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
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开挖
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7.2m
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19.5m
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顶板
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底板
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4 R* o0 ?' c1 e, x" K* }图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1到22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)。
/ O6 |9 }6 I8 ]8 A2 q图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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4 ?& a4 ~. A6 }# o图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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图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)
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图5 煤巷放炮掘进第20非平衡步中心剖面的损伤破坏分布
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图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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图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。 图8~9为煤巷掘进前和放炮瞬间的瓦斯压力分布。
1 c9 D5 A; c( r, X图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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图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
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煤层
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底板
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顶板, q$ B2 K* l7 D! u0 `' r" r
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开挖形成的新煤壁$ j" _; D; E9 c2 |) {
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尚未支护的顶煤
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已支护的顶煤
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剪切滑移带
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新煤壁前方的破裂区
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' @+ W9 Z! w3 t* ]# f3 I3 C图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。 |