煤與瓦斯突出演化過程模擬實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、煤與瓦斯突出是一種嚴(yán)重的礦井動力災(zāi)害。國內(nèi)外學(xué)者對煤與瓦斯突出過程及機(jī)理進(jìn)行了大量的研究,但是仍然不能滿足對煤與瓦斯突出準(zhǔn)確預(yù)測的要求。尤其是近年來,隨著煤礦開采強(qiáng)度、深度的增加,突出問題變得更加嚴(yán)峻。煤與瓦斯突出演化過程及機(jī)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(yīng)力以及不同煤體條件下的煤與瓦斯突出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),利用該系統(tǒng)開展大量的實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)合理論分析和數(shù)值模擬研究煤體、地應(yīng)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(shí)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(jìn)行了現(xiàn)場驗(yàn)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng),可模擬不同的載荷、瓦斯壓力和煤體及不同誘導(dǎo)方式條件下的煤與瓦斯突出,能夠?qū)崿F(xiàn)突出模擬過程中煤體破裂演化的實(shí)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(shí)時監(jiān)測。
　　(2)通過大量系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn),研究了不同條件下的煤

3、與瓦斯突出,結(jié)合理論分析和數(shù)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(yīng)力和瓦斯壓力)的耦合關(guān)系,確定了突出發(fā)生的條件。結(jié)果表明:突出臨界瓦斯壓力值與應(yīng)力值呈線性負(fù)相關(guān),應(yīng)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(shù)的變化規(guī)律,揭示了煤與瓦斯突出演化過程。
　　(4)通過實(shí)驗(yàn)測試、理論分析并結(jié)合數(shù)值模擬的方法,研究了煤體、地應(yīng)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(jī)理。
　　(5)現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)測并分析井下掘進(jìn)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(jié)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(yīng)巷道前方的突出危