煤與瓦斯突出演化過程模擬實驗研究.pdf

1、煤與瓦斯突出是一種嚴重的礦井動力災害。國內外學者對煤與瓦斯突出過程及機理進行了大量的研究,但是仍然不能滿足對煤與瓦斯突出準確預測的要求。尤其是近年來,隨著煤礦開采強度、深度的增加,突出問題變得更加嚴峻。煤與瓦斯突出演化過程及機理,仍然是一個亟待解決的問題。本文建立能模擬不同瓦斯壓力、應力以及不同煤體條件下的煤與瓦斯突出實驗系統(tǒng),利用該系統(tǒng)開展大量的實驗研究,結合理論分析和數值模擬研究煤體、地應力和瓦斯壓力對突出的影響規(guī)律,確定突出的發(fā)生

2、條件;實時監(jiān)測分析突出過程中煤體裂隙及電磁輻射、聲發(fā)射和電位信號的變化規(guī)律,揭示煤與瓦斯突出演化過程,并進行了現場驗證。本文取得了以下主要研究成果:
　　(1)研發(fā)了煤與瓦斯突出模擬實驗系統(tǒng),可模擬不同的載荷、瓦斯壓力和煤體及不同誘導方式條件下的煤與瓦斯突出,能夠實現突出模擬過程中煤體破裂演化的實時觀測,載荷、瓦斯壓力和溫度的連續(xù)采集及電磁輻射、聲發(fā)射和電位信號的實時監(jiān)測。
　　(2)通過大量系統(tǒng)的實驗,研究了不同條件下的煤

3、與瓦斯突出,結合理論分析和數值模擬研究了煤與瓦斯突出的發(fā)生規(guī)律,揭示了煤與瓦斯突出影響因素(煤體、應力和瓦斯壓力)的耦合關系,確定了突出發(fā)生的條件。結果表明:突出臨界瓦斯壓力值與應力值呈線性負相關,應力越大,發(fā)生突出所需瓦斯壓力越小;提出了臨界瓦斯壓力實驗確定方法,研究并確定了九里山礦突出臨界瓦斯壓力值;揭示了硬煤突出的規(guī)律。
　　(3)測試分析了突出演化過程中煤體的聲電信號特征規(guī)律,揭示了突出過程聲電信號變化規(guī)律;實時觀測和分析

4、了突出過程中煤體破裂演化過程,并研究了突出過程中裂紋分形維數的變化規(guī)律,揭示了煤與瓦斯突出演化過程。
　　(4)通過實驗測試、理論分析并結合數值模擬的方法,研究了煤體、地應力和瓦斯壓力在突出過程中的時空演化特征及影響規(guī)律,提出了煤與瓦斯突出的時空耦合躍遷失穩(wěn)機理。
　　(5)現場實時監(jiān)測并分析井下掘進工作面水力掏槽、放炮過程中的電磁輻射、聲發(fā)射信號規(guī)律,結果表明,電磁輻射和聲發(fā)射超前于瓦斯涌出,并能較好的反應巷道前方的突出危