m 遞減，埋深1 900 ～2 500 m趨于平穩(wěn)，存在異常點分界深度1 700 m，出現(xiàn)較大波動。

以臺階效應(yīng)持續(xù)時間為分界，分析突出持續(xù)過程中氣體壓力兩次的下降速率，深部氣體壓力兩次下降速率變化規(guī)律如圖10 所示。

圖10 突出持續(xù)過程中氣體壓力下降速率變化規(guī)律Fig.10 Variation of gas pressure drop rate during continuous process

兩次氣體壓力下降速率均表現(xiàn)出先減小后增大的規(guī)律，均以埋深1 700 m 作為分界點。 由一次下降速率曲線可知，埋深1 100 ～1 700 m 氣體壓力下降速率逐漸減小，埋深1 700 ～2 500 m 下降速率逐漸趨于平穩(wěn)；由二次下降速率曲線可知，埋深1 700 ～2 500 m 氣體壓力下降速率逐漸增大，當(dāng)埋深達到2 500 m 時，已經(jīng)不會出現(xiàn)臺階效應(yīng)，氣體壓力直接降至大氣壓，瞬發(fā)性愈發(fā)顯著，證實了深部煤與瓦斯突出過程中表現(xiàn)出兩階段變化特征，埋深1 700 m 作為分界深度，這也證實了深部煤與瓦斯突出難以預(yù)測的特點，危險性急劇增大，因此，分析深部煤與瓦斯突出的突出參數(shù)變化規(guī)律是非常必要的。

3 結(jié) 論

1）深部煤與瓦斯突出與淺部表現(xiàn)出顯著差異，深部突出煤粉分布呈喇叭形，主要集中區(qū)域為15 ～25 m 內(nèi)，突出煤粉質(zhì)量占比達52%～63%；煤體相對突出強度與埋深呈正增長，臨界氣體壓力與埋深呈負增長，表明深部煤與瓦斯突出在高地應(yīng)力影響下對氣體壓力作用更敏感，易達到突出臨界條件。

2）深部煤與瓦斯突出相對突出強度和臨界氣體壓力變化趨勢具有兩階段特征，存在分界深度為1 700 m，埋深1 100～1 700 m 為劇烈變化階段，埋深1 700～2 500 m 為平緩階段，說明煤與瓦斯突出發(fā)生的可能性在深部更甚。

3）深部煤與瓦斯突出瞬時氣體壓力具有“臺階效應(yīng)”，臺階效應(yīng)持續(xù)時間隨埋深增大而減小，在埋深2 500 m 時臺階效應(yīng)消失，說明此時發(fā)生突出的可能性急劇增加。