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標題: 煤巷掘進突出危險性分析 [打印本頁]
作者: 元計算    時間: 2013-8-21 17:07
標題: 煤巷掘進突出危險性分析
煤巷放炮掘進幾何模型如圖1示，煤層抗拉強度 = 0.6MPa，初始瓦斯壓力 = 1.22MPa，地應力為9MPa量級（埋深約360m）。
1.8m´1.8m
" l) t1 ~+ ]. E1 e% |% C6 ]
開挖3 J+ x& p1 z$ b7 ~
煤巷# c. ~, U6 \5 G/ Z7 v+ O! {* c, F1 x
7.2m
% j, _% ]4 u; \; F! Z. H& D( Y9 L
7.2m
0 @3 }" s+ K6 ?
19.5m: ?0 d! @6 _8 i7 E. g
頂板) M- f' V0 [( ~+ j5 n3 X+ E/ c
煤層; w4 V  [* q( ]9 {5 v; f' Z1 ?
底板8 \! u2 G( r$ T" G
9 E, X4 ^- u" ]5 ]) U( B: G
(, 下載次數: 131)
# m; X# V% g) h& n; F圖1  煤巷放炮掘進幾何模型（煤巷有支護）
計算參數為
氣體：瓦斯粘性系數 ，瓦斯密度
煤層：煤樣孔隙率                煤樣滲透率
吸附常數
楊氏模量期望值      楊氏模量的Weibell模數
抗剪強度期望值     抗剪強度的Weibell模數
抗拉強度 = 0.6MPa               抗拉強度的Weibell模數
氣固耦合：有效應力系數
導出量：滲流特征時間
原始瓦斯含量 ＝22.7kg/m3 ~ 28m3/m3
計算第1到22步為第一階段，歷時9.75´105秒（11.28天），形成初始場，排放瓦斯~6方。第23步時放炮開挖，發生瓦斯突出，煤巖體中心剖面破裂區域如圖2~7所示。圖中顏色表示破壞標記 的計算值，當 大于+1為拉伸破壞區（包含瓦斯壓力的貢獻），小于-1為剪切破壞區（與瓦斯壓力無關）。
(, 下載次數: 120)
# f4 N1 |; m4 I# G& f1 j. \( P" x圖2  煤巷放炮掘進前中心剖面的損傷破壞分布
（上隅角和正壁面附近煤體破裂最嚴重，支護前端頂煤有破裂）
炮掘
: T0 r1 ]8 H8 w0 G* a8 b
(, 下載次數: 137) 4 G' m" I- O9 r4 E: H
圖3  煤巷放炮掘進步中心剖面的損傷破壞分布
炮掘
0 J+ j" ^! K; d, y
(, 下載次數: 124)
6 ~! K% D5 M8 V/ N8 |' X2 V圖4  煤巷放炮掘進第10非平衡步中心剖面的損傷破壞分布
（淺到紅色為拉伸破裂區，深藍色為剪切滑移破裂帶，向前方和上方發展）
炮掘
9 _6 I5 u! K2 [: y
(, 下載次數: 129)
  D, b5 K: H  o+ a圖5  煤巷放炮掘進第20非平衡步中心剖面的損傷破壞分布
炮掘6 c1 ~! }% q0 R
(, 下載次數: 132) 4 h' K2 _6 @  G& h$ R
圖6  煤巷放炮掘進第40非平衡步中心剖面的損傷破壞分布
(, 下載次數: 148)
* A& _2 M9 Q" i, t圖7  煤巷放炮掘進第81非平衡步中心剖面的損傷破壞分布
由圖可見，演化到第20非平衡步后，以拉伸破裂為特征的瓦斯突出陣面推進趨緩，剪切滑移帶仍在發展。
圖8~9為煤巷掘進前和放炮瞬間的瓦斯壓力分布。
(, 下載次數: 131) 4 V) g4 y1 j" ~$ W; M' u
圖8  煤巷放炮掘進前中心剖面的瓦斯壓力分布
炮掘
" i$ W3 E# L% d! N. C
(, 下載次數: 133)
: `, p1 B5 l4 |9 i+ t圖9  煤巷放炮掘進步中心剖面的瓦斯壓力分布
煤巷放炮掘進時，工作面新煤壁發生明顯滑移，在上隅角往里的煤體中形成剪切滑移帶，如圖10所示。
炮掘
8 b1 e* k3 C: E9 x$ n, O
煤層2 B/ B* K  ^7 K4 h( b( `3 H' R; Y
底板! l' w4 y' Q# t9 d9 g
頂板" W+ [. {& |  O; Z( X
開挖形成的新煤壁" C5 `* I8 r6 C/ z
尚未支護的頂煤
+ d& W, p0 p6 ?7 A4 c# ?
已支護的頂煤
; i9 f+ y& ?3 }0 l% U2 A9 C
剪切滑移帶: u+ L/ @2 B0 n9 a
新煤壁前方的破裂區
" J- W- T8 ?4 H: R) d- J" s+ i
(, 下載次數: 127) ( K- H. p( e. {. {
圖10  煤巷放炮掘進第40非平衡步中心剖面的煤巖變形狀態
   
自然排放瓦斯11天多，僅釋放瓦斯5.6m3。相對于該煤層約18m3/m3的瓦斯含量，排放量還少。計算顯示，炮掘進尺已接近原始瓦斯壓力區，突出危險性很大。該次煤巷炮掘瓦斯突出粉化煤量約14m3。拋煤速度約為31m/s，突出波超壓約20kPa。




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