数值模拟在确定综掘面合理巷道尺寸中的应用

"综掘面合理巷道断面形状及尺寸的确定是煤矿安全生产中的重要环节。当瓦斯涌出量增大时，为确保回风巷瓦斯浓度符合煤矿安全规程，通常需在维持风速不变的情况下扩大巷道断面。然而，这可能会导致围岩稳定性下降。该文以通风理论和围岩稳定理论为理论基础，通过数值模拟分析，旨在找到既能保证通风需求又确保围岩稳定性的最佳巷道断面设计。研究发现，在相同条件下，拱形巷道相对于其他形状更能保持稳定性。此外，巷道的高度对围岩稳定性的影响大于宽度。随着巷道截面积的增加，塑性区和最大应力都会增大，但拱形巷道的这种变化较小。基于这些发现，建议将巷道扩挖为拱形，具体尺寸为巷道高度2.5米，巷道宽度3.225米。这一案例为相似工况下的巷道尺寸选择提供了参考。" 文章详细探讨了在煤矿综掘面巷道设计中如何平衡通风与围岩稳定性的要求。随着开采深度的增加，瓦斯涌出量的增大使得回风巷的通风问题变得更加紧迫。传统的巷道断面设计可能无法满足新的安全标准，因此需要进行调整。在保持风速恒定的前提下，增大巷道断面是解决瓦斯浓度超标的一种方法，但这可能导致围岩的稳定性降低，引发安全隐患。 本文采用了通风理论和围岩稳定理论作为理论指导，并利用数值模拟技术来分析不同断面形状和尺寸对通风和围岩稳定性的影响。数值模拟是一种强大的工具，能模拟真实环境下的复杂动态，帮助研究人员在不进行实际工程改动的情况下评估各种设计方案。 研究结果显示，在相同的工程条件下，拱形巷道的结构在稳定性方面表现出优势。这表明，相比于矩形或其他形状的巷道，拱形结构在承受压力和变形时更为有利。同时，研究还指出，巷道高度的变化比宽度变化对围岩稳定性的影响更大。这提示我们在设计时应更加关注巷道高度的设定。 随着巷道截面积的增大，无论是塑性区的扩展还是最大应力的增加都是不可避免的。然而，拱形巷道的这种增大幅度相对较小，表明它在保持结构完整性方面的性能更优。基于这些发现，作者提出了一个具体的巷道设计建议：采用拱形，高度2.5米，宽度3.225米。这个案例为类似地质条件下的矿井提供了有价值的参考。 确定合适的巷道断面形状和尺寸对于煤矿的安全运营至关重要。本文的研究成果不仅提供了理论依据，也为实际工程实践提供了操作性强的解决方案，有助于在保障通风效率的同时，确保围岩的稳定性，减少安全事故的发生。