构造区回采煤层瓦斯迁移规律分析

摘要

煤与瓦斯突出是煤层资源回采过程中一种常见的动力灾害,严重影响着生产作业的安全,而构造区则是煤与瓦斯突出灾害发生的主要区域。为了深入了解构造区煤与瓦斯突出的作用机理,以大平煤矿吴庄逆断层为研究主体,通过COMSOL数值模拟软件,建立了包含断层构造的二维矿山地质模型。然后将固体力学与达西定律模型进行耦合,对距离断层不同距离回采时煤层工作面的地应力、瓦斯压力分布和瓦斯迁移规律进行了研究。研究结果显示:①当回采工作面距断层450 m时,工作面应力提升为原岩应力的两倍,瓦斯流动状态为层流,在工作面前方20 m处瓦斯压力最大;②当回采工作面距离断层50 m时,工作面应力提高为原岩应力的3倍以上,瓦斯流动状态由层流变为紊流,工作面前方30 m范围内瓦斯压力均处于较高值;③回采结束后,瓦斯渗流速度迅速增大,在1 h后达到渗流速度达到最大,此时为煤与瓦斯突出灾害发生的高风险时间段,随后渗流速度将逐渐降低,突出风险也逐渐降低。因此为了保证回采的安全性,不仅要在回采前通过煤层注水、预掘疏压硐室等方式降低煤层应力状态,且需要采用水力冲孔、瓦斯抽采或其他有效方式降低瓦斯压力。通过对回采后煤层瓦斯迁移规律的研究,可以对通风设计与煤与瓦斯灾害防治提供有效的依据。