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[1]冲击地压防治及钻孔卸压相关参数研究

时间:2016-07-04来源: 作者: 点击: 102次

                  


摘要:

应用RFPA岩石破裂模拟软件,对煤矿深部开采发生冲击地压情况下利用钻孔卸压的方法的卸压效果进行数值模拟。分析研究钻孔破坏半径与钻孔直径、钻孔深度间的关系,并通过数值模拟得出钻孔破坏半径与钻孔直径、钻孔深度间的关系。研究得出当钻孔深度、垂压不变,煤层厚度为1m时,钻孔直径为300mm时卸压效果最好。保持钻孔直径不变,钻孔深度为1.5m时卸压效果最好。冲击地压钻孔卸压数值模拟研究具有一定的工程指导意义。

关键词:冲击地压,钻孔卸压,RFPA,数值模拟

中图分类号:TD324         文献标志码:A        文章编号:

 

0 引言

煤矿冲击地压一直是岩体力学及矿山压力防治研究难点之一,从理论到防治都尚未完全解决。近年来随着采深的增加,动力灾害更加明显,给矿井生产和安全带来了极大的威胁,因而有必要对这些动力显现的防治进行系统的、深入的研究。煤矿冲击地压[[1]]是一个世界性的灾害现象,国际上主要井工开采的国家的冲击地压都十分普遍。我国煤矿矿井大多建于五六十年代,随着时间的推移和矿产资源开发向深部转移,这些矿井将逐步进入深部开采[[2]],冲击地压灾害问题将更加严重、更加突出、更为普遍。专家预测冲击地压的预测与防治[[3]]将成为21世纪力学研究的难题之一。

1 钻孔卸压研究原理

钻孔卸压是利用钻孔方法消除或减缓冲击地压危险的解危措施[[4]]。此法基于施工钻屑法钻孔时产生的钻孔冲击现象。钻进愈接近高应力带,由于煤体积聚能量愈多,钻孔冲击频度越高,强度也越大。钻孔可以起到破裂和软化煤体的作用。当在煤体内进行卸压钻进时,在钻孔周围的高应力作用下,其钻出的煤粉量较平常有很大的增加,因此每一个钻孔周围形成一个比钻孔直径大得多的破碎区,当这些破碎区互相连通后,便能使岩体钻进剖面全部破裂,支承压力均衡,向围岩深部转移,起到卸压作用。采用煤体钻孔可以释放煤体中聚集的弹性能,消除应力升高区。

钻孔卸压在不同孔径、外界压力、钻孔深度、煤体厚度条件下,卸压效果不同,本项目就是利用实验、数值模拟[58]等研究方法,研究在受以上因素作用下,钻孔卸压的规律。

2 钻孔卸压数值模拟

研究在煤层强度、外界压力一定的条件下,钻孔参数与卸压效果之间的关系。建立单元尺寸为50×50mm,模拟卸压煤层和顶底板岩石的基本参数并保持不变,参数选取见表1

                      表1   模型基本力学参数

岩体层位

弹性模量

抗压强度

泊松比

均值度

平均值/MPa

均值度

平均值/MPa

均值度

平均值/MPa

煤体

20

4000

10

15

100

0.3

岩体

10

6000

5

60

100

0.25

     

2.1 钻孔直径与钻孔破坏半径的关系

    在保持钻孔深度不变、煤层厚度均为1m的情况下,分别模拟钻孔直径为100mm200mm300mm时钻孔的破坏情况及卸压效果,分别为图2.11,2.12,2.13

 

 

2.2 钻孔深度与卸压半径的关系

    在保持钻孔直径为100mm,煤层厚度为1m不变的情况下,分别模拟钻孔深度为1m1.25m1.5m时的卸压效果,分别为图2.21,2.22,2.23

1 111  1

         图2.21                      图2.22                       图2.23

 

                               不同钻孔深度时的卸压效果示意图

 

3 结论

   经分析得出如下规律:(1)当其他条件恒定不变时,不同钻孔直径有不同的卸压效果。钻孔直径越大,卸压效果越好;(2)在保持钻孔直径恒为100mm时,钻孔深度为1.5m时卸压效果较好;(3)钻孔破坏半径随煤层强度的增大呈减小趋势;(4)针对现场情况采取相应适合的钻孔进行卸压可以得到很好地卸压效果。

参考文献

 

 



基金项目黑龙江省大学生创新创业训练计划项目(201510219008



[1] 潘一山,李忠华,章梦涛.我国冲击地压分布、类型、机理及防治研究[J].岩石力学与工程学报,20032211):18441851.

[2] 侯玮,骈龙江,郝彬彬,蒋勤明.深部开采冲击地压发生条件及预测和防治[J].河北工程大学学报,2008252):6568.

[3] 沈荣喜,张敬民,贝太伟.煤矿冲击地压监测和防治技术的研究现状和发展[J].铜业工程,2012,(2):5659.

[4] 于正兴,姜福兴,李峰,朱权洁,魏全德.深井复杂条件下冲击地压主动防治技术[J].煤炭科学技术,2015,43(3):26—29.

[5] 刘红岗,徐金海.煤巷钻孔卸压机理的数值模拟与应用[J].煤炭科技,2003,(4):3738.

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[7] 张勇,许梦国,王平,程勃.钻孔卸压开采的数值模拟[J].金属矿山,2011,(3):535659.

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