文摘

矿区工程地质条件的基础上,2502年Yanbei煤矿为背景,综合指数法是用来评估2502年矿区岩爆的风险,和煤层破裂趋势5 #自然和水饱和的条件下也在实验室进行测试。然后压水射流技术提出了作为一个有效和可行的方法来防止岩爆。通过理论分析,煤岩质量系统有三个strain-stress静载荷的影响下,它有另一个strain-stress状态下静态和动态综合载荷的影响;同时,折叠结构引起的水平构造应力越大,越容易不稳定和衰竭,诱发岩爆煤炭质量无数细胞组成的数据集;当卸压区形成巷道内肋用加压水射流技术,最初的单一峰值应力曲线将会改变最终双峰应力曲线巷道内肋。“strong-weak-strong”预防结构可以形成巷道内肋和预防这种结构可以防止岩爆的发生。通过数值模拟分析,最优直径、长度、和区间的旋转切削部分被确定为400毫米,3.0米,15.0米,分别。通过现场工业应用分析,所有这些监测结果验证,当使用加压水射流进行旋转切割巷道肋,大规模的卸压区将在巷道内的煤炭质量形成肋骨,而且它可以达到的目的防止巷道岩爆的肋骨。研究结果可以有效地提供理论基础和指导预防岩爆具有类似工程地质条件。

1。介绍

岩爆是一种强大的动态现象的煤岩体在驾驶或采矿空间突然破坏,释放出大量的能量。这是一个最具破坏性的动态在煤矿灾害,很容易导致重大人员伤亡(1- - - - - -3]。近年来,由于大规模和高强度开采煤矿在中国,岩爆灾害已经成为主要的灾害形式限制了煤矿的安全、高效生产。与中国煤矿开采强度的增加,矿山与岩石破裂的分布范围变得越来越广泛。目前,岩爆发生在超过100煤矿在中国,严重影响煤矿正常生产。研究发生机制、监测、预警、预防岩爆的不仅是一个世界性的问题,但也是一个紧迫的科学和技术问题需要解决4- - - - - -6]。

工程实践表明,煤的自然地质条件和开采技术条件和岩体产生巨大影响岩爆的发生。例如,在断层等地质构造区域面积,褶皱区,煤层厚度和突然的变化区域,通常由于工作面巷道布局或开采布局不合理、煤和岩石的高能源积累造成的矿业对岩爆构成威胁。这些地方很容易诱发岩爆(7- - - - - -10]。褶皱构造是地壳运动留下的一种地质现象。地壳运动形成的特殊形状的褶皱地层、构造应力的分布,和采矿引起的局部应力集中导致岩爆灾害褶皱区域的特点,这是不同于其他类型的岩爆灾害和一般结构岩石破裂。谭et al。11]分析了构造应力场的分布特征和岩石破裂在门头沟区矿区和讨论,在向斜构造,结构主应力集中,这是容易积累大量的弹性能量和岩石破裂引发的采矿和其他因素,从而提出预防方法合理巷道布置和矿业等过程。Qi et al。12- - - - - -14]分析了大量的实测数据样本Taozhuang煤矿,探索岩爆的发生之间的关系,构造应力和岩石破裂压力的来源Taozhuang煤矿从构造应力的角度,并认为要注意工作面推进方向之间的关系和构造应力的方向挖掘。李等人。15)认为,有褶皱的高残余构造应力区,这将导致应力释放和在开采岩爆。高et al。16]建立了岩爆的灾难模型不同的媒体接触类型的褶皱区,并表明,控制平面的运动路径由水平力和垂直力具有明显影响屋顶和地板和煤层的稳定系统。

目前,研究岩爆的防治主要依赖于减压方法,如煤层卸压爆破,煤层高压注水,和大口径钻孔减压17- - - - - -19]。然而,这些方法有问题,减压效果不明显的或减压是过度。加压水射流技术是一种新的减压的方法,这个方法的好处一点磨损,没有火花,没有灰尘,等等(20.,21),因此它可以用来研究巷道卸压效果的肋骨在该地区受到折叠结构的影响。

2。工程和地质条件

2.1。典型的地质条件

华燕煤田位于华亭县北部,甘肃,典型的地质结构特点。整个煤田地质结构,主要是受褶皱和几个向斜、背斜轴穿过它们。整个煤矿的计划细节,如图所示1。

根据图1,整个煤田位于鄂尔多斯的西南边缘块或断层褶皱带西鄂尔多斯块边缘,属于Shaanxi-Gansu-Ningxia盆地。所有这些煤矿长期以来一直受到这方面的典型地质条件的影响,特别是抗压southwest-northeast和东西向构造应力。这个压缩构造应力的影响下很长一段时间,在这个地区构造板块的运动很激烈,和地质结构是一个典型的褶皱形成的。在所有这些煤矿,华燕煤田位于中间的整个煤田及其部门面积相对较大。向斜轴结构和背斜构造轴穿过这煤田纵向从北到南,导致严重影响采矿活动期间的构造应力的煤田。

2.2。典型的工程条件

Yanbei煤矿主要利用华燕煤田和强大的矿山压力事件甚至岩爆事件2502年矿区Yanbei煤矿出现不断在开采阶段。因此,有必要进一步分析强大的矿山压力事件的发生机制或岩爆事件在这些工作面临驾驶和开采阶段。矿区的北面2502是1504年和山寨煤矿矿区,矿区南部2502 100是煤柱宽度,第二层次辅助运输巷道、皮带巷道,回风巷道。矿区2502年由煤柱矿区2501界。矿区2502是相邻矿区1503年的东部和矿区2503年的西方。Yanbei煤矿矿区2502计划的细节,如图所示2。

根据图2,2502年矿区位于+ 860∼+ 1175水平,及其相应的地面高程+ 1350∼1425米。矿区2502的平均埋深约390米,这意味着这个矿区的埋深不大。

认为煤岩体中的静载荷在驾驶和采矿空间由地应力和轴承压力,见以下方程: 在哪里是地面压力,MPa;是轴承的压力,MPa。

假设平均单位重量可开采的煤层上覆地层的5 #在这个确定矿区;可以计算相应的自重应力,见以下方程: 在哪里上覆地层的平均单位重量,kN / m³;可开采的煤层的埋藏深度5 #,米。

因为这个矿区的埋深不大,相应的自重应力值也小。

构造应力还可以计算出来,见以下方程: 在哪里水平应力系数。

我们可以看到从方程(3),当自重应力是固定的,构造应力和水平应力系数呈正相关。然而,由于构造应力的严重影响,相应的水平应力系数相对较大,所以构造应力值也相对较大。根据方程(2)和(3),构造应力在静载荷中起着主导作用。即,尽管5 #煤层的埋藏深度小,静态载荷下仍然可以达到一个较大的值构造应力的严重影响。

2.3。岩爆的风险评估

可开采的煤层的厚度5 #矿区2502是17.6∼17.6,和它的平均厚度约为32.0 m。考虑煤层的厚度5 #,分层开采法可用于矿井煤层。5 #煤层可分为两层:上层和下层。上层正在开采。上层的平均厚度约为12.0米,采用放顶煤开采过程采矿方法开采这一层。直接的挖掘这一层的高度是3.0米,和相应的放顶煤开采过程高度是9.0米。之间的比例直接开采高度和放顶煤开采过程的高度是1:3。煤层倾角是8°∼17°,及其平均下降约12°。根据图2250206,可以看出面板在开采阶段,和面板250204同时驱动阶段。在250206年的开采阶段面板,强大的矿山压力事件甚至岩爆事件不断出现在这个阶段。因此,综合指数法是用来评估2502年矿区岩爆的风险。综合指数法的评价指标可分为两个部分,他们是采矿地质指标和采矿技术指标,分别为(22]。

采矿地质指标的评价结果如表所示1。

根据表1采矿地质指标的评价结果可以确定为0.76。

挖掘技术指标的评价结果如表所示2。

根据表2,挖掘技术指标的评价结果可以确定为0.57。

的最终评价结果2502年矿区岩爆风险可以由采矿地质指标的综合评价结果和采矿技术指标,见以下方程:

根据方程(4),最终2502年矿区岩爆风险的评价结果可以确定为0.76。最终的评价结果和相应的危险水平如表所示3。

根据上面的综合指数法的评价结果,结合表3的危险程度,可以看出矿区2502强破裂的危险。与此同时,煤炭样本钻矿区的煤层5 # 2502和测试在实验室与相关资质、和破裂趋势可以获得的测试结果表4。

从表可以看出45 #煤层的自然条件下有很强的破裂的倾向;然而,5 #煤层的破裂趋势将改变成弱水饱和条件下破裂趋势。

总之,是否基于综合指数法的测试结果或破裂倾向煤层5 #,有必要采取一些有效的措施,防止岩爆的后续开采过程。水射流与一定的压力可以有效地减少煤炭质量,和切割能力可以通过改变水压力调整。与此同时,加压水射流也可以渗透煤质量在某种程度上,这会削弱煤质量的破裂的趋势。可以看出,加压水射流对预防岩爆是一种有效和可行的方法。

3所示。岩爆的发生和预防机制

3.1。岩爆的发生机理

煤层在开采过程中5 # 2502年矿区,煤炭质量在驾驶或采矿空间从三维应力状态变为二维应力状态,它是在一个不稳定的应力状态23]。煤炭质量是在这种状态下很容易被破坏。同时,高应力集中区域将形成煤炭质量在驾驶或采矿空间,它会加剧煤炭质量的不稳定和失败。最后,它将导致煤炭质量引起强大的矿山压力事件,甚至在2502年矿区岩爆事件。带着道路相对较弱的支持系统作为一个例子,可以看出,在巷道岩爆的发生机理肋图所示3。

根据图3(一个)可以看出,可以形成高应力集中区域的肋骨当巷道挖掘。煤炭质量的高应力集中区域是一个相对稳定的状态。集中应力足够大时,这个地区煤炭质量不稳定和损坏。根据图3 (b),假设煤柱高应力集中区域,和垂直集中应力沿x设在应用煤柱可以表示为公式(5),从平面应变的角度分析。 在哪里煤柱的位移是吗一个,米;是煤岩质量系统的位移所需时间(直接构成屋顶和煤柱吗一个),年代。

然后垂直集中应力的累积值应用于煤柱一个可以确定,见以下方程: 的时间间隔来煤柱的宽度吗一个,米。

的上覆地层的压力x设在立即应用于屋顶可以表示如下:

上覆地层压力的累积值应用到相应的直接顶煤柱上方一个可以确定,见以下方程: 在哪里直接顶的平均质量,公斤/米;是直接的刚度屋顶,kN / m²;是直接顶的位移,米。

从能源的角度来看,可以看出,为了维持煤岩质量系统的平衡,能量积累的直接顶煤柱上方一个 必须小于煤柱的积累一个 ,见以下方程:

3.1.1。静载荷的影响

它假定煤柱一个主要是受到静载荷的影响,和直接顶板运动的加速度为零,见以下方程:

假设直接顶的位移为零和煤柱的位移增量一个增加了 ,两个垂直集中应力的累积值应用于煤柱一个 和上覆地层压力的累积值应用于相应的直接顶煤柱上方一个 会改变,及其对应的应力增量所示以下方程: 在哪里是累积的压力增量煤柱垂直应力集中应用的价值吗一个静载荷下,MPa;是累积的压力增量值应用于相应的直接顶的上覆地层压力高于煤柱吗一个静载荷下,MPa。

这时,能量累积在煤柱一个和直接顶煤柱上方一个分别将改变,最后能量值所示以下方程: 在哪里在煤柱是最后的能量积累吗一个静载荷下,kJ;是最后的能量积累直接煤柱上方屋顶吗一个静载荷下,kJ。

结合方程(9),(11)和(12),煤岩质量系统的平衡方程可以得到如下:

根据方程(13),可以看出,对煤岩质量系统有三种状态:(1)当煤岩质量系统满足以下条件(见方程(14)),煤柱一个处于弹性状态,煤岩质量系统是稳定的。 (2)当煤岩质量系统满足以下条件(见方程(15)),煤柱一个在剩余强度状态(我)。在这个时候,煤柱吗一个逐渐受损,其强度逐渐降低。煤岩质量系统是亚稳态,煤柱的破坏过程一个是静态的失败。 (3)当煤岩质量系统满足以下条件(见方程(16)),煤柱一个残余强度状态(II)。在这种情况下,然而,煤岩质量系统有一个突然的动态故障。煤柱的破坏过程一个脆性破坏,它有一个突然的变化强度。

煤柱的破坏过程一个伴随着能量的突然释放,也就是说,释放的能量在岩石突然启动,见以下方程:

相应的煤岩质量系统strain-stress曲线如图所示4。

3.1.2。静态和动态综合载荷的影响

它假定煤柱一个主要是受到静态和动态综合载荷的影响,直接顶的加速度运动并不是零,见以下方程:

假设直接顶的位移为零,煤柱的位移增量一个也增加了 ,和直接的屋顶有一个加速运动,在这种情况下,累积煤柱垂直应力集中应用的价值一个 和上覆地层压力的累积值应用于相应的直接顶煤柱上方一个 会改变,及其对应的应力增量所示以下方程: 在哪里是累积的压力增量煤柱垂直应力集中应用的价值吗一个静态和动态相结合的负荷下,MPa;是累积的压力增量值应用于相应的直接顶的上覆地层压力高于煤柱吗一个静态和动态相结合的负荷下,MPa。

这时,能量累积在煤柱一个和直接顶煤柱上方一个分别将改变,最后能量值所示以下方程: 在哪里在煤柱是最后的能量积累吗一个静态和动态相结合的负荷下,kJ;是最后的能量积累直接煤柱上方屋顶吗一个静态和动态相结合的负荷下,kJ。

结合方程(9),(19)和(20.),煤岩质量系统的平衡方程可以得到如下:

因为眼前的屋顶有一个加速运动,直接顶的刚度降低来 。在这个时候,直接顶的刚度是如下:

在这种情况下,与之相比的情况下直接顶的加速度为零,煤柱一个更有可能是在一个不稳定状态;也就是说,

这时,岩爆事件更可能发生,和它的力量更暴力。中相应的能量释放岩爆启动 超过计算方程(17)。

相应的煤岩质量系统strain-stress曲线如图所示5。

3.1.3。水平构造应力的影响

基于分析部分3.1。1和3.1。2可以看出,煤炭质量高应力集中区域可能诱发岩爆的影响下静态负荷或静态和动态相结合的负荷。与此同时,水平构造应力可以进一步促进煤炭质量的不稳定和失败。水平构造应力的影响引起的煤层如图折叠结构6。

从图可以看出6可以分为三个区域,煤层水平构造应力的影响下造成的折叠结构,即向斜构造影响区(I),机翼结构影响区(II),和背斜构造影响区(III)。任何细胞立方体在带我受垂直压应力和水平拉应力,这区可以被定义为一个最大煤矿地面压力分布带,这是最容易发生冒顶或岩石破裂;任何细胞立方B区二世受到垂直应力和水平应力,这是容易岩爆;任何细胞立方体C区III是垂直拉伸应力和水平压应力,和该区域也可以定义为一个最大煤矿地面压力分布(带24]。考虑应力状态的煤的质量在我和III区,煤炭质量是破碎和一些提前释放弹性能量由于拉应力的作用,导致出现疲软程度的岩爆与煤炭质量区二世。然而,发生岩爆的可能性高于二区。

因为煤炭质量的垂直应力和水平应力区二世是压应力,应力集中程度高,并有高能积累相应的煤炭质量。矿业活动的扰动的影响下,释放的能量积累的煤炭质量主要是挖掘空间形式的动能,这是最大的岩爆危险的区域。以细胞立方体B在第二区为研究对象,其应力状态的三维压缩。谢et al。25)提出,当任何细胞的能量释放率立方体B区二世达到临界最大,这个细胞立方体B将受损的作为一个整体,能量释放率可以表示如下: 在哪里是细胞的弹性模量立方B, MPa;B细胞立方体的泊松比; , ,和最大主应力、中间主应力和最小主应力,分别MPa。

根据最小能量原理提出的B细胞立方体动态故障赵et al。26),B细胞立方体的失败的能源消耗是一样的,要求在单向应力下的失败。因此,单向应力压缩的能量释放率的细胞立方B可以用来取代三维应力压缩的能量释放率的细胞立方体。因此,从能量等效的角度,可以得到以下方程: 在哪里是细胞的单轴抗压强度立方B, MPa。

根据图7,假设 , ,和对应于 , ,和根据广义胡克定律,分别沿y设在满足以下方程从平面应变的角度:

的比例和被定义为系数 ,它满足 。因为水平压应力通常高于垂直方向的水平构造应力的影响下的系数满足 。

结合方程(25)和(26),所需的临界最大水平应力的整体失败任何细胞立方B区II可以计算如下:

所需的临界最大水平应力变化曲线的整体失败任何细胞立方B区II可以计算不同参数条件下根据方程(27),如图7。

从图可以看出7所需的临界最大水平应力总体失败的任何细胞立方B区II降低指数的降低系数 ;即水平压应力的增加将导致的减少所需的临界最大水平应力的整体失败任何细胞立方体B区二世。这意味着水平压应力的增加引起的强烈构造应力将进一步降低所需的临界最大水平应力的整体失败任何细胞立方B区二世,然后无数细胞立方体的煤炭质量由B是更容易不稳定和衰竭,诱发岩爆。与此同时,随着B细胞立方体的泊松比的增加,所需的临界最大水平应力的整体失败任何细胞立方体B区二世也将增加。

总之,水平构造应力越大造成的褶皱结构,相应的系数越小 。在较小的系数 ,煤炭质量由无数细胞立方体B是更容易不稳定和衰竭,诱发岩爆。

3.2。岩爆的预防机制

3.2.1之上。压力的变化的分析

考虑到预防岩爆的加压水射流是一种有效和可行的方法,使用加压水射流进行旋转切割巷道肋和卸压区巷道内形成肋。在巷道岩爆的预防机制肋图所示8。

根据图8,可以看出,当在巷道卸压区形成肋,最初的单一峰值应力曲线将会改变最终双峰应力曲线巷道内肋。初始峰值应力点一个也在改变最终的应力峰值和在点b和c,它满足峰值应力小于峰值应力(27]。考虑转移和释放的影响高度集中压力卸压区,最后的峰值应力和在点b和c都是小于峰值应力点一个。因此,相应的累计值的垂直集中应力近点c应用于煤柱米 不会容易导致不稳定和煤柱的失败米和诱发岩爆。此时,煤岩质量系统更可能是在图所示4(一)和4 (b)。可以看出,该方法有很好的预防效果静载荷的影响,和煤岩质量系统并不容易在图所示4 (c)。当受采矿活动,严重影响煤炭支柱米将静态和动态综合载荷的影响,以及煤岩质量系统更可能是在图中所示的状态吗5。

3.2.2。从能量的变化分析

是否在静载荷的影响下静态和动态负载相结合,在巷道岩爆的发生过程肋图所示9。

从图可以看出9煤柱,当积累的能量米 大于所需的临界能量瞬时煤柱的失败米 ,煤炭支柱米被激活,然后在启动阶段,释放多余的能量在初创阶段将传播向巷道空间与弹性应力波为载体;卸压区可以消耗一些能量和可以被视为预防阶段(I),和释放多余的能量在预防阶段(我)煤柱与能量积累叠加n;如果煤柱积累的能量n 大于所需的临界能量瞬时煤柱的失败n 和关键的能源,围岩支护结构所能承受的极限了 ,在巷道岩爆事件将肋骨。这个阶段可以看作是一个预防阶段(II)和岩爆事件的严重程度取决于最后释放多余能量的发生阶段 。诱导过程中岩石破裂,释放多余的能量在任何阶段无法满足条件如图9,岩爆事件不会发生。

一句话,可以形成“strong-weak-strong”预防结构巷道内肋加压水射流时用来进行旋转切割巷道肋,这预防结构可以防止岩爆的发生。

4所示。卸压带的数值模拟

4.1。卸压带的形成过程

为了建立一个三维模型的数值模拟加压水射流参数、巷道的旋转切削过程阐述了加压水射流肋骨。后卸压区形成的原理图旋转由加压水射流切割图所示10。

卸压带的特定的旋转切削过程如图11。

数据显示10和11卸压带的形成过程巷道内肋大致可以分为以下步骤:(一)常规钻头用于钻一个普通机械井下巷道肋,和普通机械钻孔的直径和长度定义为和分别。(b)常规钻头被一个新的钻头三个射流喷嘴,然后三个射流喷嘴的压水射流初始井壁削减旋转模式。旋转切削部分的直径和长度(卸压区)被定义为和 ,分别。的长度被定义为保护部分 ,和的总和和是 。(c)供水的压力可以通过调压阀调整,导致水射流的压力变化。不同的压水飞机有不同的初始井壁切割效率,从而影响旋转切削部分的直径 。

根据图10钻头的常用模型和三个射流喷嘴ZJN94/3,及其匹配喷射喷嘴的直径选择从1.6毫米、1.8毫米、2.0毫米、2.5毫米,分别。不同射流喷嘴的压力测试结果在实验室在图所示12。

5 #煤层的单轴抗压强度约为16.2 MPa,可以选择相应的射流喷嘴的直径是1.6毫米或1.8毫米。然而,当水射流的压力是一定值,射流喷嘴直径越大,相应的流量越大。作为更大的流动有利于返回水钻孔煤灰烬,最后喷射喷嘴直径是1.8毫米。

4.2。三维模型的建立

工程地质条件的基础上,小组250204年的图2,FLAC^{3 d}数值软件是用于建立一个3 d模型。这个3 d模型的大小是100×85×60米(长×宽×高),和巷道的尺寸是5.0米×3.8米(宽×高)。2502矿区的平均埋深约390米,大约9.0 MPa的相应的均匀分布荷载应用于3 d模型的上表面。四方的3 d模型是固定的约束水平,和底部的表面三维模型是固定的水平和垂直方向上的限制。针对摩尔-库仑本构模型采用三维模型,重力加速度为9.8 m / s²。根据煤层的物理力学参数和岩石样品在实验室测量,测试结果如表所示5。

最后建立了FLAC 3 d模型^{3 d}数值软件,如图13。

4.3。三维模型的合理性验证

当不使用加压水射流进行旋转切割巷道肋,巷道肋内的垂直应力分布如图14。

从图可以看出14的峰值应力位于巷道内肋约8.0米。假设的范围1.1倍原岩应力(约10.0 MPa)是一种高应力集中区域,里面涵盖了从5.6米到14.0米的巷道肋,宽度8.4米。

钻井岩屑钻探获得的重量每米是巷道肋,和五个钻孔10米的间隔排列在每个巷道肋骨,分别。现场钻井岩屑体重的平均值在巷道肋骨如图15。

从图可以看出15钻井岩屑重量的最大值位于8.0米内巷道的左肋,在8.4米内巷道的右肋。考虑到的钻屑量体重呈正相关的应力状态煤巷道内的肋骨,而峰值应力位置的数值模拟结果,钻屑法验证这个3 d模型的合理性。

4.4。卸压带的参数优化

加压水射流时用来进行旋转切割巷道肋,一系列的旋转切削部分将形成巷道内肋。然而,直径 ,长度 ,和区间旋转切削部分需要优化,以便更好的缓解道路肋内的压力,实现预防岩爆的影响。

压水射流的最大有效切割长度主要是旋转切削部分的直径有关,它可以通过以下经验公式计算当水射流的压力大于15 MPa (28]:

它从先前的研究,可以看到最后的射流喷嘴直径是1.8毫米,和加压水射流的最大有效切割长度被替换成180毫米∼270毫米方程(28)。取中间值,大概是225毫米。基于高压水射流的有效切割长度,假设相应的回转直径切割部分为200毫米,300毫米,400毫米,分别。旋转切削部分的间隔为3.0米,4.0米,5.0米,分别。不同直径和间隔的数值模拟方案如表所示6。

根据不同的直径和间隔的数值模拟方案表6,具体的数值仿真结果如图16。

从图可以看出(16日),当相邻的旋转切削部分的间隔是3.0米,垂直应力不会叠加在直径200毫米的旋转切削部分;旋转的垂直压力将叠加在直径300毫米的切割部分,以及相邻的旋转切削部分熊之间的煤炭质量高叠加垂直应力;垂直应力将高度叠加在旋转切削部分的直径400毫米,和相邻的旋转切削部分之间的煤炭质量不能承受高叠加垂直压力和开始进行广泛的塑料失败。在这种情况下,煤炭质量之间旋转切割部分将形成一个连续塑性区失败。这个连续塑性破坏区可以被视为一种减压区,和它可以转移和释放能量累积煤炭质量在巷道肋,从而达到防止岩爆的目的。

从数据可以看出16 (b)和16 (c)当相邻的旋转切削部分的间隔是4.0米或5.0米,垂直压力不能完全重叠和煤炭质量之间不会形成一个连续的旋转切削部分塑料失败区。在这种情况下,这些旋转切削部分不会转移和释放能量累积煤炭质量巷道内肋,以及防止岩爆的影响很差。

总之,旋转切削部分的最佳直径和间隔400毫米和3.0 m,分别。条件下的最优直径和区间参数的具体数值模拟的结果不同长度的旋转切削部分如图17。

从图可以看出17大直径钻孔(110毫米)的卸压效果差对煤炭质量巷道内肋。然而,当使用加压水射流进行旋转切割巷道肋,旋转切削部分的长度越大,相应的减压区长度越大。同时,与旋转切削部分的长度的增加,峰值应力外远离道路肋骨也相应减少,和内心的峰值应力巷道附近的肋骨基本上仍然是不变的。当旋转切削部分的长度是5∼20 m,外离巷道肋峰值应力约为10.7 MPa,它降低了接近原岩应力。在这种情况下,相应的减压区13米的长度,和它能充分减压煤巷道内的肋骨。最后,确定旋转切削部分的长度是5米∼20米。因此,保护部分的长度决定是0 m∼5米。防护区可以防止伤害事故的发生造成回归水与煤灰烬,也不会损害围岩支持系统在同一时间。

5。现场工业验证

5.1。应用巷道肋板250204

根据上面的数值模拟结果,最佳的直径,长度,和间隔旋转切割部分是400毫米,3.0米,15.0米,分别。在现场工业应用阶段,使用加压水射流进行旋转切割巷道肋约50 m后面开车的脸,位于机翼结构影响区(II)引起的折叠结构。总共16双水井与旋转对称切削部分实现煤炭质量在左和右肋骨。同时,共11对大直径钻孔内实现煤炭质量都是对称的左和右肋骨。卸压区由大口径钻孔卸压区后面的约40米加压水射流形成的,和现场的具体实现方案如图18。

5.2。验证的卸压效果

5.2.1。电磁辐射监测结果

作为电磁辐射值呈正相关的应力状态下煤巷道内的肋骨,电磁辐射值是用于反映巷道内的减压效果的煤炭质量肋骨。电磁辐射值的监测结果如图所示19。

从图可以看出19电磁辐射的平均价值从62.2 mV略有减少到54.4 mV减压区由大口径钻孔,这表明大直径钻孔的卸压效果不明显;电磁辐射的平均价值从57.4 mV大大降低到26.2 mV加压水射流形成的卸压区,这表明,旋转切削部分的卸压效果是非常重要的。

5.2.2。微震监测结果

基于SOS微震的现场安装设备,微震事件的能量水平巷道的不同区域的监控,如图20.。

经过一个多月的监控由SOS微震的设备,它可以看到从图20.微震事件的能量水平不大于1×10⁴J在加压水射流形成的卸压区,并有微震事件能量大于1×10⁴J甚至1×10⁵在其他区J。同时,微震事件的发生频率也低形成的卸压区压水射流比其他区域。

根据电磁辐射法和微震的法的监测结果,验证,当加压水射流是用来进行旋转切割巷道肋,大规模的卸压区将在巷道内的煤炭质量形成肋,可以实现高度集中的转移和释放压力积累在煤矿巷道内的肋骨的目的,实现防止巷道岩爆的肋骨。

6。结论

(1)由于严重的构造应力的影响,相应的水平应力系数相对较大,所以构造应力值也相对较大。静载荷的构造应力起主导作用;即,尽管5 #煤层的埋藏深度浅,静态载荷下仍然可以达到一个较大的值构造应力的严重影响。(2)5 #煤层的自然条件下有很强的破裂的倾向;然而,5 #煤层的破裂趋势将改变成弱水饱和条件下破裂趋势。因此,作为一定的压力可以有效地减少煤的水射流质量和渗透煤质量在某种程度上,预防岩爆的加压水射流是一种有效和可行的方法。(3)可以形成高应力集中区域内道路肋骨巷道挖掘时,有三种状态下的煤岩质量系统静载荷的影响。他们如下:煤柱一个处于弹性状态,煤岩质量系统是稳定的;煤岩质量系统是亚稳态,煤柱的破坏过程一个是静态的失败;和煤柱的破坏过程一个是脆性破坏,它有一个突然的变化强度。岩爆事件更容易发生,其强度更暴力的影响下静态和动态负载相结合。(4)当一个减压区巷道内形成肋,最初的单一峰值应力曲线将会改变最终双峰应力曲线巷道内肋。“strong-weak-strong”预防结构可以形成巷道内肋和预防这种结构可以防止岩爆的发生。(5)根据数值模拟结果,最佳的直径、长度和间隔旋转切割部分是400毫米,3.0米,15.0米,分别。在现场工业应用阶段,电磁辐射平均值大大减少从57.4号到26.2号卸压区压水射流形成的。微震事件的能量水平不大于1×10⁴J和微震的事件的发生频率也降低卸压区压水射流形成的。所有这些监测结果验证,当使用加压水射流进行旋转切割巷道肋,大规模的卸压区将在巷道内的煤炭质量形成肋,防止岩爆的目的,它可以实现在巷道肋。

数据可用性

所有数据用于支持本研究的结果都包含在这篇文章中,并没有任何限制数据访问。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作得到了中国国家自然科学基金重点项目(没有。51634001)和中国国家自然科学基金(号。51574243,51404269,51674253)。