钻孔抽放瓦斯的防突作用机理及其分析

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1、2010年第1期能源技术与管理29doi：103969／j．issn．1672-9943．2010．O1O11钻孔抽放瓦斯的防突作用机理及其分析赵晋红，杨钦：，王峰，蒋恒，蒋书杰，(1．潞安环能股份公司常村煤矿，山西长治046102：2．神火集团，河南永城476600；3．永煤集团，河南永城476600)[摘要]钻孔抽放煤层瓦斯是区域性防突措施和局部防突的主要措施之一。分析影响煤与瓦斯突出的主要因素和钻孔抽放瓦斯对突出煤层有关参数的影响。通过3-程实例，对突出危险严重的区域施工上向网格式穿层钻孔预抽煤层瓦斯，降低了瓦斯

2、压力梯度，使严重突出危险区域转化为无突出危险区。[关键词]瓦斯突出；地应力；瓦斯压力；煤的物理力学性能[中图分类号]TD712+．6[文献标识码]B[文章编号]1672_9943(201O)01-0029-02之一，多数学者认为，造成突出的动力是地应力和1概述瓦斯压力，而突出的阻力是煤体抵抗破坏的能煤矿地下采掘过程中，在很短时间内，从煤力【2]。所以，研究地应力、瓦斯压力和煤的力学性(岩)壁内部向采掘工作空问突然喷出煤(岩)和瓦能及瓦斯在矿井中的存在和运移规律是防止煤与斯的现象，人们称为煤(岩)与瓦斯突出，简称瓦斯瓦斯

3、突出的基础，而且还是研究煤层瓦斯流动、瓦突出或突出，是煤矿企业的重大灾害之一。钻孔抽斯涌出、瓦斯抽放以及防止高瓦斯矿井机械化开放煤层瓦斯是区域性防突措施和局部防突的主要采导致瓦斯突出事故等问题的理论基础。措施之一，如图1、2所示。钻孔抽放煤层瓦斯减2．1地J立力弱直至消除煤层突出危险性的实质在于：向突出地应力是指煤体所受到的地层应力。一般认煤层内打的一定数量的钻孔造成局部卸压，排放为，地应力不仅有大小而且有方向，其大小和方向煤层中的瓦斯，使其潜能得以释放；同时降低了煤主要取决于3个因素：①构造应力：指在地质构造体中的瓦

4、斯压力和瓦斯含量，并由此引起了煤的运动中产生的力，具体又可以分为现代构造应力收缩变形，使地应力下降、煤层透气性增高、地应和残余构造应力，其大小和方向取决于构造运动力和瓦斯压力梯度减小、煤体强度增大。力和煤体在地层中所处的位置。②地层自重应力：一般指的是地层重力造成的应力。地层自重应力————的方向是铅锤方向，数值随深度的增加而增大。③麦，≤≥。荔采动应力：是由于井下采掘工作破坏了原有的应大巷迎头兰三=1=二二二一一一⋯一二=⋯一=力平衡而造成的附加应力而形成的。应力的大小?i和方向取决于采掘空间的形成和承载煤体的位置。

5、图1瓦斯抽放孔平面图一般情况下，采掘工作面附近煤体中的地应力是上述3种应力的叠加，其数值可达到几十兆帕；但是当煤体中含有瓦斯时，因为瓦斯充满在煤体中能使煤体产生膨胀变形，还会产生附加应力。2_2瓦斯压力瓦斯压力与煤层所受地应力相比，在数值上图2瓦斯抽放孔剖面图可相差几倍到几十倍，但是由于瓦斯主要是以吸附状态存在于煤体中，每立方米煤体中所含瓦斯2影响煤与瓦斯突出主要因素及其分析量可达几十立方米。所以，就煤体中所储存的能量煤与瓦斯突出是煤矿生产中的主要自然灾害而言，瓦斯能往往要比应力应变能大几倍到几十30赵晋红，等钻孔抽放

6、瓦斯的防突作用机理及其分析2010年第l期倍。一般认为，在突出过程中，地应力的主要作用Q：A是破碎煤体，给瓦斯释放创造条件，而大规模突出k的主要动能来源确是瓦斯。研究结果表明：瓦斯压力对煤层的透气性有很大影响，一般情况下煤层式中p一钻孔瓦斯流量，m3／d；透气性系数随着瓦斯压力的降低而增加。A—煤层透气性系数，m2／(MPa2·d)；2．3煤的物理力学性能m一煤层厚度，m；煤的物理力学性能主要包括两个方面：一是2_Pi)一瓦斯压力平方差；指煤体抵抗破碎的力学性能，即煤的抗压、抗拉、抗剪强度和弹性模量等参数；二是指煤体对

7、瓦斯一有效排放半径，m；运动的阻力，即煤层透气性系数和煤的瓦斯吸附见一钻孔半径，m。性能——吸附常数a、b或瓦斯含量系数。煤体的从中可以看出：煤层透气性系数和钻孔瓦斯力学性能决定了它在地应力和瓦斯压力作用下能流量成正比，和瓦斯压力平方差成反比。当煤体透否被破坏；而煤体对瓦斯的吸附性能则是反应了气性增大后，提高抽放负压，可以扩大瓦斯排放的煤体含有瓦斯的能力和在暴露煤面附近保存高压范围，从而使瓦斯流量显著增加引。瓦斯的能力。在自然条件下，煤层中煤质的分布往3．3煤体发生收缩变形往是不均匀的，软煤的强度要比硬煤小1到几倍。煤

8、层瓦斯被抽放到一定程度煤体透气性增加因此煤与瓦斯突出往往都是从软煤分层发生，然的一个重要原因就是煤体发生了收缩变形。煤吸后波及到其他分层。实验室研究表明，煤的强度随附瓦斯前后分子间距的测定表明：煤在吸附瓦斯瓦斯含量的增大而降低。包含瓦斯的软煤分层在前，平均分子间距为1．03nm；吸附瓦斯后，平均分地应力的作用下其流变性比较大，这对