浅析防治煤与瓦斯突出泄压的主要途径

摘要：本文通过对煤矿煤与瓦斯突出致因的分析，提出了防治煤与瓦斯突出的主要措施是泄压，泄压途经及程度不同会有不同的效果，对煤（岩）体泄压的研究对防止煤与瓦斯突出、遏制煤矿重特大事故的发生具有一定的指导意义。

关键词：防治煤与瓦斯突出泄压 主要途径

中图分类号：C35文献标识码： A

1、煤与瓦斯突出机理和致因

1.1名词释义：煤与瓦斯突出是以地应力（矿山压力、集中应力、构造应力）为主，以瓦斯压力等若干因素为辅，综合作用引发煤（岩）体内弹性动力能突然释放。煤（岩）体内弹性动力能使大量煤（岩）突然抛向采掘作业空间的一种动力现象。

1.2煤与瓦斯突出致因分析：一是煤岩（体）原体地应力的大小是发生煤与瓦斯突出决定性条件。煤岩（体）地应力和瓦斯压力在表现现形势上往往以瓦斯压力显现，是煤与瓦斯突出的第一致因；我国煤与瓦斯突出瓦斯压力预测临界指标为0.74MPa；二是煤岩（体）内储存的弹性变性能（弹性速压能）是煤与瓦斯突出必要条件。煤岩（体）内瓦斯含量和应力较大而透气性较小，煤岩体应力保持平衡状态时，吸附瓦斯和游离态瓦斯分子保持一种平衡的状态；一旦受到外界因素的影响煤岩体应力失衡时，随煤岩体裂隙的增加，大量的吸附态瓦斯向游离态转化，这种转化的程度也就是瓦斯放散初速度，瓦斯放散初速度煤与瓦斯突出的第二致因，我国煤与瓦斯突出瓦斯放散初速度预测临界指标为10ml/s；三是煤岩（体）强度的大小，它包括煤岩（体）破坏类型和硬度（普氏系数），它是煤与瓦斯突出的必要条件。煤岩（体）越破碎，它抵抗内部压力的能力就越小；煤岩（体）越坚硬，它抵抗内部压力的能力就越大。我国煤与瓦斯突出预测破坏类型临界指标为Ⅲ类，普氏系数测临界指标为0.5。

2、防治煤与瓦斯突出的措施

2.1泄压原理：如同一个气球，扎多个小针眼缓慢漏气泄压，使人感觉不到漏气，但随时间推移；气球已没有气了。如针眼太粗，放出气流带动杂质一同放出。如果用外力猛烈撞击，在受力点就会爆破。

2.2泄压措施分类：对煤岩体增透是泄压的充要条件；增透的方法很多，有开采解放层、深孔预裂爆破、煤层注水、地面钻井、穿层及顺层钻孔抽放等。不稳定的动压使煤体内应力失衡不断重新分配，裂隙逐渐发育，才能达到泄压的条件。

3、泄压的主要方法及效果分析

3.1开采解放层。

3.1.1解放层选择原则：将无突出危险临近煤层作为突出煤层的解放层。开采解放层泄压的效果取决于解放层的厚度和解放层与被解放层之间的距离。

3.1.2层间距：按照解放层与被解放层之间的垂距不同可分为近距离（H

3.1.3解放层厚度：开采解放层的厚度越大，引起煤岩体原应力失衡的可能性越大；解放层厚度在0.5m以下时，开采后，上、下解放层因层间岩体碎涨对被解放层原应力基本影响不大，开采条件差、经济效益差，一般煤厚在0.5m米以下时不作为解放层开采；因此，解放层厚度以大于0.5m米为宜。

3.1.4解放层的位置：解放层位于被解放层之上称为上解放层，反之则为下解放层；解放层位置的选择与解放层与被解放层之间的垂距（H）、解放层的厚度（M）、被解放层顶底板岩性（普氏系数f）等密切相关。一般情况下，优选下解放层，但必须以不破坏被解放层的煤层结构为原则。

3.1.5开采解放层泄压效果分析：保护层开采后，使其围岩产生裂隙，并向采掘空间移动，解放层采空区上下方形成泄压带，使其附近的围岩产生裂隙形成裂隙带，高压力瓦斯井泄压后，通过裂隙释放。经研究，泄压效果与开采解放层的体积（V）、解放层的倾角（a）、瓦斯压力成正比（P），与层间垂距（H）、被解放层顶底板岩性普氏系数（f）及膨胀系数成反比。开采解放层是泄压目前最好最有效的泄压途径。但保护层开采随时间的延长，其泄压作用和效果呈逐渐衰减趋势。

3.2钻孔抽放。

3.2.1穿（顺）层钻孔：在被解放层下（上）做一底抽巷，在底抽巷打钻孔穿透被解放层进行抽放。在突出煤层临近没有可采解放层而瓦斯含量和压力相对较高的情况下多使用穿层抽放泄压。钻孔是引起煤岩体原应力变化是泄压的基础，煤层的透气性是泄压的通道，煤岩体瓦斯压力和高负压抽放是泄压的动力，封孔质量是泄压的保证。在钻孔直径、抽放负压一定的条件下，封孔质量对抽放（泄压）效果起着决定性的作用，钻孔穿过岩体的硬度（密度）是影响封孔质量因素之一，封孔材料高膨胀速凝性也直接影响着封孔效果。顺层钻孔因煤体硬度小封孔质量差，在高负压下易泄漏，多作为瓦斯含量和压力相对较小煤层的泄压措施。

3.2.2泄压效果分析：钻孔泄压效果与钻孔数量、钻孔直径、抽放负压绝对值、瓦斯压力、封孔质量成正比。钻孔能够深入到高压带，泄压效果好，灵活可靠，能在煤层赋存条件差的情况下使用。

3.3煤层注水。

3..3.1煤层注水：水分在高压下克服瓦斯压力和原应力不断渗入煤体，煤体塑性增强、抗压强度增大，同时随着煤体水分的增加，煤体内吸附瓦斯向游离态转化释放，煤体瓦斯含量和压力逐渐衰减，达到泄压的目的。

3.3..2泄压效果分析：煤层注水泄压效果与注水压力、注水时间、封孔质量、煤层的透气性成正比。煤层注水泄压效果不明显，但具有简单实用，施工工程量小，不但增加煤体抗压强度，而且能有效减低粉尘，改善工作环境条件。煤层注水泄压周期长，需要多轮次进行。

3.4预裂爆破。

3.4.1预裂爆破原理：在爆炸冲击波和应力波的作用下，装药煤体的周围将形成空腔区、压碎区、裂隙区。在压碎区和裂隙区内形成辐射状的径向裂隙和环状切向裂隙，径向裂隙穿过切向裂隙，径向裂隙扩张在前，切向裂隙形成在后，径向裂隙远大于切向裂隙；一方面中断或减弱了煤岩中径向和切向应力的传递，降低了围岩应力，有利于瓦斯解吸；另一方面增加了爆破附近煤体的透气性，为游离瓦斯抽放创造了条件。在震动区内，煤与瓦斯耦合作用爆生裂隙形成，爆生气体产生宏观裂缝使煤体中原有的微观孔隙发生变形部分得以恢复，形成部分贯通裂隙，改变了原来煤体内裂隙状态，瓦斯变得易于抽放。

3.4.2泄压效果分析：孔深达到压力峰值时，装药位置靠近压力峰值区，炸药爆破威力大，泄压效果好，一般采用深孔预裂爆破。预裂爆破泄压效果与适当装药量成正比、与爆破孔间距、爆破孔与控制孔间距成反比。在煤巷掘进过程中，实施预裂爆破后，煤岩体力学性质发生变化，弹性能和弹性模量减少，强度降低，煤层,透气性系数增加，使煤体应力集中带向煤层深部转移,裂隙长度和密度增加，在揭露面附近形成泄压区，延长卸压带的长度,提高巷帮抽放钻场的抽放效果。预裂爆破泄压优点是：一是具有简单易行，预裂爆破可作为掘进的一道工序，在爆破时人员远离危险区，比较安全，同事工时消耗较低。二是装药量易于控制。其缺点是：泄压范围不易掌握，泄压压效果不能持久。因此，预裂爆破泄压多用于掘进工作面，只可作为防治煤与瓦斯突出的局部措施。

3.5水力冲孔

3.5.1水力冲孔是利用岩体厚度作为安全屏障,在底板巷向高瓦斯、突出煤层打穿层钻孔，利用高压水射流冲出部分煤炭和排除一定数量的瓦斯,使煤体内原应力失衡，并引起煤层内地应力下降、透气性增大等变化，使得煤体释放瓦斯潜能,达到泄压消突的目的。

3.5.2水力冲孔下压效果分析：水力冲孔破煤过程可分为裂缝产生、水楔作用、煤体破碎三个时期。卸压效果与冲孔水压、喷嘴型号、冲孔设备、有效的水力冲孔影响半径、冲孔孔洞的大小等因素有关。卸压效果与冲孔水压、冲孔孔洞的体积成正比。

4、结论：开采解放层、预抽煤体瓦斯、煤层注水作为煤体泄压的区域措施，首选开采解放层；预裂爆破和水力冲孔只作为煤体泄压的局部措施。

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