應(yīng)力場(chǎng)與瓦斯?jié)B流場(chǎng)耦合規(guī)律及瓦斯抽采參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、采礦工程中的采掘作業(yè)涉及到的是煤巖的應(yīng)力場(chǎng)和瓦斯?jié)B流場(chǎng)的耦合問題，且應(yīng)力場(chǎng)和瓦斯?jié)B流場(chǎng)之間相互影響、相互作用和相互制約。本文首先以松藻煤電有限責(zé)任公司松藻煤礦 K2b煤層煤巖為研究對(duì)象，利用自主研發(fā)的含瓦斯煤熱流固耦合三軸伺服滲流系統(tǒng)配合美國物理聲學(xué)公司生產(chǎn)的全數(shù)字化聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，研究了在常規(guī)三軸加載路徑和卸圍壓路徑下含瓦斯煤巖失穩(wěn)破壞過程中的滲流特性與聲發(fā)射特征，其次，以K2b煤層3211工作面現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為基礎(chǔ)，研究了工作面開采過程中

2、煤層應(yīng)力與瓦斯耦合規(guī)律，并分析了工作面開采過程中煤巖層滲透率的動(dòng)態(tài)演化規(guī)律，最后建立了煤層瓦斯抽采過程應(yīng)力場(chǎng)和滲流場(chǎng)流固動(dòng)態(tài)耦合數(shù)學(xué)模型，并依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》和《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》規(guī)定的瓦斯預(yù)抽采后消突效果檢驗(yàn)指標(biāo)，優(yōu)化了松藻煤礦K2b煤層3211工作面本煤層瓦斯預(yù)抽采鉆孔參數(shù)。通過本文研究，在以下方面取得了一些進(jìn)展：
　　①含瓦斯煤巖的宏觀力學(xué)行為與其內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，用聲發(fā)射信息可以反映煤巖內(nèi)部微觀破壞的活動(dòng)性，在

3、常規(guī)三軸加載路徑下，不含瓦斯煤巖的破裂類型為突然破裂型，含瓦斯煤巖的破裂類型為穩(wěn)定破裂型。聲發(fā)射活動(dòng)規(guī)律與含瓦斯煤巖應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈滯后對(duì)應(yīng)關(guān)系，與含瓦斯煤巖滲透率-應(yīng)變曲線具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
　　②從宏觀方面度量損傷基準(zhǔn)，選取彈性模量作為損傷變量來表征含瓦斯煤巖在失穩(wěn)破壞過程中的損傷程度，在同時(shí)考慮應(yīng)力和瓦斯壓力引起煤巖損傷的基礎(chǔ)上，建立了基于聲發(fā)射的含瓦斯煤巖損傷關(guān)系式，并驗(yàn)證了其合理性。
　　③在初始瓦斯壓力和卸圍壓

4、速度相同的情況下，含瓦斯煤巖的破壞角隨著初始卸載圍壓的增大而增大，近似呈線性關(guān)系。
　?、艹Ｒ?guī)三軸加載路徑和卸圍壓路徑下含瓦斯煤巖的聲發(fā)射幅值曲線不同，卸圍壓路徑下聲發(fā)射幅值曲線呈現(xiàn)出以卸圍壓起始點(diǎn)為界的雙峰狀態(tài)。
　?、蓦S著卸圍壓速度的增大，含瓦斯煤巖破壞時(shí)產(chǎn)生的聲發(fā)射事件也逐漸增大，卸圍壓速度的增加使得含瓦斯煤巖聲發(fā)射累積振鈴計(jì)數(shù)增大，同時(shí)使產(chǎn)生明顯聲發(fā)射的時(shí)間提前。
　?、拊诔跏夹遁d圍壓和瓦斯壓力相同的情況下,卸

5、圍壓速度的增大，加快了含瓦斯煤巖失穩(wěn)破壞的進(jìn)程。定義的卸圍壓效應(yīng)系數(shù)反映了卸圍壓速度對(duì)含瓦斯煤巖失穩(wěn)破壞的難易程度，且卸圍壓效應(yīng)系數(shù)與卸圍壓速度之間存在冪函數(shù)關(guān)系。
　　⑦從能量的角度分析了圍壓對(duì)含瓦斯煤巖卸圍壓失穩(wěn)破壞的內(nèi)在屬性，初始圍壓不同使得含瓦斯煤巖卸圍壓試驗(yàn)中軸向應(yīng)力加載階段和圍壓卸載階段能量特征不同，加載階段和卸載階段均具有圍壓效應(yīng)，加載階段和卸載階段能量變化與初始圍壓均呈對(duì)數(shù)關(guān)系。
　?、嚯S著采煤工作面的推進(jìn)，

6、頂板初次來壓和周期來壓期間煤層實(shí)測(cè)應(yīng)力曲線均經(jīng)歷了低—高—低的過程，瓦斯抽采流量曲線隨著應(yīng)力的變化而變化，說明煤層透氣性與應(yīng)力息息相關(guān)。
　?、釕?yīng)用Ren、Edwards、Lowndes等得出的煤巖體滲透率與其應(yīng)力變化關(guān)系式，通過編譯FISH函數(shù)編寫了程序，模擬得到了3211工作面開采過程中煤巖層滲透率的動(dòng)態(tài)演化規(guī)律，得到的煤層推進(jìn)方向的應(yīng)力和滲透率耦合曲線的變化規(guī)律與其他研究人員現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)基本吻合。
　?、饣诿簬r彈性變形理