石門揭構(gòu)造軟煤誘發(fā)煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)研究.pdf

1、大多數(shù)煤與瓦斯突出的發(fā)生和復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，這些區(qū)域的煤層被構(gòu)造運(yùn)動(dòng)破壞成了碎裂煤、碎粒煤或糜棱煤，構(gòu)造軟煤發(fā)育。而石門揭煤突出又是煤與瓦斯突出事故中強(qiáng)度最高和危險(xiǎn)性最大的一種礦井瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象。因此，研究地質(zhì)構(gòu)造影響下石門揭構(gòu)造軟煤的突出特性，采取相應(yīng)的防治措施對(duì)煤礦安全高效生產(chǎn)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。本文首先對(duì)構(gòu)造軟煤的物理力學(xué)特性進(jìn)行研究，然后建立石門揭構(gòu)造軟煤的物理模型，并在實(shí)驗(yàn)室搭建石門揭構(gòu)造軟煤的試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行相似模

2、擬試驗(yàn)，結(jié)合數(shù)值模擬取得了以下主要研究成果:
　　綜合分析了構(gòu)造軟煤的物理力學(xué)特性及其對(duì)煤與瓦斯突出的影響。微孔隙發(fā)育、比表面積大、吸附能力強(qiáng)和滲透性低使構(gòu)造軟煤能夠保存較多的瓦斯;力學(xué)強(qiáng)度低使構(gòu)造軟煤抵御外力作用的能力降低。構(gòu)造軟煤的物理力學(xué)特性是導(dǎo)致構(gòu)造軟煤帶容易發(fā)生煤與瓦斯突出的重要原因。
　　在地質(zhì)構(gòu)造和煤與瓦斯突出關(guān)系的研究成果基礎(chǔ)上，構(gòu)建了壓性斷層帶石門揭構(gòu)造軟煤突出的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。模型中有一落差大于煤層厚度的逆斷?/p>

3、，在斷層上盤發(fā)育有褶曲，使煤層厚度發(fā)生了變化，總結(jié)了該試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕咎卣鞑⑦M(jìn)行了力學(xué)分析。
　　基于相似模擬試驗(yàn)思想和地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)思路，針對(duì)淮南礦區(qū)11-2突出煤層的頂?shù)装鍘r性及力學(xué)參數(shù)，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了壓性斷層帶石門揭構(gòu)造軟煤的相似模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)研究了石門揭構(gòu)造軟煤過程中煤巖的應(yīng)力和位移的變化規(guī)律，突出過程中煤層內(nèi)瓦斯壓力變化規(guī)律，充氣和突出過程中溫度和聲發(fā)射的變化規(guī)律。
　　利用數(shù)值模擬軟件COMSOL Multiph

4、ysics建立了壓性斷層帶石門揭構(gòu)造軟煤的數(shù)值模型并進(jìn)行了求解，研究了石門揭構(gòu)造軟煤過程中的應(yīng)力演化、裂隙發(fā)展和瓦斯運(yùn)移規(guī)律。發(fā)現(xiàn)斷層附近存在異常的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，并與由開挖導(dǎo)致的集中應(yīng)力相互疊加;瓦斯在突出的啟動(dòng)和發(fā)展過程中發(fā)揮了重要作用。
　　最后，通過對(duì)相似模擬試驗(yàn)和數(shù)值模擬的結(jié)果分析得出:壓性斷層帶石門揭構(gòu)造軟煤突出是一個(gè)由開挖導(dǎo)致的集中應(yīng)力和異常的構(gòu)造應(yīng)力首先使構(gòu)造軟煤內(nèi)的彈性潛能增加，為瓦斯撕裂煤體發(fā)生突出創(chuàng)造條件;然后，