含瓦斯煤力學(xué)特性及煤與瓦斯延期突出機(jī)理研究.pdf

1、煤與瓦斯延期突出占總的突出事故的比例不大，但由于其發(fā)生具有延時(shí)性、隱蔽性，發(fā)生突出時(shí)可能是人員正在作業(yè)，使得突出發(fā)生時(shí)猝不及防，危害極大。本文利用ASAP2020 V3.01 H型分析儀、HCA型高壓容量法吸附裝置、島津AGI-250kN型電伺服試驗(yàn)機(jī)、MTS815巖石力學(xué)伺服系統(tǒng)、自主研制的“含瓦斯煤熱流固耦合三軸伺服滲流系統(tǒng)”和“大型煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)臺(tái)”在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，在天府礦業(yè)有限責(zé)任公司三匯一礦2124采煤工作面進(jìn)

2、行了鉆屑量與礦山壓力、瓦斯壓力關(guān)系現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。根據(jù)各種試驗(yàn)結(jié)果分析，從采掘工作面卸壓區(qū)煤巖體失穩(wěn)破壞的能量判據(jù)、力學(xué)判據(jù)、局部擾動(dòng)破壞判據(jù)和時(shí)空機(jī)制等方面入手，得出煤與瓦斯延期突出機(jī)理。取得了如下主要研究成果：
　　 1.延期突出煤具備突出煤的吸附特性，具有較強(qiáng)的吸附能力，同時(shí)具備非突出煤的力學(xué)強(qiáng)度特性，即具有較高的煤體強(qiáng)度，這可能是發(fā)生煤與瓦斯延期突出的重要原因之一。
　　 2.通過煤的力學(xué)試驗(yàn)，建立了煤樣在常規(guī)單軸壓縮

3、、三軸壓縮狀態(tài)下的損傷本構(gòu)方程：圍壓和煤樣的彈性模量之間存在對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系；煤樣在屈服點(diǎn)后的實(shí)測(cè)值得出損傷變量和軸向應(yīng)變呈對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系。
　　 3.針對(duì)三軸壓縮狀態(tài)下瓦斯在煤樣中的滲透特性，在考慮變形對(duì)滲透率的影響情況下，對(duì)達(dá)西定律公式進(jìn)行了修正，并與不考慮煤樣的變形直接計(jì)算的瓦斯?jié)B透率，最大偏差可達(dá)20％以上，所以在研究煤的滲透特性時(shí)應(yīng)考慮變形對(duì)滲透率的影響。
　　 4.通過在三軸壓縮狀態(tài)下煤樣瓦斯?jié)B流試驗(yàn)，得出了煤樣的

4、滲流特性，并建立了有效應(yīng)力和滲透率的關(guān)系方程：作用在延期突出煤樣上的有效體積應(yīng)力和滲透率為負(fù)指數(shù)關(guān)系。
　　 5.通過延期突出煤在循環(huán)載荷狀態(tài)下的瓦斯?jié)B流試驗(yàn)，得出了煤樣滲透率變化率和損傷變量沿同方向變化，前幾個(gè)循環(huán)變化較為明顯，經(jīng)過幾個(gè)循環(huán)后，數(shù)值趨于穩(wěn)定，表明滲透率變化率與煤樣的損傷程度有關(guān)。
　　 6.通過天府礦業(yè)有限責(zé)任公司三匯一礦2124采煤工作面現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，得出突出煤層長(zhǎng)壁工作面鉆屑量與礦山壓力、瓦斯壓力之間存

5、在正相關(guān)關(guān)系。
　　 7.通過煤與瓦斯延期突出模擬試驗(yàn)結(jié)果得出：煤與瓦斯延期突出是地應(yīng)力和瓦斯壓力共同作用的結(jié)果，采掘作業(yè)破壞了煤層原巖應(yīng)力平衡，引起地應(yīng)力重分布，使煤巖裂隙發(fā)育，煤層中吸附瓦斯解吸為游離瓦斯，使煤體內(nèi)瓦斯壓力增大，封堵軟弱分層的硬煤巖體在瓦斯壓力和地應(yīng)力共同作用下發(fā)生破壞，在瓦斯膨脹能作用下引起突出。突出強(qiáng)度受瓦斯壓力影響較大，而突出強(qiáng)度反映發(fā)生延期突出時(shí)破壞程度，即搬運(yùn)突出煤粉的能量主要是由瓦斯膨脹能提供的。