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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

開挖

煤巷

7.2m

19.5m

頂板

煤層

底板

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# 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）。

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# 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

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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

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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

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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

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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

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* 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。

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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

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: `, 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

煤層

底板

頂板

開挖形成的新煤壁

尚未支護的頂煤

已支護的頂煤

剪切滑移帶

新煤壁前方的破裂區

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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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