振江煤矿盘下保护层开采增透效果分析

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇振江煤矿盘下保护层开采增透效果分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要：以振江煤矿保护层开采为工程实例，通过开采盘下煤层，对瓦斯煤层进行卸压增透，根据渗透率与应力函数关系式，将应力转换成渗透率，利用UDEC软件模拟保护层开采过程中上覆煤岩渗透率变化情况。结果表明：煤岩体的渗透率随着工作面推进不断增强，卸压效果越好，渗透率越大。

关键词：保护层；数值模拟；煤岩透气性

引言

瓦斯煤层开采过程中是严重的自然灾害之一，是煤矿井下发生的一种复杂的有煤、岩和瓦斯参与的动力现象。它与很多因素有关，其中煤岩体透气性就是主要因素之一。研究结果表明，在保护层开采过程中，煤岩体的透气性会发生变化。在由岩石卸压角所圈定的卸压带内，地层应力降低，垂直煤层方向呈现膨胀变形，在煤层和岩层内，不但产生新裂缝，原有裂缝也张开扩大，使得煤层透气性提高数十倍到数百倍，由于保护层与被保护层之间岩层卸压后发生垂直层面的膨胀变形，使得平行层面的部分岩层发生收缩变形，导致原岩裂隙沟通，为解析瓦斯向采空区流动提供通道。因此，准确掌握煤岩体透气性的变化情况对解决瓦斯突出问题具有十分重要的意义。

1 有效应力与渗透率关系

Enever等通过对澳大利亚煤层渗透率与应力关系的研究发现，煤层渗透率随有效应力增大而减小，与有效应力成指数关系变化，如式（1）（1.1）：

k=k0e3cΔσ （1.1）

式中，k-定应力条件下的渗透率；k0-为原始渗透率；C-为煤岩体的孔隙压缩系数；Δσ-为从初始到某一应力状态下的有效应力变化量。

上式表明，有效应力越高，渗透率越低。这主要是由于地应力增大，煤被压缩，其中孔隙变得更小，裂隙更为紧闭的结果。随着流体压力降低，有效应力增大，从而导致孔隙度降低，渗透率也随之降低。

2 煤岩体透气性数值模拟

2.1 3101工作面概况

南一区3101工作面顶板管理方法为似膏体充填采空区，开采方式为倾斜长壁后退式仰斜开采，工作面长127m，采高1.811m。本层与盘层间距为8～12m，盘下层埋深-197～-297m。

地表平均标高为+155.8m。煤岩赋存如图2.1所示。

图1 综合柱状图

2.2 数值模拟

依据3101工作面的地质条件，建立数值计算模型（图2.2）。模型长度150m，高度30m。模型采用的约束边界条件是在模型的底界和左右边界采用零位移边界条件，具体处理如下：左右边界取u=0，v不等于0（u为水平位移，v为垂直位移），即单约束边界；下部边界：u=v=0，为全约束边界；上部边界：不约束，为自由边界，上部边界以上的岩层作为外载荷施加在模型的上边界上。模拟采深443m，本层煤平均煤厚为2.9m，两层煤的层间距17.5m，以盘下煤层等效采高0.31m推进来进行模拟，模型上边界施加其上覆岩层的自重应力，为12MPa。岩性力学参数如表1所示。本模拟主要研究下保护层3101工作面开采后，上覆煤岩的应力分布，然后根据式1.1计算渗透率分布，并以此分析下保护层开采的增透效果。

图2.2 力学模型

通过数值计算分析了本层煤（12煤层）渗透率分布随工作面推进的变化情况，如图2.3，2.4所示。

图2.3 煤层渗透率变化曲线

图2.4 煤层渗透率变化曲线

随着工作面的推进，采空区范围的不断扩大，破坏了原有的应力平衡状态，使得围岩应力重新分布，相应的渗透率也发生了变化。本层煤渗透率随着工作面的推进，逐渐增大，并且在工作面前方和开切眼处渗透率最大。本层煤原始渗透率为3.012×10-4μm2，当工作面推进30m时，最大渗透率为9.357×10-4μm2，当工作面推进60m时，最大渗透率为11.13×10-4μm2，比原始渗透率扩大了3.7倍。根据达西定律可知，渗透率与瓦斯流量成正比关系，也就是说，瓦斯渗流量同样增加了3.7倍。煤岩体的透气性随着工作面推进不断增强；卸压效果越好，渗透率越大。

3 结束语

3.1 以振江煤矿下保护层开采为例， 通过开采盘下煤层（13煤层），对存在瓦斯的本层煤进行卸压，进而增加本层煤的透气性。

3.2 利用UDEC数值模拟，根据渗透率与应力函数关系式，将应力转换成渗透率，得出了煤岩体渗透率变化情况，当工作面的推进到60m时，渗透率最大，比原始渗透率增加了3.7倍。

3.3 通过开采保护层对存在煤与瓦斯突出问题的煤层进行卸压， 增大瓦斯渗流量，从而改变煤岩体的透气性来解决煤与瓦斯突出问题。

参考文献

[1]煤矿安全规程2011版

[2]煤矿开采学

[3]煤矿总工程师手册

作者简介：姓名：李国辉 （出生：1971-3-14），性别：男，民族：汉，籍贯：辽宁省阜新市人，职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：采矿