煤與瓦斯壓出動力演化過程及機理研究.pdf

1、隨著煤礦開采深度的增加,地應力和瓦斯壓力越來越大,應力、瓦斯壓力和煤體耦合作用越來越復雜,煤巖動力災害發生越發頻繁,造成的危害越來越嚴重,以往較少出現的煤與瓦斯壓出動力災害日趨增多,而針對其發生機理鮮見研究。本文建立煤巖動力現象模擬試驗系統,試驗研究不同煤巖動力現象的顯現特征,分析壓出過程中應力和瓦斯壓力的變化規律及影響因素;研究含瓦斯煤體層裂結構的形成過程,建立煤與瓦斯壓出層次破壞演化模型;分析現場煤與瓦斯壓出災害的關鍵因素,對現場工

2、作面危險性進行劃分,提出防治措施。全文主要取得了以下研究成果:
　　建立了煤巖動力現象模擬試驗系統,試驗研究了不同煤巖動力現象的顯現特征,并探討了煤巖動力現象顯現特征不同的原因。研究發現:煤與瓦斯壓出拋出煤體距離較小,造成的動力效應不明顯;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。煤體彈性能和瓦斯潛能的釋放比例以及煤體性質的不同是動力現象顯現特征不同的主要原因。<

3、br>　　研究了煤與瓦斯壓出的發展變化規律及影響因素。研究發現:煤體壓出是一個較緩慢的力學過程,應力呈現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,煤體發生層裂破壞。隨著瓦斯壓力和應力的升高,殘留孔洞從無到有并逐漸增大,煤體破壞越發劇烈;隨煤體強度的升高,殘留孔洞逐漸縮小并且趨于消失;頂底板強度越大,煤體變形破裂越嚴重。
　　通過數值模擬研究了工作面回采過程中,應力、瓦斯壓力和煤體塑性變

4、形區的變化規律,分析了埋藏深度、煤層參數和初始瓦斯壓力對壓出危險性的影響。研究表明隨埋藏深度、瓦斯壓力的升高以及煤層厚度和強度的降低,煤體發生壓出的危險性逐漸升高。
　　基于彈塑性斷裂力學計算得到了含瓦斯煤裂紋的臨界擴展角度及方位角,推導得出了考慮游離瓦斯和吸附瓦斯的煤體強度準則,分析了裂紋擴展長度與三向應力的關系;以工作面前方極限平衡區為對象,研究了煤體層裂結構形成過程以及不同外界擾動形式對煤體穩定性的影響,計算得到了含瓦斯層裂

5、結構失穩破裂的臨界載荷及壓出發動的能量條件,分析了壓出發動煤體破裂失穩形式。研究得到了壓出發展過程煤體發生逐層破壞的形式及應力、瓦斯壓力演化規律,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機理。
　　研究分析了煤與瓦斯壓出災害發生的關鍵影響因素,基于此對工作面進行了危險區域劃分,制定了有針對性的分區域動力災害防治措施,保證了工作面的安全生產。
　　研究成果對進一步認識深部回采過程中應力、瓦斯和煤體耦合作用規律,為