·618· 北京科技大学学报 第34卷 口有效应力分别大141%、42%、25%和65%.孔底 利用LS-DYNA3D程序，对单一介质（煤层）扇形孔 平均有效应力为13.3MPa,孔口平均有效应力为7.7 壁应力场进行数值模拟并与前者进行对比，以达到 MPa,孔底较孔口相同水平距离处应力平均增加73%. 定量分析二者差异的目的 2.5煤岩复合介质与单一煤介质中抽放孔所受动 为便于分析，将抽放孔进入第一层煤介质沿孔 态应力的对比 轴向长度均分为七个点，经数值计算得到各点在总 如前所述，煤岩复合介质中煤层是弱面，根据最 时程上的有效应力最大值，并将之与全煤介质相同 小抵抗线原理，也是爆破破坏的主要方向.从定 位置的最大有效应力进行对比.图9是三个抽放孔 性角度上与全煤介质相比，其所受应力应较大，爆破 各自的对比图，X轴的零点规定为抽放孔孔口点.限 效果较好.本节在前述煤岩复合介质计算基础上， 于篇幅，对有相似情况的第二层煤的仅用表3说明 18 13.0 17a 煤-岩介质 16 12.0- 煤-岩介质 ,14 3 全煤介质 10.0 全煤介质 11 9.5 10 9.0f 0.5 1.0 1.52.0 2.5 3.0 85 0.5 1.01.52.02.53.0 距离m ℉离m 8.2 7.8(c 煤岩介质 7.4 7.0 6.6 延 5.8 54 全煤介质 5.0 0 0.51.01.52.02.53.0 距离m 图9不同抽放孔在两种介质中沿轴向有效应力随距离变化的比较.(a)1号孔：(b)4号孔：()5号孔 Fig.9 Comparison of effective stress-istance changes along the hole axis in the two media for different holes:(a)No.1;(b)No.4:(c)No.5 由图9可知：在煤岩介质中，1号抽放孔沿轴向 沿孔轴向应力变化中煤岩介质最小有效应力为7.0 的最小有效应力为12.480MPa,最大为17.738 MPa,最大为8.1MPa,而全煤介质分别为4.960和 MPa,而全煤介质分别为9.780和12.988MPa:4号 6.068MPa.总之，尽管三个抽放孔与爆破孔的角 孔中煤岩介质沿轴向的最小应力和最大应力分别为 度、距离各不相同，但它们沿轴线方向各时程的有效 10.300和12.938MPa,相应全煤介质最小最大应力 应力均明显大于单一全煤介质时的有效应力极值. 为8.880和10.718MPa,无论从应力极值还是各点 为进一步量化分析，表3列出了煤岩复合介质 应力比较，均是煤岩介质较大：距炮孔最远的5号孔 中煤段与单一煤层沿抽放孔轴线各点有效应力极值 表3单一煤层和复合介质中抽放孔壁所受应力极值对比表 Table 3 Comparison of effective stress maximum at the draining holes in the single coal seam and coal-rock media 第一层煤（距孔口最近煤层） 第二层煤（距孔底最近煤层） 抽放孔复合介质煤段有效应单一煤层介质有效应复合介质较单一煤复合介质煤段各有效单一煤层介质有效应 复合介质较单一 力极值平均值/Pa力极值平均值/MPa 层提高量/% 应力极值平均值/MPa力极值平均值/MPa煤层提高量/% 1号 14.9 10.8 学 20.5 16.6 24 4号 11.2 9.6 17 14.2 12.6 13 5号 7.5 5.3 42 7.3 6.9 6北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 口有效应力分别大 141% 、42% 、25% 和 65% ． 孔底 平均有效应力为 13. 3 MPa，孔口平均有效应力为 7. 7 MPa，孔底较孔口相同水平距离处应力平均增加73%． 2. 5 煤岩复合介质与单一煤介质中抽放孔所受动 态应力的对比 如前所述，煤岩复合介质中煤层是弱面，根据最 小抵抗线原理，也是爆破破坏的主要方向［14］． 从定 性角度上与全煤介质相比，其所受应力应较大，爆破 效果较好． 本节在前述煤岩复合介质计算基础上， 利用 LS--DYNA3D 程序，对单一介质( 煤层) 扇形孔 壁应力场进行数值模拟并与前者进行对比，以达到 定量分析二者差异的目的． 为便于分析，将抽放孔进入第一层煤介质沿孔 轴向长度均分为七个点，经数值计算得到各点在总 时程上的有效应力最大值，并将之与全煤介质相同 位置的最大有效应力进行对比． 图 9 是三个抽放孔 各自的对比图，X 轴的零点规定为抽放孔孔口点． 限 于篇幅，对有相似情况的第二层煤的仅用表3 说明． 图 9 不同抽放孔在两种介质中沿轴向有效应力随距离变化的比较． ( a) 1 号孔; ( b) 4 号孔; ( c) 5 号孔 Fig． 9 Comparison of effective stress-distance changes along the hole axis in the two media for different holes: ( a) No． 1; ( b) No． 4; ( c) No． 5 由图 9 可知: 在煤岩介质中，1 号抽放孔沿轴向 的最小有效应力为 12. 480 MPa，最 大 为 17. 738 MPa，而全煤介质分别为 9. 780 和 12. 988 MPa; 4 号 孔中煤岩介质沿轴向的最小应力和最大应力分别为 10. 300 和 12. 938 MPa，相应全煤介质最小最大应力 为 8. 880 和 10. 718 MPa，无论从应力极值还是各点 应力比较，均是煤岩介质较大; 距炮孔最远的 5 号孔 沿孔轴向应力变化中煤岩介质最小有效应力为 7. 0 MPa，最大为 8. 1 MPa，而全煤介质分别为 4. 960 和 6. 068 MPa． 总之，尽管三个抽放孔与爆破孔的角 度、距离各不相同，但它们沿轴线方向各时程的有效 应力均明显大于单一全煤介质时的有效应力极值． 为进一步量化分析，表 3 列出了煤岩复合介质 中煤段与单一煤层沿抽放孔轴线各点有效应力极值 表 3 单一煤层和复合介质中抽放孔壁所受应力极值对比表 Table 3 Comparison of effective stress maximum at the draining holes in the single coal seam and coal-rock media 抽放孔 第一层煤( 距孔口最近煤层) 第二层煤( 距孔底最近煤层) 复合介质煤段有效应 力极值平均值/MPa 单一煤层介质有效应 力极值平均值/MPa 复合介质较单一煤 层提高量/% 复合介质煤段各有效 应力极值平均值/MPa 单一煤层介质有效应 力极值平均值/MPa 复合介质较单一 煤层提高量/% 1 号 14. 9 10. 8 38 20. 5 16. 6 24 4 号 11. 2 9. 6 17 14. 2 12. 6 13 5 号 7. 5 5. 3 42 7. 3 6. 9 6 ·618·