煤层瓦斯压力分布规律及预测方法(2)

煤层瓦斯压力测定

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采矿与安全工程学报第25卷　

1　瓦斯压力与煤与瓦斯突出的关系

根据文献[2],瓦斯压力在突出中的作用主要有:1)在某些场合,当能形成高瓦斯压力梯度(≥2MPa/cm)时,瓦斯可独立激发突出,在自然条件下,由于有地应力配合,可以不需要高瓦斯压力梯度就可以激发突出;2)发展与实现突出的主要因素,在突出发展阶段,瓦斯压力与地应力配合连续地剥离破碎煤体使突出向深部传播;3)膨胀着的具有压头的瓦斯风暴不断地把破碎的煤运走、加以粉碎,并使新暴露的突出孔壁附近保持着较高的地应力梯度与瓦斯压力梯度,为连续剥离煤体准备好必要的条件.

生产实践表明[3],当煤巷卸压区长度X0一定时,地应力σy,瓦斯压力P越大,则突出危险性就越大,导致煤与瓦斯突出的条件为

σy+P-M(eBX0-AT0φB/0式中:P为瓦斯压力X0为卸压区宽度;σy为地应

力;σT为煤体强度;A为常数,等于单轴抗拉强度与单轴抗压强度比值;C为内聚力;A0为测压系数;m为煤层厚度;φ为内摩擦角.

基于以上对瓦斯压力与煤与瓦斯突出关系的认识,国内外学者以及我国大部分规范[427]都将瓦斯压力作为判断煤层突出危险性的十分重要的指标,特别是2006年12月出台的《煤矿瓦斯抽采基

(AQ102622006)[7],明确指出:本指标》“突出煤层工作面采掘作业前必须将控制范围内煤层的瓦斯

含量降到煤层始突深度的瓦斯含量以下或将煤层瓦斯压力降低到煤层始突深度的煤层瓦斯压力以下.若没能考察出煤层始突深度的煤层瓦斯含量或压力,则必须将煤层瓦斯含量降到8m3/t以下,或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa(表压)以下”“;低瓦斯矿井新水平、新水平应测定煤层原始瓦斯含量和压力,高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井每个采区每增加50m应测定煤层原始瓦斯含量与压力.”

深变化规律对于掌握煤层赋存情况,预测煤层突出危险性,指导煤层“先抽后采”具有指导作用.

2)煤系地层围岩的透气性:煤系地层岩性及其透气性对煤层瓦斯压力有着重大的影响.实践表明,具有严重突出矿井的煤层围岩全为透气性极低的封闭型岩层.

3)地质构造:地质构造是影响瓦斯储存的重要条件之一,封闭型地质构造有利于封存瓦斯,开放型地质构造有利于排放瓦斯[2].封闭型的地质构造发生部位往往多属于应力集中地带,容易形成高瓦斯区域,瓦斯压力较高;开放地质构造发生部位往往裂隙较发育,排放瓦斯通道较多,不易形成瓦斯积聚区,瓦斯压力较低.

):,还与煤层本身所受的应力、[2].地下采掘活动使煤,造成次生透气性结构,在卸压区透气性增高,集中应力带内透气性降低.保护层开采便是利用采动影响使被保护层形成卸压范围内瓦斯的“解吸2扩散2渗流”流动条件进行卸压瓦斯抽采消除被保护层的突出危险[8].

5)水文地质条件:地下水与瓦斯共同存在于含煤岩系及围岩之中,其运移和赋存都与煤层和岩层的孔隙、裂隙通道有关.地下水活跃的地区,由于水的驱动、溶解及溶蚀作用导致煤层瓦斯大量流失,有利于瓦斯的排放,瓦斯含量较低,进而导致瓦斯压力降低.

6)岩浆侵蚀活动:岩浆侵入含煤岩系、煤层,使煤、岩层产生胀裂及压缩.岩浆的高温烘烤使煤层变质程度提高,煤的贮存瓦斯能力增强,吸附瓦斯增加,前苏联的资料[2]显示,随着煤化程度的提高,相同深度条件下,不仅瓦斯含量高而且瓦斯含量梯度也大.特别是在岩浆冷却后成为煤层再生顶板,使煤层局部被覆盖或封闭,阻隔了瓦斯的逸出,测定的煤层瓦斯压力也往往较大.

3　煤层瓦斯压力理论计算方法

根据国内外对煤层瓦斯大量的观测结果显示,赋存在煤层中的瓦斯表现垂向分带特征,一般可以分为瓦斯风化带与甲烷带[2].其中风化带内瓦斯含量与瓦斯压力较小,风化带下部边界条件中瓦斯压力为P=0.15～0.2MPa;在甲烷带内,煤层的瓦斯压力随深度增加而增加,瓦斯压力梯度随地质条件而异,在地质条件相近的地质块段,相同深度的同一煤层具有大体相同的瓦斯压力,多数煤层瓦斯

2　影响煤层瓦斯压力的主要因素

影响瓦斯压力的因素与瓦斯含量大致相同,主要为:

1)煤层埋藏深度:煤层埋藏深度的增加不仅会因地应力增高而使煤层和围岩的透气性降低,而且瓦斯向地表运移的距离也增大,有利于瓦斯的封存而不利于瓦斯的排放.因此,掌握瓦斯压力随埋