[发明专利]一种具有突出危险煤层的巷道最佳掘进速度判定方法

权利要求书

1.一种具有突出危险煤层的巷道最佳掘进速度的判定方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、巷道掘进速度与前方煤体内应力分布关系的确定；对巷道不同掘进速度下的前方煤体内应力大小进行观测，依据所观测到的数据绘制巷道不同掘进速度下的煤体内应力分布曲线图，得到巷道掘进速度与前方煤体内应力分布的关系；并对得到的巷道不同掘进速度下的应力峰前区煤体内应力分布曲线进行回归分析，得到煤体内应力峰前区应力大小与距巷道掘进工作面距离之间的函数关系式；

步骤二、巷道掘进速度与前方煤体内瓦斯压力分布关系的确定；对巷道不同掘进速度下的前方煤体内瓦斯压力大小进行观测，依据所观测到的数据绘制巷道不同掘进速度下的煤体内瓦斯压力分布曲线图，得到巷道掘进速度与前方煤体内瓦斯压力分布的关系；并对得到的巷道不同掘进速度下的煤体内瓦斯压力分布曲线进行回归分析，得到煤体内瓦斯压力大小与距巷道掘进工作面距离之间的函数关系式；

步骤三、确定三向应力状态下单位体积煤体的弹性能；根据广义胡克定律，单位体积煤体的弹性能可表示为：

式中：e_t为煤体弹性变形潜能，MJ/m³；σ₁、σ₂、σ₃分别为三个方向的主应力，MPa；μ为煤的泊松比；E为煤体的弹性模量，MPa；

步骤四、吨煤瓦斯膨胀做功释放内能的确定； 吨煤瓦斯膨胀做功释放内能可用下式计算：

式中：e_g为参与突出过程的煤体内瓦斯膨胀做功释放内能，MJ/m³；v₀为参与突出过程的煤体内游离瓦斯量，m³；P₁为突出前煤层内解吸瓦斯的压力，MPa；P为突出前煤层内的瓦斯压力，MPa；P₀为突出后工作面内的瓦斯压力，MPa；n为过程指数，对于绝热过程n＝1.3；v₁为参与突出过程的煤体的解吸瓦斯量，m³；v₀按煤体内总瓦斯量的20％确定，P₀取大气压力0.1Mpa，v₁按吨煤可解吸瓦斯量的0.667％确定；

步骤五、单位体积煤体破碎和移动耗散能量确定；单位体积煤体破碎和移动所耗散的能量为：

e_v＝s·w·ρ (3)

式中，e_v为煤体破碎和移动所耗散的能量，J/cm³；s为煤体破碎后新增加的比表面积，cm²/g；w为煤体的破碎比功，J/cm²；ρ为煤体的密度，g/cm³；

煤体的破碎比功与煤体坚固性系数f近似满足w＝5.88×10-³f函数关系；依据实验，新增比表面积取值为100cm²/g左右；

步骤六、煤与瓦斯突出危险性判定方法； 利用比值来衡量煤与瓦斯突出的危险性，比值关系式为：

式中，ω为比值，无量纲；V₁为预计突出煤的体积，计算时用煤体突出深度代替，m；

利用比值ω来衡量煤层突出危险性，当比值ω≥1时，认为煤体具有突出危险性；当ω1时，认为煤体无突出危险性；

步骤七、将步骤一、步骤二中所得到的巷道不同掘进速度下，煤体内应力峰前区应力大小、煤体内瓦斯压力大小与距掘进工作面距离之间的函数关系式带入式(4)，求出不同掘进速度下的ω值，然后与煤层突出危险性判定标准进行对比，在所有ω1所对应的巷道掘进速度中，最快的巷道掘进速度即为具有突出危险煤层的巷道最佳掘进速度。