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突出煤层中高压水射流防突机理研究

韩兆明  
【摘要】: 在煤与瓦斯突出矿井中,由于煤层透气性差,瓦斯压力大,使得掘进速度非常缓慢,严重影响着矿井安全快速生产。为了解决这个问题,在分析了突出煤体物理力学特性和固流耦合理论的基础上,建立了固流耦合数学模型并研究采用高压水射流掏槽技术以提高掘进速度。 根据高压水射流掏槽防突的原理,建立了水射流掏槽工作面的力学摸型,选用FLAC软件对掏槽效果进行模拟,模拟结果显示,水射流槽孔周围应力分布发生改变,水射流槽孔两侧出现应力集中区域,并随着距离的增加,应力逐渐减小,最终接近原岩应力;水射流槽孔上下方出现卸压区域,应力减小,随着距离的增加,应力逐渐变大,最终接近原岩应力;水射流槽孔周围发生向孔道方向的位移,其中槽孔两侧位移最为明显,其次是槽孔上方发生一定位移,槽孔下方位移相对较小;随着槽孔径向方向的延伸槽孔周围向孔道方向的位移将逐渐变小;水射流槽孔头前方应力分布发生改变,形成以槽孔前上方为应力峰值区,随着向前方煤层逐渐延伸,应力逐渐减小的应力集中区域,同时槽孔头处发生向煤层方向的位移;水射流槽孔影响周围区域为以槽孔为中心,半径为2m的圆形区域,槽孔对前方煤层距离约为2m,因为卸压区域的存在,在掏槽过程中可对周围2m圆形区域内的瓦斯进行释放;水射流掏槽的最终目的是为了掘进巷道的开挖,因为水射流槽孔头处距离前方应力集中区域较近,因此在掘进巷道开挖的过程中,不应掘至水射流槽孔头处,应留处2m左右缓冲区域,防止不可控的煤与瓦斯突出的发生。 根据模拟结果观察高压水射流掏槽破坏煤体的状况,以及掘进方向上煤体的应力状态的改变状况,达到了指导实际工作的目的,起到了很好的效果。


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