范围为煤壁向里 0 ～ 4 m，应力集中带范围为煤壁向里 4 ～ 10 m，原始应力带范围为煤壁向里 10
m 以深，从而确定了合理封孔长度为 10 m，并通过现场考察，验证了封孔长度为 10 m 是合理的。
关键词： 瓦斯抽采； 封孔长度； 应力“三带”； 数值模拟
中图分类号： TD712 + ． 6
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（ 第 43 卷第 8 期）
试验·研究
瓦斯抽采钻孔合理封孔长度确定方法
陈建忠，代志旭
（ 平顶山天安煤业股份有限公司 瓦斯所，河南 平顶山 467000）
摘 要： 为确定十二矿顺层抽采钻孔的合理封孔长度，提高抽采效果，分析了封孔长度与巷道应
力“三带”的关系，采用数值模拟和现场实测的方法确定了巷道应力“三带”的分布特征： 卸压带
截面方向建立二维平面模型，选取具有 4 节点的二 维 Plane42 单元。此类单元适合分析弹塑性、有裂 隙、面积大的模型，正好适合煤体分析。析精度。
煤层透气性剧增，游离瓦斯容易流动，瓦斯放散速度 增加； 集中应力带的煤体在自身重力、构造应力和支 撑应力的相互作用下被压缩、压实，煤体内的原生裂 隙、孔隙减少，煤层透气性降低，瓦斯流动困难，瓦斯 放散速度减小； 原始应力带的煤体由于不受外力的 影响，结构不发生变化［3］。
1 合理封孔深度与巷道应力“三带”的关系
文献标志码： A
文章编号： 1003 － 496X（ 2012） 08 － 0008 － 03
The Method of Determining Reasonable Sealing Length of Gas Extraction Borehole
CHEN Jian － zhong，DAI Zhi － xu （ Gas Institute of Pingdingshan Tian＇an Coal Industry Co． ，Ltd． ，Pingdingshan 467000，China） Abstract： In order to determine the reasonable sealing length of bedding extraction borehole in No． 12 coal mine，and to improve the extraction effect，the relationship between the sealing length and " three zones" of stress is analyzed in this paper． The distribution characteristics of roadway stress " three zones" are determined by numerical simulation and field measurement method． The range of pressure released zone is from the coal wall to the inside 0 ～ 4 m； the range of stress concentration belt is from coal wall to the inside 4 ～ 10 m； and the range of original stress belt is from coal wall to the inside 10 m deep，which determines a reasonable sealing length of 10 m． Through on － site test inspection，it is verified that the sealing length of 10 m is reasonable． Key words： gas extraction； sealing length； " three zones" of stress； numerical simulation
2 应力“三带”的数值模拟
2． 1 基本假设 1） 工作面前方煤体连续均匀，各向同性介质。 2） 煤层属线弹性体，遵循虎克定律，即加载和
卸载过程中煤体应力和应变存在一一对应的关系。 3） 煤与瓦斯耦合作用可以忽略不计。
2． 2 数值模拟 应用 ANSYS 软件进行模拟。 1） 指定单元类型和材料属性。沿煤巷的掘进
平顶山天安煤业股份有限公司十二矿是煤与瓦 斯突出矿井，主要开采己15 煤层。随着开采深度的 不断增加，煤层瓦斯含量和瓦斯压力逐渐增大，煤与 瓦斯突出危险性也越来越大，瓦斯灾害治理的难度 也越来越大，因此，如何快速消除煤与瓦斯突出危险 性，实现“双不”目标，必须实施高强度的瓦斯抽采， 因此，提高本煤层瓦斯抽采效果至关重要。提高本 煤层瓦斯抽采率的途径主要有 2 个： 一是采用人为 方法提高煤层的透气性，主要有水力压裂、水力割缝 等水力化措施以及预裂爆破等； 二是合理布置钻孔 和改变钻孔参数。近几年来，十二矿与科研单位合 作，先后进行了煤层水力挤出、水力压裂、交叉钻孔 等多项研究，取得了很好的效果。但在钻孔布置参 数，尤其是封孔长度方面研究不足。
试验·研究
（ 2012 － 08）
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的空气会经卸压带的贯穿裂隙被抽入钻孔，从而降 低瓦斯抽 采 浓 度 和 瓦 斯 抽 采 效 果［4］。 钻 孔 封 孔 长 度必须达到原始应力带的范围方可保证抽采负压的 影响下，钻孔不漏气。因此，准确测定巷道周围煤体 应力“三带”的范围可以确定钻孔的合理封孔长度。
煤巷工作面掘进后，巷道周围煤体的应力会发 生变化，由巷道煤壁向深部煤体依次形成卸压带、应 力集 中 带 和 原 始 应 力 带，简 称 为 巷 道 应 力“三 带”［1 － 2］，如图 1。卸压带的煤体松散，孔隙率增加，
图 1 掘进工作面前方煤体应力带分布
由于卸压带的煤层得到较充分卸压，形成大量 的贯穿裂隙，如果抽采钻孔的封孔长度小于卸压带 深度，会一定 程 度 地 导 致 抽 采 钻 孔“短 路 ”，巷 道 内