煤巷掘進突出危險性分析

元計算

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(yīng)力為9MPa量級（埋深約360m）,。

1.8m´1.8m ( g) X/ d# R  E/ ~& H

開挖 2 n2 e0 d. w- \1 [  |8 _# F

煤巷

7.2m

7.2m

19.5m ; _1 y1 @+ T) N: d4 e9 x

頂板 . v- i. S) Z) t: D3 X

煤層 4 }3 ]* U8 U' }# `! W* {/ b

底板

+ I5 g2 p" T, L) x8 ?7 v% G/ J/ D# f圖1  煤巷放炮掘進幾何模型（煤巷有支護）

計算參數(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)

抗剪強度期望值     抗剪強度的Weibell模數(shù)

抗拉強度 = 0.6MPa               抗拉強度的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(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記 的計算值,，當 大于+1為拉伸破壞區(qū)（包含瓦斯壓力的貢獻），小于-1為剪切破壞區(qū)（與瓦斯壓力無關(guān)）,。

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 6 F$ K' ~' N# V$ A

圖3  煤巷放炮掘進步中心剖面的損傷破壞分布

炮掘 / s' x% O5 T" K! _% O% T2 [+ s

* x3 v6 K4 H& {- O' v  @2 }) U+ ^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(qū)，深藍色為剪切滑移破裂帶,，向前方和上方發(fā)展）

炮掘 2 Q* j8 T% l! k& \. ]9 d

  ]: }4 b( C' H: |5 D/ z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 8 G2 G% D5 l$ n1 ~! A

1 p/ ?* F% C/ {: g2 o" K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

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(fā)展,。

圖8~9為煤巷掘進前和放炮瞬間的瓦斯壓力分布。

/ L' p' r& V: y. @( O圖8  煤巷放炮掘進前中心剖面的瓦斯壓力分布

炮掘

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(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 ' W- d3 X6 {- `' }& h

煤層 $ i; d1 n# L9 U: D

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(qū) 4 H# X' f" ]% J5 y5 K% J) ~

, u4 Y& ^$ A( d3 D" z6 d3 I. ^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(tài)

   

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(qū)，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,。