煤與瓦斯突出孔洞形成機(jī)理及突出能量源的實(shí)驗(yàn)與理論研究.pdf

1、我國(guó)是煤與瓦斯突出最嚴(yán)重、危害性最大的國(guó)家之一，嚴(yán)重威脅煤礦的安全生產(chǎn)。隨開(kāi)采深度的增加，面臨高地應(yīng)力、瓦斯含量高、瓦斯壓力大、透氣性極低等難題，煤與瓦斯突出越來(lái)越嚴(yán)重，因此論文開(kāi)展煤與瓦斯突出孔洞形成機(jī)理及突出能量源的實(shí)驗(yàn)與理論研究，具有重要的科學(xué)意義與實(shí)用價(jià)值。在研究過(guò)程中擬解決以下關(guān)鍵問(wèn)題：基于力學(xué)方法研究突出孔洞的形成和演化，從理論上圈定突出孔洞形態(tài)；瓦斯吸附、解吸與滲流規(guī)律；從能量理論出發(fā)，研究突出過(guò)程中的能量源，進(jìn)一步揭示煤

2、與瓦斯突出機(jī)理。論文通過(guò)典型突出案例分析，采用實(shí)驗(yàn)研究、理論研究、數(shù)值模擬相結(jié)合，取得的主要結(jié)論有：
　?。?）通過(guò)煤與瓦斯突出現(xiàn)場(chǎng)資料和實(shí)驗(yàn)室模擬結(jié)果，分析了地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力、瓦斯壓力、煤體物理力學(xué)性質(zhì)對(duì)煤與瓦斯突出的影響，總結(jié)了突出的一般規(guī)律和突出孔洞的形態(tài)。
　?。?）基于應(yīng)力判據(jù)、應(yīng)變判據(jù)、瓦斯突出時(shí)間預(yù)測(cè)理論，根據(jù)突出目標(biāo)點(diǎn)的地質(zhì)資料，建立了煤巷掘進(jìn)工作面數(shù)值分析模型，分析了巷道開(kāi)挖過(guò)程中突出孔洞的形態(tài)，計(jì)算了可能

3、發(fā)生突出的時(shí)間。
　?。?）實(shí)驗(yàn)研究了甲烷的吸附、解吸特性，得出煤對(duì)甲烷的吸附屬于Ⅰ類吸附，可以用Langmuir方程、BET方程、D-R方程進(jìn)行較好的描述。解吸規(guī)律可以用經(jīng)驗(yàn)公式、擴(kuò)散模型、滲透模型來(lái)描述，其中擴(kuò)散模型能很好地描述煤中甲烷氣體的解吸規(guī)律。
　?。?）實(shí)驗(yàn)研究了瓦斯?jié)B流特性，當(dāng)有效軸向應(yīng)力與有效圍壓之比的逐漸增大，煤樣的滲透率與有效體應(yīng)力呈先減小，后增大的趨勢(shì)；當(dāng)有效軸向應(yīng)力與有效圍壓之比一定時(shí)，煤樣的滲透率

4、隨有效體應(yīng)力的增大而減小，后趨平緩，且滲透率與有效體應(yīng)力呈負(fù)指數(shù)函數(shù)關(guān)系。
　?。?）基于煤與瓦斯突出能量理論，實(shí)驗(yàn)研究了煤體彈性能與氣體膨脹能，得出煤體的單位體積彈性能與體應(yīng)力之間呈冪函數(shù)關(guān)系；氣體膨脹能與氣體壓力呈線性關(guān)系，且與煤體含水量、密實(shí)度、氣體壓力密切相關(guān)。
　?。?）實(shí)驗(yàn)研究了煤與瓦斯突出過(guò)程中煤體的破碎能，得出新表面說(shuō)、相似說(shuō)、裂紋說(shuō)能解釋煤體破碎的機(jī)理，其中裂紋說(shuō)能很好地描述煤體破碎能與塊度之間的關(guān)系，其破