含瓦斯煤力學特性及煤與瓦斯延期突出機理研究.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)生具有延時性、隱蔽性，發(fā)生突出時可能是人員正在作業(yè)，使得突出發(fā)生時猝不及防，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型電伺服試驗機、MTS815巖石力學伺服系統(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臺”在實驗室進行了一系列實驗，在天府礦業(yè)有限責任公司三匯一礦2124采煤工作面進

2、行了鉆屑量與礦山壓力、瓦斯壓力關(guān)系現(xiàn)場試驗。根據(jù)各種試驗結(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)、力學判據(jù)、局部擾動破壞判據(jù)和時空機制等方面入手，得出煤與瓦斯延期突出機理。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，具有較強的吸附能力，同時具備非突出煤的力學強度特性，即具有較高的煤體強度，這可能是發(fā)生煤與瓦斯延期突出的重要原因之一。
　　 2.通過煤的力學試驗，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數(shù)函數(shù)關(guān)系；煤樣在屈服點后的實測值得出損傷變量和軸向應(yīng)變呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系。
　　 3.針對三軸壓縮狀態(tài)下瓦斯在煤樣中的滲透特性，在考慮變形對滲透率的影響情況下，對達西定律公式進行了修正，并與不考慮煤樣的變形直接計算的瓦斯?jié)B透率，最大偏差可達20％以上，所以在研究煤的滲透特性時應(yīng)考慮變形對滲透率的影響。
　　 4.通過在三軸壓縮狀態(tài)下煤樣瓦斯?jié)B流試驗，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，得出了煤樣滲透率變化率和損傷變量沿同方向變化，前幾個循環(huán)變化較為明顯，經(jīng)過幾個循環(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)有限責任公司三匯一礦2124采煤工作面現(xiàn)場試驗，得出突出煤層長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。突出強度受瓦斯壓力影響較大，而突出強度反映發(fā)生延期突出時破壞程度，即搬運突出煤粉的能量主要是由瓦斯膨脹能提供的。