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《综采放顶煤与瓦斯突出的耦合关系研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、焦作工学院学报(自然科学版),第23卷,第4期,2004年7月JournalofJiaozuoInstituteofTechnology(NaturalScience),Vol123,No14,Jul.2004综采放顶煤与瓦斯突出的耦合关系研究刘 程(煤炭科学研究总院重庆分院,重庆 400037)摘要:对煤与瓦斯突出发生的综合作用机理及治理技术进行总结,从宏观上提出治理煤与瓦斯突出的技术手段;分析总结我国综采放顶煤开采的技术成果,讨论了工作面应力分布规律和顶煤变形规律对突出的影响;认为:具突出危险性
2、的厚煤层采用综采放顶煤开采法对消突是有积极作用的.关 键 词:煤与瓦斯突出;综采放顶煤;瓦斯;应力分布中图分类号:TD823文献标识码:A文章编号:1007O7332(2004)04O0241O060 引 言自20世纪80年代中期我国试验成功综采放顶煤技术以来,为我国厚及特厚煤层的高效开采开辟了一条崭新的技术途径,但由于某些煤层具有突出危险性,从安全的角度考虑,《煤矿安全规程(2001)》第68条规定:“采用综合机械化采煤法放顶煤开采时,必须遵守下列规定:⋯无煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出危险性⋯”
3、.近年来,随着科技的进步和实践经验的增加,特别是综放工作面没有发生过突出的事实,激发人们重新考虑突出与综放之间的关系问题.本文就目前的理论研究与现场实践加以总结,探讨走向长壁综放工作面应力分布与煤层变形对瓦斯突出的影响.1 消除突出危险性的技术关键煤与瓦斯突出(简称“突出”)是指:在煤矿地下开采过程中,很短的时间内,从煤(岩)壁内[1,2]部向采掘工作空间突然喷出煤(岩)和瓦斯的现象.对于突出的机理,人们普遍接受综合作用学说,认为突出是由煤层瓦斯压力、煤体所受的地应力和突出煤体力学性质综合作用的结果
4、.就突出煤层而言,其煤体(通常所指的“软分层”)性质已经具备了突出危险性,基本上是不可改性的,如果要防止突出的发生,只能在瓦斯压力和地应力两方面采取措施.111 突出的发展过程及影响因素分析[3]煤体的突出过程需要经过以下几种状态或过程:①原始应力状态.②应力集中过程,煤体质点仍处于弹性状态下,集中应力对瓦斯压力影响很小.③地应力破坏过程,煤体在集中应力峰的作用下破坏,产生大量裂隙,进入极限平衡状态.④瓦斯撕裂裂隙的过程.由于地应力等作用,使煤体空隙体积减少,瓦斯压力在原有基础上继续增加,当暴露面(
5、工作面)向这些煤体质点接近时,其径向压力减小,瓦斯压力释放,撕裂煤体进一步破坏.⑤当暴露面进一步推进,瓦斯压力梯度发展到极限,高瓦斯压力剧烈释放,煤体就被高压瓦斯携带抛出;⑥搬运及静止解吸阶段,完成突出.由上述分析可以得到:煤体在地应力的作用下破坏是发生突出的必要但不是充分条件,如果没有收稿日期:2004O03O01; 修回日期:2004O04O03作者简介:刘 程(1979O),男,重庆巴南人,助理工程师,主要从事煤与瓦斯突出及瓦斯治理方面的科研工作.©1995-2005TsinghuaTongf
6、angOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 焦作工学院学报242(自然科学版)2004年第23卷高瓦斯压力,即便被高地应力破坏的煤体也不会扩展裂隙,甚至被瓦斯携带抛出,而只会以岩体破坏变形的方式自然释放,因此,高瓦斯压力能否扩展煤体裂隙并抛出煤体是突出发生的充分条件.112 消除突出危险的技术手段突出煤层中的瓦斯内能要比煤体的弹性潜能大1～3个数量级,且瓦斯压力梯度是导致煤体拉应[325]变增高从而破坏的直接原因.如果能对煤层
7、瓦斯进行抽放或排放,降低其压力,或者减弱瓦斯压力梯度的形成,则可以从根本上减弱突出的发生概率.就原始煤体所受地应力来讲,无论突出煤层或非突出煤层,它的分布都是具有普遍规律性和随机的局部集中性.从突出发生过程的四大宏观阶段看来,埋藏在地下的原始突出煤体,其准备阶段(突出危险点)总是随机的分布在煤层某些区域,那么,煤与瓦斯突出与否,关键要看外力能否激发突出.一旦具有强大的外力因素,即使原本没有突出准备的煤体,也可能由于人为开采的影响,导致其处于突出准备状态,甚至发生突出.可见,对于突出煤层,如何控制突出
8、发生的关键在于:遏制突出激发阶段的产生.遏制突出激发阶段产生的方法:一是消灭准备阶段,即对突出煤层进行卸压,如抽放瓦斯,降低煤层中瓦斯内能,消除突出危险点;二是降低或释放能够引起突出激发的高地应力.2 综放工作面应力分布对突出的影响综放工作面的应力分布受到两个部分影响:一是机采分层,即机械切割煤体部分;二是放顶煤分层,即顶煤部分.我国目前采用的综采机截深一般为600mm或800mm,牵引速度一般为2～5m/min,从力学的分布及转移特征上讲,在走向上,机采分层的应力分
