单一低透气性煤层卸压带瓦斯抽采的基础研究.pdf

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1、2012年2月矿业安全与环保第39卷第1期单一低透气性煤层卸压带瓦斯抽采的基础研究付江伟1,2傅雪海，蒋玉玺(1．中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221008；2．河南省煤层气开发利用有限公司，河南郑州450016；3．焦作煤业集团有限责任公司，河南焦作454002)摘要：对于不具备保护层开采条件的单一低透气性高瓦斯突出煤层，近年来随着开采强度的不断增大，仅仅依靠工作面采前预抽已不能满足安全生产需要。为此，在研究煤层采动影响条件下，采煤工作面前方煤体应力重新分布的基础上，以焦作煤业公司所属矿井为试验场地，通过考察采场矿山压力分布规律以及不同应力带钻孔瓦斯流量变化规律，对回采工作面卸

2、压带位置和宽度进行了分析和研究，结果表明，其工作面超前卸压带宽度为l5～20m，可为合理布置抽采钻孔，提高瓦斯抽采效率提供依据。关键词：卸压带；工作面；瓦斯抽采；矿山压力；瓦斯流量中图分类号：TD712．6文献标志码：A文章编号：1008—4495(2012)01—0004—04我国大部分煤田成煤时间较长，经多期构造运1采掘工作面煤体区域应力的分布及特点动影响，致使石炭一二叠系煤层瓦斯含量高、透气性系数低、构造煤发育，煤矿瓦斯灾害严重。长期以来煤矿井下由于采掘作业的影响，支撑条件发生的理论研究和高瓦斯突出危险煤层的开采实践证改变，上覆岩层的原始平衡状态受到破坏，重新分布明，由于保护层开采后

3、对突出危险性大的被保护煤于围岩各个层面边界上的力及岩层中各点的应力促层能起到充分的卸压增透作用，瓦斯以及地应力得使该部分岩层发生变形或遭到破坏，在采掘空间前以有效释放，极大地降低了煤层突出危险性，因而开方一定范围内形成新的应力平衡。采动影响下煤层采保护层成为煤矿瓦斯灾害治理的有效措施_】j。上覆岩层运动的发展，在采空区上方由下往上依次我国《煤矿安全规程》以及国家诸多文件都对高瓦斯形成垮落带、裂隙带和弯曲下沉带j。随着顶板岩突出矿井保护层开采进行了强制性要求J。对于层的运动变化，又使得工作面前方不同范围内的煤单一低透气性高瓦斯突出煤层，尽管可以通过预抽层受到的顶板岩层应力发生变化，沿煤层向前

4、方一煤层瓦斯作为区域瓦斯治理的有效措施，但由于煤般形成卸压区(应力降低区)、应力增高区和原岩应层透气性低、煤层可钻性差，造成工作面预抽时间力区的分布特点，如图1所示。长，采掘接替失调局面严重，无法达到有效抽放煤层瓦斯、解除采掘工作面突出危险的目标。煤层瓦斯流动的理论和应用表明J，对于同一生产矿井，在‘‘基本技术条件相似的情况下，卸压增透是影响钻孔抽放量最为重要的控制因素。因此，研究利用煤层1Il．r●++1，』』j』』』采动影响条件下采煤工作面前方应力带的分布规律，合理确定卸压带的位置和宽度，进而科学地指导塑性变形区弹性变形区工作面卸压带瓦斯抽采，以及有效防治煤与瓦斯突卸压区应力增高区原岩

5、应力区出都具有重要的现实意义。图1工作面前方煤体应力分布示意图收稿日期：2011—09-24在卸压区，由于集中应力的作用，使煤体边缘容基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)项目易被压碎，形成大量裂隙，致使该区煤体透气性增(2005CB221501)作者简介：付江伟(1982一)，男，河南长垣人，中国矿业大大，是提高瓦斯抽采效果的理想区域。研究认为：大学博士研究生，主要从事煤矿瓦斯治理与煤层气开发方面的多数情况下，紧靠采掘空间的卸压区中的煤体强度研究和应用工作。E-mail：fuweispring@163．corn。较低，所受应力低于原岩应力。因此，在含瓦斯煤·4·2012年2月矿

6、业安全与环保第39卷第1期体中，极限应力区(塑性区和卸压区)煤体中的应力顶底板位移量观测曲线显示：在工作面前方4O一状态、瓦斯含量大小，特别是卸压区的长短及其承载70m内，顶板下沉量即已逐步显现，上覆岩层进人缓能力，对煤和瓦斯突出也有很大影响。慢下沉区；距工作面20～30m后，顶板下沉量急剧增加，煤层顶板明显破碎，进入破碎卸压区域。2回采工作面煤体区域卸压带宽度的确定18O16O林柏泉等研究认为，卸压带宽度与煤层厚度、侧吕140压系数、煤层开采深度呈正比关系，与煤层界面的摩蠹蠢33擦系数、煤体抗拉强度呈反比关系j。但对于同一2340个矿区来说，由于有些因素差异不大，可以通过分析2OO采场矿

7、山压力和钻孔瓦斯流量变化规律来考察卸压带的宽度。焦作矿区是我国典型的单一低透气性高距工作面距离／m瓦斯突出矿区，主采的山西组二煤层平均厚度6m图2九里山矿14101工作面巷道顶底板位移量观测曲线左右，瓦斯含量高，突出危险性严重，煤层瓦斯预抽是解除回采工作面突出危险性最主要的技术手段。目前，该矿区主要开采方式有放顶煤开采和分层开采，开采工艺为倾斜长壁放炮落煤和综合机械化开采等。试验期间，选择中马村矿2906综采放顶煤工作面