采掘工作面瓦斯壓力場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的分布關(guān)系

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1、采掘工作面瓦斯壓力場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的分布關(guān)系1.概述1.1.煤體內(nèi)存在地應(yīng)力（包括自重應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力和采動(dòng)集中應(yīng)力），瓦斯壓力和煤的自重應(yīng)力。地應(yīng)力在空間的分布稱作地應(yīng)力場(chǎng)。地應(yīng)力場(chǎng)是一個(gè)自然力場(chǎng)，由自重應(yīng)力場(chǎng)、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和溫度應(yīng)力場(chǎng)組成。在煤層中，瓦斯壓力場(chǎng)也是存在于煤層中的自然力場(chǎng)，瓦斯壓力在每一點(diǎn)不具有方向性。瓦斯壓力屬流體壓力，力的作用方向各向同性各向均等。煤體內(nèi)自重應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力和采動(dòng)應(yīng)力是不相等的，各有大小，方向也不相同。1.2.瓦斯壓力場(chǎng)與地應(yīng)力場(chǎng)存在著密切的聯(lián)系，地應(yīng)力場(chǎng)對(duì)瓦斯

2、壓力場(chǎng)起控制作用，煤層中高地應(yīng)力決定了煤層的高瓦斯壓力，從而使產(chǎn)生的高地應(yīng)力達(dá)到破壞煤體的作用。地應(yīng)力大小又決定著煤層透氣性大小，當(dāng)?shù)貞?yīng)力增高時(shí)，煤層透氣性降低，低透氣性煤層，使采掘工作面前方的煤體瓦斯難以排放，形成很高的瓦斯壓力梯度。為此，地應(yīng)力大小決定著瓦斯壓力的大小，當(dāng)?shù)貞?yīng)力場(chǎng)隨著采掘過程發(fā)生變化時(shí)，瓦斯壓力也將隨之變化。采掘工作面前方的破碎帶（卸壓帶），地應(yīng)力降低，瓦斯壓力也隨之降低；應(yīng)力集中帶內(nèi)，瓦斯壓力急劇增高。可以認(rèn)為，瓦斯壓力場(chǎng)與地應(yīng)力場(chǎng)的關(guān)系主要表現(xiàn)在瓦斯壓力變化和瓦斯壓力值。

3、當(dāng)采掘工作面前方煤體內(nèi)形成較高的應(yīng)力集中，急劇增加了地應(yīng)力梯度，使煤體內(nèi)積聚了較大的變形能；由于煤體的應(yīng)力增高，煤層壓縮變形，煤層內(nèi)的孔隙裂隙被壓縮，使瓦斯壓力增高，瓦斯內(nèi)能增大。從而為煤與瓦斯突出危險(xiǎn)創(chuàng)造了條件。2.掘進(jìn)工作面瓦斯壓力場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的分布2.1.瓦斯壓力測(cè)定與分布2.1.1.概述16國內(nèi)外一些科研單位曾用孔底應(yīng)變法，鉆孔形變等方法測(cè)量突出礦井的巖體應(yīng)力狀態(tài)。這些測(cè)量方法對(duì)巖體的完整性要求很高，同時(shí)巖體的空間應(yīng)力測(cè)量需三個(gè)不同方向的應(yīng)力解除鉆孔，不僅應(yīng)力解除工作量大，而且三個(gè)應(yīng)力解除

4、鉆孔的交會(huì)難度也很大。目前，還沒有利用應(yīng)變法測(cè)量煤體的應(yīng)力狀態(tài)。因此，我們采用測(cè)定煤層瓦斯壓力的方法，當(dāng)掘進(jìn)工作面向測(cè)壓鉆孔推進(jìn)時(shí)，測(cè)定掘進(jìn)工作面前方不同距離的瓦斯壓力，用其分布狀況確定煤層應(yīng)力分布。2.1.2.測(cè)定地點(diǎn)概況測(cè)試地點(diǎn)在磴槽集團(tuán)公司磴槽煤礦第九、十水平大巷。九平巷開采深度405m、十平巷開采深度為480m，煤層傾角28—30°，該地區(qū)煤層厚度變化較大，大巷東部煤層較?。?m左右），西部煤層（3.5—5m）；煤層頂板有0.5m的泥質(zhì)頁巖，直接頂為砂巖。煤層堅(jiān)固性系數(shù)0.13—0.1

5、8，屬極軟煤層。實(shí)測(cè)煤層瓦斯參數(shù)如表2—1。表2—1磴槽煤礦瓦斯參數(shù)實(shí)測(cè)表測(cè)定項(xiàng)目煤層開采深度（m）405480瓦斯壓力（Mpa）1.51.73瓦斯含量（m3/t·燃）16.9821.79△P2321f0.130.18（m2/Mpa2.d）0.05380.0591磴槽煤礦煤層屬極軟煤層，具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。2.1.3.瓦斯壓力場(chǎng)測(cè)定1）測(cè)壓孔布置磴槽煤礦為降低煤巷維護(hù)量每80m開拓石門與二1煤層順槽貫通，為避免多次石門揭煤，先從上順槽掘開切眼與下順槽貫通，再由下順槽與石門掘透

6、。16利用2#—6#石門向二1煤層工作面下順槽打測(cè)壓鉆孔，當(dāng)煤巷掘進(jìn)工作面向石門瓦斯壓力孔推進(jìn)時(shí)，瓦斯壓力發(fā)生變化，以測(cè)定掘進(jìn)工作面前方瓦斯壓力場(chǎng)的分布。如圖2—12）瓦斯壓力場(chǎng)測(cè)定掘進(jìn)工作面向（3#、4#、5#、6#、7#）測(cè)壓孔掘進(jìn)時(shí)，測(cè)壓孔與掘進(jìn)工作面在不同距離內(nèi)瓦斯壓力值發(fā)生較大變化，如瓦斯壓力場(chǎng)與地應(yīng)力場(chǎng)分布表2—2和壓力曲線圖2—2。161616由表2—2和圖2—2，瓦斯測(cè)壓點(diǎn)距掘進(jìn)工作面30m以遠(yuǎn)處于原始?jí)毫?；測(cè)點(diǎn)距工作面30—15m處于升壓帶，在升壓帶內(nèi)瓦斯壓力急劇升高，在測(cè)點(diǎn)

7、距工作面10—12m范圍達(dá)到最高值，分別為4.4、4.5、3.8、4.4、3.6Mpa；測(cè)點(diǎn)距工作面11—4m處于降壓帶，在此范圍內(nèi)瓦斯壓力急速下降。2.2.掘進(jìn)工作面壓力場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的分布掘進(jìn)工作面前方煤體的瓦斯壓力變化取決于地應(yīng)力的大小，只有在掘進(jìn)工作面前方的應(yīng)力集中帶，瓦斯壓力方能急劇增高。實(shí)測(cè)表明，只有測(cè)點(diǎn)距工作面10—12m的應(yīng)力集中帶內(nèi)，瓦斯壓力才能達(dá)到3.6—4.5Mpa的最高值。根據(jù)瓦斯壓力場(chǎng)與地應(yīng)力場(chǎng)的有機(jī)聯(lián)系，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)中將其劃分為三個(gè)帶，如表2—3。掘進(jìn)工作面瓦斯壓力場(chǎng)與應(yīng)力

8、場(chǎng)分布表表2—3測(cè)點(diǎn)距工作面距離（m）瓦斯壓力場(chǎng)應(yīng)力場(chǎng)50—25原始瓦斯壓力帶正常應(yīng)力帶24—9升壓帶應(yīng)力集中帶8—4降壓帶卸壓帶以上測(cè)壓孔實(shí)際觀測(cè)說明：（1）掘進(jìn)工作面前方瓦斯壓力的變化是隨著地應(yīng)力在掘進(jìn)過程中的變化而變化。因此，瓦斯壓力場(chǎng)與地應(yīng)力場(chǎng)存在密切的聯(lián)系；（2）掘進(jìn)工作面前方煤體的應(yīng)力集中帶瓦斯壓力急劇增高，使得掘進(jìn)工作面與應(yīng)力集中帶之間形成較高的瓦斯壓力梯度，當(dāng)應(yīng)力集中帶與掘進(jìn)工作面的距離縮短時(shí)，就提高了煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性；（3）在應(yīng)力場(chǎng)的卸壓帶內(nèi)，測(cè)點(diǎn)距工作面不同距離的瓦斯壓力