煤巷掘进过程中煤与瓦斯突出防治技术研究.pdf

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1、第12卷第4期矿业工程2014年8月MiningEngineering47煤巷掘进过程中煤与瓦斯突出防治技术研究何吉春(淮南矿业集团有限责任公司潘北煤矿，安徽淮南232000)摘要：利用LS—DYNA对煤巷掘进过程中诱发的煤与瓦斯突出的动力学机制进行了数值模拟研究。依据研究结果，提出掘进煤与瓦斯突出煤巷防突技术要点，最终在潘一矿采用深孔预裂爆破进行工程技术试验，有效实现了煤层均质化，抽采了瓦斯，实现了安全快速掘进。关键词：煤与瓦斯突出；瓦斯压力梯度；弧形集中应力带；深孔预裂爆破；数值模拟中图分类号：TD325文献标识码：A文

2、章编号：1671—8550(2014)04—0047—03放大的边界效应，当应力集中度或放大量超过煤体强度时，0引言则产生远区煤体破坏。然而，在进行数值模拟计算的时候，煤与瓦斯突出是煤层开采过程中一种复杂的工程诱发由于计算能力的限制，在利用有限体积的数值模型来计算灾害。国内外学者在煤与瓦斯突出机制方面做了大量卓有无限大的实际煤层时，必须考虑应力波在左右及上下边界成效的研究工作[1]。但是，已提出的各种煤与瓦斯突出的位置处产生的边界效应。本文采用在边界上施加LS—理论和模型都是基于某种假设，尚不能完全解释突出这一DYNA特有的

3、无反射边界来有效的解决这一问题。如图1，复杂的动力学现象。模型上部边界受原岩应力作用，根据潘一矿1371(3)工基于此，根据煤岩体变形与瓦斯渗流的基本理论，耦作面的实际埋深620ITI，按海姆假设o一7H，可计算获得合可压缩瓦斯气体与煤岩体变形的相互作用，并考虑煤岩作用在此模型上部边界上的原岩应力。在计算过程中，被介质材料力学性质的非均匀性特点以及煤岩介质变形破裂掘进煤层瓦斯压力为3．2MPa。过程中透气性的非线性变化特性，对采动诱发的含瓦斯煤岩从变形、破裂直至突出的全过程进行了直接的模拟。根据研究结果，提出防止掘进煤巷煤与

4、瓦斯突出的技术要点并进行现场工程技术试验。1煤与瓦斯突出数值模型图1煤与瓦斯突出的数值模型——数值模型。该型以淮南矿区潘一矿1371(3)轨道顺槽为蓝本，煤层顶底板为Lagrangian单元，煤层区域2煤与瓦斯突出数值模拟结果及分析用LS—DYNA的无网格SPH单元描述，如图1。整个模2．1煤与瓦斯突出过程分析型的尺寸为2O×15×0．3m，煤层高3in，已掘进部分的长度为8m，未掘进部分的长度为12m。考虑到在数值模拟通过运用Ls—DYNA数值模拟软件，获得了含瓦斯煤煤与瓦斯突出过程中对顶板和底板的计算精度要求较低，岩从失

5、稳、破裂直至突出的全过程，如图2。可以看出，因而顶底板单元网格相对煤层单元粗一些，单元大小为在极短的时间里，煤层连续失稳并最终发生煤与瓦斯突出，0．3×0．3m，共划分2672个单元；煤层单元划分较细，共过程中，煤体及所含的高压瓦斯发生了剧烈的物理变化及18850个直径为0．1m的SPH粒子单元。能量转移。——边界条件。应力波传输过程中，当遇到原生边界、在突出的初始阶段大约1．22S，如图3(a)、(b)，可弱面、裂纹或损伤后，会在交界面处产生应力集中或应力以看出，在受到采动脉冲动荷载的影响下，煤层的硬煤无法承受煤体中蕴藏的

6、巨大弹性潜能和水平方向上的地应力和瓦斯压力的作用突然断面，失去承载能力，瞬间使地应基金项目：国家自然科学基金(51304006)，安徽省教育厅重点项目(KJ2Ol1A075)，安徽理工大学青年骨干培养基金资助力峰值位置向内部的软煤转移，形成一个弧形集中应力带，(20120012)。阻挡内部瓦斯向外泄漏，使瓦斯压力维持在较高的水平上。收稿日期：2014—05—20作者简介：何吉春(1969一)，男(汉族)，安徽风阳人，淮南矿业但是，由于弧形集中应力带的软煤处于单向受力状态，承集团潘北矿井建设项目部总工程师，从事煤矿瓦斯防治工作

7、多年。载能力低而迅速，受到内部高压瓦斯的裹携作用而向巷道2014年第4期何吉春煤巷掘进过程中煤与瓦斯突出防治技术研究493．2突出防治措施3．3突出防治措施的效果及检验在巷道迎头设计一组钻场，每个钻场设计6个钻孑L，深孔预裂爆破前后抽放瓦斯浓度比放炮前抽放瓦斯浓钻孔参数如表1，其中1钻场和2钻场压茬长度大于度提高4～6倍，放炮后3O分钟内，抽放瓦斯纯量为5．8×5m。先施工抽采孑L，施工完成后立刻接入瓦斯抽采系统；10m。／min，而放炮前抽放瓦斯纯量仅为5×10m。／再施工两个爆破孔，待爆破孔施工完成后，同时装药，采rai

8、n，放炮后与放炮前相比抽放瓦斯纯量提高1000倍，放用深孑L预裂爆破专用爆破药管，并利用专用封孔器封孑L；炮4小时后，抽放瓦斯纯量逐渐降低。爆破后通过瓦斯抽采在线监测系统进行瓦斯抽采统计。表1钻孔参数表uI口g一卿器壕备注：爆破药管采用深孔预裂爆破专用药管，单个药管长度为1m，装药量为2．