高預應力錨桿支護對煤與瓦斯突出控制作用研究

梁雪飛

遼寧省阜新市清河門區經濟轉型服務中心 遼寧阜新 123006

1 不同巷道圍巖應力場和能量場分布規律條件下對支護條件的選擇

預應力是錨桿支護過程中需要考慮的最為關鍵的因素，預應力越高，支護桿的支護能力才越大，因此，預應力主要用于區別錨桿支護桿的主動支護能力和被動支護能力，高預應力的支護錨桿采取的是主動支護，其有效性更強。具體高預應力錨桿支護能力與普通預應力下錨桿支護能力的比較，我們可以利用實驗進行對比。在普通的錨桿支護狀態下，煤層掘進巷道內左上角和右上角這兩個位置會出現三角形的應力集中區域，通過檢測我們可知在普通錨桿支護下這一區域的應力峰值為6.2MPa，該區域集中的寬度為6m左右[1]。由此可見，這樣狀態下應力值集中區域的面積有所擴大，但是該區域內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，其整體應力較低，承載能力也都較弱，很容易引發頂板的下沉和內部煤體瓦斯的滲透，這也是事故發生的直接誘因。而高預應力狀態下的錨桿支護，同樣會在巷道的左右兩個角的位置出現三角區域，該三角集中區內的應力面積不大，寬度僅為1m左右，但是應力區域內煤體范圍受到限制，其被破壞和破碎的情況較少，整體較為完整，因此高預應力狀態下煤體受到破壞的可能性更小。我們通過這樣的數據對比不難發現，同樣位置下的錨桿支護，普通預應力錨桿支護對煤巖體的應力作用更小，因此其煤體發生破壞的可能性更大，煤與瓦斯突出事故的發生概率也就比高預應力狀態下的更高[2]。

2 不同支護條件下煤層瓦斯流動規律

在不同的預應力支護條件下，高預應力錨桿支護比普通的預應力錨桿支護的保護和改善能力更強，高預應力條件下，對巷道的支護能力會有所提升，且對周圍的應力場以及能量分布場都會有所影響。但是關于煤體內部高濃度瓦斯的突出問題，還需要進行進一步的數據采集和分析。一般煤體內的瓦斯介質為固氣兩相多孔介質，在不同的空間、受力、運動過程中會產生相互作用力，其具體的表現形式為：①煤層中的瓦斯壓力和地應力之間發生作用共同影響了煤體的應力狀態。②煤體內應力狀態的改變導致煤體出現了變形進而引發了煤體內空隙和間隙系統之間的變化。從而導致煤層中的瓦斯壓力和煤體的滲透性出現轉變，瓦斯的師傅能力和解吸能力在這中間出現轉移。③煤體的滲透系數發生了改變，導致瓦斯的吸附和解吸在煤體瓦斯中的系數發生了改變。瓦斯的吸附和解吸能力改變會直接導致瓦斯流動的變化，進而影響到對煤巖體應力的影響。因此，根據以上三種不同的變現形式，我們能夠總結出四個關系到煤層瓦斯流動以及煤巖體變化關系的規律，他們分別是煤層瓦斯流動方程、瓦斯狀態方程、煤層瓦斯流動連續性方程和煤巖體變形方程[3]。這四類方程能夠從基本狀態中總結不同條件下煤層瓦斯的流動規律。高預應力錨桿支護能夠改善煤巖體周圍的應力場，通過對瓦斯流動的方向和分布特征進行觀察，對其周圍的應力場和能量場環境進行考察，選擇合適的區域進行支護保護，因此，高預應力能夠確保在煤體中不會出現瓦斯聚集的現象，從而降低了出現高瓦斯能量集中區，形成煤與瓦斯突出的隱患問題。

3 高預應力錨桿支護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間內形成的媒體內部自爆瞬時且連續性的拋物過程，屬于一種動力狀態的表現，煤與瓦斯突出一旦發生會給該空間內地應力作用下含有瓦斯的煤體造成嚴重的破壞，地應力作用下，煤體內的縫隙會在瓦斯的壓力下不斷的向下擴張，從而導致裂縫的不斷擴大，直到割裂裂縫，造成瓦斯壓力的失衡。而所謂的高預應力錨桿支護其實就是在高預應力條件下，為煤體同一種能量較高的支護場所，其強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，能夠直觀的增強煤體的承載能力和穩定性，也就降低了煤與瓦斯突出問題的產生概率。支護系統與煤巖之間屬于相互作用力，系統通過吸收和轉移部分的彈性來降低煤巖內部的彈性，通過這一行動步驟來提升和改善煤巖周圍的應力場和能量場。應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直觀條件[4]。在實際的操作過程中，很多現實條件可能并不具備，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，高預應力錨桿支護的建立也是能夠穩定條件，幫助降低煤與瓦斯突出的重要手段。

4 結語

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