煤巷掘進(jìn)突出危險(xiǎn)性分析

元計(jì)算

煤巷放炮掘進(jìn)幾何模型如圖1示,，煤層抗拉強(qiáng)度 = 0.6MPa,，初始瓦斯壓力 = 1.22MPa,，地應(yīng)力為9MPa量級(jí)（埋深約360m）,。

1.8m´1.8m 3 _) c- O3 k4 Y2 v* j$ V; p- p

開(kāi)挖 ; N4 J0 X  b1 M6 X, Z; z

煤巷

7.2m

7.2m " ^$ `1 R  k6 J9 ~

19.5m 4 v0 C. A) _: e1 h5 d( T9 `/ {

頂板 ! ]6 E  i- h5 R+ z6 J% r& {

煤層

底板

9 [% i) h& b6 Y) T: u' w' ]& u3 p

圖1  煤巷放炮掘進(jìn)幾何模型（煤巷有支護(hù)）

計(jì)算參數(shù)為

氣體：瓦斯粘性系數(shù) ,，瓦斯密度

煤層：煤樣孔隙率                煤樣滲透率

吸附常數(shù)

楊氏模量期望值      楊氏模量的Weibell模數(shù)

抗剪強(qiáng)度期望值     抗剪強(qiáng)度的Weibell模數(shù)

抗拉強(qiáng)度 = 0.6MPa               抗拉強(qiáng)度的Weibell模數(shù)

氣固耦合：有效應(yīng)力系數(shù)

導(dǎo)出量：滲流特征時(shí)間

原始瓦斯含量 ＝22.7kg/m3 ~ 28m3/m3

計(jì)算第1到22步為第一階段,，歷時(shí)9.75´105秒（11.28天）,，形成初始場(chǎng),，排放瓦斯~6方。第23步時(shí)放炮開(kāi)挖,，發(fā)生瓦斯突出,，煤巖體中心剖面破裂區(qū)域如圖2~7所示。圖中顏色表示破壞標(biāo)記 的計(jì)算值,，當(dāng) 大于+1為拉伸破壞區(qū)（包含瓦斯壓力的貢獻(xiàn)）,，小于-1為剪切破壞區(qū)（與瓦斯壓力無(wú)關(guān)）。

圖2  煤巷放炮掘進(jìn)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(yán)重,，支護(hù)前端頂煤有破裂）

炮掘 7 o9 H$ e* L% ~) _

圖3  煤巷放炮掘進(jìn)步中心剖面的損傷破壞分布

炮掘 ) d5 h" y8 a( C7 l

圖4  煤巷放炮掘進(jìn)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(qū),，深藍(lán)色為剪切滑移破裂帶，向前方和上方發(fā)展）

炮掘

圖5  煤巷放炮掘進(jìn)第20非平衡步中心剖面的損傷破壞分布

炮掘

圖6  煤巷放炮掘進(jìn)第40非平衡步中心剖面的損傷破壞分布

- c1 Y% w8 v1 |7 V/ G0 p* Y% i圖7  煤巷放炮掘進(jìn)第81非平衡步中心剖面的損傷破壞分布

由圖可見(jiàn),，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(jìn)趨緩，剪切滑移帶仍在發(fā)展,。

圖8~9為煤巷掘進(jìn)前和放炮瞬間的瓦斯壓力分布,。

圖8  煤巷放炮掘進(jìn)前中心剖面的瓦斯壓力分布

炮掘

圖9  煤巷放炮掘進(jìn)步中心剖面的瓦斯壓力分布

煤巷放炮掘進(jìn)時(shí)，工作面新煤壁發(fā)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 + q$ n, F3 q# H% [! {: H5 g" t! x

煤層 ; f6 b9 ^, T: G" F4 G4 G. ~

底板   J# O" a9 h. ^

頂板

開(kāi)挖形成的新煤壁 6 f3 J9 L9 J8 c3 U% ?5 `

尚未支護(hù)的頂煤

已支護(hù)的頂煤 , y6 D+ W) H9 d, r

剪切滑移帶 3 b, Z4 w5 b% K$ m9 C

新煤壁前方的破裂區(qū) 6 E6 q5 R! p! y  f' {5 o9 b6 b

圖10  煤巷放炮掘進(jìn)第40非平衡步中心剖面的煤巖變形狀態(tài)

   

自然排放瓦斯11天多，僅釋放瓦斯5.6m3,。相對(duì)于該煤層約18m3/m3的瓦斯含量,，排放量還少。計(jì)算顯示,，炮掘進(jìn)尺已接近原始瓦斯壓力區(qū),，突出危險(xiǎn)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。