关于煤层瓦斯抽放防突机理探究

关于煤层瓦斯抽放防突机理探究

马文新李兵

关键词：煤层瓦斯；抽放防突；煤矿

1引言

近年来随着我国煤矿开采规模的不断扩大，煤层深度也逐渐增加。在对深部煤进行开采的过程中，会存在发生瓦斯爆炸或者煤层瓦斯突出的安全隐患，对煤矿运行造成严重威胁。因此在现阶段加强对于煤层瓦斯抽放防突机理的研究具有重要的现实意义，能够更加全面的了解煤层瓦斯的来源与赋存以及影响煤层瓦斯突出的主要因素，从而研究科学合理的煤层瓦斯抽放防突机理，制定更加有效的抽放防突措施，更好的消除煤层瓦斯爆炸突出的的问题，切实保障煤矿开采作业的安全运行。

2煤层瓦斯的来源与赋存

2.1煤层瓦斯的来源

煤层中的瓦斯是在煤炭形成过程中产生形成的，其具体的产生过程可以分为两个阶段，首先是在生物化学演变形成煤炭的过程中，植物中的纤维素会逐渐变成泥炭和瓦斯气体，这一阶段产生的气体会逐渐扩散排放到大气中，而泥炭物质会受温度和应力的作用形成褐煤，这也是煤炭形成过程中的初级产物。然后在第二阶段是褐煤逐渐变质，生成以甲烷为主的瓦斯气体。煤炭在变质形成过程的各个阶段都会产生瓦斯气体，而且随着变质程度的加深，瓦斯气体的量也会不断增加。

2.2瓦斯的赋存

在煤层中存在的瓦斯分为吸附态和游离态两种不同的形式。由于瓦斯分子和碳分子会相互吸引，所以大量的瓦斯会被吸附在煤层之中，基本占煤层中所有瓦斯总量的85%左右。

3影响煤层瓦斯突出的主要因素

在煤层变化以及煤矿开采的过程中，煤层中吸附的瓦斯状态会受到地质构造、采场应力、埋藏深度以及煤炭物理性质都诸多因素的影响，出现煤层瓦斯突出的情况。其中地质构造中断层牵引部位、向斜轴部等特殊的位置，由于应力相对集中，出现瓦斯突出的概率也比较高。埋藏深度的影响则是越深越容易出现瓦斯突出。

3.1瓦斯对煤体应力的影响，由于煤层形成过程中会在煤炭内吸附大量的瓦斯气体，这些气体会在煤体内形成瓦斯应力场。除此之外，煤体还会受到地应力场的作用，而应力集中就是造成瓦斯突出的主要原因。因此在进行煤矿开采的过程中往往会对煤层造成冲击，因此在开采过程中要尽量降低附加应力，提高煤体的整体强度，目前常用的方法主要包括水力冲孔、开采保护层以及预抽放瓦斯等，都可以得到接触煤体附加应力的目的，避免出现瓦斯突出事故。

3.2地应力影响煤层的透气性，在煤炭开采过程中工作面承受的支撑压力会随着开采深度的不断推进而发生变化，进而对煤层的透气性产生影响，具体的变化情况如图1所示。

3.3煤层结构及瓦斯压力梯度也会影响到瓦斯突出，煤层渗透率越低就会形成越高的瓦斯压力。而20X10-17m2是一个渗透率界限，只要渗透率超过这个界限，煤体就相对安全。煤层内结构相对复杂，就会使得煤层整体的渗透率偏低，进而会增加煤体内瓦斯的压力梯度，增加发生瓦斯突出的概率。

4煤层瓦斯抽放防突机理分析

在煤炭开采作业逐渐进入正常状态后，基础的采煤空间也会大致成型，这种情况下整个工作面的前方区域可以划分为如图1所示的泄压区、应力集中区和常压区（地应力区）三个分区。而是随着开采作业的不断推进，三个分区也会随之前移。而瓦斯突出过程就会在一次后者多次破坏和搬运煤体的掘进操作过程中产生。如果在应力集中区域内，各方面的综合应力大于煤体自身的强度，就可能出现煤体塑性破坏的情况，而且集中应力会逐渐传递到深部的煤层位置，整个开采区的集中系数会逐渐变小。

如果在应力集中区域的煤层中含有大量的瓦斯，同时应力大于煤体强度就会出现煤体持续被破坏的情况，而应力大小和瓦斯含量高低会直接影响到破坏速度。除了破坏集中区的煤体之外，还会影响到泄压区的残余应力。当泄压区的残余强度低于应力集中区产生的变形时就会导致瓦斯突出。而如果应力集中区内具有较强的渗透性就可以实现瓦斯的释放，避免形成过高的压力梯度，能够消除瓦斯突出隐患。

由此可知，通过钻孔抽放瓦斯实现防突的原理是由于随着煤层内瓦斯的抽放，瓦斯含量和压力都会下降，从而释放瓦斯的潜能。这样就可以实现降低煤体承受的瓦斯附加应力的效果，使得煤体收缩，在增强煤体自身透气性的同时强化机械强度，进而达到瓦斯防突的目的。

5结语

通过本文分析可知，对煤层瓦斯进行抽放操作能够实现防止瓦斯突出的效果。煤层形成过程中会吸附大量的瓦斯气体在煤体内，而在开采过程中，受到各种应力作用容易出现瓦斯突出的情况。钻孔抽放瓦斯能够增强煤体透气性及机械强度，降低煤体承受的应力，达到良好的防突效果。

参考文献：

[1]黄超慧,郝相龙,李永占.卸压区浅孔抽放防突技术在低透气性煤层的应用[J].中州煤炭,2009,(11):97-99.

[2]段亚超,张明杰.单一、低透气性煤层煤巷快速掘进综合防突技术研究及应用[J].煤炭技术,2015,(1):222-224.

[3]高磊.煤层瓦斯抽放防突机理探析[J].能源与节能,2018,(1):136-137,147.