马家沟矿煤与瓦斯突出研究进展--RFPA应用实例

2014-09-30

       煤与瓦斯突出是煤矿中的一种及其复杂的地质动力现象。它能在极短的时间内向巷道或采场抛出大量煤炭并且涌出大量瓦斯,且伴有巨大的动力效应,结果导致数百米的巷道被堵塞。涌出的瓦斯可逆风运行几千米,此时,如果遇上火源,将导致瓦斯爆炸,甚至于煤尘爆炸,给矿井的安全生产带来无法估量的灾难。

       马家沟矿是我国煤与瓦斯动力现象最为严重的矿井之一,到目前为止,该矿有历史记录的煤与瓦斯动力现象共54 次,全部发生在掘进工作面。马家沟矿属于急倾斜煤层,上山掘进不可避免,但是,上山掘进时突出危险性非常大。因此,上山掘进突出严重威胁着该矿的安全生产。从巷道类型来看,上山掘进时突出次数最多,占总数的34. 7 %。因此,掌握它的发展过程对突出机理研究及防突工作意义重大。

       华北科技学院安全工程学院的齐黎明和中国矿业大学能源与安全工程学院的林柏泉等学者以上山掘进突出后遗留的典型孔洞形状为基础,采用RFPA - Flow 对此进行数值模拟。通过数值模拟反演出了马家沟矿上山掘进突出发生的地质条件及发展过程,归纳出了上山掘进突出机理,并通过数据处理,得出了在突出前后掘进头前方煤体内地应力、瓦斯压力分布状况及卸压区宽度变化规律。

RFPA数值模拟结果显示:

1) 煤层开采后,在新暴露工作面附近出现许多碎裂的煤块,接着碎裂煤块被不断抛出,而临近新暴露面的煤体继续被压裂,暴露面继续往煤层深部推进,直至最终达到平衡。

2) 通过数值模拟反演出了马家沟矿上山掘进突出发展过程及发生前的地质条件,根据这一结果确定了马家沟矿上山掘进突出机理:地应力和煤体物理力学性质起主导作用,瓦斯压力起辅助作用,煤层倾角大,煤体自重应力不可忽视。

3) 通过对模拟结果进行数值处理分析发现:突出发生前的地应力梯度和瓦斯压力梯度都比发生后要大,这其中一个重要原因就是卸压区宽度增大了,由此可见当卸压区宽度达到一定长度时,就可防止突出发生。

       该项研究成果已经发表于 2006 年6 月的《西安科技大学学报》上。下载:rfpaflowszmn.rar (本网站转载论文仅为学术交流,如作者不同意转载请与本站联系)。