采掘工作面瓦斯压力场与应力场的分布关系

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1、采掘工作面瓦斯压力场与应力场的分布关系1.概述1.1.煤体内存在地应力（包括自重应力、地质构造应力和采动集中应力），瓦斯压力和煤的自重应力。地应力在空间的分布称作地应力场。地应力场是一个自然力场，由自重应力场、构造应力场和温度应力场组成。在煤层中，瓦斯压力场也是存在于煤层中的自然力场，瓦斯压力在每一点不具有方向性。瓦斯压力属流体压力，力的作用方向各向同性各向均等。煤体内自重应力、地质构造应力和采动应力是不相等的，各有大小，方向也不相同。1.2.瓦斯压力场与地应力场存在着密切的联系，地应力场对瓦斯

2、压力场起控制作用，煤层中高地应力决定了煤层的高瓦斯压力，从而使产生的高地应力达到破坏煤体的作用。地应力大小又决定着煤层透气性大小，当地应力增高时，煤层透气性降低，低透气性煤层，使采掘工作面前方的煤体瓦斯难以排放，形成很高的瓦斯压力梯度。为此，地应力大小决定着瓦斯压力的大小，当地应力场随着采掘过程发生变化时，瓦斯压力也将随之变化。采掘工作面前方的破碎带（卸压带），地应力降低，瓦斯压力也随之降低；应力集中带内，瓦斯压力急剧增高。可以认为，瓦斯压力场与地应力场的关系主要表现在瓦斯压力变化和瓦斯压力值。

3、当采掘工作面前方煤体内形成较高的应力集中，急剧增加了地应力梯度，使煤体内积聚了较大的变形能；由于煤体的应力增高，煤层压缩变形，煤层内的孔隙裂隙被压缩，使瓦斯压力增高，瓦斯内能增大。从而为煤与瓦斯突出危险创造了条件。2.掘进工作面瓦斯压力场与应力场的分布2.1.瓦斯压力测定与分布2.1.1.概述16国内外一些科研单位曾用孔底应变法，钻孔形变等方法测量突出矿井的岩体应力状态。这些测量方法对岩体的完整性要求很高，同时岩体的空间应力测量需三个不同方向的应力解除钻孔，不仅应力解除工作量大，而且三个应力解除

4、钻孔的交会难度也很大。目前，还没有利用应变法测量煤体的应力状态。因此，我们采用测定煤层瓦斯压力的方法，当掘进工作面向测压钻孔推进时，测定掘进工作面前方不同距离的瓦斯压力，用其分布状况确定煤层应力分布。2.1.2.测定地点概况测试地点在磴槽集团公司磴槽煤矿第九、十水平大巷。九平巷开采深度405m、十平巷开采深度为480m，煤层倾角28—30°，该地区煤层厚度变化较大，大巷东部煤层较薄（2m左右），西部煤层（3.5—5m）；煤层顶板有0.5m的泥质页岩，直接顶为砂岩。煤层坚固性系数0.13—0.1

5、8，属极软煤层。实测煤层瓦斯参数如表2—1。表2—1磴槽煤矿瓦斯参数实测表测定项目煤层开采深度（m）405480瓦斯压力（Mpa）1.51.73瓦斯含量（m3/t·燃）16.9821.79△P2321f0.130.18（m2/Mpa2.d）0.05380.0591磴槽煤矿煤层属极软煤层，具有煤与瓦斯突出危险性。2.1.3.瓦斯压力场测定1）测压孔布置磴槽煤矿为降低煤巷维护量每80m开拓石门与二1煤层顺槽贯通，为避免多次石门揭煤，先从上顺槽掘开切眼与下顺槽贯通，再由下顺槽与石门掘透

6、。16利用2#—6#石门向二1煤层工作面下顺槽打测压钻孔，当煤巷掘进工作面向石门瓦斯压力孔推进时，瓦斯压力发生变化，以测定掘进工作面前方瓦斯压力场的分布。如图2—12）瓦斯压力场测定掘进工作面向（3#、4#、5#、6#、7#）测压孔掘进时，测压孔与掘进工作面在不同距离内瓦斯压力值发生较大变化，如瓦斯压力场与地应力场分布表2—2和压力曲线图2—2。161616由表2—2和图2—2，瓦斯测压点距掘进工作面30m以远处于原始压力带；测点距工作面30—15m处于升压带，在升压带内瓦斯压力急剧升高，在测点

7、距工作面10—12m范围达到最高值，分别为4.4、4.5、3.8、4.4、3.6Mpa；测点距工作面11—4m处于降压带，在此范围内瓦斯压力急速下降。2.2.掘进工作面压力场与应力场的分布掘进工作面前方煤体的瓦斯压力变化取决于地应力的大小，只有在掘进工作面前方的应力集中带，瓦斯压力方能急剧增高。实测表明，只有测点距工作面10—12m的应力集中带内，瓦斯压力才能达到3.6—4.5Mpa的最高值。根据瓦斯压力场与地应力场的有机联系，从现场实测中将其划分为三个带，如表2—3。掘进工作面瓦斯压力场与应力

8、场分布表表2—3测点距工作面距离（m）瓦斯压力场应力场50—25原始瓦斯压力带正常应力带24—9升压带应力集中带8—4降压带卸压带以上测压孔实际观测说明：（1）掘进工作面前方瓦斯压力的变化是随着地应力在掘进过程中的变化而变化。因此，瓦斯压力场与地应力场存在密切的联系；（2）掘进工作面前方煤体的应力集中带瓦斯压力急剧增高，使得掘进工作面与应力集中带之间形成较高的瓦斯压力梯度，当应力集中带与掘进工作面的距离缩短时，就提高了煤与瓦斯突出的危险性；（3）在应力场的卸压带内，测点距工作面不同距离的瓦斯压力