煤巖瓦斯動力災害新的分類及誘發(fā)轉(zhuǎn)化條件研究.pdf

1、生產(chǎn)實際表明,深部高瓦斯煤層發(fā)生的動力災害往往表現(xiàn)出兼具煤與瓦斯突出和沖擊地壓兩種災害的特征。上述非典型動力災害的出現(xiàn),為其定性帶來了難題,而災害的定性將決定其相應的預防和治理措施。因此,有必要把沖擊地壓和煤與瓦斯突出統(tǒng)一起來進行研究,建立新的煤巖動力災害分類體系,研究災害間的誘發(fā)轉(zhuǎn)化條件,從而為災害的定性和預防治理提供理論指導。本論文依托國家重大基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)課題“煤巖瓦斯動力災害的動力學演化機理”和國家自然基金重點項

2、目“煤與瓦斯突出機理及探測預防基礎研究”,以煤巖瓦斯動力災害新的分類及誘發(fā)轉(zhuǎn)化條件為中心,進行了如下幾個方面的研究:
　　 (1)針對發(fā)生非典型動力災害的煤的性質(zhì)區(qū)別于一般的突出構造軟煤和發(fā)生典型沖擊的硬脆煤的特點,本文利用瓦斯氣體密封系統(tǒng),提出了測定含瓦斯煤體力學指標的類單軸實驗方法；并通過實驗研究,得到了有效圍壓為零條件下瓦斯對煤樣力學性質(zhì)和力學響應的影響規(guī)律。
　　 (2)針對深部條件下“三高”開采的生產(chǎn)實際,論文

3、通過實驗研究了不同圍壓、溫度和瓦斯吸附壓力條件下,煤樣瓦斯的解吸特性及滲透率的變化規(guī)律,分析了不同條件下應力、瓦斯和溫度對災害發(fā)生的不同作用機制。
　　 (3)煤巖的破壞失穩(wěn)是煤巖體損傷不斷累積和斷裂逐漸發(fā)展的結果?；诖?通過理論和模擬研究分析了煤巖裂隙的擴展演化規(guī)律和破壞特征,認為煤巖瓦斯動力災害的失穩(wěn)破壞主要可分為準靜載作用下的流變剪切破壞和動載作用下的瞬時拉伸破壞兩種形式,并建立了各自的力學分析模型。
　　 (4

4、)能量轉(zhuǎn)化是物質(zhì)物理過程的本質(zhì)特征,物質(zhì)破壞是能量驅(qū)動下的一種失穩(wěn)現(xiàn)象。煤巖動力災害的發(fā)生過程實質(zhì)上就是能量釋放和能量耗散的綜合結果。因此,論文在分析煤巖系統(tǒng)破壞失穩(wěn)過程中能量來源的基礎上,結合沖擊地壓和煤與瓦斯突出發(fā)生的能量本質(zhì),建立了煤巖動力災害發(fā)生的統(tǒng)一能量方程,分析了煤巖系統(tǒng)破壞失穩(wěn)過程中的能量傳遞過程,并提出了災害發(fā)生的能量判據(jù)。
　　 (5)根據(jù)煤巖瓦斯動力災害的統(tǒng)一能量方程和瓦斯在其中參與程度的不同,建立了煤巖瓦斯

5、災害新的分類體系--典型的煤巖瓦斯動力災害(包括沖擊地壓和煤與瓦斯突出)和非典型的煤巖瓦斯動力災害(包括煤巖瓦斯壓出和煤巖瓦斯突出),并提出了區(qū)分非典型動力災害即煤巖瓦斯壓出和煤巖瓦斯沖擊的實驗方法。實驗結果和實例證明了此鑒別方法的科學性、可行性。
　　 (6)論文結合高瓦斯煤層沖擊地壓和突出的異同點,以實驗研究和理論分析為基礎,提出了煤巖瓦斯動力災害的統(tǒng)一理論,建立了兩種災害在孕育發(fā)生和發(fā)展等不同階段的誘發(fā)轉(zhuǎn)化條件,研究了不同

6、應力分布對煤巖瓦斯動力災害的控制作用,分析了采場和巷道發(fā)生動力災害的各自特征。
　　 (7)研究及實踐表明,鉆屑量指標對預測以地應力為主導因素的動力災害較為敏感,是深部高瓦斯煤層動力災害預測的重要參考指標之一。常用的最大鉆屑量指標僅僅反映了某一點的應力情況,而動力災害的發(fā)生主要是由于應力狀態(tài)的突然改變產(chǎn)生的,也就是應力變化梯度的大小是決定災害發(fā)生的主要因為。因此,論文提出了考察應力變化情況的新的鉆屑量指標,即鉆屑增量變化指標。結