基于爆炸應(yīng)力波和構(gòu)造煤帶孕育煤與瓦斯突出危險(xiǎn)狀態(tài)的模型

常未斌,樊少武,張 浪,舒龍勇

(1．煤炭科學(xué)研究總院礦山安全技術(shù)研究分院,北京 100013;2．煤炭資源高效開采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(煤炭科學(xué)研究總院),北京100013)

基于爆炸應(yīng)力波和構(gòu)造煤帶孕育煤與瓦斯突出危險(xiǎn)狀態(tài)的模型

常未斌1,2,樊少武1,2,張 浪1,2,舒龍勇1,2

(1．煤炭科學(xué)研究總院礦山安全技術(shù)研究分院,北京 100013;2．煤炭資源高效開采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(煤炭科學(xué)研究總院),北京100013)

針對(duì)華南地區(qū)突出礦區(qū)分布廣泛、煤與瓦斯突出事故嚴(yán)重的現(xiàn)狀,結(jié)合該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜構(gòu)造煤廣泛分布和大部分礦井采用炮采炮掘工藝的特點(diǎn),提出一種基于爆炸應(yīng)力波和構(gòu)造煤帶孕育煤與瓦斯突出危險(xiǎn)狀態(tài)的模型,并對(duì)該模型進(jìn)行了理論分析。研究表明:爆炸應(yīng)力波在傳播過程中形成的稀疏波會(huì)引起該波經(jīng)過的區(qū)域密度減小、體積增大,煤層瓦斯壓力降低,進(jìn)而破壞煤體瓦斯原有吸附平衡狀態(tài),大量吸附瓦斯解吸導(dǎo)致煤層瓦斯壓力上升;當(dāng)掘進(jìn)工作面前方煤體一定深度存在構(gòu)造煤帶時(shí),爆炸應(yīng)力波從掘進(jìn)工作面爆源傳至未破壞煤體與構(gòu)造煤帶交界面,由于爆炸應(yīng)力波的反射加強(qiáng)作用使構(gòu)造煤迎波一側(cè)未破壞煤體產(chǎn)生拉伸破壞,而掘進(jìn)工作面前方存在的應(yīng)力集中帶不會(huì)引起爆炸應(yīng)力波對(duì)煤體產(chǎn)生反射拉伸加強(qiáng)破壞作用;掘進(jìn)工作面向構(gòu)造煤帶推進(jìn)需要周期性的爆破作業(yè),爆炸應(yīng)力波的強(qiáng)度隨著距爆源的距離增加而衰減,產(chǎn)生的爆炸應(yīng)力波對(duì)煤體的瓦斯解吸作用和破壞作用不斷增強(qiáng),產(chǎn)生爆炸應(yīng)力波的累加效應(yīng)。

爆炸應(yīng)力波;構(gòu)造煤帶;煤與瓦斯突出;炮掘工藝;爆破累加效應(yīng)

2009—2013年,上報(bào)國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局的煤與瓦斯突出事故[1]共計(jì)68起,其中,華南地區(qū)(包括云南、貴州、湖南、四川、重慶等地區(qū))共發(fā)生63起,占總突出事故次數(shù)的93%。與其他地區(qū)相比,華南地區(qū)礦井具有地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、構(gòu)造煤廣泛豐富[2]、大多數(shù)礦井采用炮采炮掘工藝的特點(diǎn)[3]。

前人對(duì)爆破與煤與瓦斯突出的關(guān)系進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)研究和理論研究,統(tǒng)計(jì)結(jié)果[4-6]表明煤與瓦斯突出與爆破有直接的相關(guān)關(guān)系,即大部分煤與瓦斯突出是放炮引起的,并且一些礦井[7-8]采用振動(dòng)爆破的方式誘導(dǎo)煤與瓦斯突出;理論研究表明[4,9-11],爆破使巷道“瞬間”進(jìn)入深部煤體,四周煤巖的應(yīng)力狀態(tài)突然改變,煤體由三向受力變?yōu)閮上蚧騿蜗?使煤體產(chǎn)生破壞;一些學(xué)者[9,11]提出爆炸應(yīng)力波遇到應(yīng)力集中帶反彈回來的應(yīng)力波會(huì)對(duì)煤體產(chǎn)生拉伸破壞;還有一些學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[11-12]爆破振動(dòng)能促進(jìn)煤體解吸瓦斯。前人對(duì)地質(zhì)構(gòu)造煤與煤與瓦斯突出的關(guān)系也進(jìn)行了大量的研究,包括統(tǒng)計(jì)研究[13-20]和理論研究[21-23]。統(tǒng)計(jì)研究表明地質(zhì)構(gòu)造處存在大量構(gòu)造煤,煤與瓦斯突出大多發(fā)生在構(gòu)造煤賦存的區(qū)域;理論研究了各種地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤與瓦斯突出的控制作用。

前人在研究炮掘工藝對(duì)煤與瓦斯突出的影響主要集中在統(tǒng)計(jì)規(guī)律上,沒有進(jìn)行深入的理論研究,其中包括爆炸應(yīng)力波遇到應(yīng)力集中帶發(fā)生反射對(duì)煤體產(chǎn)生拉伸破壞,這種解釋是不合理的;對(duì)于爆炸應(yīng)力波對(duì)煤體瓦斯解吸的理論研究較少;前人分別研究了構(gòu)造煤和炮掘工藝對(duì)煤與瓦斯突出的影響,沒有將二者結(jié)合起來考慮對(duì)煤與瓦斯突出的影響。本文著重闡述一種基于爆炸應(yīng)力波和構(gòu)造煤帶孕育煤與瓦斯突出危險(xiǎn)狀態(tài)的模型,通過該模型分析爆炸應(yīng)力波遇到構(gòu)造煤發(fā)生反射對(duì)煤體產(chǎn)生拉伸破壞和促進(jìn)煤體解吸瓦斯的機(jī)理。

1 孕育煤與瓦斯突出危險(xiǎn)狀態(tài)的模型

模型的地質(zhì)原型是我國(guó)華南地區(qū)富含構(gòu)造煤的炮掘工作面。華南地區(qū)在地史時(shí)期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)頻繁,有些地區(qū)煤層受后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)破壞而出現(xiàn)不同程度的褶皺、錯(cuò)動(dòng)和破碎,破壞了原有煤的光澤、成分和構(gòu)造,在一定區(qū)域內(nèi)形成了構(gòu)造煤。構(gòu)造煤帶可能位于斷層處,也可能位于褶皺部位,即使是無明顯地質(zhì)構(gòu)造處也可能形成構(gòu)造煤(圖1),因?yàn)榻?jīng)過復(fù)雜的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)后,在力學(xué)性質(zhì)上表現(xiàn)出高度的非均質(zhì)性,在煤層內(nèi)部事先存在高度揉摺而已發(fā)生塑性變形的區(qū)域。

圖1 塑性區(qū)和彈性區(qū)地質(zhì)模型Fig．1 Geological model of original elastic and plastic zone in coal seam

在一些礦井井下施工抽放鉆孔或者測(cè)壓鉆孔的過程中可以發(fā)現(xiàn),打鉆過程中會(huì)發(fā)生時(shí)斷時(shí)續(xù)的噴孔現(xiàn)象,發(fā)生噴孔的區(qū)域就是構(gòu)造煤發(fā)育的區(qū)域,未發(fā)生噴孔的區(qū)域就是煤體較完整的區(qū)域。本文以圖2地質(zhì)模型為研究對(duì)象,模型中包含3個(gè)基本要素:①掘進(jìn)工作面;②掘進(jìn)工作面前方煤體內(nèi)存在的一定厚度的構(gòu)造煤帶;③掘進(jìn)工作面使用炮掘工藝,掘進(jìn)過程中會(huì)產(chǎn)生周期性的爆炸應(yīng)力波。

圖2 基于爆炸應(yīng)力波和構(gòu)造煤帶的地質(zhì)模型Fig．2 Geological model based on explosive stress wave and tectonic coal zone

2 爆炸應(yīng)力波對(duì)煤體瓦斯解吸的影響機(jī)理

2.1 爆炸應(yīng)力波的產(chǎn)生和傳播

在炮掘工作面進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí),炸藥在炮孔中起爆后形成強(qiáng)大的沖擊載荷,這種載荷作用在煤體中會(huì)產(chǎn)生過渡性的擾動(dòng)現(xiàn)象,即產(chǎn)生波動(dòng)。煤體內(nèi)的應(yīng)力以波動(dòng)的方式傳播,即應(yīng)力波。對(duì)爆破來說這種應(yīng)力波是有爆炸沖擊載荷產(chǎn)生的,即爆炸應(yīng)力波。

本文討論爆炸應(yīng)力波中縱波對(duì)煤體瓦斯放散性的影響,縱波的特點(diǎn)[24]是波的傳播方向和傳播途中介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向一致,這種波在傳播過程中會(huì)引起物體產(chǎn)生壓縮和拉伸變形,壓縮和拉伸變形從微觀角度就是縱波在傳播介質(zhì)中產(chǎn)生壓縮波和稀疏波。煤體受擾動(dòng)后波陣面上介質(zhì)的壓力和密度均增大的波稱為壓縮波,受擾動(dòng)后波陣面上介質(zhì)的壓力和密度減小的波稱為稀疏波。

2.2 爆炸應(yīng)力波影響煤體瓦斯放散性的機(jī)理

爆炸應(yīng)力波中的縱波在掘進(jìn)工作面前方煤體內(nèi)傳播的過程中會(huì)產(chǎn)生壓縮波和稀疏波,在縱波經(jīng)過的煤體產(chǎn)生壓縮區(qū)域和膨脹區(qū)域。煤體有別于其他巖體介質(zhì)的地方在于煤體的孔隙裂隙系統(tǒng)中賦存有大量的游離瓦斯和吸附瓦斯,其中賦存在孔隙裂隙系統(tǒng)中的游離瓦斯形成煤層瓦斯壓力。當(dāng)煤體處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),即煤體未受爆炸應(yīng)力波影響,煤體孔隙裂隙中的游離瓦斯和吸附瓦斯處于動(dòng)態(tài)吸附平衡狀態(tài),當(dāng)稀疏波經(jīng)過掘進(jìn)工作面前方煤體時(shí),該區(qū)域的煤體就會(huì)膨脹變形,導(dǎo)致體積增大、密度減小,煤體的孔隙裂隙容積增大,相應(yīng)的游離瓦斯在煤體中形成的煤層瓦斯壓力降低,破壞了煤體中的瓦斯吸附平衡狀態(tài),導(dǎo)致處于吸附態(tài)的瓦斯轉(zhuǎn)化為游離態(tài)的瓦斯,吸附瓦斯大量解吸,導(dǎo)致煤層瓦斯壓力的升高。

2.3 爆炸應(yīng)力波的累加效應(yīng)

在炮掘工作面和揭煤工作面,工作面的推進(jìn)不是一次爆破作業(yè)完成的,而是隨著工作面的推進(jìn),需要不斷的放炮作業(yè),所以工作面前方構(gòu)造煤帶一側(cè)的煤體不斷受到爆炸應(yīng)力波的擾動(dòng),在煤體中不斷產(chǎn)生壓縮區(qū)域和膨脹區(qū)域。選取工作面前方一定范圍內(nèi)任意一個(gè)六面體微元A,隨工作面的放炮推進(jìn),每次放炮過程對(duì)A區(qū)域的擾動(dòng)都是不同的(圖3,其中a～d表示每次放炮后掘進(jìn)工作面煤壁推進(jìn)到的位置),因?yàn)楸☉?yīng)力波在煤體中傳播過程,其強(qiáng)度隨著距離的增加不斷衰減,所以掘進(jìn)工作面越靠近A,應(yīng)力波對(duì)A的擾動(dòng)越強(qiáng),即A產(chǎn)生膨脹區(qū)域的壓力和密度相對(duì)于前一次爆破更小,由于微元體體積的不斷增大,煤體內(nèi)瓦斯的吸附平衡狀態(tài)不斷被破壞,吸附態(tài)的瓦斯隨著掘進(jìn)工作面的推進(jìn)不斷轉(zhuǎn)化成游離態(tài)瓦斯,從而使A附近的煤層瓦斯壓力不斷升高。圖4為爆炸應(yīng)力波影響煤體解吸瓦斯的過程。

圖3 隨掘進(jìn)工作面推進(jìn)稀疏波經(jīng)過區(qū)域微元體體積變化趨勢(shì)Fig．3 Volume change trend of micro-body which sparse wave go through with promoting of driving face

圖4 爆炸應(yīng)力波對(duì)煤體瓦斯解吸的影響過程Fig．4 Influence of explosive stress wave on coal desorption process

3 爆炸應(yīng)力波與構(gòu)造煤耦合對(duì)煤體強(qiáng)度的影響

3.1 應(yīng)力波的反射機(jī)理

設(shè)介質(zhì)1(ρ1,cp1)與介質(zhì)2(ρ2,cp2)的交界面為A′—A′(ρ為介質(zhì)的密度;cp為縱波在介質(zhì)中傳播的速度)。當(dāng)應(yīng)力波到達(dá)交界面是垂直入射時(shí),會(huì)產(chǎn)生垂直反射和垂直透射,由于交界面處應(yīng)力波具有連續(xù)性,則質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度相等,即

式中,下標(biāo)i,r,t分別表示入射、反射和透射;v為質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度。

同時(shí),在交界面處的作用力與反作用力相等,即交界面兩側(cè)的應(yīng)力狀態(tài)相等,則

式中,σ為縱波應(yīng)力。

如果傳播中的應(yīng)力波為縱波,則根據(jù)σ=ρcp,vp得

將式(3)代入式(1)得

將式(4)與式(2)聯(lián)立求解,得

式中,Rr為應(yīng)力波垂直反射系數(shù),且

Rt為應(yīng)力波的垂直透射系數(shù),且

式(5)和式(6)表明,反射應(yīng)力波和透射應(yīng)力波的大小是交界面兩側(cè)介質(zhì)波阻抗(ρc)的函數(shù)。

(1)當(dāng)兩種介質(zhì)的波阻抗相等,即 ρ1cp1=ρ2cp2時(shí),σr=0,σt=σi,說明透射波與入射波性質(zhì)完全一樣,且全部通過交界面進(jìn)入第2種介質(zhì),不產(chǎn)生波的反射。

(2)當(dāng)ρ2cp2＞ρ1cp1時(shí),則σr＞0,σt＞0,說明交界面有反射波,也有透射波;如果ρ2cp2?ρ1cp1時(shí),則ρ1cp1可以忽略不計(jì),即σr=σi,σt=2σi。說明在交界面上反射應(yīng)力波的符號(hào)、大小與入射應(yīng)力波完全相同,透射應(yīng)力波是入射應(yīng)力波的兩倍,疊加的結(jié)果使交界面處的應(yīng)力值為入射應(yīng)力波的兩倍,其質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度為0,此交界面即為固定端。

(3)當(dāng)ρ2cp2=0或ρ2cp2?ρ1cp1時(shí),即應(yīng)力波到達(dá)的交界面是自由端,則σr=-σi,σt=0,這時(shí)反射波與入射波的符號(hào)相反,大小相等,疊加的結(jié)果使交界面處得應(yīng)力值為0,即入射波全部反射呈拉伸波,而沒有透射波產(chǎn)生。

(4)當(dāng)ρ2cp2＜ρ1cp1時(shí),則σr＜0,σt＞0,即在交界面既有透射壓縮波又有反射拉伸波。

由于煤體的極限抗拉強(qiáng)度非常小,后兩種情況都會(huì)引起煤體破碎。

3.2 構(gòu)造煤加強(qiáng)爆炸應(yīng)力波反射拉伸破壞煤體機(jī)理

當(dāng)掘進(jìn)工作面前方煤體內(nèi)存在一定深度的構(gòu)造煤時(shí)(圖5),由于構(gòu)造煤帶的密度,彈性模量和應(yīng)力波傳播的速度均小于未破壞煤體,即 ρ2cp2＜ρ1cp1或ρ2cp2?ρ1cp1的情況。當(dāng)爆炸應(yīng)力波傳至D—D界面時(shí),則發(fā)生反射,反射回去的爆炸應(yīng)力波與隨后傳向D—D界面的爆炸應(yīng)力波相互疊加,當(dāng)相遇的兩個(gè)波同相位時(shí),應(yīng)力波則會(huì)增強(qiáng),使構(gòu)造煤迎波一側(cè)煤體A產(chǎn)生拉伸破壞。

圖5 構(gòu)造煤帶與未破壞煤體界面D—DFig．5 Interface D—D between tectonic coal zone and no-destruction coal

當(dāng)爆炸應(yīng)力波傳播過程中足以使構(gòu)造煤帶緊密閉合或使構(gòu)造煤帶的密度增加到與兩側(cè)未破壞煤體相差不大時(shí),構(gòu)造煤帶對(duì)應(yīng)力波的反射增強(qiáng)作用可以忽略不計(jì)。也就是說爆炸應(yīng)力波的反射增強(qiáng)作用取決于構(gòu)造煤帶的厚度和范圍,即構(gòu)造煤帶越大,分布范圍越廣,爆炸應(yīng)力波的反射增強(qiáng)作用越大,構(gòu)造煤迎波一側(cè)煤體拉伸破壞越嚴(yán)重。

通過理論分析還可以說明,當(dāng)掘進(jìn)工作面前方煤體內(nèi)不存在構(gòu)造煤帶B時(shí),即ρ2cp2≈ρ1cp1,可得σr= 0,σt=σi的情況出現(xiàn),透射波與入射波性質(zhì)完全一樣,并全部通過交界面D—D進(jìn)入構(gòu)造煤帶B,從而不產(chǎn)生波的反射。所以,只有當(dāng)掘進(jìn)工作面前方煤體中存在構(gòu)造煤時(shí),可加強(qiáng)構(gòu)造煤帶迎波一側(cè)煤體的破壞。

3.3 應(yīng)力集中帶對(duì)爆炸應(yīng)力波反射破壞煤體作用的影響

一些學(xué)者[11]提出,壓縮應(yīng)力波傳播到煤體一定深度時(shí),被集中應(yīng)力帶所阻,反彈回來,轉(zhuǎn)向自由面方向,這時(shí),對(duì)新暴露煤壁附近煤體起拉應(yīng)力的作用,如果煤體的抗拉強(qiáng)度抵抗不住這些合力的推動(dòng)作用,則有可能突破煤壁上抗拉強(qiáng)度最低部位而發(fā)生突出。

隨著掘進(jìn)工作面的推進(jìn),工作面前方的煤體可以劃分為3個(gè)區(qū)域(圖6),即卸壓帶、應(yīng)力集中帶、原巖應(yīng)力帶。其中卸壓帶內(nèi)的煤體發(fā)生塑性屈服,而應(yīng)力集中帶內(nèi)的煤體處于三向應(yīng)力狀態(tài),應(yīng)力集中的強(qiáng)度還沒有超過煤體的屈服強(qiáng)度。由于卸壓帶內(nèi)煤體裂隙增加、體積擴(kuò)容,該區(qū)域內(nèi)煤體介質(zhì)的密度、彈性模量和應(yīng)力波傳播的速度均比處于原巖應(yīng)力狀態(tài)煤體的小,而處于應(yīng)力集中帶的煤體還沒有發(fā)生破壞,在集中應(yīng)力的作用下,煤體的孔隙裂隙閉合密度增大,且應(yīng)力波傳播的速度均比處于原巖應(yīng)力狀態(tài)煤體的大,即應(yīng)力集中帶內(nèi)煤體的波阻抗大于或遠(yuǎn)大于卸壓帶內(nèi)煤體的波阻抗(ρ2cp2＞ρ1cp1),當(dāng)爆炸應(yīng)力波從卸壓帶煤體傳到與應(yīng)力集中帶交界面E—E時(shí),則有σr＞0,σt＞0,說明交界面有反射波,也有透射波,且反射應(yīng)力波的方向與入射應(yīng)力波的方向相同,這樣只會(huì)對(duì)煤體產(chǎn)生壓應(yīng)力,而煤體的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度(煤體的抗拉強(qiáng)度僅為其抗壓強(qiáng)度的1/10～1/ 20),在這種情況下不會(huì)對(duì)煤體產(chǎn)生拉伸破壞,所以前人的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。

圖6 炮掘工作面前方煤體應(yīng)力分布Fig．6 Stress system of coal located to anterior to driving face

由于爆炸應(yīng)力波的強(qiáng)度隨著距爆源距離的增加而衰減,所以隨著掘進(jìn)工作面向前推進(jìn),爆源距離距構(gòu)造煤帶越來越近,即爆炸應(yīng)力波的反射拉伸作用也會(huì)越來越強(qiáng),對(duì)掘進(jìn)工作面前方煤體的破壞作用也會(huì)越來越強(qiáng),掘進(jìn)工作面越靠近構(gòu)造煤帶,爆破作用越容易導(dǎo)致大量煤體突出拋出,這也是爆炸應(yīng)力波的累加效應(yīng)。

4 探 討

僅從理論上分析了爆炸應(yīng)力波對(duì)煤體瓦斯解吸的影響,以及爆炸應(yīng)力波和構(gòu)造煤帶的相互作用對(duì)煤體的破壞。許多學(xué)者對(duì)爆破振動(dòng)作用對(duì)巖體的累積損傷作用進(jìn)行了大量的研究,對(duì)煤體的損傷研究較少,所以需要不斷的從井下獲取實(shí)測(cè)資料進(jìn)行驗(yàn)證和完善,可以通過聲波測(cè)試的方法研究爆炸應(yīng)力波對(duì)煤體的累積損傷效應(yīng)[25-26],以及實(shí)測(cè)掘進(jìn)工作面前方一定深度內(nèi)的煤層瓦斯壓力。而且上述機(jī)理的理論基礎(chǔ)都是源于巖石爆破工程,但是煤體和巖體的物理力學(xué)性質(zhì)有很大的差別,需要進(jìn)一步研究爆炸應(yīng)力波在煤體中的傳播特點(diǎn)。

5 結(jié) 論

(1)建立了一種基于構(gòu)造煤帶和爆炸應(yīng)力波的掘進(jìn)工作面孕育煤與瓦斯突出危險(xiǎn)狀態(tài)的模型,分析了在該模型條件下構(gòu)造煤帶和爆炸應(yīng)力波的相互作用下對(duì)煤體瓦斯放散和煤體破壞程度的影響。

(2)理論分析了爆炸應(yīng)力波對(duì)煤體瓦斯解吸的影響。爆炸應(yīng)力波在煤體中傳播會(huì)形成壓縮波和稀疏波,當(dāng)稀疏波經(jīng)過一定區(qū)域時(shí),引起該區(qū)域密度減小、體積增大。從而引起該區(qū)域內(nèi)瓦斯壓力降低,破壞了煤體的瓦斯吸附平衡狀態(tài),煤體內(nèi)吸附態(tài)瓦斯大量解吸,導(dǎo)致煤層瓦斯壓力升高。

(3)當(dāng)掘進(jìn)工作面前方煤體內(nèi)存在構(gòu)造煤帶時(shí),爆炸應(yīng)力波傳至構(gòu)造煤帶與未破壞煤體的交界面時(shí),由于爆炸應(yīng)力波的反射拉伸破壞作用,促進(jìn)構(gòu)造煤帶迎波一側(cè)煤體的破壞;而掘進(jìn)工作面前方煤體內(nèi)存在的應(yīng)力集中帶不會(huì)引起爆炸應(yīng)力波對(duì)煤體產(chǎn)生反射拉伸加強(qiáng)破壞作用。

(4)隨著掘進(jìn)工作面的推進(jìn),需要不斷地進(jìn)行放炮,在向構(gòu)造煤帶推進(jìn)的過程中,爆炸應(yīng)力波不斷促進(jìn)煤體解吸瓦斯,且強(qiáng)度越來越大;同理,爆炸應(yīng)力波對(duì)煤體的反射拉伸破壞作用也越來越強(qiáng),這就是爆炸應(yīng)力波的累加效應(yīng),最終導(dǎo)致該模型下煤體越來越接近煤與瓦斯突出危險(xiǎn)狀態(tài)。

[1] 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局和國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局網(wǎng)站事故查詢系統(tǒng)[EB/OL]．http://media．chinasafety．gov．cn:8090/iSystem/shigumain．jsp,2013-08-15．

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A model based on explosive stress wave and tectonic coal zone which gestate dangerous state of coal and gas outburst

CHANG Wei-bin1,2,FAN Shao-wu1,2,ZHANG Lang1,2,SHU Long-yong1,2
(1.Mine Safety Technology Research Branch,China Coal Research Institute,Beijing 100013,China;2.State Key Laboratory of Coal Resource High-Efficiency Mining and Clean Utilization(China Coal Research Institute),Beijing 100013,China)

In terms of the current state of widespread and serious coal and gas outburst problem in south China,by combining widespread tectonic coal,complex geological structure and the process of blast mining and driving used in most ofthe mines,a model based on tectonic coal and explosive stress wave which gestate the dangerous state of coal and gas outburst was proposed and was theoretically analyzed．Study shows that the sparse wave formed by explosive stress wave would lead to coal’s density decrease and volume expansion,coal seam gas pressure decrease,coal seam methane adsorption unbalance,and the desorption methane which converted from adsorption methane finally leads to the rise of coal seam gas pressure．When there are tectonic coal zone inthe front of drivageface,the explosive stress wave from explosion source located in drivageface propagates to the interface between no-destruction coal and tectonic coal zone．Due to the strengthened effect of the reflection wave,no-destruction coal which located between tectonic coaland drivageface generates tensile failure．When there are stress concentrated zones inthe front of the drivageface,coal mass would not generate tensile failure like above．With the periodic blasting and driving towardthe tectonic coal zone, the destruction and methane desorption effects on coal mass is constantly strengthened．The strength of explosive stress wave constantly decreases with the increase of distance from explosion source．Finally,the process generates a blastingaccumulation effect．

explosive stress wave;tectonic coal zone;coal and gas outburst;process of blasting driving;blasting accumulation effectt

TD712

A

0253-9993(2014)11-2226-06

2013-09-05 責(zé)任編輯:張曉寧

國(guó)家科技重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2011ZX05040-001-007);山西省煤層氣聯(lián)合研究基金資助項(xiàng)目(2013012007)

常未斌(1986—),男,山西定襄人,助理工程師,碩士。E-mail:ccrichang@sina．com

常未斌 ,樊少武,張 浪,等．基于爆炸應(yīng)力波和構(gòu)造煤帶孕育煤與瓦斯突出危險(xiǎn)狀態(tài)的模型[J]．煤炭學(xué)報(bào),2014,39(11):2226-2231．

10．13225/j．cnki．jccs．2013．1278

Chang Weibin,Fan Shaowu,Zhang Lang,et al．A model based on explosive stress wave and tectonic coal zone which gestate dangerous state of coal and gas outburst[J]．Journal of China Coal Society,2014,39(11):2226-2231．doi:10．13225/j．cnki．jccs．2013．1278