煤與瓦斯壓出動(dòng)力演化過程及機(jī)理研究.pdf

1、隨著煤礦開采深度的增加,地應(yīng)力和瓦斯壓力越來越大,應(yīng)力、瓦斯壓力和煤體耦合作用越來越復(fù)雜,煤巖動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生越發(fā)頻繁,造成的危害越來越嚴(yán)重,以往較少出現(xiàn)的煤與瓦斯壓出動(dòng)力災(zāi)害日趨增多,而針對其發(fā)生機(jī)理鮮見研究。本文建立煤巖動(dòng)力現(xiàn)象模擬試驗(yàn)系統(tǒng),試驗(yàn)研究不同煤巖動(dòng)力現(xiàn)象的顯現(xiàn)特征,分析壓出過程中應(yīng)力和瓦斯壓力的變化規(guī)律及影響因素;研究含瓦斯煤體層裂結(jié)構(gòu)的形成過程,建立煤與瓦斯壓出層次破壞演化模型;分析現(xiàn)場煤與瓦斯壓出災(zāi)害的關(guān)鍵因素,對現(xiàn)場工

2、作面危險(xiǎn)性進(jìn)行劃分,提出防治措施。全文主要取得了以下研究成果:
　　建立了煤巖動(dòng)力現(xiàn)象模擬試驗(yàn)系統(tǒng),試驗(yàn)研究了不同煤巖動(dòng)力現(xiàn)象的顯現(xiàn)特征,并探討了煤巖動(dòng)力現(xiàn)象顯現(xiàn)特征不同的原因。研究發(fā)現(xiàn):煤與瓦斯壓出拋出煤體距離較小,造成的動(dòng)力效應(yīng)不明顯;煤與瓦斯突出煤體破碎程度最大,拋出距離大并且具有明顯的方向性;含瓦斯煤沖擊破壞煤體破裂成塊狀,煤體破裂面光滑。煤體彈性能和瓦斯?jié)撃艿尼尫疟壤约懊后w性質(zhì)的不同是動(dòng)力現(xiàn)象顯現(xiàn)特征不同的主要原因。<

3、br>　　研究了煤與瓦斯壓出的發(fā)展變化規(guī)律及影響因素。研究發(fā)現(xiàn):煤體壓出是一個(gè)較緩慢的力學(xué)過程,應(yīng)力呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢,瓦斯壓力釋放速度較慢,并且釋放速度與其和壓出口之間的距離密切相關(guān),煤體發(fā)生層裂破壞。隨著瓦斯壓力和應(yīng)力的升高,殘留孔洞從無到有并逐漸增大,煤體破壞越發(fā)劇烈;隨煤體強(qiáng)度的升高,殘留孔洞逐漸縮小并且趨于消失;頂?shù)装鍙?qiáng)度越大,煤體變形破裂越嚴(yán)重。
　　通過數(shù)值模擬研究了工作面回采過程中,應(yīng)力、瓦斯壓力和煤體塑性變

4、形區(qū)的變化規(guī)律,分析了埋藏深度、煤層參數(shù)和初始瓦斯壓力對壓出危險(xiǎn)性的影響。研究表明隨埋藏深度、瓦斯壓力的升高以及煤層厚度和強(qiáng)度的降低,煤體發(fā)生壓出的危險(xiǎn)性逐漸升高。
　　基于彈塑性斷裂力學(xué)計(jì)算得到了含瓦斯煤裂紋的臨界擴(kuò)展角度及方位角,推導(dǎo)得出了考慮游離瓦斯和吸附瓦斯的煤體強(qiáng)度準(zhǔn)則,分析了裂紋擴(kuò)展長度與三向應(yīng)力的關(guān)系;以工作面前方極限平衡區(qū)為對象,研究了煤體層裂結(jié)構(gòu)形成過程以及不同外界擾動(dòng)形式對煤體穩(wěn)定性的影響,計(jì)算得到了含瓦斯層裂

5、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破裂的臨界載荷及壓出發(fā)動(dòng)的能量條件,分析了壓出發(fā)動(dòng)煤體破裂失穩(wěn)形式。研究得到了壓出發(fā)展過程煤體發(fā)生逐層破壞的形式及應(yīng)力、瓦斯壓力演化規(guī)律,分析了煤體破裂面形成原因,揭示了固氣逐層變化的破壞失穩(wěn)機(jī)理。
　　研究分析了煤與瓦斯壓出災(zāi)害發(fā)生的關(guān)鍵影響因素,基于此對工作面進(jìn)行了危險(xiǎn)區(qū)域劃分,制定了有針對性的分區(qū)域動(dòng)力災(zāi)害防治措施,保證了工作面的安全生產(chǎn)。
　　研究成果對進(jìn)一步認(rèn)識深部回采過程中應(yīng)力、瓦斯和煤體耦合作用規(guī)律,為