基于氣體驅(qū)動(dòng)的煤與瓦斯突出機(jī)理研究.pdf

1、隨著煤礦開采深度和強(qiáng)度的增加，煤層瓦斯賦存特性更加復(fù)雜，以煤與瓦斯突出為主的瓦斯動(dòng)力災(zāi)害越來越嚴(yán)重?；诰C合作用假說的煤與瓦斯突出機(jī)理研究得到大部分學(xué)者的認(rèn)可，但是不同的地質(zhì)條件和開采方式導(dǎo)致煤與瓦斯突出差異較大，綜合假說中的各個(gè)因素在不同類型的突出中所體現(xiàn)的作用也不一樣。因此需要針對(duì)同一類型突出深入分析主控因素的作用。本文針對(duì)構(gòu)造帶煤與瓦斯突出的控制因素，深入分析氣體在突出全過程的作用機(jī)制，為基于綜合作用假說的煤與瓦斯突出分類和定量研

2、究奠定基礎(chǔ)。
　　本文以構(gòu)造帶軟煤和非構(gòu)造帶硬煤為研究對(duì)象，利用自制的煤與瓦斯突出試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行甲烷和二氧化碳?xì)怏w作用下的煤與瓦斯突出試驗(yàn)。系統(tǒng)分析氣體驅(qū)動(dòng)作用下煤與瓦斯突出規(guī)律，并對(duì)氣體在突出各階段的作用機(jī)制進(jìn)行了深入研究，獲得的主要結(jié)論如下：
　?、倩诰C合作用假說分析了構(gòu)造帶煤與瓦斯突出的控制因素，認(rèn)為構(gòu)造帶煤與瓦斯突出主要受氣體驅(qū)動(dòng)的影響。氣體驅(qū)動(dòng)的核心是構(gòu)造帶存在高壓瓦斯富集區(qū)，為突出的發(fā)生和發(fā)展提供動(dòng)力支持；構(gòu)造帶

3、破碎的煤體是氣體驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)，煤體可以儲(chǔ)存較多的氣體且易于破壞；氣體驅(qū)動(dòng)的觸發(fā)條件是采掘活動(dòng)對(duì)低滲煤巖體造成的瞬間破壞，導(dǎo)致瓦斯富集區(qū)的氣體快速泄壓。
　?、跒橄到y(tǒng)分析氣體驅(qū)動(dòng)作用對(duì)煤與瓦斯突出的影響，自主研發(fā)了一套基于氣體驅(qū)動(dòng)的煤與瓦斯突出試驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能在三維應(yīng)力、不同氣體組分、不同氣體壓力以及不同溫度條件下，采用不同尺寸原煤或型煤進(jìn)行煤與瓦斯突出試驗(yàn)以及煤與瓦斯延時(shí)突出試驗(yàn)，也可進(jìn)行滲流以及常規(guī)力學(xué)試驗(yàn)等。試驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)記錄

4、和分析應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、氣體壓力、氣體含量及聲發(fā)射信號(hào)等參數(shù)的變化。
　　③深入對(duì)比分析了構(gòu)造帶軟煤與非構(gòu)造帶硬煤的宏細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征，發(fā)現(xiàn)兩種煤樣在物質(zhì)組成、孔隙結(jié)構(gòu)特征和強(qiáng)度特征等方面存在較大的差異，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，核磁共振測(cè)試技術(shù)為無損檢測(cè)和顯示煤樣中孔隙結(jié)構(gòu)特征提供了一種新的手段。
　?、荛_展了甲烷和二氧化碳?xì)怏w作用下軟煤與硬煤的煤與瓦斯突出試驗(yàn)。分析了氣體對(duì)煤體的破壞規(guī)律和對(duì)突出強(qiáng)度的影響規(guī)律，以及突出過程中聲發(fā)射

5、的演化特征。
　　⑤定量分析突出孕育階段甲烷和二氧化碳?xì)怏w與兩種煤樣的相互作用機(jī)制。基于試驗(yàn)結(jié)果，建立了吸附量與突出強(qiáng)度的關(guān)系表達(dá)式，揭示了煤體吸附氣體的動(dòng)態(tài)變形特征。根據(jù)表面物理化學(xué)與彈性力學(xué)等原理建立了三維應(yīng)力下煤樣吸附氣體變形模型。
　　⑥基于氣體對(duì)煤體裂紋擴(kuò)展的力學(xué)判據(jù)和煤樣解吸特征，研究氣體破壞煤體的作用機(jī)制，并分析了二氧化碳?xì)怏w對(duì)煤體的破壞更為明顯的原因。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力較小時(shí)氣體壓力是造成軟煤和硬煤起裂的主要?jiǎng)恿?/p>