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标题: 煤巷掘进突出危险性分析 [打印本页]
作者: 元计算 时间: 2013-8-21 17:07
标题: 煤巷掘进突出危险性分析
煤巷放炮掘进几何模型如图1示，煤层抗拉强度 = 0.6MPa，初始瓦斯压力 = 1.22MPa，地应力为9MPa量级（埋深约360m）。
1.8m´1.8m! B z" O G0 G& Q
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7.2m- g8 _: c! k, j/ k; m1 c5 }- D1 {
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7.2m
" G9 ^( k* a! X9 R7 b+ ]- o( [ |
煤层+ m6 R! g& w# L/ u" d" g
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( w! O% Y$ b: g/ r
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0 @! F1 R- A4 ?图1 煤巷放炮掘进几何模型（煤巷有支护） 计算参数为
气体：瓦斯粘性系数 ，瓦斯密度
煤层：煤样孔隙率 煤样渗透率
吸附常数
杨氏模量期望值 杨氏模量的Weibell模数
抗剪强度期望值 抗剪强度的Weibell模数
抗拉强度 = 0.6MPa 抗拉强度的Weibell模数
气固耦合：有效应力系数
导出量：渗流特征时间
原始瓦斯含量 ＝22.7kg/m3 ~ 28m3/m3
计算第1到22步为第一阶段，历时9.75´105秒（11.28天），形成初始场，排放瓦斯~6方。第23步时放炮开挖，发生瓦斯突出，煤岩体中心剖面破裂区域如图2~7所示。图中颜色表示破坏标记 的计算值，当 大于+1为拉伸破坏区（包含瓦斯压力的贡献），小于-1为剪切破坏区（与瓦斯压力无关）。
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) Z; t9 n! ~5 L图2 煤巷放炮掘进前中心剖面的损伤破坏分布 （上隅角和正壁面附近煤体破裂最严重，支护前端顶煤有破裂）
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图3 煤巷放炮掘进步中心剖面的损伤破坏分布 炮掘
( A# s q6 k: H4 Y" m0 P% W |
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. e9 `; D& _# y! A i: G6 g# o
图4 煤巷放炮掘进第10非平衡步中心剖面的损伤破坏分布 （浅到红色为拉伸破裂区，深蓝色为剪切滑移破裂带，向前方和上方发展）
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图5 煤巷放炮掘进第20非平衡步中心剖面的损伤破坏分布
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图6 煤巷放炮掘进第40非平衡步中心剖面的损伤破坏分布
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图7 煤巷放炮掘进第81非平衡步中心剖面的损伤破坏分布
由图可见，演化到第20非平衡步后，以拉伸破裂为特征的瓦斯突出阵面推进趋缓，剪切滑移带仍在发展。
图8~9为煤巷掘进前和放炮瞬间的瓦斯压力分布。
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, Z: u7 f9 c9 n; t) S2 G" z
图8 煤巷放炮掘进前中心剖面的瓦斯压力分布
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4 T3 ?7 Y$ p8 J- R/ z图9 煤巷放炮掘进步中心剖面的瓦斯压力分布
煤巷放炮掘进时，工作面新煤壁发生明显滑移，在上隅角往里的煤体中形成剪切滑移带，如图10所示。
炮掘7 v4 T. e# Z0 P5 D+ P' S
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煤层- n" z% A# @/ z1 N8 ?) x
|
底板9 F0 [* r- I1 r& |# G1 S4 ]
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顶板1 F; J% }* r# E, z) T+ Y% N4 `
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开挖形成的新煤壁4 z/ }5 d. G" F, E( K
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尚未支护的顶煤5 {- p2 T' @6 C2 [ o0 J
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已支护的顶煤) ?0 z$ m3 u% f( J3 v) Z) z
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剪切滑移带4 q; J" x, Y4 v1 M; D
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新煤壁前方的破裂区3 o) H/ Q' S5 H$ ]" h
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图10 煤巷放炮掘进第40非平衡步中心剖面的煤岩变形状态
自然排放瓦斯11天多，仅释放瓦斯5.6m3。相对于该煤层约18m3/m3的瓦斯含量，排放量还少。计算显示，炮掘进尺已接近原始瓦斯压力区，突出危险性很大。该次煤巷炮掘瓦斯突出粉化煤量约14m3。抛煤速度约为31m/s，突出波超压约20kPa。
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