基于力学灾变机制的煤巷掘进工作面瓦斯突出机理与合理掘进速度确定研究

《Soil Biology and Biochemistry》：Mechanical disaster mechanism of coal roadway excavation face gas outbursts and determination of reasonable excavation speed: Theoretical and field research

本文通过理论分析、数值模拟与现场试验，系统研究了地应力主导下煤巷掘进工作面瓦斯突出的力学灾变机制。研究构建了掘进面前方三维应力求解模型，提出以双单元能量释放率（I）作为突出风险识别新指标，揭示了高掘进速度导致极限平衡区缓冲失效的致灾机理，并通过数值模拟确定万丰煤矿合理掘进速度范围为1.6<v<2.4 m/d，为优化巷道掘进与防突提供理论依据。

　　

章节亮点

掘进面前方动态应力场分布与演化

煤体开挖面受采动影响打破原始应力平衡，瞬间形成新掘进空间。巷道掘进过程中，高集中应力首先在掘进头形成，当超过煤体屈服强度时引发煤体屈服变形与失稳，煤壁呈现缓慢...

平衡区应力求解

为探究煤巷掘进面瓦斯突出风险，以深部煤层开采中的地应力为切入点，全面分析掘进面前方应力分布与演化机制。通过求解弹性区与极限平衡区应力状态方程，揭示掘进面瓦斯突出的力学灾变机理。

掘进面集中应力动态响应特征

假定煤体为均质、各向同性的连续介质，其动态力学特性主要受巷道掘进速度、弹塑性区应力升降速度及集中应力峰值前移速度控制。现有研究表明，弹性区应力上升速度等于煤体中应力波传播速度...

煤巷掘进面瓦斯突出能量判据

煤岩动力灾害是采动扰动引发煤体应力重分布的结果，本质是采动影响区内系统的动力失稳过程。煤层结构失稳研究常采用准静态方法，如基于极限平衡区应力模型的基本假设与求解结果...

掘进过程中应力峰值与范围数值计算

基于煤体应力状态求解结果，本节数值计算掘进过程中集中应力峰值与范围的双参数演化规律。鉴于塑性区应力求解的局限性，可假设该区动态应力方程与平衡区表达式形式相同但力学参数各异。同时引入...