瓦斯放散初速度影響因素研究進(jìn)展

郭朋帥，高建寧，張春璞，陳 旭

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）應(yīng)急管理與安全工程學(xué)院，北京100083；2.煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順113122；3.煤礦安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 撫順113122）

在煤炭的生產(chǎn)過程中，煤與瓦斯突出煤巖動(dòng)力災(zāi)害對(duì)煤炭的生產(chǎn)造成了很大的影響，2010 至2015年間造成較大事故的事故類型中煤與瓦斯突出占事故總起數(shù)的68.42%，占總死亡人數(shù)的45.68%[1]。瓦斯事故影響范圍廣，據(jù)統(tǒng)計(jì)在2013 至2017 年間平均每次事故死5.22 人，是頂板事故死亡人數(shù)的2.4倍[2]。并且我國(guó)煤炭資源開采條件惡劣屬中等偏下水平，煤礦開采已經(jīng)進(jìn)入深部開采，地應(yīng)力和瓦斯壓力逐漸增加，煤與瓦斯突出的危害會(huì)更加嚴(yán)重。瓦斯放散初速度是區(qū)域煤層瓦斯突出參數(shù)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，反應(yīng)了煤體釋放瓦斯的快慢程度，可以用來表征煤的破壞程度和孔隙性質(zhì)。因此瓦斯放散初速度參數(shù)的研究對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)瓦斯突出、預(yù)防事故起著非常重要的作用。很多學(xué)者從單因素層面如：變質(zhì)程度、充氣壓力、溫度、孔隙特征、粒徑、水分、外加聲場(chǎng)和電場(chǎng)等分析了其對(duì)瓦斯放散初速度的影響，在此基礎(chǔ)上從流體力學(xué)的角度分析，把影響瓦斯放散初速度的各個(gè)因素分為3 個(gè)方面，瓦斯含量、瓦斯壓力、通道性質(zhì)，分析各個(gè)方面中的影響因素和研究進(jìn)展。

1 單個(gè)因素影響機(jī)理歸類

從流體力學(xué)的角度，流體從腔體內(nèi)流出后，一定時(shí)間內(nèi)的速度變化取決于流體的含量、流體的壓力、通道性質(zhì)3 個(gè)方面。如果不考慮煤放散過程中煤基質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，忽略煤在放散瓦斯同時(shí)發(fā)生的解吸過程。就可以把煤吸附瓦斯后的放散過程簡(jiǎn)化為不同含量的氣體在不同的壓力狀態(tài)下通過不同的通道放散的過程。氣體含量、壓力、通道性質(zhì)影響分析如圖1（圖中：p1、p2為壓力；V1、V2為瓦斯含量）。

圖1 氣體含量、壓力、通道性質(zhì)影響分析Fig.1 Analysis of the influence of gas content, pressure and channel properties

煤的放散初速度實(shí)驗(yàn)可以設(shè)計(jì)為3 種：①Ⅰ與Ⅱ?qū)φ諏?shí)驗(yàn)：探究同等含量、同等壓力狀態(tài)下受不同通道性質(zhì)所影響的煤瓦斯放散初速度的變化情況；②Ⅰ與Ⅲ對(duì)照實(shí)驗(yàn)：探究同等體積、同等通道性質(zhì)的瓦斯在不同瓦斯壓力狀態(tài)下的瓦斯放散情況；③Ⅰ與Ⅳ對(duì)照實(shí)驗(yàn)：探究在同等壓力、同等通道性質(zhì)在不同的瓦斯含量的條件下瓦斯的放散情況。實(shí)際放散過程當(dāng)中，煤基質(zhì)中吸附瓦斯會(huì)不斷解吸出來，煤基質(zhì)會(huì)發(fā)生收縮，但是可以把影響瓦斯吸附解吸的因素歸為瓦斯含量因素，把影響煤基質(zhì)結(jié)構(gòu)的因素歸為孔道性質(zhì)因素。把影響煤中瓦斯氣體壓力的因素歸為氣體壓力因素。那么就可以把單個(gè)影響瓦斯放散初速度的因素歸為3 類，其中屬于影響瓦斯含量的因素主要包括：煤變質(zhì)程度、溫度、外加聲波場(chǎng)和電場(chǎng)等。屬于影響瓦斯壓力的因素主要有：充氣壓力。屬于影響孔道性質(zhì)的因素主要有：孔隙特征、粒徑、水分。

2 瓦斯含量的影響因素

2.1 煤變質(zhì)程度對(duì)瓦斯放散初速度的影響

煤的變質(zhì)程度指的是煤在壓力和溫度的共同作用下，發(fā)生物理和化學(xué)變化的程度。煤首先經(jīng)過泥炭化階段進(jìn)行生物化學(xué)作用，然后開始進(jìn)行以溫度和壓力為主的煤化作用，依次轉(zhuǎn)化為泥炭、褐煤、煙煤、無煙煤。根據(jù)中國(guó)煤炭分類標(biāo)準(zhǔn)，揮發(fā)分是煤變質(zhì)程度的主要判別標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)之一。有些學(xué)者通過探究煤中揮發(fā)分與瓦斯放散初速度的關(guān)系來研究煤的變質(zhì)程度對(duì)瓦斯放散初速度的影響。姜海納等[3]通過實(shí)驗(yàn)得出瓦斯放散初速度按照變質(zhì)程度分為：高變質(zhì)程度無煙煤＞中變質(zhì)程度煙煤＞低變質(zhì)程度煙煤＞未變質(zhì)煤樣。劉軍[4]，徐樂華等[5]同樣用揮發(fā)分表征煤的變質(zhì)程度，得出瓦斯放散初速度隨著揮發(fā)分增大而呈現(xiàn)負(fù)指數(shù)減小的趨勢(shì)。

煤中具有龐大的微孔系統(tǒng)，超細(xì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)提供了很大的內(nèi)表面積，不同變質(zhì)程度的煤具有不同的比表面積。比表面積決定著瓦斯的存儲(chǔ)能力，也是煤的變質(zhì)程度特征參數(shù)之一。羅志明[6]研究了瓦斯放散初速度和煤的比表面積之間的關(guān)系，得出瓦斯放散初速度與煤比表面積成一次函數(shù)關(guān)系。林海飛等[7]認(rèn)為孔隙比表面積越大，瓦斯放散初速度越小，兩者呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。徐樂華等[8]擬合出揮發(fā)分與煤比表面積的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了瓦斯放散初速度隨著變質(zhì)程度的增加而增大。陳學(xué)習(xí)等[9]則具體指出煤孔隙結(jié)構(gòu)中微孔的比表面積和瓦斯放散初速度之間存在一次函數(shù)關(guān)系，得出瓦斯放散初速度隨變質(zhì)程度降低而指數(shù)減小。目前普遍認(rèn)為瓦斯放散初速度隨著變質(zhì)程度的增大而增大。主要是因?yàn)樽冑|(zhì)程度越高，經(jīng)過煤的物理化學(xué)作用越久，煤的瓦斯生成量越多。同時(shí)伴隨著孔隙率越高，吸附的瓦斯也越多。變質(zhì)程度影響因素研究現(xiàn)狀進(jìn)展分析見表1。

因此認(rèn)為探究變質(zhì)程度對(duì)瓦斯放散初速度影響的實(shí)驗(yàn)中在以下幾個(gè)方面應(yīng)當(dāng)注意：

1）煤級(jí)指標(biāo)中揮發(fā)分指標(biāo)對(duì)于部分煤樣不能準(zhǔn)確確定煤的變質(zhì)程度，可燃基揮發(fā)分＞30%的煤以發(fā)熱量為最好的鑒定指標(biāo)，水分次之，＜30%的煤以鏡煤反射率最好，而揮發(fā)分本身是中高煤化煙煤階段（10%～30%）較好的指標(biāo)，氫氣、水分、X 射線衍射曲線則都可作高階煤的指標(biāo)[10]。

2）在探究瓦斯放散初速度與變質(zhì)程度的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)增加實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用更多不同的表達(dá)式模型進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，例如：對(duì)數(shù)模型、冪函數(shù)模型、指數(shù)模型、多項(xiàng)式模型等從而提高應(yīng)用模型的準(zhǔn)確性。

3）研究瓦斯含量與放散初速度的關(guān)系時(shí)，結(jié)合菲克定律和郎格繆爾吸附模型，通過改變吸附壓力改變瓦斯吸附量，從而研究瓦斯吸附量與瓦斯放散初速度的關(guān)系，由于瓦斯吸附量還是吸附壓力對(duì)瓦斯放散初速度起到主要的影響需進(jìn)一步確定。

表1 變質(zhì)程度影響因素研究現(xiàn)狀進(jìn)展分析Table 1 Progress analysis of influencing factors of metamorphic degree

2.2 溫度對(duì)瓦斯放散初速度的影響

煤是一種多孔介質(zhì)，屬于一種天然的吸附劑。被吸附氣體的分子受外界溫度和壓力的影響，會(huì)在吸附態(tài)和游離態(tài)之間不斷轉(zhuǎn)換。溫度變化不僅會(huì)直接影響到煤分子的熱運(yùn)動(dòng)，而且還會(huì)影響煤孔隙中瓦斯壓力。根據(jù)煤分子的吸附特征，普遍認(rèn)為溫度上升1 ℃，吸附量減少8%。李曉偉[11]從溫度變化引起的壓力變化和瓦斯吸附特性2 方面分析溫度對(duì)瓦斯放散初速度的影響。經(jīng)過曲線擬合得出瓦斯放散初速度與溫度差（同20 ℃相比）之間存在二次函數(shù)的關(guān)系；李強(qiáng)等[12]得出瓦斯放散初速度隨著溫度的升高呈現(xiàn)冪函數(shù)降低；郭志剛[13]研究了溫度對(duì)不同煤樣的影響程度，瓦斯放散初速度越大，受溫度影響程度越小。

馬東民[14]、張慶玲[15]、梁冰等[16]也都認(rèn)為瓦斯放散初速度隨著溫度的增加而減小。目前普遍認(rèn)為瓦斯放散初速度隨著溫度的升高而降低。溫度對(duì)瓦斯放散初速度影響分析見表2。

表2 溫度對(duì)瓦斯放散初速度影響分析Table 2 Analysis of the influence of temperature on the initial velocity of gas emission

對(duì)于目前的研究有下列幾點(diǎn)思考：

1）關(guān)于瓦斯的等溫吸附研究較多，溫度對(duì)瓦斯放散初速度的影響研究相對(duì)較少，而在實(shí)際的生產(chǎn)活動(dòng)中，由于不同地區(qū)、不同深度的礦井中煤層實(shí)際溫度也是不同的，所以溫度對(duì)于瓦斯放散初速度的影響是很重要的一個(gè)因素，加強(qiáng)溫度對(duì)瓦斯放散初速度的研究對(duì)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)煤層突出很有意義。

2）關(guān)于溫度對(duì)瓦斯放散初速度影響機(jī)理解釋需進(jìn)一步研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著溫度的升高，瓦斯放散初速度并不是直線下降的，因此溫度的變化不僅對(duì)瓦斯的吸附量產(chǎn)生影響，可能還會(huì)影響瓦斯內(nèi)部壓力或煤基質(zhì)結(jié)構(gòu)。這些還需要進(jìn)一步的研究。

3）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)不多，適用性不強(qiáng)。在通過實(shí)驗(yàn)探究瓦斯放散初速度與溫度的關(guān)系時(shí)，采用數(shù)據(jù)不夠充分，需增加數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)來提高公式的準(zhǔn)確性。

2.3 外加聲波和電場(chǎng)對(duì)瓦斯放散初速度的影響

外加聲波促進(jìn)瓦斯的解吸源于低頻震動(dòng)采油技術(shù)，主要從聲波震動(dòng)可以增加多孔介質(zhì)裂隙，降低粘結(jié)力，溫度升高效應(yīng)等方面考慮。李建樓[17]從煤體動(dòng)力損傷機(jī)械效應(yīng)入手，提出聲波震動(dòng)的力效應(yīng)使得煤顆粒間隙周期性一張一閉促進(jìn)瓦斯解吸，解吸速度隨時(shí)間變化的過程符合對(duì)數(shù)規(guī)律。徐龍軍[18]認(rèn)為是外加聲波后的熱效應(yīng)使得煤體溫度上升和煤表面勢(shì)能增大使得瓦斯放散。姜永東等[19]則認(rèn)為是機(jī)械振動(dòng)效應(yīng)和熱效應(yīng)共同作用有利于瓦斯解吸。聶百勝等[20]提出功率聲波可以提高煤巖滲透性和孔隙率，總結(jié)了作用機(jī)理有機(jī)械作用、激波作用、定向作用、熱效應(yīng)和空化作用。

關(guān)于外加靜電場(chǎng)對(duì)瓦斯放散初速度的影響，李成武等[21]人認(rèn)為靜電場(chǎng)主要改變了瓦斯的45～60 s放散過程且具有記憶效應(yīng)，分析機(jī)理為靜電場(chǎng)使得煤表面的吸附勢(shì)阱深度增加和電負(fù)性增強(qiáng)兩者相互競(jìng)爭(zhēng)的作用。吸附勢(shì)井深度增加瓦斯?jié)舛容^大，有利于瓦斯放散，電負(fù)性較強(qiáng)時(shí)瓦斯吸附熱越小，吸附勢(shì)阱較淺，瓦斯吸附量較少，不利于瓦斯越放散。而易俊等[22]認(rèn)為交變電場(chǎng)的作用減弱了煤的吸附能力和解吸能力，減緩了含瓦斯的解吸過程，不利于瓦斯的放散。

對(duì)于目前的外加聲場(chǎng)、電場(chǎng)對(duì)瓦斯的解吸研究有以下建議：

1）關(guān)于超聲波對(duì)煤解吸瓦斯的研究較多，而在20～20 000 Hz 的范圍內(nèi)的聲波對(duì)瓦斯吸附解吸的研究較少，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)研究。

2）建立的物理模型比較小型化，李建樓對(duì)此做了改進(jìn)，但還是應(yīng)該多考慮到實(shí)際情況煤體結(jié)構(gòu)與模型的差距，進(jìn)一步加強(qiáng)采用更加貼近實(shí)際情況的模型的研究。

3）外加聲場(chǎng)對(duì)煤巖瓦斯的解吸機(jī)理還沒有明確。需要進(jìn)一步研究哪一種機(jī)理為主要因素，或者它們之間的相互作用情況。

4）在外加電場(chǎng)的情況下，還沒有得到瓦斯放散初速度與電場(chǎng)強(qiáng)度的明確的關(guān)系，具體的影響作用機(jī)理還需要進(jìn)一步的研究。

3 充氣壓力對(duì)瓦斯放散初速度的影響

根據(jù)瓦斯的等溫吸附模型，當(dāng)其他外界條件不變時(shí)，瓦斯吸附量隨著吸附壓力的增加而增加，增加的幅度逐漸減小直至吸附飽和。當(dāng)煤粒徑小于極限粒徑[23]時(shí)，對(duì)于同一種破壞類型的煤，瓦斯在煤層中流動(dòng)符合菲克擴(kuò)散定律。

式中：J為擴(kuò)散速度，m3/（m2·s）；C 為瓦斯?jié)舛?，m3/t；X 為距煤粒中心的距離，m；D 為煤體瓦斯擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，瓦斯放散初速度表示3.5 g 規(guī)定粒度的煤樣在0.1 MPa 壓力下吸附瓦斯后向固定真空空間釋放時(shí)，用壓差表示的10～60 s 內(nèi)釋放出瓦斯量指標(biāo)，根據(jù)瓦斯放散初速度的意義和測(cè)定方法得到如下公式：

式中：J為擴(kuò)散速度，m3/（m2·s）；t 為時(shí)間，s。

隆清明[24]、趙志法[25]結(jié)合langmuir 模型和菲克定律，得到瓦斯放散初速度和瓦斯壓力的關(guān)系如下：

從式（3）可以看出，吸附壓力的增加會(huì)導(dǎo)致瓦斯放散初速度的增加，但是瓦斯放散初速度增加的越來越慢，直到達(dá)到某一數(shù)值左右?guī)缀醪辉僮兓??？到▽嶽26]把菲克擴(kuò)散定律、langmuir 等溫吸附曲線結(jié)合煤顆粒煤層氣在第一類邊界條件下的近似解也給出了瓦斯放散初速度與吸附壓力的關(guān)系式。

綜上，在一定范圍內(nèi)瓦斯放散初速度隨著瓦斯吸附壓力的增加而變大，但是還有一些方面需進(jìn)一步加強(qiáng)研究：

1）瓦斯在煤中的滲流普遍使用菲克擴(kuò)散定律，而秦躍平[27]指出達(dá)西定律也是煤粒瓦斯流動(dòng)基本定律，利用達(dá)西定律來探究瓦斯放散特性的研究還有待研究，以及關(guān)于煤中瓦斯koundson 擴(kuò)散和表面擴(kuò)散的研究也有待發(fā)展。

2）瓦斯的吸附解吸模型主要利用蘭格繆爾等溫吸附模型，而亨利吸附等溫模型、費(fèi)羅因德利希吸附等溫模型、BET 吸附等溫模型的研究也比較少。

3）數(shù)據(jù)擬合表達(dá)式局限于Langmuir 方程，可以增加數(shù)據(jù)擬合的表達(dá)式，探究瓦斯吸附解吸的更加準(zhǔn)確的表達(dá)式模型，例如三次多項(xiàng)式、四次多項(xiàng)式、指數(shù)函數(shù)、綜合模型、Weibull 函數(shù)、Langmuir 方程改造式、BET 方程和解吸式等。

4）瓦斯吸附壓力對(duì)瓦斯放散初速度的影響比較大，煤與瓦斯的實(shí)際突出壓力為0.74 MPa，在瓦斯放散初速度的測(cè)定時(shí)采取充氣壓力0.1 MPa 向真空空間放散，與實(shí)際情況不符。

4 孔道性質(zhì)的影響因素

4.1 孔隙特征對(duì)瓦斯放散初速度的影響

孔隙作為瓦斯的富集區(qū)，裂隙又是瓦斯放散的通道，所以孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)于瓦斯的吸附和放散過程都有很大影響。主要影響因素有2 個(gè)：①煤微孔或過渡孔比表面積，因?yàn)槲⒖妆缺砻娣e的增加，吸附能力增強(qiáng)；②孔徑的大小關(guān)系到瓦斯流動(dòng)過程中受到的阻力大小。煤中的復(fù)雜雙重結(jié)構(gòu)系統(tǒng)分為孔隙和裂隙，煤的孔隙孔徑大小分為4 類[28]：微孔、過渡孔、中孔和大孔。王月紅[29]指出孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)瓦斯放散初速度的影響主要原因是比表面積的不同，其次是過渡孔（10～100 nm）孔容占比。陳向軍[30]提出納米級(jí)孔（小于100 nm）比表面積決定煤的吸附能力，納米級(jí)孔（小于100 nm）孔容決定煤的吸附速率。陳學(xué)習(xí)指出瓦斯放散初速度隨著微孔比表面積的增加呈現(xiàn)出線性增加的趨勢(shì)，主要原因是增加了吸附位，增大了吸附量。但是林海飛通過阜康礦區(qū)煤樣進(jìn)行試驗(yàn)分析得出平均孔隙直徑越大瓦斯擴(kuò)散阻力越小，瓦斯擴(kuò)散速度越大。

4.2 粒徑對(duì)瓦斯放散初速度的影響

關(guān)于粒徑是如何影響瓦斯放散初速度，張曉東等[31]認(rèn)為粒度變化對(duì)微孔比表面積基本沒有影響，對(duì)于干燥煤樣主要因?yàn)榱６仍黾右鸺淄榉肿拥臄U(kuò)散、吸附路徑加長(zhǎng)，阻力增加；對(duì)于平衡水煤樣除了擴(kuò)散路徑變化外，主要是水分子影響了瓦斯的吸附量，影響了瓦斯放散速度。楊萌萌[32]認(rèn)為除了阻力的影響外，隨著煤樣粒徑不斷減小，煤樣的孔隙比表面積、孔隙體積增加，瓦斯?jié)舛仍龃?，煤中解吸速度增加。煤科院撫順院楊其鑾提出了極限粒度概念，只有小于極限粒徑的煤粒對(duì)瓦斯放散初速度有影響，大于極限粒徑的煤粒瓦斯放散基本不受粒徑的影響，研究表明極限粒徑在0.5～6 mm 之間。劉彥偉等[33]分析了軟硬煤的瓦斯放散差異，得出軟煤比硬煤的瓦斯放散初速度偏高，軟煤和硬煤的瓦斯放散差異存在一個(gè)尺度效應(yīng)，粒徑越小差距越小，小于某粒徑后沒有差距，稱這個(gè)粒徑為原始粒徑。賈東旭[34]實(shí)驗(yàn)得出在粒徑小于3 mm 時(shí)，瓦斯放散初速度隨粒徑減小而成冪函數(shù)增加，且變質(zhì)程度越高越明顯。蔡立勇等[35]實(shí)驗(yàn)提出瓦斯放散初速度隨著粒徑的減少而成指數(shù)增加。楊萌萌提出小粒徑煤樣占比越大，瓦斯放散越快。李一波等[36]實(shí)驗(yàn)得出瓦斯放散初速度與粒徑呈現(xiàn)對(duì)數(shù)關(guān)系；潘紅宇[37]則認(rèn)為瓦斯放散初速度隨粒徑呈一次函數(shù)降低。

4.3 水分對(duì)瓦斯放散初速度的影響

目前普遍認(rèn)為水分降低煤層瓦斯放散初速度的原因是水分會(huì)減低瓦斯的吸附量，主要從3 個(gè)方面解釋：①自由水發(fā)生吸附作用，占據(jù)了煤體的吸附位；②水分子與瓦斯分子競(jìng)相吸附；③水的存在阻塞微孔隙的通道。張九零等[38]提出瓦斯放散初速度隨水分含量增加（1.4%～7.9%）呈對(duì)數(shù)關(guān)系減少，做了瓦斯放散初速度變化量與水分含量的關(guān)系，水分含量在5%附近瓦斯放散初速度變化率逐漸變??；林海飛[39]測(cè)定水分含量在20%以下和潘紅宇得出水分含量在25%以下時(shí)瓦斯放散初速度隨水分增加呈現(xiàn)線性關(guān)系減??；陳向軍等[40]提出瓦斯放散初速度與水分含量（1.17%～7.19%）呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系減小，水分對(duì)無煙煤吸附瓦斯能力影響最大，對(duì)長(zhǎng)焰煤吸附瓦斯能力影響居中，對(duì)焦煤吸附瓦斯能力影響最小。

對(duì)于孔隙結(jié)構(gòu)的研究提出幾點(diǎn)思考：

1）王月紅等并沒有分析瓦斯放散初速度變化的原因，孔容的占比是不是改變了瓦斯的吸附情況也沒有給出解釋。林海飛探究大孔隙結(jié)構(gòu)和微孔比表面積對(duì)瓦斯放散初速度的影響只考慮到了微孔比表面積越大吸附能力越強(qiáng)，平均孔徑越小阻力越大，不利于瓦斯的放散，而沒有解釋隨著比表面積的增大還增大了吸附量，有利于瓦斯的放散，平均孔徑的減小還增加了比表面積。

2）比表面積和孔徑對(duì)瓦斯放散的影響是雙方面的，比表面積增加導(dǎo)致瓦斯吸附量增加的同時(shí)也加大了瓦斯放散的擺脫阻力；平均孔徑減小在增加放散流動(dòng)阻力的同時(shí)又增加了比表面積。所以對(duì)于正向負(fù)向2 方面競(jìng)相作用的研究應(yīng)該進(jìn)一步加深。

3）不同種類的煤樣的極限粒徑的具體數(shù)值還有待確定，以及劉彥偉提出的原始粒徑的數(shù)值也有待研究。

4）對(duì)于煤樣粒徑越小瓦斯放散初速度越快的2個(gè)原因：①阻力減小目前沒有爭(zhēng)議；②粒徑越小的煤樣的孔隙表面積和孔容變化，從而引起瓦斯?jié)舛茸兓?。但是具體是由于水分的影響、微孔比表面積變化還是其他原因影響有待研究。

5）部分學(xué)者在探究瓦斯放散初速度與粒徑的關(guān)系時(shí)，只有4～7 個(gè)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確性有待提高。且得出相應(yīng)的關(guān)系式后，沒有詳細(xì)的分析說明原因。

6）隨著水分含量的增加，會(huì)存在1 個(gè)極限水分值，不同煤種的極限水分值不同，相同的水分值對(duì)不同的煤樣瓦斯放散初速度的影響程度不同，這些方面都是需要進(jìn)一步詳細(xì)研究的。

7）目前對(duì)于水分對(duì)瓦斯放散初速度的研究主要問題是煤種類不夠全面、水分含量區(qū)間局限、數(shù)據(jù)數(shù)量不夠充分。

5 改進(jìn)和展望

煤與瓦斯的實(shí)際突出最小壓力0.74 MPa，放散空間為常壓，而在瓦斯放散初速度實(shí)驗(yàn)中，瓦斯在壓力為0.1 MPa 下吸附，向真空空間放散。前者會(huì)更加接近實(shí)際情況，曹垚林[41]對(duì)瓦斯放散初速度指標(biāo)測(cè)定過程中的吸附壓力做了分析，提出采用突出壓力吸附向常壓空間放散得到的放散指標(biāo)更加準(zhǔn)確。有一部分的突出礦井在突出后的10 s 內(nèi)已經(jīng)突出了大部分瓦斯，10 s 后的瓦斯突出量較少。因此，瓦斯放散初速度在按照規(guī)定取10～60 s 時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤判。如采用0～60 s 時(shí)間段內(nèi)瓦斯突出指標(biāo)會(huì)更加準(zhǔn)確，富向[42]也對(duì)測(cè)量0～60 s 內(nèi)瓦斯的放散量的新指標(biāo)進(jìn)行了探索。在瓦斯放散初速度的測(cè)量中并沒有對(duì)煤樣的水分含量、溫度、變質(zhì)程度等其他影響因素作出規(guī)定，但是這些因素會(huì)嚴(yán)重影響到測(cè)量結(jié)果。

關(guān)于單個(gè)因素對(duì)瓦斯放散初速度實(shí)驗(yàn)研究提出幾點(diǎn)思考：

1）在研究單個(gè)影響因素對(duì)瓦斯放散初速度的研究過程中數(shù)據(jù)太少，準(zhǔn)確性和完整性有待提高。何永勝[43]做了瓦斯放散初速度與瓦斯壓力、比表面積、堅(jiān)固性系數(shù)、原始瓦斯含量之間的耦合關(guān)系公式，程波等[44]通過實(shí)驗(yàn)擬合出瓦斯放散初速度與孔隙率、堅(jiān)固性系數(shù)之間的3 種耦合方程；楊萌萌提出了將瓦斯放散初速度與煤的吸附解吸特性、滲透率、瓦斯的初始膨脹能等進(jìn)行綜合研究的思路。在實(shí)際情況中，往往是溫度、水分、孔隙結(jié)構(gòu)、粒徑和其他影響條件對(duì)瓦斯放散的綜合影響，所以研究多種因素對(duì)瓦斯放散初速度的耦合影響非常重要，多種影響因素對(duì)于瓦斯放散初速度的耦合作用是研究的方向和趨勢(shì)。

2）在分析內(nèi)外因素對(duì)瓦斯放散初速度的影響過程中，多從瓦斯吸附量與瓦斯放散初速度之間的關(guān)系角度來推導(dǎo)，但是關(guān)于具體的瓦斯吸附量與瓦斯放散初速度之間相關(guān)性還有待研究。

3）瓦斯放散初速度與其他突出預(yù)測(cè)參數(shù)之間的關(guān)系有待探究，如果可以找到他們之間的關(guān)系，會(huì)對(duì)瓦斯突出預(yù)測(cè)具有重要意義，例如瓦斯放散初速度和堅(jiān)固性系數(shù)之間關(guān)系有待研究。

6 結(jié) 語

1）介紹了煤與瓦斯突出事故的危害，從煤變質(zhì)程度、充氣壓力、溫度、孔隙結(jié)構(gòu)、粒徑、水分、外加聲波、外加電場(chǎng)等單因素分析其對(duì)瓦斯放散初速度的影響。

2）總結(jié)了瓦斯放散初速度指標(biāo)在吸附壓力和測(cè)定放散時(shí)間區(qū)間方面的不足，及更加準(zhǔn)確的改進(jìn)措施，但是存在重新探究臨界值和推廣適用性的問題。

3）總結(jié)目前多因素耦合作用對(duì)瓦斯放散初速度初速度影響研究，概括了學(xué)者們對(duì)于各個(gè)因素和指標(biāo)之間相互作用影響的研究方向。對(duì)未來的瓦斯放散初速度的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，提出壓力、溫度、水分、粒徑等多因素耦合作用是瓦斯放散初速度的研究方向和趨勢(shì)。