[发明专利]一种煤与瓦斯突出的预报方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种预测煤与瓦斯突出的方法。

背景技术

煤与瓦斯突出，是煤矿井下最严重的工业灾害之一，发生频率高， 伤亡人数多。我国高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井占50％以上，是世界上 发生煤与瓦斯突出最严重的国家之一，累计突出次数约占世界总突出 次数的四成。上述情况表明，研究和实现煤与瓦斯突出的预报，对保 障煤矿安全生产，特别是保证矿工的生命安全具有十分重要的意义。

现有煤与瓦斯突出的预报均是分析瓦斯的解吸量和煤的坚固性系 数等参数，并根据工程经验对瓦斯突出进行判定，上述判断方法受人 为因素影响大，并且没有综合考虑影响煤与瓦斯突出的各参数对实际 煤与瓦斯突出的结果影响，直接影响了煤与瓦斯突出的预报结果。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种综合考虑地应力、瓦 斯及煤岩体等因素后判断煤与瓦斯突出是否可能发生的方法。

为实现上述目的，本发明的煤与瓦斯突出的预报方法，具体步骤 如下：

1)根据待测区域建立几何模型；

2)给定待测区域的材料参数，初值和边界条件；

3)根据固体变形方程和粘性气体流动方程建立理论模型；

4)将材料参数，初值和边界条件代入理论模型中计算出待测区域中煤 与瓦斯突出点；

5)对步骤4)计算出的煤与瓦斯突出点标记后生成云图；

6)根据云图中待测区域煤与瓦斯突出点标记的多少判断该区域是否 发生煤与瓦斯突出。

进一步，所述几何模型是指待测区域的形状及尺寸大小。

进一步，所述材料参数指煤体弹性模量均值、煤体弹性模量最小 值、岩石弹性模量均值、岩石弹性模量最小值、抗拉强度均值、抗拉 强度最小值、抗剪强度均值、抗剪强度最小值、弹性模量和强度的不 均匀系数、煤体泊松比、岩体泊松比、渗透系数和瓦斯密度。

进一步，所述初值条件为瓦斯的初始压力，所述边界条件和所述 几何模型相关。

进一步，步骤4)中待测区域煤与瓦斯突出点利用有限元方法编制 数值计算程序进行计算。

进一步，步骤4)中计算待测区域煤与瓦斯突出点的具体步骤为： 根据所述理论模型，输入材料参数、初值和边界条件计算有效应力， 之后根据破坏准则来判断煤岩体是否破坏；煤岩体达到破坏条件后， 渗透率增大，弹性模量减小，这使瓦斯压力明显下降，煤岩体的破坏 区域继续扩展，直到瓦斯压力梯度不足以使煤岩体破坏为止，根据公 式式中，为瓦斯压力梯度，Δx为计算时划分网格的特 征尺度，σ_t为煤岩体的抗拉强度，χ为经验系数，判断煤体破坏区是 否发生粉化，如果发生粉化则该区域发生煤与瓦斯突出。

进一步，所述煤岩体的破坏准则包括剪切破坏准则和拉伸破坏 准则。

进一步，所述步骤5)中生成的云图为待测区域几何模型中某一 截面的云图。

本发明的煤与瓦斯突出的预报方法，首先建立判断突出危险性的 理论模型，之后采用有限元技术进行计算，来实现煤与瓦斯突出的预 报。本发明的预报方法以完备的理论模型作为基础，通过数值计算来 实现煤与瓦斯突出的预报，在实际中容易操作，并可以大大降低工程 费用。

附图说明

图1为本发明的煤与瓦斯突出的预报方法的流程图；

图2为根据理论模型的数值计算程序的计算流程图；

图3为揭石门数值模拟的几何模型；

图4为揭石门时的一次破坏范围；

图5为煤巷放炮掘进时的一次破坏范围；

图6为一维突出模拟实验装置示意图；

图7为一维突出模拟的几何模型；

图8为一维突出恒稳推进的瓦斯压力空间分布图；

图9为一维突出恒稳推进的破坏阵面速度曲线。

具体实施方式

本发明的煤与瓦斯突出的预报方法的工作流程如图1所示，

(1)理论模型