深部开采冲击地压与瓦斯耦合作用机理研究与防治

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1、深部开采冲击地压与瓦斯耦合作用机理研究与防治单麒源SHANQi-yuan；商宇航SHANGYu-hang（黑龙江科技大学矿业工程学院，哈尔滨150022）（SchoolofMiningEngineering，HeilongjiangUniversityofScience＆Technology，Harbin150022，China）摘要：通过对冲击地压与瓦斯之间的相互关系进行研究，分析了冲击地压与瓦斯之间的相互影响作用关系，总结了冲击地压与瓦斯的作用机理和过程，并提出冲击地压与瓦斯突出的防治方法。Abstract：Th

2、roughthestudyoftherelationshipbetutualinfluencebetechanismandprocessofrockburstandgasissummarized，thecontrolmethodsofrockburstandgasoutburstareputforpactpressure；gaspreventionandcontrol；themechanismresearch中图分类号：TD712文献标识码：A：1006-4311（2015）19-0103-03简介：单麒源（1985

3、-），男，黑龙江鸡西人，助教，毕业于黑龙江科技大学，从事岩石力学与矿山压力的研究工作。0引言近些年来浅部煤炭资源已经被开采殆尽，煤炭的开采深度逐年增大，煤层在受到较高的地应力和采动影响下，容易产生能量的集聚，从而诱发冲击地压。如果伴随着煤层瓦斯含量较高、瓦斯压力较大，还会诱发煤和瓦斯突出。本文将对冲击地压与煤和瓦斯突出两种矿压灾害进行讨论分析，研究其内在关系，并对其加以防治。1冲击地压与瓦斯统一认识当煤被开挖出来，煤岩的原岩应力状态被破坏，原有的力学系统平衡被打破，产生应力和能量的集中，集聚的能量超过煤岩极限强度的时

4、候就会发生冲击地压和瓦斯突出。这里面冲击地压通常忽略了瓦斯作用，而瓦斯突出则是考虑了地压因素。20世纪学术界普遍认为冲击地压是导致煤和瓦斯突出的主要原因之一，而随着开采深度的增加，瓦斯含量极度升高，这就让人们联想到是否是煤和瓦斯突出导致了冲击矿压的发生，同时煤矿开采过程中的采动影响引发的矿震也会使瓦斯涌出量增加[1]。2冲击地压与瓦斯相互关系2.1冲击对瓦斯灾害的影响冲击地压及煤与瓦斯突出统一理论[2]。冲击地压和瓦斯突出都是在一定的开采方法和煤层地质赋存条件下发生的，是煤岩因采动影响发生失稳造成的[3]。冲击与突出

5、是煤岩的活跃与稳定状态的转变，是一种自身能量的释放，两者之间相互促进、相互影响。2.2瓦斯含量对冲击破坏的影响①瓦斯含量越高煤的强度越低。游离态瓦斯增加了孔隙压力，阻碍孔隙收缩，降低了煤体强度[4]。②瓦斯含量越高煤的弹性模量越低。煤体颗粒表面被瓦斯吸附后，颗粒之间的粘聚力会变小，弹性模量降低。③瓦斯含量越高煤的脆性度越大。煤体形成裂隙后，瓦斯会迅速涌入裂隙空间，煤体渗透力增加，促进裂隙发育，围压减小，脆性度增大，煤体就越容易被破坏。2.3瓦斯抽放对冲击破坏的影响对于高瓦斯矿井必须采取瓦斯抽放措施。煤体的瓦斯被抽出，

6、使煤体内部孔隙力下降，顶板压力从由瓦斯煤体共同承受转化为煤体独自承受，原有裂隙受到顶底板压力作用被压实，但整体性差并开始集聚能量，成为冲击地压发生的隐患[5]。3冲击地压与瓦斯突出发生机制3.1冲击地压与瓦斯发生过程冲击地压是一种动力现象，它要在特定的开采条件和赋存条件下以煤体为介质，突发的一种破坏卸载过程[6]。受力环境、冲击倾向性、地质构造是判断冲击地压发生概率的重要基本依据。3.2煤岩体变形破坏机理煤体在受到地应力和采动影响后，会在巷道2~3m这个范围内形成一个平衡区。在这个平衡区里，煤体所承受的压力是靠煤体与

7、顶板的摩擦力、巷道的应力拱来约束平衡的，一旦这些约束发生破坏就会使平衡打破，煤体失去了约束造成失稳破坏，也就是冲击地压或煤和瓦斯突出。3.3冲击地压与瓦斯突出发生机理3.3.1冲击地压和瓦斯突出形成机理的相似处①煤体都会破坏和变形，而且都是在局部发生；②破坏过程快，触不及防；③破坏性质表现为脆性；④都在应力集中区域或受采动影响严重区域；⑤煤体破坏时释放大量能量，部分能量转化为煤岩抛出所需要的动能。3.3.2冲击地压和瓦斯突出形成机理的不同之处①高应力集中是冲击地压发生的主因；高瓦斯压力是瓦斯突出发生的主因；②瓦斯突出

8、过程中有瓦斯进行参与，而冲击地压没有。3.3.3冲击地压与瓦斯突出的相互作用过程当顶板岩石对煤体实施较大的压力时，煤体会产生应力集中。煤体内的瓦斯吸附力会变大，同时瓦斯受压膨胀使煤体孔隙内部的瓦斯压力也会变大，裂隙尖端的瓦斯压力转变成拉应力，会促使煤体原生裂隙进一步发育，如图1所示。随着顶板压力和瓦斯压力的逐渐增大，煤体与瓦斯压力相互耦合作用，