低透气性煤层应力集中带瓦斯抽采研究.pdf

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1、2014年第5期中州煤炭总第221期低透气性煤层应力集中带瓦斯抽采研究石晓环(河南理工大学安全科学与工程学院，河南焦作45400一3)一一=墓一一一一～一摘要：为了提高低透气性煤层瓦斯抽放效率，研究了回采工作面煤层渗透性随采动的变化规律，综合分析了采动应力下煤层裂隙演化规律，得出了在低透气性煤层应力集中带瓦斯抽采的必要性和可行性。通过建立应力集中带裂隙(包括原生割理、构造节理、采动裂隙)演化简化模型，分析裂隙分布方位与最大主应力、煤层倾角的方位关系，得出结论：应力集中带煤层裂隙在采动影响下张开闭合与否，受

2、最大主应力方向、大小影响，进而影响煤层局部渗透性变化，因此在应力集中带将瓦斯抽采钻孔布置在局部渗透性增大区域，将大大提高抽采效率。提出了在应力集中带裂隙发育区域抽采瓦斯是预防瓦斯动力灾一害的～有一效措一施～，观察一煤～体一裂一一隙分布发育情况是预测煤体渗透性的一种依据。关键词：渗透性；应力集中；瓦斯抽采；裂隙；最大主应力中图分类号：TD712．6文献标志码：A文章编号：1003—0506(2014)05—0063—04ResearchOilGasDrainageforStressCOncentratjOn

3、BeltinLow-permeabilityCoalSeamShiXiaohuan(SchoolofSafetyScienceandEngineering，HenanPolytechnicUniversity，Jiaoz一uo一．～一454～一003～一一，Ch一～ina一～)一～～一一一～～一一煤层渗透性是研究瓦斯在煤层中运移的基本参在高瓦斯解吸程度、高渗透性、高抽采瓦斯浓度的区数，低透气性煤层瓦斯抽放是制约煤矿安全高效域中进行。渗透性的变化往往跟渗透容积有关，生产的主要因素。煤矿开采过程中的瓦斯涌出、

4、瓦渗透容积的多少跟煤层中裂隙发育情况有关。低透斯抽采均与渗透性有关，地应力对煤的渗透性影响气性煤层应力集中带瓦斯抽采钻孔能否有效抽采瓦很大，很多学者关于渗透性和应力之间的关系做了斯与该区域局部裂隙发育有直接关系。本文在前人大量实验，实验结果基本一致。随着围压的改变，煤研究的基础上，分析了回采1一作面前方预采煤体采体渗透性出现规律性变化。在采动影响下，工作动影响的应力分布以及渗透性变化，对瓦斯抽采具面前方应力重新分布，会发生很大的变形、位移、甚有指导意义。至破坏。支承压力破坏了煤体的原生结构，影响煤1回采工

5、作面“三带”划分与瓦斯抽采层孑L隙率、瓦斯流动。而瓦斯抽放钻孔布置又要求1．1采前预抽与采动卸压我国大多煤体呈现出瓦斯含量大、煤体强度低、收稿日期：2014一Ol一08作者简介：石晓环(1991一)，女，河南永城人，河南理工大学在校本渗透性低等特点，这对于瓦斯抽采有很大影响。科生，主要从事安全丁程专业的学习与研究工作。由于采动的影响，煤体的支承压力和受力状态不断·63·20l4年第5期中州煤炭总第221期变化，水平方向一般出现3个带：卸压带、应力集中大，煤层整体呈现压缩状态。大部分煤层孔隙、裂带、原岩应力

6、带(图1)。原岩应力带未受采动影响，隙、节理被压缩闭合，阻碍瓦斯流动，煤体渗透性普处于三向应力平衡状态，煤体结构未受采动影响。遍较低，对于瓦斯抽采工作的进行有很大阻碍。但对于低透气性煤层，在该区域进行采前预抽，抽采效由于采动影响，煤体内部节理、裂隙在集中应力的影果不受采动影响，为一般性预抽瓦斯。由于该区域响下，不同方位的节理、裂隙会产生不同的变化。对渗透性低，为原始渗透性，因此在该段抽采瓦斯极为于原生割理发育的煤层，在最大主应力作用下，端割困难理、面割理可能受力张开并发育，渗透容积增大，瓦斯渗流空间变大，

7、若在该部分进行瓦斯抽采，则煤层应力＼×／、li{稀渗透性反而会增强，有利于瓦斯抽采；煤层形成时期，遇到地质构造会生成构造节理，其方位通常与该，．三／】I胜JJ玎区域大的断裂构造一致，因此在弄清煤层最大主应力方位时，结合主要构造节理方位，便可预测构造节压j应力集中带腺岩应力带理受采动影响是否发育，进而对应力集中带瓦斯抽采做出指导；煤层受采动影响的同时会增生出大量图1回采工作面前方应力分布采动裂隙，在最大主应力作用下，裂隙演化规律也是随着煤体开采，煤壁一侧暴露，相当于解除一向合理布置瓦斯抽采钻孔的判断依据。综

8、上可知，在侧压，在距下作面2～6m处煤体卸压，出现卸压带。应力集中带抽采瓦斯的可行性是存在的，而且是非卸压带受采动影响较大，煤体内部裂隙大量发育，渗常必要的。观察研究应力集中带煤层割理、节理、裂透容积增大，渗透性增加。由于煤体卸压，煤体内大隙等的发育情况对于指导瓦斯抽采钻孔布置、抽采量吸附状态瓦斯变为游离状态，有利于瓦斯渗流。卸压增大卸压带宽度有重要意义。高明忠等人瓦斯在瓦斯压力差的作用下，通过煤体孔隙裂隙涌通过实测单孔深度方