采動(dòng)煤巖裂隙演化及其透氣性能試驗(yàn)研究.pdf

1、采動(dòng)應(yīng)力引起的煤巖節(jié)理裂隙的動(dòng)態(tài)及空間分布的變化是伴隨著采掘活動(dòng)而不斷發(fā)生發(fā)展的過程，這一過程控制著煤巖體內(nèi)瓦斯的解吸、擴(kuò)散、運(yùn)移特征和能量的釋放方式，決定著采掘空間瓦斯的涌出乃至突出的發(fā)生發(fā)展及演化。研究采動(dòng)應(yīng)力-裂隙-瓦斯涌出之間的內(nèi)在規(guī)律，揭示采動(dòng)力學(xué)過程與瓦斯運(yùn)移及其時(shí)空關(guān)系，對(duì)研究煤與煤層氣共同開采和瓦斯災(zāi)害治理具有重要的基礎(chǔ)理論意義。
　　 本文針對(duì)礦井開采過程中采動(dòng)應(yīng)力場、圍巖裂隙場和滲流場多因素交叉這一科學(xué)難題，

2、采用RMT-150B巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)、JSM-6390LV鎢燈絲掃描電鏡、CDAE-1型聲發(fā)射儀、自行研制的煤巖-氣耦合滲透性雙向加載試驗(yàn)系統(tǒng)做了大量細(xì)觀、宏觀角度的煤巖力學(xué)試驗(yàn)，研究了煤巖材料破裂過程中應(yīng)力場-裂隙場-滲流場之間的演化關(guān)系，研究了模擬采掘工作面實(shí)際邊界條件的煤巖裂隙演化及其透氣性能演化過程，最后分析總結(jié)了采動(dòng)煤巖-瓦斯耦合作用機(jī)理，并探討了耦合作用對(duì)煤巖動(dòng)力災(zāi)害影響。
　　 根據(jù)以上系統(tǒng)研究，取得了如下主要成果

3、：
　　 (1)通過對(duì)大量的煤樣單軸壓縮破裂后的形貌描述和力學(xué)性質(zhì)分析，歸納了煤巖在單軸壓縮條件下六種主要破裂形貌和裂隙演化六階段，特別提出了裂隙漸生段、裂隙速生段和裂隙擴(kuò)展貫通段的概念?？琢严督Y(jié)構(gòu)及斷口形貌的掃描電鏡細(xì)觀分析結(jié)果表明煤巖宏觀裂隙擴(kuò)展和其內(nèi)部微結(jié)構(gòu)及微缺陷關(guān)系密切；
　　 (2)在煤、巖質(zhì)量指標(biāo)中，單軸強(qiáng)度對(duì)其聲發(fā)射性能影響較大，而空隙性和聲發(fā)射性能不具有相關(guān)性?；诹严堆莼攸c(diǎn)，定義了裂隙漸生點(diǎn)σci和

4、裂隙速生點(diǎn)σcd，提出了采用裂隙速生點(diǎn)σcd和應(yīng)力監(jiān)測組合起來判斷試樣失穩(wěn)破裂的前兆信息的方法。對(duì)不同應(yīng)力路徑下的煤樣和砂巖試樣的變形破壞過程研究后得到了裂隙演化過程中的聲發(fā)射特性。建立了基于聲發(fā)射參量的損傷模型；
　　 (3)自行研制了專利裝置--準(zhǔn)平面應(yīng)變下煤巖-氣耦合滲透性雙向加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用于模擬采掘工作面附近單元體的物理實(shí)際。試驗(yàn)研究了準(zhǔn)平面條件下煤巖裂隙演化的四階段，并提出煤巖失穩(wěn)黃色前兆點(diǎn)和紅色前兆點(diǎn)的概念。準(zhǔn)平面

5、應(yīng)變下煤巖變形破壞過程的應(yīng)力(應(yīng)變)-裂隙-透氣性變化試驗(yàn)結(jié)果表明了三者的關(guān)系變化；
　　 (4)系統(tǒng)研究了準(zhǔn)平面應(yīng)變下煤巖軸向應(yīng)變-滲透率的相關(guān)性，給出了不同應(yīng)變段應(yīng)變-滲透率的數(shù)學(xué)表述；研究煤巖應(yīng)力-滲透率相關(guān)性時(shí)發(fā)現(xiàn)滲透率增加多在峰值前，而滲透率突變多在峰后某一時(shí)刻，據(jù)此提出滲透率增加應(yīng)力點(diǎn)和滲透率突變應(yīng)力點(diǎn)指標(biāo)；
　　 (5)加卸載應(yīng)力路徑下滲透性變化結(jié)果表明卸壓對(duì)試樣的滲透性能增加有重要作用，且不同應(yīng)力階段卸載