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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) _! r8 g1 o% Z7 c6 Q
开挖
0 W; Z0 Y6 U# y' `+ M& _/ ~4 R/ r4 O
煤巷
# x+ z6 }' f  `7 e! I& e
7.2m7 X2 |8 q# c0 y6 W2 _
7.2m" N- r/ O5 U: B; L9 E- v1 |4 X
19.5m' s- r6 E. s8 i4 T) r/ t2 C/ w
顶板# L1 v% v2 s# x& m$ l" L
煤层
- w2 {1 T# h3 j/ u% `" M
底板, \# I" {$ r+ H. ?

* q6 i0 k( e8 e9 C  C
1.JPG + `. U: h) I, I) N. ^3 d/ r; r. `
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 ) G7 ]4 |/ ^( l
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# M+ _, l7 Z* Z
3.jpg ; v1 J* C1 ~1 _! A  I/ h
3  煤巷放炮掘进步中心剖面的损伤破坏分布
炮掘: F4 p& T: i* @7 S
4.jpg
5 O  C. h8 z; j) c
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
& P1 r! ]) J+ Y/ g, \5 J
5.jpg & Z( l( ]2 S# l1 c3 w) a$ A5 L7 A3 z
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$ W6 C6 K! M. L4 K! ^2 n- K: T
6.jpg
3 I" j+ E7 J7 Q* f: C
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 R' c/ U  n- U) w% i3 V1 x$ x: h
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 # @" G6 I/ [, z
8  煤巷放炮掘进前中心剖面的瓦斯压力分布
炮掘
, d5 G+ _- Z7 w# L$ V8 `
9.jpg * b; E$ y  J1 I
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2 A! h3 i( i3 ?/ N& s
煤层
1 K# d! d% I/ y
底板, C% y* B) \* f8 H3 D, e  d
顶板
) j" a7 \0 B8 ]
开挖形成的新煤壁
* O$ B$ I% O) }) ?. y
尚未支护的顶煤$ k4 V! a. V: o; r0 p- ?; c- `! e# J
已支护的顶煤& u8 ?4 i% n7 {$ i+ ]+ o" ^& ?1 @
剪切滑移带' @- S# M' D$ [; [3 _% T
新煤壁前方的破裂区" U' Q4 O( r& B# d7 _* _1 j
10.jpg 1 S! v/ r! g5 q
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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