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



开挖



煤巷



7.2m



7.2m



19.5m



顶板



煤层



底板



1.JPG

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)。


2.jpg

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


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3
煤巷放炮掘进步中心剖面的损伤破坏分布



炮掘


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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


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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


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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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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。


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8
煤巷放炮掘进前中心剖面的瓦斯压力分布



炮掘


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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



煤层



底板



顶板



开挖形成的新煤壁



尚未支护的顶煤



已支护的顶煤



剪切滑移带



新煤壁前方的破裂区

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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