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[摘 要]本文研究了强矿压时瓦斯涌出规律，首先探讨了强矿压引起的瓦斯致灾机理，基于微震技术研究了强矿压时瓦斯涌出规律，表明强矿压显现时采场瓦斯涌出量增大1.22～4.74倍，为预测、防止矿山动力现象发生时瓦斯灾害发生提供依据。
[关键词]强矿压，瓦斯涌出；规律
中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0317-01
1 引言
深部开采使瓦斯灾害有向与其它灾害耦合发生的趋势，如瓦斯与煤自燃灾害、瓦斯与冲击矿压灾害、瓦斯与粉尘灾害等。深部开采下煤岩体所处的应力环境、变形特征、瓦斯含量、瓦斯压力较浅部发生了显著变化，特别是地应力的急剧增加，使煤岩体中聚集了大量的高能瓦斯气体，一旦受采掘活动影响，压缩的高能瓦斯气体急剧释放，大量瓦斯短时间内涌出采场，很容易导致采场瓦斯浓度超限。深部煤岩体的高地应力环境改变了采场的围岩活动，不同类型的围岩活动使得采场工作面前方的煤岩体和采空区多孔介质中的瓦斯气体以不同的能量强度释放出来，导致采场动力性灾害逐渐凸显，给采场的正常生产带来很大安全隐患，强矿压显现正在成为瓦斯灾害的一大诱因。低瓦斯矿井某煤矿203103工作面回采期间在顶板初次来压、周期来压及冲击矿压发生时均有不同程度的瓦斯超限现象发生。可见强矿压显现引起的瓦斯灾害是煤炭深部开采亟待解决的问题之一，所以加强对高地应力条件下采场强矿压显现对瓦斯涌出的机理研究，以实现煤炭深部采掘过程中煤与瓦斯的安全、高效共采。
2 强矿压引起的瓦斯致灾机理
深埋于地下的煤炭及其围岩处于应力和位移的平衡状态，煤岩体中所赋存的瓦斯也处于相对封闭的裂隙及孔隙中无法流动，但随着煤矿的开采活动的进行，这种平衡状态被破坏，煤岩体发生位移，所处的应力场重新分布，产生顶板的下沉、垮塌等矿山压力显现和瓦斯在采场中的渗流与不均匀分布等现象。生产实践表明，采场矿山压力显现与瓦斯涌出是伴随着煤岩体采掘活动过程中的动力现象，存在着一定的相关性，且在一定的条件下都会转变为较为严重煤矿动力灾害。强矿压显现往往表现为片帮、底鼓、顶板初次来压、周期来压、冲击矿压等，由于片帮、底鼓等小范围矿压显现往往发生在瓦斯已经完全释放的卸压区，基本不会引起瓦斯的异常涌出情况，但是顶板初次来压、周期来压、冲击矿压等大面积的强矿压显现会对煤岩体中瓦斯的流动产生较大的影响，往往会造成不同程度的瓦斯异常涌出现象，甚至瓦斯灾害。在前人研究的基础上，图1通过强矿压的释放形式、对煤岩体及瓦斯的作用方式阐述了强矿压显现引起瓦斯涌出异常的内在机理。
（1）可以看出，采场强矿压显现和瓦斯涌出的内在机理就是高地应力环境下煤岩体的变形、位移与瓦斯运移间的相互耦合作用。
（2）高地应力环境下采场强矿压显现的形式有顶板的初次来压、周期来压及冲击矿压。强矿山压力对煤岩体及其赋存瓦斯的作用主要有破坏煤岩体结构，增加煤体比表面积，压缩工作面前方煤体中的瓦斯气体和克服采空区的漏风压力。前三种作用方式主要改变煤岩体裂隙场和瓦斯流动场，使煤岩体裂隙发育、透气性增加、瓦斯解吸能力增前及瓦斯压力增大，后一种主要是强矿压发生时冲击力对采空区多孔介质作用，使其中的游离瓦斯迅速挤压到采场，这四种作用形式在各种强矿压显现时基本都会同时发生，所以在采场往往会造成一定程度瓦斯异常现象，甚至灾害的发生。
3 现场试验
3.1 工作面概况
250104工作面采用条用倾斜分层走向长壁开采，倾向长度200.2m，走向长度2122m，倾角5～8°，该工作面平均开采厚度13.2m，采用后退式放顶开采（采3m，放9m），平均推进速度为95m/月左右；CH4相对涌出量和绝对涌出量分别为1.55m3/t和11.76m3/min，CO2相对涌出量和绝对涌出量分别为0.54m3/t和4.13m3/min，属瓦斯矿井，且该煤层爆炸指数39.7%，具有爆炸性。250204工作面与250102工作面采空区临近，中间有20m煤柱。近年来，随着采掘深度的增加，冲击矿压严重，瓦斯灾害亦逐渐凸显，如203103工作面在强矿压时均工作面绝对瓦斯涌出量由15m3/min增大到37m3/min，工作面瓦斯浓度增加2%～3%。可见研究强矿压条件下瓦斯涌出规律有助于减少灾害的发生，为预测、防止矿山动力现象发生时瓦斯灾害发生提供依据。
3.2 现场试验
采场微震事件发生的级别及频率表征了强矿压显现的强度，所以为了分析强矿压显现与采场瓦斯涌出之间的关系，将统计得到的250104工作面微震发生能量、频率与采场绝对瓦斯涌出量在同一坐标上反映出来，绘制微震发生频率、微震总能量与工作面绝对瓦斯涌出量的关系图，如图1所示。
从图2和表1可以看出：
（1）微震发生能量、频率与采场绝对瓦斯涌出量存在一致性关系，微震发生频率较多、总能量较大时，绝对瓦斯涌出量就会越大，且微震能量和頻率的发生都有很好的周期性；
（2）微震频率、能量发生的峰值要早于瓦斯绝对涌出量涌出峰值5～24h，即采场瓦斯涌出量的增大较微震能量与频率的增加具有一定的延迟性，基于此可通过微震能量来预测采场的瓦斯涌出情况；
（3）此期间共发生3次较为明显的来压，第1次来压绝对瓦斯涌出量在来压6h后达到最大值12.3m3/min，是来压前的1.33倍；第2次来压绝对瓦斯涌出量在来压8h后达到10.61m3/min，是来压前的4.74倍；第3次来压绝对瓦斯涌出量在来压4h后达到11.54m3/min，是来压前的1.15倍；来压前平均绝对瓦斯涌出量为7.16m3/min，来压时为11.48m3/min，来压时平均绝对瓦斯涌出量是来压前的2.41倍。
4 结语
（1）采场强矿压显现与瓦斯涌出量存在一致性关系，且强矿压显现时刻要早于瓦斯涌出量增大时刻2～24h，即采场瓦斯涌出量异常相对于强矿压显现具有一定的延迟性，所以可通过强矿压显现时微震能量间接预测瓦斯涌出量的变化；
（2）强矿压显现时采场瓦斯涌出量增大1.22～4.74倍，较高级别的强矿压显现能导致工作面上隅角瓦斯超限，所以应加强工作面强矿压显现时的瓦斯防治工作面。
作者简介
王小伟，2008年毕业于淮南职业技术学院矿山地质专业，2013年毕业于中国矿大采矿工程专业，研究方向为瓦斯防治。
[关键词]强矿压，瓦斯涌出；规律
中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0317-01
1 引言
深部开采使瓦斯灾害有向与其它灾害耦合发生的趋势，如瓦斯与煤自燃灾害、瓦斯与冲击矿压灾害、瓦斯与粉尘灾害等。深部开采下煤岩体所处的应力环境、变形特征、瓦斯含量、瓦斯压力较浅部发生了显著变化，特别是地应力的急剧增加，使煤岩体中聚集了大量的高能瓦斯气体，一旦受采掘活动影响，压缩的高能瓦斯气体急剧释放，大量瓦斯短时间内涌出采场，很容易导致采场瓦斯浓度超限。深部煤岩体的高地应力环境改变了采场的围岩活动，不同类型的围岩活动使得采场工作面前方的煤岩体和采空区多孔介质中的瓦斯气体以不同的能量强度释放出来，导致采场动力性灾害逐渐凸显，给采场的正常生产带来很大安全隐患，强矿压显现正在成为瓦斯灾害的一大诱因。低瓦斯矿井某煤矿203103工作面回采期间在顶板初次来压、周期来压及冲击矿压发生时均有不同程度的瓦斯超限现象发生。可见强矿压显现引起的瓦斯灾害是煤炭深部开采亟待解决的问题之一，所以加强对高地应力条件下采场强矿压显现对瓦斯涌出的机理研究，以实现煤炭深部采掘过程中煤与瓦斯的安全、高效共采。
2 强矿压引起的瓦斯致灾机理
深埋于地下的煤炭及其围岩处于应力和位移的平衡状态，煤岩体中所赋存的瓦斯也处于相对封闭的裂隙及孔隙中无法流动，但随着煤矿的开采活动的进行，这种平衡状态被破坏，煤岩体发生位移，所处的应力场重新分布，产生顶板的下沉、垮塌等矿山压力显现和瓦斯在采场中的渗流与不均匀分布等现象。生产实践表明，采场矿山压力显现与瓦斯涌出是伴随着煤岩体采掘活动过程中的动力现象，存在着一定的相关性，且在一定的条件下都会转变为较为严重煤矿动力灾害。强矿压显现往往表现为片帮、底鼓、顶板初次来压、周期来压、冲击矿压等，由于片帮、底鼓等小范围矿压显现往往发生在瓦斯已经完全释放的卸压区，基本不会引起瓦斯的异常涌出情况，但是顶板初次来压、周期来压、冲击矿压等大面积的强矿压显现会对煤岩体中瓦斯的流动产生较大的影响，往往会造成不同程度的瓦斯异常涌出现象，甚至瓦斯灾害。在前人研究的基础上，图1通过强矿压的释放形式、对煤岩体及瓦斯的作用方式阐述了强矿压显现引起瓦斯涌出异常的内在机理。
（1）可以看出，采场强矿压显现和瓦斯涌出的内在机理就是高地应力环境下煤岩体的变形、位移与瓦斯运移间的相互耦合作用。
（2）高地应力环境下采场强矿压显现的形式有顶板的初次来压、周期来压及冲击矿压。强矿山压力对煤岩体及其赋存瓦斯的作用主要有破坏煤岩体结构，增加煤体比表面积，压缩工作面前方煤体中的瓦斯气体和克服采空区的漏风压力。前三种作用方式主要改变煤岩体裂隙场和瓦斯流动场，使煤岩体裂隙发育、透气性增加、瓦斯解吸能力增前及瓦斯压力增大，后一种主要是强矿压发生时冲击力对采空区多孔介质作用，使其中的游离瓦斯迅速挤压到采场，这四种作用形式在各种强矿压显现时基本都会同时发生，所以在采场往往会造成一定程度瓦斯异常现象，甚至灾害的发生。
3 现场试验
3.1 工作面概况
250104工作面采用条用倾斜分层走向长壁开采，倾向长度200.2m，走向长度2122m，倾角5～8°，该工作面平均开采厚度13.2m，采用后退式放顶开采（采3m，放9m），平均推进速度为95m/月左右；CH4相对涌出量和绝对涌出量分别为1.55m3/t和11.76m3/min，CO2相对涌出量和绝对涌出量分别为0.54m3/t和4.13m3/min，属瓦斯矿井，且该煤层爆炸指数39.7%，具有爆炸性。250204工作面与250102工作面采空区临近，中间有20m煤柱。近年来，随着采掘深度的增加，冲击矿压严重，瓦斯灾害亦逐渐凸显，如203103工作面在强矿压时均工作面绝对瓦斯涌出量由15m3/min增大到37m3/min，工作面瓦斯浓度增加2%～3%。可见研究强矿压条件下瓦斯涌出规律有助于减少灾害的发生，为预测、防止矿山动力现象发生时瓦斯灾害发生提供依据。
3.2 现场试验
采场微震事件发生的级别及频率表征了强矿压显现的强度，所以为了分析强矿压显现与采场瓦斯涌出之间的关系，将统计得到的250104工作面微震发生能量、频率与采场绝对瓦斯涌出量在同一坐标上反映出来，绘制微震发生频率、微震总能量与工作面绝对瓦斯涌出量的关系图，如图1所示。
从图2和表1可以看出：
（1）微震发生能量、频率与采场绝对瓦斯涌出量存在一致性关系，微震发生频率较多、总能量较大时，绝对瓦斯涌出量就会越大，且微震能量和頻率的发生都有很好的周期性；
（2）微震频率、能量发生的峰值要早于瓦斯绝对涌出量涌出峰值5～24h，即采场瓦斯涌出量的增大较微震能量与频率的增加具有一定的延迟性，基于此可通过微震能量来预测采场的瓦斯涌出情况；
（3）此期间共发生3次较为明显的来压，第1次来压绝对瓦斯涌出量在来压6h后达到最大值12.3m3/min，是来压前的1.33倍；第2次来压绝对瓦斯涌出量在来压8h后达到10.61m3/min，是来压前的4.74倍；第3次来压绝对瓦斯涌出量在来压4h后达到11.54m3/min，是来压前的1.15倍；来压前平均绝对瓦斯涌出量为7.16m3/min，来压时为11.48m3/min，来压时平均绝对瓦斯涌出量是来压前的2.41倍。
4 结语
（1）采场强矿压显现与瓦斯涌出量存在一致性关系，且强矿压显现时刻要早于瓦斯涌出量增大时刻2～24h，即采场瓦斯涌出量异常相对于强矿压显现具有一定的延迟性，所以可通过强矿压显现时微震能量间接预测瓦斯涌出量的变化；
（2）强矿压显现时采场瓦斯涌出量增大1.22～4.74倍，较高级别的强矿压显现能导致工作面上隅角瓦斯超限，所以应加强工作面强矿压显现时的瓦斯防治工作面。
作者简介
王小伟，2008年毕业于淮南职业技术学院矿山地质专业，2013年毕业于中国矿大采矿工程专业，研究方向为瓦斯防治。