梁雪飛

遼寧省阜新市清河門區(qū)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型服務(wù)中心 遼寧阜新 123006

1 不同巷道圍巖應(yīng)力場和能量場分布規(guī)律條件下對支護(hù)條件的選擇

預(yù)應(yīng)力是錨桿支護(hù)過程中需要考慮的最為關(guān)鍵的因素，預(yù)應(yīng)力越高，支護(hù)桿的支護(hù)能力才越大，因此，預(yù)應(yīng)力主要用于區(qū)別錨桿支護(hù)桿的主動支護(hù)能力和被動支護(hù)能力，高預(yù)應(yīng)力的支護(hù)錨桿采取的是主動支護(hù)，其有效性更強(qiáng)。具體高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)能力與普通預(yù)應(yīng)力下錨桿支護(hù)能力的比較，我們可以利用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對比。在普通的錨桿支護(hù)狀態(tài)下，煤層掘進(jìn)巷道內(nèi)左上角和右上角這兩個(gè)位置會出現(xiàn)三角形的應(yīng)力集中區(qū)域，通過檢測我們可知在普通錨桿支護(hù)下這一區(qū)域的應(yīng)力峰值為6.2MPa，該區(qū)域集中的寬度為6m左右[1]。由此可見，這樣狀態(tài)下應(yīng)力值集中區(qū)域的面積有所擴(kuò)大，但是該區(qū)域內(nèi)的煤體相對來說較為破碎，因此巷道周圍的煤體不是很集中，其整體應(yīng)力較低，承載能力也都較弱，很容易引發(fā)頂板的下沉和內(nèi)部煤體瓦斯的滲透，這也是事故發(fā)生的直接誘因。而高預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下的錨桿支護(hù)，同樣會在巷道的左右兩個(gè)角的位置出現(xiàn)三角區(qū)域，該三角集中區(qū)內(nèi)的應(yīng)力面積不大，寬度僅為1m左右，但是應(yīng)力區(qū)域內(nèi)煤體范圍受到限制，其被破壞和破碎的情況較少，整體較為完整，因此高預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下煤體受到破壞的可能性更小。我們通過這樣的數(shù)據(jù)對比不難發(fā)現(xiàn)，同樣位置下的錨桿支護(hù)，普通預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)對煤巖體的應(yīng)力作用更小，因此其煤體發(fā)生破壞的可能性更大，煤與瓦斯突出事故的發(fā)生概率也就比高預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下的更高[2]。

2 不同支護(hù)條件下煤層瓦斯流動規(guī)律

在不同的預(yù)應(yīng)力支護(hù)條件下，高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)比普通的預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)的保護(hù)和改善能力更強(qiáng)，高預(yù)應(yīng)力條件下，對巷道的支護(hù)能力會有所提升，且對周圍的應(yīng)力場以及能量分布場都會有所影響。但是關(guān)于煤體內(nèi)部高濃度瓦斯的突出問題，還需要進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)采集和分析。一般煤體內(nèi)的瓦斯介質(zhì)為固氣兩相多孔介質(zhì)，在不同的空間、受力、運(yùn)動過程中會產(chǎn)生相互作用力，其具體的表現(xiàn)形式為：①煤層中的瓦斯壓力和地應(yīng)力之間發(fā)生作用共同影響了煤體的應(yīng)力狀態(tài)。②煤體內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)的改變導(dǎo)致煤體出現(xiàn)了變形進(jìn)而引發(fā)了煤體內(nèi)空隙和間隙系統(tǒng)之間的變化。從而導(dǎo)致煤層中的瓦斯壓力和煤體的滲透性出現(xiàn)轉(zhuǎn)變，瓦斯的師傅能力和解吸能力在這中間出現(xiàn)轉(zhuǎn)移。③煤體的滲透系數(shù)發(fā)生了改變，導(dǎo)致瓦斯的吸附和解吸在煤體瓦斯中的系數(shù)發(fā)生了改變。瓦斯的吸附和解吸能力改變會直接導(dǎo)致瓦斯流動的變化，進(jìn)而影響到對煤巖體應(yīng)力的影響。因此，根據(jù)以上三種不同的變現(xiàn)形式，我們能夠總結(jié)出四個(gè)關(guān)系到煤層瓦斯流動以及煤巖體變化關(guān)系的規(guī)律，他們分別是煤層瓦斯流動方程、瓦斯?fàn)顟B(tài)方程、煤層瓦斯流動連續(xù)性方程和煤巖體變形方程[3]。這四類方程能夠從基本狀態(tài)中總結(jié)不同條件下煤層瓦斯的流動規(guī)律。高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)能夠改善煤巖體周圍的應(yīng)力場，通過對瓦斯流動的方向和分布特征進(jìn)行觀察，對其周圍的應(yīng)力場和能量場環(huán)境進(jìn)行考察，選擇合適的區(qū)域進(jìn)行支護(hù)保護(hù)，因此，高預(yù)應(yīng)力能夠確保在煤體中不會出現(xiàn)瓦斯聚集的現(xiàn)象，從而降低了出現(xiàn)高瓦斯能量集中區(qū)，形成煤與瓦斯突出的隱患問題。

3 高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)對煤與瓦斯突出的具體控制作用分析

煤與瓦斯突出是一種短時(shí)間內(nèi)形成的媒體內(nèi)部自爆瞬時(shí)且連續(xù)性的拋物過程，屬于一種動力狀態(tài)的表現(xiàn)，煤與瓦斯突出一旦發(fā)生會給該空間內(nèi)地應(yīng)力作用下含有瓦斯的煤體造成嚴(yán)重的破壞，地應(yīng)力作用下，煤體內(nèi)的縫隙會在瓦斯的壓力下不斷的向下擴(kuò)張，從而導(dǎo)致裂縫的不斷擴(kuò)大，直到割裂裂縫，造成瓦斯壓力的失衡。而所謂的高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)其實(shí)就是在高預(yù)應(yīng)力條件下，為煤體同一種能量較高的支護(hù)場所，其強(qiáng)度和作用力都在提升，能夠幫助煤巖體起到主動的承載作用，能夠直觀的增強(qiáng)煤體的承載能力和穩(wěn)定性，也就降低了煤與瓦斯突出問題的產(chǎn)生概率。支護(hù)系統(tǒng)與煤巖之間屬于相互作用力，系統(tǒng)通過吸收和轉(zhuǎn)移部分的彈性來降低煤巖內(nèi)部的彈性，通過這一行動步驟來提升和改善煤巖周圍的應(yīng)力場和能量場。應(yīng)力場和能量場的提升會直觀的降低煤巖體撕裂的情況，其被破壞率就會降低，這也是防治煤與瓦斯突出的一個(gè)直觀條件[4]。在實(shí)際的操作過程中，很多現(xiàn)實(shí)條件可能并不具備，因而煤與瓦斯突出問題可能會無法啟動，為防止變量的影響，高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)的建立也是能夠穩(wěn)定條件，幫助降低煤與瓦斯突出的重要手段。

4 結(jié)語

高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)能夠改善煤巖體周圍的應(yīng)力場和能量場，但是并不會降低煤體的滲透率，這也是兼顧了雙方，降低了出現(xiàn)高濃度瓦斯聚集區(qū)的可能性。同時(shí)高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)還能夠主動為巷道圍巖提供支護(hù)應(yīng)力較高的支護(hù)應(yīng)力場，從而確保臨近煤體的承載能力和穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)多數(shù)破碎的煤體，進(jìn)而確保巷道圍巖周圍的穩(wěn)定性和安全性，進(jìn)而降低煤與瓦斯的突出問題。由此可見，高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)能夠擴(kuò)大預(yù)應(yīng)力范圍，對保護(hù)巷道圍巖以及一直巖體破碎具有十分重要的使用價(jià)值。