高预应力锚杆支护对煤与瓦斯突出控制作用研究

梁雪飞

辽宁省阜新市清河门区经济转型服务中心 辽宁阜新 123006

1 不同巷道围岩应力场和能量场分布规律条件下对支护条件的选择

预应力是锚杆支护过程中需要考虑的最为关键的因素，预应力越高，支护杆的支护能力才越大，因此，预应力主要用于区别锚杆支护杆的主动支护能力和被动支护能力，高预应力的支护锚杆采取的是主动支护，其有效性更强。具体高预应力锚杆支护能力与普通预应力下锚杆支护能力的比较，我们可以利用实验进行对比。在普通的锚杆支护状态下，煤层掘进巷道内左上角和右上角这两个位置会出现三角形的应力集中区域，通过检测我们可知在普通锚杆支护下这一区域的应力峰值为6.2MPa，该区域集中的宽度为6m左右[1]。由此可见，这样状态下应力值集中区域的面积有所扩大，但是该区域内的煤体相对来说较为破碎，因此巷道周围的煤体不是很集中，其整体应力较低，承载能力也都较弱，很容易引发顶板的下沉和内部煤体瓦斯的渗透，这也是事故发生的直接诱因。而高预应力状态下的锚杆支护，同样会在巷道的左右两个角的位置出现三角区域，该三角集中区内的应力面积不大，宽度仅为1m左右，但是应力区域内煤体范围受到限制，其被破坏和破碎的情况较少，整体较为完整，因此高预应力状态下煤体受到破坏的可能性更小。我们通过这样的数据对比不难发现，同样位置下的锚杆支护，普通预应力锚杆支护对煤岩体的应力作用更小，因此其煤体发生破坏的可能性更大，煤与瓦斯突出事故的发生概率也就比高预应力状态下的更高[2]。

2 不同支护条件下煤层瓦斯流动规律

在不同的预应力支护条件下，高预应力锚杆支护比普通的预应力锚杆支护的保护和改善能力更强，高预应力条件下，对巷道的支护能力会有所提升，且对周围的应力场以及能量分布场都会有所影响。但是关于煤体内部高浓度瓦斯的突出问题，还需要进行进一步的数据采集和分析。一般煤体内的瓦斯介质为固气两相多孔介质，在不同的空间、受力、运动过程中会产生相互作用力，其具体的表现形式为：①煤层中的瓦斯压力和地应力之间发生作用共同影响了煤体的应力状态。②煤体内应力状态的改变导致煤体出现了变形进而引发了煤体内空隙和间隙系统之间的变化。从而导致煤层中的瓦斯压力和煤体的渗透性出现转变，瓦斯的师傅能力和解吸能力在这中间出现转移。③煤体的渗透系数发生了改变，导致瓦斯的吸附和解吸在煤体瓦斯中的系数发生了改变。瓦斯的吸附和解吸能力改变会直接导致瓦斯流动的变化，进而影响到对煤岩体应力的影响。因此，根据以上三种不同的变现形式，我们能够总结出四个关系到煤层瓦斯流动以及煤岩体变化关系的规律，他们分别是煤层瓦斯流动方程、瓦斯状态方程、煤层瓦斯流动连续性方程和煤岩体变形方程[3]。这四类方程能够从基本状态中总结不同条件下煤层瓦斯的流动规律。高预应力锚杆支护能够改善煤岩体周围的应力场，通过对瓦斯流动的方向和分布特征进行观察，对其周围的应力场和能量场环境进行考察，选择合适的区域进行支护保护，因此，高预应力能够确保在煤体中不会出现瓦斯聚集的现象，从而降低了出现高瓦斯能量集中区，形成煤与瓦斯突出的隐患问题。

3 高预应力锚杆支护对煤与瓦斯突出的具体控制作用分析

煤与瓦斯突出是一种短时间内形成的媒体内部自爆瞬时且连续性的抛物过程，属于一种动力状态的表现，煤与瓦斯突出一旦发生会给该空间内地应力作用下含有瓦斯的煤体造成严重的破坏，地应力作用下，煤体内的缝隙会在瓦斯的压力下不断的向下扩张，从而导致裂缝的不断扩大，直到割裂裂缝，造成瓦斯压力的失衡。而所谓的高预应力锚杆支护其实就是在高预应力条件下，为煤体同一种能量较高的支护场所，其强度和作用力都在提升，能够帮助煤岩体起到主动的承载作用，能够直观的增强煤体的承载能力和稳定性，也就降低了煤与瓦斯突出问题的产生概率。支护系统与煤岩之间属于相互作用力，系统通过吸收和转移部分的弹性来降低煤岩内部的弹性，通过这一行动步骤来提升和改善煤岩周围的应力场和能量场。应力场和能量场的提升会直观的降低煤岩体撕裂的情况，其被破坏率就会降低，这也是防治煤与瓦斯突出的一个直观条件[4]。在实际的操作过程中，很多现实条件可能并不具备，因而煤与瓦斯突出问题可能会无法启动，为防止变量的影响，高预应力锚杆支护的建立也是能够稳定条件，帮助降低煤与瓦斯突出的重要手段。

4 结语

高预应力锚杆支护能够改善煤岩体周围的应力场和能量场，但是并不会降低煤体的渗透率，这也是兼顾了双方，降低了出现高浓度瓦斯聚集区的可能性。同时高预应力锚杆支护还能够主动为巷道围岩提供支护应力较高的支护应力场，从而确保临近煤体的承载能力和稳定性，避免出现多数破碎的煤体，进而确保巷道围岩周围的稳定性和安全性，进而降低煤与瓦斯的突出问题。由此可见，高预应力锚杆支护能够扩大预应力范围，对保护巷道围岩以及一直岩体破碎具有十分重要的使用价值。