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[recurdyn] 煤巷掘进突出危险性分析

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1#
发表于 2013-8-21 17:07:59 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
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; P: }0 H) u% A2 J2 o1 O
开挖! @  c( x2 e0 C% N
煤巷+ {, H0 ^- O( a( @; }4 R; T
7.2m
4 o% x) \' B- ~  k
7.2m
! |/ Z2 o& e2 {  C+ e9 M
19.5m
! H8 E; O3 u; ^9 K% z& H/ Z: J6 c
顶板$ [2 K! \; L! P  \8 A: R
煤层# [1 M: Z- q3 r' J% E+ e: R' z
底板
9 }6 h% B" u( n; l
* T( H' s- ~4 f6 c% y% b6 L
1 r2 Z$ H* E0 l8 `% C
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122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)。

0 h4 f8 H5 l& v
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)
炮掘, t+ u- h4 P. Y( b( ^

0 k3 @3 s& u# N& E/ L# Y4 o/ v
3  煤巷放炮掘进步中心剖面的损伤破坏分布
炮掘
7 L. u8 ?3 r9 h$ R! j

1 I. M% B7 f  b, T! M
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)
炮掘4 e* K! J5 c7 y, x: Z3 i! F. m
1 p) }. f; C' U3 f8 c$ B
5  煤巷放炮掘进第20非平衡步中心剖面的损伤破坏分布
炮掘, E( x+ V" Y0 P/ `% Q
1 S) h4 D) |" t, x7 g
6  煤巷放炮掘进第40非平衡步中心剖面的损伤破坏分布

5 s$ u4 M+ O, Z: T5 u
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。
8~9为煤巷掘进前和放炮瞬间的瓦斯压力分布。

) @0 {( J, z) Z
8  煤巷放炮掘进前中心剖面的瓦斯压力分布
炮掘
; G  D4 t+ @/ ?6 h3 T3 M+ ], N

: {) L7 a. x/ e& w9 w5 Y) Z
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$ K4 Q5 a4 o" {& Y/ m
煤层
) Z0 I9 ~; m3 J# x0 ?) `0 j2 J
底板
9 B9 v8 n, v! V9 z; C
顶板
- q2 R, B9 X3 `
开挖形成的新煤壁
' v% C- p/ ]4 ?# L. G, ]) [0 i) _
尚未支护的顶煤
/ P+ n! ?" V' ]7 F  i" N
已支护的顶煤
  `. Y9 u2 V8 }% U  ~
剪切滑移带! m- T* b+ k% ~" z0 a
新煤壁前方的破裂区
! X3 J' G+ s9 I( R- F& C

' G" Y, W7 ]$ o3 ~7 e7 b& E2 v
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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