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

開挖 : Q2 W8 Y* D9 ?; q$ X5 h  [: y

煤巷 * X) I8 L% e* B) ~, ^

7.2m

7.2m

19.5m   L8 e  K4 `' s5 d/ S9 }( A. v

頂板 + M% g- U' {; H( P. |0 \6 c7 b

煤層 , i) r' j, ^1 Y$ L" h- z

底板

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)）,。

" W! O+ N+ W9 b1 x8 m& h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 5 U0 G- f& I* X# _: \9 m' n

( j- T+ _1 p/ g( w% {圖3  煤巷放炮掘進(jìn)步中心剖面的損傷破壞分布

炮掘 2 O( D: |5 S! }2 o* h

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 " B7 T% k, e* k. b* Z( o' h( F7 g" H

( ?. M. J$ R/ N7 O+ g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

; s& e. i/ g& ]$ V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

# G5 Q& G9 t: [. A7 ^. u% [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，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,。

7 ?2 W) R4 U) t- q' \% w9 M; h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

煤層 5 }+ |& A4 b8 u  B) d& |" Z7 `

底板 - \  H/ \# g# e. g  }

頂板 - V9 Y( R' m% |9 z. i" d! v

開挖形成的新煤壁

尚未支護(hù)的頂煤

已支護(hù)的頂煤

剪切滑移帶   i* z' D* @4 ]( i  z* B4 K# L

新煤壁前方的破裂區(qū)

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,。