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(kāi)挖

煤巷

7.2m ) N1 {5 n+ X5 U" ?, f$ |

7.2m 4 }% |7 ~% v4 P$ b1 T# |' v

19.5m 1 o, w% N. ]3 ]5 G1 ]7 w

頂板

煤層

底板

. l4 ~; p/ B' g3 Q8 J

  Y) e% Y1 L7 P/ a$ z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(kāi)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)）。

5 s$ _+ J; Y, }( W; Y) e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

圖3  煤巷放炮掘進(jìn)步中心剖面的損傷破壞分布

炮掘 7 T/ E! c* K4 N, G

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

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' |% l0 |, R; \) {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

" @9 Z) l7 O" @2 C4 S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(jiàn)，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。

圖8  煤巷放炮掘進(jìn)前中心剖面的瓦斯壓力分布

炮掘 5 N" }* R8 E1 M. R

$ h- n- ?6 a9 Q* i% b. _! E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 3 ^2 C! t, ^5 f' E  {8 g  o

底板   A9 m/ c- s; n: y9 G- ~

頂板 ! d3 ^/ b6 o6 L( `! M

開(kāi)挖形成的新煤壁 1 W5 n  d) X( G1 C: @

尚未支護(hù)的頂煤 ( q5 B% a2 k, `5 G8 `

已支護(hù)的頂煤

剪切滑移帶

新煤壁前方的破裂區(qū) + W/ m  i! t7 n& P  C5 K/ A

2 l. j4 a! z& I1 v+ n" W( k; Z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。