[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

说明书

本发明提供一种具有突出危险煤层的巷道最佳掘进速度的判定方法。通过现场观测得到巷道不同掘进速度下前方煤体内应力分布曲线图及瓦斯压力分布曲线图，利用回归分析方法得到掘进巷道前方煤体内应力峰前区应力大小及瓦斯压力大小分别与距巷道掘进工作面距离之间的函数关系式。依据函数关系式，利用积分的方法求出煤与瓦斯突出的能量源，确定煤体破碎和移动所需要消耗的能量。最后求出巷道不同掘进速度下，煤与瓦斯突出能量源与煤体破碎和移动所消耗能量的比值。在所有比值小于1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。本方法具有应用简单，投入成本低、使用方便，判定结果可靠等优点。

技术领域：

本发明涉及矿山安全工程技术领域，具体涉及一种具有突出危险煤层的巷道最佳掘进速度的判定方法。

背景技术：

煤与瓦斯突出是矿井的主要灾害之一，一旦发生将会造成严重的人员及财产损失，严重影响煤矿的安全生产。由于在煤层内进行巷道掘进会破坏煤岩层内原有的压力平衡状态，容易诱发煤与瓦斯突出的发生，巷道掘进速度越快，煤岩体内的压力平衡状态被破坏的越剧烈，越容易诱发煤与瓦斯突出的发生。因此，在具有突出危险的煤层内进行巷道掘进时，往往要求巷道低速掘进，然而较低的工作面掘进速度又会影响矿井的采掘接替，降低经济效益，增加部分巷道的维护成本。因此，确定出既能满足安全生产，又能最大限度的降低对采掘接替影响的巷道最佳掘进速度显得十分必要。

目前在巷道掘进过程中，防止煤与瓦斯突出的主要方法是事先对煤层内的瓦斯进行抽采，降低煤层内的瓦斯含量与瓦斯压力，然后在巷道掘进过程中边掘边探。由于煤与瓦斯突出受多种因素的影响，如煤体内的瓦斯压力、地应力及煤体的强度等，在探测到前方煤体瓦斯压力不大的情况下也不能随意的提高巷道掘进速度，这样就大大降低了巷道的掘进速度，从而会影响采掘接替、降低经济效益、增加部分巷道的维护成本。

因此，本发明提出一种能够对巷道前方煤体状态进行综合考虑的具有突出危险煤层的巷道最佳掘进速度的判定方法，以最大限度的提高巷道掘进速度，解决上述问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种具有突出危险煤层的巷道最佳掘进速度的判定方法。

为实现上述目的，本发明专利采用的技术方案包括以下步骤：

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：