應力場與瓦斯滲流場耦合規律及瓦斯抽采參數優化研究.pdf

1、采礦工程中的采掘作業涉及到的是煤巖的應力場和瓦斯滲流場的耦合問題，且應力場和瓦斯滲流場之間相互影響、相互作用和相互制約。本文首先以松藻煤電有限責任公司松藻煤礦 K2b煤層煤巖為研究對象，利用自主研發的含瓦斯煤熱流固耦合三軸伺服滲流系統配合美國物理聲學公司生產的全數字化聲發射監測系統，研究了在常規三軸加載路徑和卸圍壓路徑下含瓦斯煤巖失穩破壞過程中的滲流特性與聲發射特征，其次，以K2b煤層3211工作面現場試驗為基礎，研究了工作面開采過程中

2、煤層應力與瓦斯耦合規律，并分析了工作面開采過程中煤巖層滲透率的動態演化規律，最后建立了煤層瓦斯抽采過程應力場和滲流場流固動態耦合數學模型，并依據《煤礦安全規程》和《防治煤與瓦斯突出規定》規定的瓦斯預抽采后消突效果檢驗指標，優化了松藻煤礦K2b煤層3211工作面本煤層瓦斯預抽采鉆孔參數。通過本文研究，在以下方面取得了一些進展：
　?、俸咚姑簬r的宏觀力學行為與其內部的微觀結構密切相關，用聲發射信息可以反映煤巖內部微觀破壞的活動性，在

3、常規三軸加載路徑下，不含瓦斯煤巖的破裂類型為突然破裂型，含瓦斯煤巖的破裂類型為穩定破裂型。聲發射活動規律與含瓦斯煤巖應力-應變曲線呈滯后對應關系，與含瓦斯煤巖滲透率-應變曲線具有較好的對應關系。
　?、趶暮暧^方面度量損傷基準，選取彈性模量作為損傷變量來表征含瓦斯煤巖在失穩破壞過程中的損傷程度，在同時考慮應力和瓦斯壓力引起煤巖損傷的基礎上，建立了基于聲發射的含瓦斯煤巖損傷關系式，并驗證了其合理性。
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4、速度相同的情況下，含瓦斯煤巖的破壞角隨著初始卸載圍壓的增大而增大，近似呈線性關系。
　?、艹Ｒ幦S加載路徑和卸圍壓路徑下含瓦斯煤巖的聲發射幅值曲線不同，卸圍壓路徑下聲發射幅值曲線呈現出以卸圍壓起始點為界的雙峰狀態。
　?、蓦S著卸圍壓速度的增大，含瓦斯煤巖破壞時產生的聲發射事件也逐漸增大，卸圍壓速度的增加使得含瓦斯煤巖聲發射累積振鈴計數增大，同時使產生明顯聲發射的時間提前。
　?、拊诔跏夹遁d圍壓和瓦斯壓力相同的情況下,卸

5、圍壓速度的增大，加快了含瓦斯煤巖失穩破壞的進程。定義的卸圍壓效應系數反映了卸圍壓速度對含瓦斯煤巖失穩破壞的難易程度，且卸圍壓效應系數與卸圍壓速度之間存在冪函數關系。
　?、邚哪芰康慕嵌确治隽藝鷫簩咚姑簬r卸圍壓失穩破壞的內在屬性，初始圍壓不同使得含瓦斯煤巖卸圍壓試驗中軸向應力加載階段和圍壓卸載階段能量特征不同，加載階段和卸載階段均具有圍壓效應，加載階段和卸載階段能量變化與初始圍壓均呈對數關系。
　?、嚯S著采煤工作面的推進，

6、頂板初次來壓和周期來壓期間煤層實測應力曲線均經歷了低—高—低的過程，瓦斯抽采流量曲線隨著應力的變化而變化，說明煤層透氣性與應力息息相關。
　?、釕肦en、Edwards、Lowndes等得出的煤巖體滲透率與其應力變化關系式，通過編譯FISH函數編寫了程序，模擬得到了3211工作面開采過程中煤巖層滲透率的動態演化規律，得到的煤層推進方向的應力和滲透率耦合曲線的變化規律與其他研究人員現場試驗基本吻合。
　?、饣诿簬r彈性變形理