上山掘進(jìn)時(shí)卸壓區(qū)安全寬度分析

1、維普資訊 10能源技術(shù) 與管理2005年第 1期上山掘進(jìn)時(shí)卸壓區(qū)安全寬度分析 黎明，林柏泉，支 (中國礦業(yè)大學(xué)能源與安全工程學(xué)院，江蘇徐州 221006)摘 要 當(dāng)工作面前方的卸 區(qū)達(dá)到一定 度 ， 段煤體就會(huì)阻止突出 生。上山掘 突出 繁 生， 找出卸 區(qū)的安全 度，首先 掘 前方煤體 行了一定的假 ， 而從力學(xué)的角度分析掘 前方煤體的 力分布狀況，并 一步得出了 算卸 區(qū)安全 度的方程 。如果 出具體 井的地 條件，可以采用 Mathcad 算出它的卸 區(qū)安全 度。關(guān) 】 卸 區(qū)； 力；上山；掘 中 分 號(hào) TD322 、5 文獻(xiàn) A 文章 號(hào) 167

2、29943(2005)010010-030 前 言煤與瓦斯突出是煤 重的自然災(zāi)害之一，表 幾噸至數(shù)千噸，甚至上萬噸的破碎煤體在數(shù)秒至幾十秒內(nèi)由煤體向采掘空 拋出，并伴有大量瓦斯涌出，因此它 重威 著 井的安全生 。煤與瓦斯突出是地 力、瓦斯和煤的 度三者相互作用的 果，但是，在 中，倘若高的地 力、瓦斯 力和低的煤體 度所 位置 離采掘工作面 ， 不會(huì)引起突出，加大卸 區(qū)的 度，可防止煤與瓦斯突出。當(dāng)煤 角比 大時(shí)，上山掘 很容易 生突出，以開 集 家溝 例， 上山突出占 突出的34、5。目前上山掘 ，一般都是采用深孔松 爆破、打卸 孔等措施來加大卸 區(qū)的 度防突。采用 些方法防突面 著一個(gè)共

3、同的 ：在不同的情況下，防止煤與瓦斯突出需要多 卸 區(qū)? 不 ； 短 不安全。 一 ，通 掘 前方的煤體作一定的假 ，然后從力學(xué)的角相等；垂直地 力與 面的地 力相等；煤的自重只在 X-,Y方向有分量 ；取掘 前方 x方向，垂直于煤 向下 y方向，垂直于 X-,Y平面的 z 方向，在煤 中取微元 行受力分析，如 1所示。根據(jù)靜平衡條件，微元體的 力平衡方程 ：圈 l 骰兀壓力分圈度分析掘 前卸 區(qū)的 力分布狀況，并 一av+GsinQ+M。 ：0(1)”步推斷出了 算防突所需卸 區(qū) 度的方程 ，av誓az一Gc一咖：0(2)采用數(shù)學(xué)工具 件 Matlab可解方程 ，找出上山掘 防止突出所需的最

4、小卸 區(qū) 度。從 例一一一0(3)：來看， 算出的 果跟 情況基本一致，由此可 ，本文所做的工作 防止煤與瓦斯突出有著極=(4)其重要的意 。由于卸 區(qū)內(nèi)煤體已 破裂，根據(jù)極限平衡條件有：1 掘進(jìn)頭前卸壓區(qū)應(yīng)力分析=(P)rant?+C(5) 了 化分析 程，將掘 前的煤體 行=(dr：一P)tant?+C(6)一些假 ：煤 均勻；瓦斯 力上下、左右及后方zyz=(一P)tan?+C(7)維普資訊 2005年第 1期齊黎明等 上山掘進(jìn)時(shí)卸壓區(qū)安全寬度分析作用于巷道前方的瓦斯 力可表示 ：根據(jù)剪應(yīng)力互等定理，有：a =K( +m) K為常數(shù)(8)采用 Exc

5、el回歸 出幾段線性函數(shù)，通用表達(dá)根據(jù)上面 8個(gè)方程聯(lián)合解出掘進(jìn)頭前方的應(yīng)式可表示為。P=UX+V。力表達(dá)式為：A為孔隙所占的面積比，M=u。+ eee+ 騫器1-tatan2n2(p (KU+M)1-tatan2n2TGc0鯫+u】x+二二二二( !(K一(K+2)tan2 一2tan3。r【K(0sdtan(c(0sd一(an(c)sinaitan(一。in一1 ；咖脅一K(KU+M)z+D(9)(K+2)tal2(D一2taIlj(D。2 卸壓區(qū)長度計(jì)算esI一Dl+182S2(Sle2S5o I)+04376S2(Sles5e I)e eI一00356(sjs1)一DEl+Dle2s5

6、+為了計(jì)算簡單，下面用一些字母代表式(9)中7357S7+2S6(e 一e e2S5)(15)相應(yīng)的表達(dá)式，簡化結(jié)果如下：D32=Dl+(182S2e。+0438s)Sle28-Oy=02e 。eSje +(S2U+S3)x+( U+S6)Y+esI+089S +012258($2S1)一D2lDsleh(S9U+Sl0)z+Dl(1O)(16)現(xiàn)假設(shè)煤層原始瓦斯壓力為 12MPa，繪 出 因?yàn)樾秹簠^(qū)內(nèi)的煤體處于應(yīng)力極限平衡狀壓力曲線圖，然后再采用 Excel回歸 出三段線性 態(tài)乜，為簡化計(jì)算，假設(shè)上下兩面的剪切應(yīng)力積分函數(shù)如下：之和等于左右兩側(cè)的積分之和，則有以下平衡微P：22961x+01

7、103 0x02(11)分方程：P=04752x+04848 02x12(12)2 dy+0-018 2(3Xrmdx+3Xrdx)P=00376x+10163 12x6(13)瓦斯壓力分三段來表示，理所當(dāng)然應(yīng)力也應(yīng)K(D1es(e2s51)(1+2Ss)s,+2(00376S2+該分三段用三個(gè)方程來表示。這三個(gè)方程有以下S3)X+6(00376S7+S6)+2D32)+0O18x=限制條件：大氣壓力為 01MPa，即初始應(yīng)力 為2箜。x +01MPa；在 02、12處的值和一階導(dǎo)數(shù)的值應(yīng)0l該相等。這樣，三個(gè)方程中，除了X、v、z，只有一個(gè)(00188S2+05S300188)x2+(089

8、S209163未知數(shù) D2。當(dāng) z=0，Y=0時(shí)，r 也可用三個(gè)分段2258($2S1)一DE1)xt +Cx+LD21(eo2sl1)一方程來表示，相應(yīng)在 0到 X上積分也可分三段zrodx。 同0353S2+e2sIeo： )一來表示：rodz=rodx+t1-0dx+000 2：l 2理，當(dāng) z=0，Y=2時(shí)，r正在 0到 X上積分也可分三!：e1,2+0 36+D1段來表示：Ora(Ix=0r,2dx+02r也d)【+。12rdx。088( sdsI )tan+在卸壓區(qū)與應(yīng)力集中區(qū)的交界 X處 ，當(dāng)Y=0、rD2l+182S(Sleo -)+0437S2(Sle -一一 S。z=0時(shí)L

9、 一ld ：D23eh +(00376S2+S3)x+Dl3(14)e2eslx+(00188S+05S300188)x2+(0889S2Dsl=I)2l+(182S2e+0438s2)Sle - 09163一(22936S2S。)一D2le2 一72818S7)x維普資訊 12能源技術(shù)與管理2005年第 1期tan + CX + D21 ( s1) +區(qū)長度與內(nèi)摩擦角、粘結(jié)力成反比。從卸壓區(qū)的長度來看，三個(gè)值分別是 4942 m、3677 m、D21+182s#(s1 e0 -)+04736Sd(S1 e12SI)4597m，而實(shí)際礦井中，卸壓區(qū)的長度在

10、 25msl之間，由此可見，計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際情況基本吻e2e -一0348s2+036tan(17)合。在卸壓區(qū)與應(yīng)力集中區(qū)的交界 x處 ，o 應(yīng)與原巖應(yīng)力相等，o =o。它的應(yīng)力表達(dá)式 為：o= Dl2l+(182S2esl+0438 s2)Sle12s1e5l +(00376S2+S3)x+089S2+012258(S2S1)一D2l12x6(18)當(dāng)煤的內(nèi)摩擦角、粘結(jié)力、上山傾角及原始地應(yīng)力給定以后，(15)、(16)、(17)、(18)四個(gè)方程中只有 D3、D32、D2及 x四個(gè)未知數(shù)，從理論上講，可以計(jì)算出x，但是，因?yàn)榇朔匠毯軓?fù)雜無法直接推導(dǎo)出x的表達(dá)式，但是可以采用數(shù)學(xué)軟件 Ma

11、thcad 從數(shù)值解的角度將 x的值計(jì)算出來。只根據(jù) (15)、(16)、(17)、(18)四個(gè)方程從表面上無法分析結(jié)果，因此筆者設(shè)置了幾種情況，并采用 Mathcad計(jì)算 出了相應(yīng)的卸壓區(qū)長度，具體如表 1所示。表 1 各種參數(shù)情況下的卸壓區(qū)長度內(nèi)摩擦角 30， 內(nèi)摩擦角 35。， 內(nèi)摩擦角 30。，3 結(jié) 論(1)從理論上推導(dǎo)出了掘進(jìn)頭前卸壓區(qū)的應(yīng)力分布狀況，從曲線方程來看，卸壓區(qū)的應(yīng)力呈指數(shù)分布，這與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)情況是一致的。(2)根據(jù)卸壓區(qū)的應(yīng)力分布，進(jìn)而計(jì)算出了卸壓區(qū)安全寬度，從表 1的數(shù)據(jù)可看 出卸壓區(qū)的長度跟內(nèi)摩擦角、粘結(jié)力成反比。(3)在礦井實(shí)際生產(chǎn)中，可根據(jù)本文的理論計(jì)算出卸壓區(qū)

12、安全寬度，再結(jié)合以往的工作經(jīng)驗(yàn)，確定所需的卸壓區(qū)長度。參 考 文 獻(xiàn)1林柏泉礦井瓦斯防治理論與技術(shù)M徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，19982蔣承林煤與瓦斯突出的球殼失穩(wěn)機(jī)理及防治技術(shù)M徐州：中國礦業(yè)出版社，1998參數(shù)置箍暑 箍努 差蔫 作者簡介廊力 40MPa麻力 04 MPa力 04 MPa齊黎明，男，現(xiàn)為中國礦業(yè)大學(xué)能源與安全工程學(xué)院卸度494236774597安全工程碩士研究生。收稿日期：20041212從表 1可以很清楚 的看出：防突所需的卸壓Analyzing ofsafety width in depressurized areaOur|ng ralSe tlriving-QILim

13、ang，LIN Bquan，刁丑 Xiao-wei(ChinaUniversityofMiningandTechnology，xuzhou221008，China)Abstract：Itwillpreventthe outburstwhen the destressed zone that is in het frontofworking face reach sonqtelength eouthutsttakesplaceintheraisetunelingfrequendy，with hetobjectoflookingforhetsafetyidthw ofhet destressed zone ，nda author supposed het coalhattis in frontofhet tunneling place to be somestate irstlyf，nda nalyseda itsstressdistribution from het mechanicspointofview，and computed hetequation group ab