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[recurdyn] 煤巷掘进突出危险性分析

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发表于 2013-8-21 17:07:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
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
# h6 l1 ?- W. M% R+ s/ c
开挖
0 N8 k8 s' Y: {9 w  Q6 P
煤巷
' O: p3 V; D" ?" K( }
7.2m
3 T) g7 m. A$ ~3 O9 n
7.2m
& ^" D% m: Z+ Y/ |
19.5m
& ]' W8 h: H7 D$ x# b! E! \
顶板
! y5 f! e) t  \5 J# K7 V$ p
煤层
& ?; H. H  |1 k/ y
底板
1 f9 T1 h6 h/ ^  Q5 _! T$ l
/ j! R! ~2 F+ L3 h+ q; X
1.JPG
4 R* o0 ?' c1 e, x" K* }
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
/ O6 |9 }6 I8 ]8 A2 q
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
- Y2 K' l  r  G; r! s; _1 B
3.jpg
4 ?& a4 ~. A6 }# o
3  煤巷放炮掘进步中心剖面的损伤破坏分布
炮掘
1 V* I( N  S" X, O3 m* Q  {
4.jpg & v' |) D, @8 `( t
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0 d4 `! P/ ]( Z) d
5.jpg 5 t6 @3 o' }  \
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/ @6 Z$ k, d% s" D
6.jpg * m' n0 ~. p; _% U; C& G  e
6  煤巷放炮掘进第40非平衡步中心剖面的损伤破坏分布
7.jpg " `1 v/ R* T/ ]- w6 _; f/ G2 k
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。
8.jpg
1 c9 D5 A; c( r, X
8  煤巷放炮掘进前中心剖面的瓦斯压力分布
炮掘
5 u" E- @: t4 O: C! Y& o
9.jpg $ ^& Q0 W3 w, c" \/ t
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
6 s9 F+ V/ |1 E) c: |2 r* s
煤层
( y. T+ A7 L% I# {) A, }" R
底板
  h1 q7 A/ a* a5 o& {( \4 z
顶板, q$ B2 K* l7 D! u0 `' r" r
开挖形成的新煤壁$ j" _; D; E9 c2 |) {
尚未支护的顶煤
# L* ?6 k2 R+ h* x
已支护的顶煤
( o9 t. \) E8 s  @# T* B
剪切滑移带
2 z1 v9 L0 b- M' _% w
新煤壁前方的破裂区
0 L) N$ ]/ z  F  h
10.jpg
' @+ W9 Z! w3 t* ]# f3 I3 C
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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