含瓦斯煤巖卸圍壓實(shí)驗(yàn)及上解放層解放范圍的研究.pdf

1、在煤礦開(kāi)采活動(dòng)中,瓦斯治理至關(guān)重要,而含瓦斯煤巖的滲透特性又是瓦斯治理的首要及關(guān)鍵問(wèn)題,只有了解含瓦斯煤體的滲透特性才可以有針對(duì)性的進(jìn)行瓦斯抽放,才能有效解決或緩解煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)。本文應(yīng)用“含瓦斯煤巖三軸伺服滲流裝置”,通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M原始應(yīng)力場(chǎng),研究了原煤在地應(yīng)力場(chǎng)中的瓦斯?jié)B流特性,對(duì)型煤試件進(jìn)行了不含瓦斯以及含瓦斯條件下的卸圍壓試驗(yàn)。采用ABAQUS數(shù)值模擬軟件,研究了上解放回采后,被解放煤層的應(yīng)力場(chǎng)大小分布規(guī)律,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的各項(xiàng)

2、根據(jù),分析了被解放煤層的卸壓效果。取得的主要研究成果如下。①通過(guò)對(duì)軸向應(yīng)力和圍壓的加、卸載,研究了軟煤在地應(yīng)力場(chǎng)中的瓦斯?jié)B流特性,研究結(jié)果表明,軟煤在加載過(guò)程中,其滲透率與有效應(yīng)力之間的關(guān)系符合負(fù)指數(shù)函數(shù)關(guān)系,在卸載過(guò)程中,煤巖滲透率與有效應(yīng)力間的關(guān)系符合冪函數(shù)關(guān)系,此外,通過(guò)反復(fù)的加卸載試驗(yàn),結(jié)果表明,煤巖在經(jīng)過(guò)2～3次循環(huán)后,其應(yīng)變?cè)谝院蟮难h(huán)載荷過(guò)后變化很小,從滲透率來(lái)看,煤巖在經(jīng)過(guò)前2～3次循環(huán)后,再進(jìn)行循環(huán)加卸載,其滲透率幾乎

3、沒(méi)有變化。②以原煤為研究對(duì)象,采用“含瓦斯煤熱流固耦合三軸伺服滲流裝置”對(duì)原煤滲透率的主要影響因素(軸壓、圍壓和瓦斯壓力)進(jìn)行了試驗(yàn)研究,并擬合了煤巖滲透率與軸壓(圍壓、瓦斯壓力)的函數(shù)關(guān)系。③以型煤為研究對(duì)象,采用“含瓦斯煤熱流固耦合三軸伺服滲流裝置”進(jìn)行含瓦斯煤巖的卸圍壓試驗(yàn),研究煤巖在不同圍壓、不同初始軸向應(yīng)力和不同卸圍壓速率的組合條件下,煤巖力學(xué)特性和瓦斯?jié)B流特性,在該實(shí)驗(yàn)中,首先實(shí)驗(yàn)得到煤巖在不同圍壓條件下軸向應(yīng)力-軸向應(yīng)變的

4、控制曲線,以此為基礎(chǔ),確定煤巖在不同圍壓條件下的屈服應(yīng)力,從而確立卸圍壓試驗(yàn)中的卸圍壓開(kāi)始時(shí)的初始軸向應(yīng)力,對(duì)含瓦斯煤巖進(jìn)行屈服前的卸圍壓試驗(yàn),得到含瓦斯煤巖在不同圍壓、不同初始軸向應(yīng)力及不同卸圍壓速率的組合條件下的力學(xué)及瓦斯?jié)B流特性,總結(jié)出了含瓦斯煤巖在卸圍壓過(guò)程中,軸向應(yīng)力平臺(tái)與卸圍壓速率或初始軸向應(yīng)力的關(guān)系,獲得了含瓦斯煤巖的滲透率、應(yīng)變、變形模量和泊松比在卸圍壓過(guò)程中的變化規(guī)律并采用多項(xiàng)式的形式擬合了煤巖滲透率與時(shí)間的關(guān)系。④采

5、用“含瓦斯煤熱流固耦合三軸伺服滲流裝置”對(duì)型煤進(jìn)行峰后卸圍壓的試驗(yàn)研究,針對(duì)不同圍壓條件下的型煤試件,采用位移加載方式,將試件的軸向應(yīng)力加至峰值應(yīng)力后,轉(zhuǎn)為力控制,并保持軸向應(yīng)力恒定后以一定的卸圍壓速率進(jìn)行煤巖峰后卸圍壓試驗(yàn),研究峰后卸圍壓條件下煤巖的力學(xué)和瓦斯?jié)B流特性的規(guī)律,并與峰前卸圍壓試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。⑤應(yīng)用有限元軟件ABAQUS,對(duì)上解放層回采后,被解放煤層應(yīng)力場(chǎng)的大小及分布規(guī)律進(jìn)行模擬分析,此外,通過(guò)對(duì)四川煤炭產(chǎn)業(yè)集團(tuán)的