高強度開采覆巖裂隙場時空演化規(guī)律與瓦斯流動關系的研究.pdf

1、近年來，由于煤礦開采技術與裝備水平的逐步提高，工作面推進速度加快，煤層一次性采出厚度加大，對圍巖的擾動也不斷加強。高強度開采造成了覆巖裂隙場空間的演化，改變了煤巖層的透氣性，給煤礦的圍巖控制、瓦斯防治等提出了許多新的嚴峻課題，高強度開采覆巖裂隙場對瓦斯運移的影響及煤巖動力災害的機制尚不清楚，因此本文結(jié)合國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973課題：2005CB221503)“采動應力裂隙場時空演化與瓦斯流動場耦合效應研究”課題為背景，對高強度開

2、采條件下覆巖裂隙的時空演化規(guī)律及其與瓦斯運移的關系開展研究。這不僅對高瓦斯礦井安全生產(chǎn)、預防瓦斯相關事故、提高低滲透煤層氣開發(fā)具有重要意義，同時對煤巖體內(nèi)瓦斯氣體滲流學方面的研究具有積極意義。
　　 論文在總結(jié)國內(nèi)外采場覆巖裂隙研究成果的基礎上，應用采礦工程學、彈塑性力學、巖體力學、滲流力學等理論，借助相似材料模擬實驗用分形方法與數(shù)字圖像處理相結(jié)合的手段，對覆巖裂隙演化過程進行定量化描述；通過數(shù)值模擬對采動應力場、裂隙場的演化過

3、程進行了分析，并通過結(jié)合不同數(shù)值模擬軟件的優(yōu)勢，以聯(lián)立的方式分析了采動裂隙場及瓦斯流動的關系；最后，通過現(xiàn)場實測等方法對高強度開采條件下覆巖裂隙場演化規(guī)律與瓦斯流動關系進行了探索性研究。論文主要研究內(nèi)容及成果包括如下幾點：
　　 ①在前人研究成果的基礎上總結(jié)了覆巖裂隙空間分布形態(tài)，分析了覆巖斷裂和離層產(chǎn)生、裂隙擴展的機理，提出了用裂隙相似度確定裂隙場邊界范圍的方法。
　　 ②對覆巖裂隙演化的規(guī)律進行了分析。借助室內(nèi)相似材

4、料實驗，觀測了工作面推進過程中覆巖裂隙場演化的過程，應用分形理論定量化描述了覆巖裂隙演化的規(guī)律。
　　 ③分析了覆巖裂隙場演化的應力機制。使用FLAC3D軟件中自定義本構(gòu)模型對采動過程中覆巖內(nèi)應力場的演化進行研究，得出了覆巖內(nèi)采動應力的演化規(guī)律，并對比相似材料實驗觀測的裂隙演化結(jié)論解釋了裂隙場演化的力學機制。
　　 ④應用3DEC軟件分析了覆巖裂隙發(fā)育高度與各影響因素的相關性，包括煤層埋深、采高、工作面長、推進速度等，為