含瓦斯煤巖卸圍壓實驗及上解放層解放范圍的研究.pdf

1、在煤礦開采活動中,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)鍵問題,只有了解含瓦斯煤體的滲透特性才可以有針對性的進行瓦斯抽放,才能有效解決或緩解煤與瓦斯突出的危險。本文應(yīng)用“含瓦斯煤巖三軸伺服滲流裝置”,通過實驗?zāi)M原始應(yīng)力場,研究了原煤在地應(yīng)力場中的瓦斯?jié)B流特性,對型煤試件進行了不含瓦斯以及含瓦斯條件下的卸圍壓試驗。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)力場大小分布規(guī)律,結(jié)合現(xiàn)場實測的各項

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通過對軸向應(yīng)力和圍壓的加、卸載,研究了軟煤在地應(yīng)力場中的瓦斯?jié)B流特性,研究結(jié)果表明,軟煤在加載過程中,其滲透率與有效應(yīng)力之間的關(guān)系符合負指數(shù)函數(shù)關(guān)系,在卸載過程中,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,通過反復(fù)的加卸載試驗,結(jié)果表明,煤巖在經(jīng)過2～3次循環(huán)后,其應(yīng)變在以后的循環(huán)載荷過后變化很小,從滲透率來看,煤巖在經(jīng)過前2～3次循環(huán)后,再進行循環(huán)加卸載,其滲透率幾乎

3、沒有變化。②以原煤為研究對象,采用“含瓦斯煤熱流固耦合三軸伺服滲流裝置”對原煤滲透率的主要影響因素(軸壓、圍壓和瓦斯壓力)進行了試驗研究,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以型煤為研究對象,采用“含瓦斯煤熱流固耦合三軸伺服滲流裝置”進行含瓦斯煤巖的卸圍壓試驗,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,在該實驗中,首先實驗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中的卸圍壓開始時的初始軸向應(yīng)力,對含瓦斯煤巖進行屈服前的卸圍壓試驗,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程中,軸向應(yīng)力平臺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程中的變化規(guī)律并采用多項式的形式擬合了煤巖滲透率與時間的關(guān)系。④采

5、用“含瓦斯煤熱流固耦合三軸伺服滲流裝置”對型煤進行峰后卸圍壓的試驗研究,針對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行煤巖峰后卸圍壓試驗,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的結(jié)果進行對比分析。⑤應(yīng)用有限元軟件ABAQUS,對上解放層回采后,被解放煤層應(yīng)力場的大小及分布規(guī)律進行模擬分析,此外,通過對四川煤炭產(chǎn)業(yè)集團的