三維采動(dòng)應(yīng)力條件下煤層覆巖及底板裂隙場(chǎng)演化規(guī)律與瓦斯運(yùn)移特征研究.pdf

1、在煤礦開采活動(dòng)中，煤層開采后頂?shù)装鍘r層應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，工作面推進(jìn)一定距離后采空區(qū)頂?shù)装鍘r層產(chǎn)生彎曲、變形、剪切破壞，各巖層由于抗彎剛度不同引起的變形不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致離層裂隙與縱向破斷裂隙出現(xiàn)，形成頂?shù)装鍑鷰r裂隙場(chǎng)。形成的采動(dòng)裂隙場(chǎng)為工作面、采空區(qū)遺煤、鄰近層涌出的瓦斯提供了積聚的空間，從而影響了采空區(qū)瓦斯的賦存、運(yùn)移狀態(tài)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)采空區(qū)圍巖裂隙場(chǎng)的研究多以物理平面相似模型實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬為基礎(chǔ)，但在實(shí)際的開采活動(dòng)中，煤系地層處于復(fù)雜多變

2、的三維應(yīng)力狀態(tài)，因此開展三向不等采動(dòng)應(yīng)力條件下裂隙場(chǎng)的演化規(guī)律研究具有重要意義。本文基于三維相似開采模擬試驗(yàn)和COMSOL數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)煤層圍巖的采動(dòng)應(yīng)力變化規(guī)律、裂隙場(chǎng)演化規(guī)律及瓦斯運(yùn)移特征進(jìn)行研究，取得了以下主要研究成果：
　?、倮弥貞c大學(xué)自主研制的“多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)力災(zāi)害大型模擬試驗(yàn)系統(tǒng)”，通過(guò)加熱電熱片熔化石蠟的方法模擬煤層開采過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了三維應(yīng)力條件下煤層開采過(guò)程的模擬實(shí)驗(yàn)；
　?、谝源杭瘓F(tuán)白膠煤礦24

3、81工作面為原型，進(jìn)行了三維采動(dòng)應(yīng)力條件下的相似模擬開采試驗(yàn)，得出了底板巖層的動(dòng)態(tài)應(yīng)力特征、彎曲變形規(guī)律、裂隙分布特征及底板采動(dòng)破壞深度等變化規(guī)律；
　　③以平煤十礦己15煤層24080工作面為原型，進(jìn)行了三維采動(dòng)應(yīng)力條件下的相似模擬開采試驗(yàn)，揭示了上覆巖層的動(dòng)態(tài)應(yīng)力特征、巖層移動(dòng)規(guī)律、裂隙分布形態(tài)等變化規(guī)律；
　?、芨鶕?jù)分形幾何理論，通過(guò)對(duì)覆巖裂隙進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到了覆巖裂隙分形維數(shù)的變化規(guī)律；
　?、莼谌虿蓜?dòng)應(yīng)力條