采動力學(xué)條件下煤巖體力學(xué)特性及瓦斯?jié)B透機理研究.pdf

1、井下采掘擾動初始應(yīng)力場，從而引起應(yīng)力的重分布，進而決定巷道支護方式及瓦斯抽采鉆孔的布置方式。為此，本文以四川芙蓉集團實業(yè)有限責(zé)任公司白皎煤礦2481工作面為研究背景，利用自主研制的“大型多場耦合煤巖體采掘模擬試驗裝置”進行了真三維采動應(yīng)力條件下的煤層開挖實驗，對開挖煤層頂?shù)装鍛?yīng)力-裂隙場的演化規(guī)律進行了研究；利用自主研制的“含瓦斯煤熱流固耦合三軸伺服滲透實驗裝置”，對不同加卸載速度影響下的含瓦斯煤力學(xué)及滲透特性進行了實驗研究；并利用砂巖

2、對研究不同加卸載速度影響的實驗方法進行了改進，探討了一種新型模擬采動應(yīng)力變化的加卸載實驗方法。綜合以上實驗，可得到以下主要研究成果：
　?。?）采動發(fā)生前，頂板垂直應(yīng)力升高，水平應(yīng)力波動性的降低，采動發(fā)生后，垂直應(yīng)力明顯降低，而水平應(yīng)力呈現(xiàn)明顯的上升；隨著底板巖層深度的增加，底板裂隙量減少、裂隙縱向貫通能力減弱、底板彎曲變形量減小、底板鼓起范圍減?。坏装骞钠鸫笾鲁尸F(xiàn)出“中間高兩邊低”的特征，底板鼓起等高線呈現(xiàn)沿著走向方向的“類橢圓

3、”形。
　　（2）不同加卸載速度影響下煤樣的強度隨初始靜水壓力的升高而呈對數(shù)關(guān)系升高，隨加卸載速度的加快而呈冪函數(shù)關(guān)系降低；加卸載煤樣破壞形式以剪切破壞為主，部分煤樣表現(xiàn)出張剪復(fù)合破壞形式；加卸載煤樣滲透率并不全部表現(xiàn)為先減少后增加的“V”型變化規(guī)律，在煤樣呈張剪復(fù)合破壞形式的情況下滲透率表現(xiàn)為先減少后增加且在峰值點附近(93.65％~96.65%)有一個下降階段直至破壞后迅速上升的“W”型變化規(guī)律；與無瓦斯加卸載煤樣相比，有瓦斯

4、加卸載煤樣強度更低、破壞軸向應(yīng)變更小、破壞瞬間變形模量變化率更大、擴容現(xiàn)象更明顯。
　　（3）隨著交替加卸載實驗的進行，試樣應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈波浪式前進，波動幅度先減小后增大，在峰值強度附近，波動幅度最大，波動幅度穩(wěn)定性隨著初始靜水壓力的升高而增大；損傷變量隨著交替加卸載初始速度的減慢而增大、隨著初始靜水壓力的升高而減小；交替加卸載擬合曲線與常規(guī)加卸載應(yīng)力-應(yīng)變曲線相似度隨著初始靜水壓力的升高而增大、隨著交替加卸載初始速度的加快而增