保护层开采远距离煤岩破裂变形数值模拟.pdf

第 3 3卷 第 3期 2 0 0 4年 5月 中国矿业大学学报 J o u r n a l o f Ch i na Un i v e r s i t y o f M i n i n g Te c h n o l o g y Vo 1 ． 3 3 N o ． 3 M a y 200 4 文章编号 1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 4 0 3 0 2 5 9 0 5 保护层开采远距离煤岩破裂变形数值模拟 石 必明 ，俞启香 ， 周 世宁 1 ． 中国矿业大学 能源与安全工程学院， 江苏 徐州2 2 1 0 0 8 ； 2 ．安徽理工大学 资源开发与管理工程系 ， 安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 摘要 基于岩石破裂损伤理论和有限元计算方法， 利用 R F P A应用软件 系统模拟保护层开采远 距 离动 态发展过程 ； 得 出了覆岩破 裂移动规律 ， 及 随保 护层 工作 面推 进 ， 被保 护层煤体 应 力和 变 形分布特征 ； 进而分析 了它对合理布置卸压抽放钻孔和消除被保护层突出危险性的作用， 关键词 远 程保护层 ； 数值模拟 ； 煤岩 变形 ； 煤与 瓦斯 突出 中图分类号 T D 3 2 5 文献标识码 A Nu me r i c a 1 S i mu l a t i o n o f Fa r Di s t a n c e Ro c k S t r a t a Fa i l u r e a n d De f o r m a t i o n Ca us e d b y M i n i ng Pr o t e c t i ng St r a t u m S HI Bi mi n g ． YU Qi x i a n g ．Z HOU S h i n i n g 1 ．S c h o o l o f M i n e r a l a n d S a f e t y En g i n e e r i n g，CUM T，Xu z h o u，J i a n g s u 2 2 1 0 0 8， Ch i n a； 2 ．An h u i Un i v e r s i t y o f Sc i e n c e a n d Te c h n o l o g y， Hu a i n a n， An h u i 2 3 2 0 0 1， Ch i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e r o c k f a i l u r e d a ma g e t h e o r i e s a n d t h e f i n i t e e l e me n t me t h o d， t h e d y n a mi c p r o g r e s s i v e p r o c e s s o f r oc k s t r a t a c a u s e d b y mi n i n g t h e f a r d i s t a n c e p r o t e c t i n g r ock s t r a t a wa s s i m u l a t e d b v RFPA s o f t s y s t e m． Th e r o c k s t r a t a f a i l u r e a n d mo v e me n t l a ws，t h e s t r e s s a nd d e f o r ma t i o n d i s t r i b u t i n g c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e p r o t e c t e d s t r a t a a l o n g wi t h t h e p r o t e c t i n g s t r a t u m mi n i n g we r e f o u n d，a n d t h e f u n c t i o n me c h a n i s m o f r ock s t r a t a f a i l u r e wa s a n a l y z e d f o r o p t i mi z i n g c o l l oc a t i o n o f u n l o a d i n g p r e s s u r e h o l e s a n d e l i mi n a t i n g c o a l a n d g a s o u t b u r s t d a n g e r ． Ke y wo r d s f a r d i s t a n c e p r o t e c t i n g s t r a t u m ；n u me r i c a l s i mu l a t i o n； c o a l a n d r o c k d e f o r ma t i o n；c o a l a nd ga s o ut b ur s t 随着煤矿 开采规模 的不 断扩 大 ， 开 采深度的增 加 ， 煤矿 安全生 产 问题变 得越来 越 突出 ， 成为 制约 矿井高产 高效 的主要 因素． 尤其在 开采低透气性高 瓦斯有 突出危险煤层 中 ， 煤与瓦斯 突 出是严重威胁 煤矿安全生 产 的 自然灾 害之一． 如何安 全、 经济 、 有 效 地 防治煤 瓦斯 突 出， 前 人 为此 进行 了大 量 的研 究 ， 提 出 了许 多有 效 的 防治措施 [ 1 ] ， 对 减 少和 预 防 煤与瓦斯突出做出了卓有成效的贡献． 煤 与 瓦斯 突 出是 指在 地应 力和瓦 斯相 互作 用 为主 的地 球物理场作 用下 ， 破 碎的煤和瓦斯 由煤 岩 体 内突然 猛烈地喷 出到采掘 自由空 间的动力现象． 我 国 煤矿安全规程 中明确规定 “ 在煤与瓦斯突 出矿井开 采煤 层群 时 ， 必 须首 先开采 保 护层． 开采 保 护层后 ， 在被保护层 中受到保 护的 区域按无 突出 危险煤层进行采掘工作； 未受到保护的区域， 必须 采取防止突 出危 险措施 ” ． 由此可见 ， 保护层开采技 术 是 已被大量 实践证 明并 用法 规形式 确立 的 防治 煤矿突 出危险 的行之有效方法 ， 在 国内外被广 泛应 用 ． 保护层开采的 目的是使被保护层卸压， 释放 煤层 的弹性 潜能 ， 增大 煤层 的 透气性 ， 有利 于被 保 护层 瓦斯流 动、 解 吸 和含量 减少 ， 以降低 煤层 瓦斯 内能．但是 ， 保护层 开采过程 中上覆 岩层 冒落移动 收稿 日期 2 0 0 3 0 5 1 4 基金项 目 国家自然基金重点项目 5 0 1 3 4 0 4 0 ； 国家“ 十五” 重点科技攻关项目 2 0 0 1 B A 8 0 3 B 0 4 1 2 作者筒介 石必明 1 9 6 4 一 ， 男 ， 安徽省太湖县人， 安徽理工大学副教授， 工学硕士， 博士研究生， 从事矿山通风安全方面的研究． 维普资讯 中国矿业大学学报 第 3 3卷 和裂隙发育规律 ， 特别是远距离被保护层地应 力和 煤 层变形移动变 化规律 ， 及 有效保护范 围的动态定 量划分 问题 等 ， 现场 全面考 察研 究资料 很少 ， 本文 应用数值模拟方 法对此进行模拟分 析 ， 进而分 析它 对被保护层 瓦斯运 移和卸压瓦斯抽 放的影响 ， 从 而 为最终 消除或减 小被 保 护层煤 与瓦 斯 突出危 险性 提供 理论依据． 1 数值模拟本构关系 1 ． 1 基本思想 本文运 用 RF P A 。 岩 石 破 裂过 程 分 析 系 统 软 件 进行 数值 模 拟 ， 该 系统是 基 于 有 限元 计 算方 法 ， 但又有 独特的思路． 其基本思想是 通过 考虑细 观单 元力 学参数 的非 均 质性 ， 模拟 煤岩宏 观变 形 、 破 坏的非线性行为 ； 通过考虑 材料 破坏后单元弱化 描 述 基元 的损 伤 ， 模 拟材 料 的非 连 续 和不 可 逆行 为． 1 ． 2 本构关系 在不同的应力组合条件下， 岩石的破坏表现出 剪切和拉伸两种形式． 通常， 可以利用库仑准则判 别 压缩破 坏 ， 利用 最大拉 应力 准则 判别拉 伸破 坏． 考 虑研究 区域细 观单 元在 压缩或 剪应 力作 用下 的 损 伤 ， 采用修 正的摩尔库仑 准则 可 考虑 拉伸破坏 作 为基元 破 坏判据 。 ] ， 其 特点 是 可 同时考虑 拉伸 或剪 切破坏 ， 其表达式为 j ≥ 3 ≥ 0 ’ ㈩ 【 。 ≤ 。 o ， ⋯ 式 中 为 单 轴抗 压 强 度 ， MP a ； 为单 轴抗 拉 强 度 ， MP a ； 为 内摩 擦 角 ，o ； ， 为最大 ， 最 小 主 应力 ， MP a ． 单 轴受拉的应力状态 下 ， 细观 的损伤本构关系 如式 2 ， 式 中 D 为损伤变量 ， 当 D----0对应无损伤 状态 ， D一1对应 完全损 伤状态 ， 0 e ． 单轴压缩应 力状态下 ， 细观 的损 伤本构关系如 式 3 ， 式 中 ￡ f D 为单 元最 大主应力 达到 其单 轴抗 压 强度 时对 应 的最 大压 主应变 ； 为单元 的残 余强度 系数． f 0 e e ， D 一 3 2 煤岩力学参数及模型建立 淮 南潘 一矿 位 于保 护 层 B 的 2 3 5 2 I 工作 面倾 斜 长 1 9 0 m， 走 向 长 I 6 4 0 m， 煤 层厚 度 平 均 1 ． 9 m， 煤 层 倾 角 平 均 9 。 ， 煤 层 原始 瓦 斯 含 量 4 ～ 7 r n 。 ／ t ， 相 对 瓦斯 涌 出量 5 ． 2 3 ～7 ． 3 2 m。 ／ t ， 属低 瓦 斯 煤层． 被保 护层 C 。 平均厚 度 6 ． 0 m， 煤 层原始 瓦 斯 含 量 1 2 ～ 2 2 m。 ／ t ， 原 始 瓦 斯 压 力 高 达 4 ． 4 MP a ， 煤 层 原 始 透 气 性 系 数 为 3 ．9 2 1 0 m。 ／ MP a d ， 属低 透气 性有 突 出危 险煤层． B 。 煤层 与 C 。 煤层之问 的法线距离平 均 6 6 ． 7 m， 属远距离 保护层开采． 数值 模型 采用二 维平 面应 变模型 ． 以 2 3 5 2 1 工作 面顶底 板岩层 赋存 状况 作为模 拟 的依据． 根据研究 问题 的具体实 际， 主要模 拟 B 煤层 保护 层 与 C 。 煤 层 被保 护层 之 间覆岩 移动 、 被 保护层 煤层变形及透 气性 变化规律 ， 因此 ， 仅模拟 B 直接 底 至 C 。 煤层 直接 顶 ， 模 型岩 层柱 状共计 1 6层 ， 其 主要岩体 力学参数 见表 1 ． 模 型上部岩 层重量 采用 均匀分 布载 荷 代替 ， 左右 及下部 边界 为 固定 边界 ， 模型 沿水 平 方 向取 2 6 0 m， 垂 直方 向取 1 2 0 m， 划 分 2 6 0 1 2 0个单元 ， B 保 护层采用分步 开挖 的开 采方 式 ， 一次采 全 高 ， 每步 开挖 5单元 ， 即 5 m， 垮 落法顶板管理． 表 1 数值模拟模型各岩层主要力学参数 T a b l e 1 Me c h a n i c p a r a me t e r s o f r o c k s t r a t a i n nu m e r i c a l s i m l I l a t i on ro o de l 序 号 岩性 弹 燕 量 抗 k ． 层 1 粉砂 岩 5 7 ． 2 1 6 2 ． 8 9 2 5 ． 6 6 ． 0 2 砂 质泥 岩 3 7 ． 4 6 3 7 ． 2 2 4 6 ． 0 3 C1 3 煤 层 1 0 ． 0 0 1 5 ． 0 1 4 6 ． 0 4 砂 质泥 岩 2 6 ． o o 3 3 ． 2 2 4 3 ． 0 5 粉 砂岩 5 7 ． 2 1 5 0 ． 2 9 2 5 ． 6 3 ． 0 6 泥岩 2 O ． 0 0 2 5 ． 0 2 4 3 ． 0 7 粉 砂岩 5 7 ． 2 1 5 0 ． 2 9 2 5 ． 6 3 ． 0 8 泥岩 2 O ． 0 0 2 5 ． 0 2 4 6 ． 0 9 中粒 砂岩 6 4 ． 3 7 7 6 ． 2 7 2 6 1 2 ． 0 1 0砂质 泥岩 3 7 ． 4 6 3 7 ． 2 2 4 1 5 ． 0 1 1 泥 岩 2 O ． 0 0 2 5 ． 0 2 4 3 ． 0 l 2细砂 岩4 7 ． 2 1 5 0 ． 2 9 2 5 8 ． 0 1 3中粒 砂岩 6 4 ． 3 7 6 1 ． 6 3 2 6 4 ． 0 l 4砂质 泥岩 3 7 ． 4 6 3 7 ． 2 2 4 6 ． 0 1 5 B 1 1 煤 层 1 o ． ∞ 2 0 ． 0 1 4 2 ． 0 1 6砂质 泥 岩 3 7 ． 4 6 3 7 ． 2 2 4 1 4 ． 0 ， ● ● ● ● ● ● ， ‘ ● ● ● ● ● ● L 维普资讯 第 3期 石必明等 保护层开采远距离煤岩破裂变形数值模似 3 数值模拟结果及分析 3 ． 1 覆岩垮落及裂 隙演化规律 图 l是保 护层 采动 过程 中覆 岩垮 落 的动态 发 展过程 的数 值模 拟结 果 ， 因篇 幅有 限 ， 仅给 出其 中 具有代 表性 的 4步破坏 弹性模量分布 图． 开挖过程 中覆岩单元颜 色变深表示 岩层发生破坏 ， 结合数值 模拟结果 ， 分析 图 1 单 元亮度 的变 化 ， 可 以得 出 开 切 眼形成 以后 ， 上 覆岩层 悬露 ， 直 接顶 受开挖 而 引 起 的卸载膨 胀变 形 ， 随着 工作 面 向前推进 ， 在 重力 作 用 下 岩 层 发 生 弯 曲， 当工作 面 推 进 到 2 5 m 左 右 ， 在岩层 中部形成“ 假 塑性岩梁” ． 由于 B 煤层直 接顶 为复 合顶板 ， 为泥岩 与砂 质 泥岩互层 ， 以砂 质 泥岩 为主 ， 稳定性较 好 ， 不 易垮落 ， 当工作面 的继续 推 进 至 4 5 m 时 ， 上覆 岩层 出现大 范 围 移 动 ， 采空 区前后煤 壁上方基 岩上部发生剪切破坏 ， 出现拉 伸 破 坏裂 隙 ； 当工作 面推 进到 约 5 O m ， 如 图 1中第 1 0步所 示 ， 关键层 细砂 岩 开始断裂 移动 ， 形态 表 现 为不对称性． 图 l 保护 层 开采 过程 中覆岩 垮 落动 态发 展过 程 Fi g． 1 Dy n a mi c p r o g r e s s i v e p r o c e s s o f o v e r b u r d e n r o c k s t r a t a u n d e r m i n i n g p r o t e c t i n g s t r a t u m 基本 顶初 始破 断后 ， 随 着工作 面 向前推 进 ， 上 部 顶 板离 层破 坏 范 围不 断扩 大 ， 当工作 面推 进 到 6 5 m 时 1 3步 ， 出现端 部 和 中部 断裂 现 象 ； 当工 作 面 推 进 到 7 5 m 1 5步 时 ， 上 位 顶 板 “ 二 次 断 裂 ” ， 发生 下落运 行 ， 即 出现第 一次周 期来 压现 象 ， 同时在 冒落带 上方 出现离层裂 隙和垂直裂 隙 ； 在工 作 面继 续 推进过 程 中 ， 直 接顶 自行 冒落 ， 受采 动影 响 ， 上位 岩层 在主应 力和 剪应 力作 用下 ， 不 断发生 破坏 运动 ， 且离 层 和垂直 裂 隙不断 向上发 展 ， 波及 上覆 次关键 层 ； 当工作 面到 1 0 0 m 2 O步 时 ， 上覆 顶板 出现第二 次周期运动 ； 当工作 面继 续 向前推进 时 ， 上覆岩 层继 续呈 现周期 运 动 的特 征． 但在 垂直 方 向上覆 岩层 冒落移 动和 裂隙发育范围趋 于稳定 ． 3 ． 2 被保护层 最大主应 力变化 规律 图 2为保 护层 从开 切眼 图示横 坐标 0 m 处 开 始 ， 在 不 同推 进 距离情 况下 ， 被保 护层 最大 主应 力 a 变化 分布特征 ， 图中横坐标 为工作 面走 向相 对位置 ， J ， 纵 坐标 为最大 主应 力． 由图可 以看 出， 与该层位 原岩原始应力 推 进 0 m 相 比， 当保护 层 工作面推进 5 O r n时， 采空区上方 c 。 煤层主应力有 所降低 ， 但煤层卸压程度与范围都较小， 说明保护 层对 被 保 护层 的影 响很 小 ； 随着 工作 面 向前 推 进 如推进 到 1 0 0 m 时 ， 由于上覆岩 层 的移动 ， 采 空 区上方一定 范围 内， 被保 护层最大 主应 力进一步 降 低 ， 卸压 范围进 一步 扩展 达到 一定值 后 ， 由于 上部 岩层的进 一步 移动 ， 在被保 护层 中部 出现卸压程度 减少 ， 即重新被压实 现象 ， 最大 主应力又有所升 高 ， 最 后稳 定 在某 一 值 附近 如 图推 进 1 0 0 m 和推 进 1 2 O m ， 而 在采 煤工 作 面后 方 一定 范 围 内最大 主 应力 比上述稳 定值减小． 图 2 最 大 主应 力 随开挖 尺 寸变 化 的分 布特 征 Fi g ． 2 Di s t r i b u t i n g c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e m a x．p r i n c i p a l s t r e s s a l o n g wi t h t h e c h a n g e o f mi ni n g e x c a v a t i o n r a n g e 被保 护层一定范 围内形成应力集 中 ， 随着保护 层工作 面 的不 断推进 ， 集 中应 力逐 渐增大 ， 且 开切 眼上部 的集 中应力 向采空 区方向有一定 的伸延 ， 在 保护层开 切眼上方采空 区方 向一定 范围 约 2 0 m 形成集 中应 力区 ， 此 范围 内被保护层最 大主应力增 大， 煤层透气性进一步 降低 ， 煤与瓦斯突出危险性 增大． 同时， 在保护层工作面前方一定范围内也存 在一个应力集 中区 ， 其影 响范围达 1 0 0 m． 3 ． 3 被 保护层煤层变形 规律 图 3为被 保护层 煤层 变形 量 随保 护层 工作 面 推进的变化关 系． 图中横 坐标为工作面走 向相对位 置 ， 纵坐 标 为被保 护层 煤 厚变 形值 ． 分 析 图 3可 以得 出 1 保 护 层 的 开采 范 围对 被保 护 层 有 较 大 影 响 ， 保 护层 开采初 期 ， 保护 层开 采对 被保护 层煤 体 变形 影 响较 小 ， 如 图 回采 5 O m 时 ， 其 最大 膨 胀 变 形值为 5 O mm． 随着工 作面 向前推进 ， 被保 护层 膨 胀变 形值逐渐增大 ， 最大 膨胀变 形值为1 8 3 ． 8 mm， 为 c 。 煤 层 的 3 ． 0 6 ％． 随着 开 采 距 离 的进 一 步 增 大 ， 被保 护层 的最大 主应力 有所 恢 复 ， 煤层 的膨胀 维普资讯 中国矿业大学学报 第 3 3卷 变形 逐渐减 小 ， 达 到一定 值后趋 于稳 定． 在保 护层 开采工作 面后方采空 区一定 范围 内， 应力未恢复 区 煤层变形仍保 持较大值． 2 在模 拟 矿井 的地 质条 件下 ， 被保 护层 向保 护层 采空 区方 向内错约 4 0 F n后 ， 煤层 进入稳 定膨 胀变形 区． 3 由于 保 护 层 开 采使 上 覆 岩 层 应 力 重新 分 布 ， 在保 护层 切眼上 方 的被保 护层 煤柱 内 ， 煤层最 大压 缩变 形达 1 2 4 mm， 保护 层工作 面前方 被保 护 层 煤 体 压 缩 变 形 最 大 为 5 1 ． 5 mm， 为 C 。 煤 层 的 0 ． 8 5 8 9 ／ 5 ． 4 随 着保 护层 采煤 工作 面 向前 推进 ， 被保 护 层变 形呈现 压缩 、 膨胀、 膨胀 减小 到稳定 的变 化规 律 ， 从 图 3被保护 层 中保护 层切 眼前方 2 0 ～3 0 m， 工作 面 煤壁 后 方 1 0 ～2 0 m 上方 煤 体 膨胀 变形 最 大 ， 采空 区 中部 煤体 膨胀 变形较 小 ， 说 明远距 离保 护层 开采后 位于弯 曲下 沉带 内的被 保护 层 中存 在 稳定 的煤 层变形 增大 区． 该 区域 煤体 裂 隙发育 ， 有 利于瓦斯运 移和煤层瓦斯卸压 抽放． ．5 0 o 5 0 1 o o 1 5 0 2 0 0 2 5 0 ￡ ／m 图 3 煤层变形值随保护层工作面推进距离的变化 Fi g． 3 Th e c h a n g e o f c o a l b e d t h i c k e n s s a l o n g wi t h t h e c h a n g e o f m i n i n g e x c a v a t i o n r a n g e 3 ． 4 被保护层水 平移 动规律 图 4为保护层采煤工作 面推进不 同距离 时 ， 被 保护层水平 变形位移变化关 系． 图中横 坐标为工作 面走 向相对 位置 ， 纵坐标为被保护层水 平变形位移 值 ， 大于零 表 明煤 层移动 方 向与开采 方 向一致 ， 反 之 与开采 方 向相 反． 分析 图示 曲线分 布可 以看 出 ， 当保 护层工作面 推进距 离较小时 ， 被保护层卸压 区 煤层水 平移动方 向与回采方 向相反 ， 此时煤层受 到 压缩 引起 的单 向水平挤 压作用 ， 不利于提高煤 层透 气性 ． 随着工 作 面推进距 离 的增大 ， 被 保护 层卸压 区煤 层水平变形 出现 两个 区域 ， 切眼前方一定距离 煤 层的水平移动方 向与 回采方 向一致 ； 工作 面后方 一 定距 离煤层 的水平 移动方 向与 回采 方向相反 ， 两 区域煤 层水平移动呈现 不对称性 ， 卸压 区煤 层受到 水 平 拉抻 和 挤压 作 用 ， 使 该 区域 煤 体 机 械破 坏增 加 ， 有 利于被 保护 层次 生裂 隙 的发 育 ， 增加 煤层 的 透气性 图 4 水平变形位移随保护层工作面推进距离的变化 F i g． 4 Th e c h a n g e o f t h e h o r i z o nt a l mo v e m e n t a l o n g wi t h t h e c ha n g e o f mi n i n g e x c a v a t i o n r a n g e 4 相似模型实验结论 为 了验证数 值模 拟 的结论 ， 在实验室对 数值模 拟类似地质条件进行 了相似材料模 型实验 ， 模 型线 比为 1 O 0 ． 本 实验 除采 用 常规 方 法测 定 了 B 煤 层 开采过程 对 c 。 煤 层地 应力 变化 的影 响 ， 并 在 实验 室 采用近景摄影测量 技术测定岩层移 动 ， 大 大减小 了测量误 差． 实验结果表 明 ， 潘一 矿 B 煤 层开采后 对 C 。 煤层 地应力 、 煤 层变 形 和煤 层透气性 产 生较 大影响 ， 保 护层开采过 程中被保护层地应 力变化规 律与数值模拟结果 非常吻合． 图 5给 出被保 护层煤 层变形量 在保 护 层工作 面 开采距 离不 同时 的分 布规 律 ， 其 最大 膨 胀变 形 值 约为 1 6 0 mm， 与数 值 模 拟结 果非 常接 近． 说 明采 用数值模拟 的方 法研究 远距 离开采保护 层时 ， 被保 护层地应力变化规 律和 煤层变形移动是 可行 的． ￡／ m 图 5 煤层变形量随保护层工作面推进的变化规律 Fi g ． 5 Ch a n g i n g l a w o f t he t h i c kn e s s c h a n g e s a l o n g wi t h t h e c ha n g e o f mi n i n g e x c a v a t i o n r a n g e 5 保护层开采对被保护层瓦斯作用分析 对潘 一矿 条件下 的上述模 拟结果表 明 ， 通过保 护层 开采 ， 一方 面 ， 在采 空 区上方 的被保 护 层一定 范 围内， 煤体最大 主应力 比原岩应 力下降近 3 0 9 ／ 6 ， 瑚瑚 ㈣∞o舶㈣ 维普资讯 第 3期 石必 明等保护层开采远距离煤岩破裂变形数值模似 从而使煤体弹性潜能得以释放． 同时， 由于最大主 应力 对煤层透气性产 生较大影响 ， 两者之 间成负指 数 关系 ， 这样将 提高该 区域煤 体透气性 ； 另一方面 ， 随着保 护层工作面 不断 向前推进 ， 被保护层煤体 首 先 在集 中主应力和剪应 力共同作用 下 ， 使非 均质煤 体发生破 坏 ， 产生 次生裂 隙， 而且 在采 空 区 中部煤 体受水平挤压和两 侧煤体 的拉伸作 用下 ， 煤 体进 一 步产生 大量 的次生 裂 隙 ， 另 外 ， 由于 被保 护层煤 体 发生 卸 压膨 胀 ， 使 被保 护层 中产生 大 量 的 沿层裂 隙． 因此 ， 保 护层 开采后 ， 将 使被保护层 一定范围煤 体透气性大 大提 高． 由此 可 以看 出， 保 护层 开采后 ， 由于远 距离 被 保护层与相邻 围岩之 间垂直裂 隙产生较少 ， 与保 护 层采 空区不能形成沟通 ， 这样远距离 被保 护层煤层 的瓦斯 向保 护层采空 区 自然释放较少． 虽然 由于煤 体膨胀 变形可能使煤层 瓦斯压力暂 时下 降 ， 但 由于 煤层 卸压 以后 ， 会 使得部 分 吸附瓦 斯解 吸 ， 所 以被 保护层瓦斯压力变化不大， 若不采取人工抽放放瓦 斯措 施 ， 被保 护层 的突 出危 险不能 有效 消除． 但 根 据 以上分析结论 ， 若在被保护层 中合 理布置抽放钻 孔 ， 将 大大提 高煤 层瓦斯 抽放 率 ， 导致 煤体 瓦斯压 力降低 ， 从而降低煤 体暴露 时释放 出来 的初 始释放 瓦斯膨胀能． 综 上所述 ， 远 距离 保 护层开采 ， 主要是 降低 被 保 护层 的 弹性潜 能 ， 增大 煤层 透气性 ， 创 造煤 气共 采的条件． 在开采保护层同时进行煤层卸压瓦斯抽 放 ， 可大 幅度地 降低 煤层 瓦斯 压力 ， 减少 煤层 瓦斯 含量 ， 并 增加煤 体机 械强 度 ， 从而 消除或 减小 被保 护层煤 与瓦斯突 出危 险． 参考 文献 [ 1 ] 俞启香．矿井瓦斯防治[ M] ．徐州 中国矿业大学出 版社 ， 1 9 9 2 ． [ 2 ] 杨天鸿， 唐春安 ， 朱万成． 岩石破裂过程渗流与应力耦 合分析[ J ] ． 岩土工程学报 ， 2 0 0 1 7 4 8 9 4 9 3 ． [ 3 ] 傅宇方 ， 梁正召， 唐春安． 岩石介质细观非均匀性对宏 观 破 裂 的 影 响 [ J ] ． 岩 土 工 程 学 报 ， 2 0 0 0 1 1 7 0 5 71 0． [ 4 ] 赵 阳升． 煤体一瓦斯耦合数学模型与数值解法[ J ] ． 岩 石力 学 与工程 学 报 ， 1 9 9 4 3 2 2 9 2 3 9 ． [ 5 ] Va l l i a p p a n S ，Z h a n g W H．Nu me r i c a l mo d e l i n g o f me t h a n e g a s mi g r a t i o n i n d r y c o a l s e a m[ J] ． Ge o me c h a n i c s Ab s t r a c t s， 1 9 9 7 1 1 0 1 2 ． 责任编辑王玉浚 维普资讯