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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/ v; @* x. a  G/ A
開挖
8 a0 W6 ^! S; }- o$ X$ [7 e" V
煤巷
- N. S0 Y7 G) ~% M: z5 s# s
7.2m$ }: j1 P! ^- \  Y1 W. A3 |
7.2m
+ O8 [7 x6 D* \: \& O% d$ D
19.5m
% N$ U  U/ R: q
頂板$ t, W: z/ d3 r
煤層* }: l' {* }, E) B) s
底板5 e4 B" u5 X) e

8 Z' {$ p1 |+ \- T* G0 H9 }/ n4 s
(, 下載次數: 123)
. F, U. g: i; T; T0 P; Y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: 113)
" ]0 I) v: ]* l# K) k+ F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
: z: v! S3 q3 x( ]. p/ s
(, 下載次數: 129) 3 o3 F: S; Y. U4 ^' u
圖3  煤巷放炮掘進步中心剖面的損傷破壞分布
炮掘
) a2 U$ R/ Y% v, h  o" x" @- ~
(, 下載次數: 117) " V5 X# B  Y4 c* h5 m: U3 R4 c
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) L7 h$ d- {- g/ m  i5 I
(, 下載次數: 121)
0 \1 |8 ]" _' t8 G" F& K) x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. l* j6 m' w9 J5 b$ w3 B2 W
(, 下載次數: 125)
4 k+ x+ p# ^, [8 R* @4 {' \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: 145)
9 ?0 ]# O% p* h; {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: 124) ) y4 W. J, e* j% p+ y
圖8  煤巷放炮掘進前中心剖面的瓦斯壓力分布
炮掘4 o) [- q  H4 _9 q6 ~! Q' j
(, 下載次數: 127)
  x1 b7 K8 v1 [4 |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) W- O5 ?8 V- Q4 `- D
煤層( |4 t1 o7 e( V1 j$ e# k2 W0 H
底板
& S1 i& L" m% m1 e
頂板
+ b4 [9 I, V0 h$ Y+ }
開挖形成的新煤壁
9 e# H6 ]' E/ y2 g& J$ A
尚未支護的頂煤
1 H2 u( J4 z: i7 O  V7 }* U
已支護的頂煤5 Z# L6 }$ m5 m( w% }
剪切滑移帶
7 k* t2 b/ F8 m% v0 s1 H% [
新煤壁前方的破裂區  c% v& l" O% G( X3 ]
(, 下載次數: 115) 6 e7 z/ {+ f0 k$ 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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