巷道内瓦斯爆炸状态下人工坝体的力学响应研究

摘要：

当矿井发生瓦斯爆炸时,爆炸冲击波会破坏储水坝体,导致采空区储水大量涌出,甚至造成瓦斯与水耦合灾害,因此,人工坝体在极端条件下的稳定性对矿井安全具有重要意义.针对当前对井下人工坝体随瓦斯爆炸冲击波传播的力学响应特性研究较少的问题,利用LS-DYNA软件模拟了巷道内瓦斯爆炸对人工坝体力学性能的影响,研究了迎爆侧、黄土夹层及背爆侧受力状态、形变和应力特征,分析了巷道内瓦斯爆炸冲击波作用下人工坝体的动力响应过程.人工坝体表面载荷分布分析结果表明:当巷道内部发生爆炸时,人工坝体迎爆面的爆炸荷载为不均匀分布,同时在井下各结构相交区域,反射超压因反射冲击波的汇聚和叠加作用而产生明显的增强效应;随着爆炸能量的快速释放,迎爆面中心测点的冲量加载时程曲线表现为三阶段变化特征,当瓦斯体积为200 m3时,在起爆500 ms内,迎爆面中心测点的最大冲量可以达到0.04 MPa-s.人工坝体表面形变和应力分析结果表明:在0～500 ms内,迎爆面中部始终处于受压状态,中心节点的最大横向位移为0.319 mm,由于掏槽的作用,人工坝体四周受拉应力,在此处出现了最大拉应力及剪切应力;黄土夹层动力响应依次为"受压—压实—塑变—传压",在该过程中黄土起到缓冲作用,最大位移为0.067 5 mm;背爆侧墙体由于受到黄土夹层的挤压而发生力学响应,但应力都较小,外侧墙体基本处于安全状态.

关键词：煤矿巷道、瓦斯爆炸、人工坝体、力学响应、载荷分布、表面形变、应力分析、迎爆面

所属期刊栏目：49

分类号：TD322(矿山压力与支护)

资助基金：中煤科工集团常州研究院有限公司科技创新项目2022FY0002

在线出版日期：2023-10-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：132-139