李志強 張騰飛

摘 要：文章結(jié)合晉煤集團趙莊礦13074巷道的實際地質(zhì)條件，采用數(shù)值模擬方法分析松動圈范圍及最大應(yīng)力區(qū)，以此確定該地點合理的封孔深度為7～9.5 m之間。

關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬；松動圈；封孔深度

中圖分類號：TD327.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）26-0155-02

封孔深度在很大程度上決定瓦斯抽采效果，目前國內(nèi)合理封孔深度大多依靠分析巷幫煤體內(nèi)的應(yīng)力分布情況確定合理的封孔深度。這種方法確定合理封孔深度較為接近實際情況，為廣大工程技術(shù)人員所認可。

《煤礦瓦斯抽采設(shè)計規(guī)范》對封孔深度的規(guī)定如下：孔口段圍巖條件好、構(gòu)造簡單、孔口負壓較低時，封孔長度不應(yīng)低于3 m；孔口段圍巖裂隙較發(fā)育、或孔口負壓較高時，封孔長度不應(yīng)低于5 m；在煤壁開孔的鉆孔，封孔長度不應(yīng)低于7 m。

合理封孔深度是指既保證封孔不漏氣又可以做到封孔深度最短。確定瓦斯抽采鉆孔合理封孔深度的關(guān)鍵是確定巷道在開挖、鉆進擾動下松動圈的范圍及應(yīng)力集中區(qū)的峰值點（如圖所示）；在松動圈內(nèi)，煤體被壓酥，較松軟破碎，裂隙充分發(fā)育，漏氣通道增多；又由于煤體內(nèi)應(yīng)力的不斷釋放，煤體透氣性和滲透率進一步增大，易造成鉆孔漏氣。而在塑性區(qū)范圍內(nèi)煤體應(yīng)力增加，煤體被壓實，極不易漏氣，需確定塑性區(qū)的應(yīng)力峰值點。所以合理封封孔深度就是要超過松動圈且在不超過峰值應(yīng)力點的范圍內(nèi)。

1 煤巖體物理力學(xué)性能參數(shù)

13074巷沿3#煤層頂?shù)装寰蜻M，巷道所處煤層平均厚度為4.7 m，為近水平賦存，巷道斷面尺寸為5.6×4.7 m，掘進斷面積為27.3 m2。3#煤層頂?shù)装鍘r層分布見表1。

2 數(shù)值模擬模型建立

三維模型尺寸長×寬×高=1 m×65.6 m×14.2 m，邊界條件取為：水平邊界采用鉸支，底部采用固支，上部為上覆巖層荷載如圖1所示。13074巷道對應(yīng)煤層埋深取最大值670.5 m，自重應(yīng)力為初始垂直應(yīng)力，巖石容重可以取為25 kN/m3，得出垂直應(yīng)力為16.75 MPa，垂直應(yīng)力施加在模型的上部邊界，現(xiàn)在選取側(cè)壓系數(shù)為1，計算可得水平應(yīng)力為16.75 MPa，即雙向等值。

3 數(shù)值模擬結(jié)果分析

本文通過模擬趙莊煤礦13074巷道開挖，得出巷道兩幫圍巖塑性區(qū)分布。后期使用Tecplot軟件得出圍巖水平應(yīng)力分布、圍巖垂直應(yīng)力分布圖，從而得出巷道兩幫應(yīng)力分布曲線

由上圖數(shù)據(jù)可以得出以下幾點：

①巷道兩幫和頂、底板塑性區(qū)域分布規(guī)律，巷道掘進以后巷幫塑性區(qū)域為0～6.75 m。

②巷道在開挖以后破壞了原有的應(yīng)力狀態(tài)，圍巖應(yīng)力進行了重新分布。水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力在巷道兩幫、頂板和底板都出現(xiàn)了應(yīng)力降低區(qū)域。

③從巷幫水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力擬合以后的應(yīng)力分布曲線可以精確得出0～7 m為應(yīng)力降低區(qū)，7～22.45 m為應(yīng)力升高區(qū)，在9.48 m處達到應(yīng)力峰值。

4 結(jié) 語

由數(shù)值模擬和巷道開挖后的應(yīng)力重新分布理論可以得出合理的封孔深度應(yīng)在7～9.5 m之間。

參考文獻：

[1] 賈良倫.瓦斯抽放鉆孔封孔長度的確定與實踐[J].煤炭工程師，1998， （1）.

[2] 孫培源.順煤層鉆孔抽放瓦斯數(shù)值模擬與應(yīng)用[J].西安礦業(yè)學(xué)院學(xué)報，1989，（1）.