本文關(guān)鍵詞：深部采動應(yīng)力影響下煤與瓦斯突出物理模擬試驗研究

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【摘要】：煤與瓦斯突出是發(fā)生在煤礦生產(chǎn)過程中的一種極其復(fù)雜的動力現(xiàn)象,是嚴(yán)重威脅國內(nèi)外煤礦安全生產(chǎn)的自然災(zāi)害之一。近年來,隨著采掘深度不斷增加,地應(yīng)力與瓦斯壓力不斷加大,煤炭開采的地質(zhì)條件和技術(shù)條件也日趨復(fù)雜,導(dǎo)致煤與瓦斯突出礦井的數(shù)目不斷增多,突出次數(shù)也日益頻繁,同時由于煤礦井下開采活動,使煤巖體中地應(yīng)力場發(fā)生變化,在掘進工作面或回采工作面前方將形成由卸壓區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)和原始應(yīng)力區(qū)組成的“三帶”,給煤與瓦斯突出的預(yù)防與治理帶來更大的困難�；诿号c瓦斯突出的綜合作用假說,本文在對成型煤樣進行基本物理力學(xué)參數(shù)測定的基礎(chǔ)上,利用煤礦災(zāi)害動力學(xué)與控制國家重點實驗室(重慶大學(xué))自主研發(fā)的多場耦合煤礦動力災(zāi)害大型模擬試驗系統(tǒng)和美國聲學(xué)物理公司生產(chǎn)的PCI-2型聲發(fā)射系統(tǒng)進行了深部采動條件下不同應(yīng)力集中系數(shù)對煤與瓦斯突出影響的物理模擬試驗,對試驗過程中儲層氣壓、煤體溫度、煤體聲發(fā)射特性、煤體變形、打擊力特性、突出強度、突出煤粉的分選性、突出孔洞等進行了研究,取得了以下主要成果:(1)從煤與瓦斯突出的孕育到突出終止過程中,儲層氣壓和煤體溫度在時空演化規(guī)律上較為一致:抽真空過程中,氣壓下降、溫度隨之下降;充氣吸附過程中,氣壓上升、溫度隨之上升;突出過程中氣壓和溫度都表現(xiàn)為先迅速下降然后慢慢趨于穩(wěn)定,且距突出口距離越近,氣壓和溫度下降越快、下降量越大,其中突出口附近氣壓出現(xiàn)多次上升再下降現(xiàn)象。煤體聲發(fā)射特性表現(xiàn)為:AE計數(shù)和AE能量在煤與瓦斯突出孕育階段較弱,在突出階段較強,當(dāng)突出之后氣壓和溫度趨于穩(wěn)定時,無明顯聲發(fā)射信號。(2)突出的發(fā)展是煤體由突出啟動點向周圍逐漸破壞并拋出的過程,且突出過程具有陣發(fā)性,表現(xiàn)為煤體的間歇式多次拋出以及氣壓和打擊力的反復(fù)升降;突出過程中氣壓等壓面近似以突出口為球心呈球面分布,且氣體解吸區(qū)域近似呈球殼狀逐漸向外擴展,球殼附近氣壓梯度較大。煤與瓦斯突出過程對突出煤粉具有明顯的分選性:突出后大粒徑煤粉質(zhì)量比例下降,小粒徑煤粉質(zhì)量比例上升,并且小粒徑煤粉主要分布在突出區(qū)域中部。(3)應(yīng)力集中系數(shù)(K)對煤與瓦斯突出具有顯著的影響:K值越大,應(yīng)力加載過程中煤體應(yīng)變越大、突出過程中氣壓下降越慢、突出過程中AE計數(shù)和AE能量峰值越高、突出過程中打擊力峰值越高、相對突出強度越大、突出孔洞體積越大、煤粉的分選作用越明顯。而突出過程中煤體溫度的變化與K值關(guān)系不大。
【關(guān)鍵詞】：煤與瓦斯突出 物理模擬 采動應(yīng)力 應(yīng)力集中系數(shù) 時空演化
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD713
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 問題的提出及研究意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 煤與瓦斯突出機理10-11
• 1.2.2 煤與瓦斯突出物理模擬試驗研究11-13
• 1.2.3 深部采動條件下采動應(yīng)力分布規(guī)律研究13-16
• 1.3 研究內(nèi)容及技術(shù)路線16-19
• 1.3.1 研究內(nèi)容16-18
• 1.3.2 技術(shù)路線18-19
• 2 煤與瓦斯突出過程物理模擬試驗方法19-35
• 2.1 煤樣采集與加工19-22
• 2.1.1 煤樣采集19-20
• 2.1.2 試件制作20-22
• 2.2 物理模擬試驗研究系統(tǒng)22-28
• 2.2.1 試驗裝置22-23
• 2.2.2 模型相似常數(shù)23-24
• 2.2.3 模型坐標(biāo)系24-28
• 2.3 物理模擬試驗研究方案與步驟28-34
• 2.3.1 深部采動條件下采動應(yīng)力分布規(guī)律與試驗方案制定28-29
• 2.3.2 試驗步驟29-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 3 煤基本物理力學(xué)性質(zhì)測試分析35-49
• 3.1 工業(yè)分析35
• 3.2 孔隙特征分析35-42
• 3.2.1 表面孔隙結(jié)構(gòu)36-40
• 3.2.2 內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)40-42
• 3.3 模型煤樣滲透特性42-45
• 3.4 模型煤樣力學(xué)特性45-47
• 3.5 本章小結(jié)47-49
• 4 煤與瓦斯突出過程動力學(xué)演化特征49-75
• 4.1 煤與瓦斯突出全過程分析49-51
• 4.2 煤與瓦斯突出孕育過程51-61
• 4.2.1 抽真空51-54
• 4.2.2 應(yīng)力加載54-57
• 4.2.3 充氣吸附57-61
• 4.3 煤與瓦斯突出動力學(xué)演化特征61-70
• 4.3.1 突出過程中的氣壓演化規(guī)律61-66
• 4.3.2 突出過程中的溫度演化規(guī)律66-68
• 4.3.3 突出過程中的聲發(fā)射特性68-69
• 4.3.4 突出過程中的打擊力演化規(guī)律69-70
• 4.4 煤與瓦斯突出過程中煤粉的拋出特征70-74
• 4.4.1 突出強度70-71
• 4.4.2 突出孔洞形態(tài)71
• 4.4.3 突出煤粉分選性71-74
• 4.5 本章小結(jié)74-75
• 5 深部采動應(yīng)力對煤與瓦斯突出影響分析75-91
• 5.1 應(yīng)力集中系數(shù)對煤與瓦斯突出孕育過程的影響75-77
• 5.2 應(yīng)力集中系數(shù)對煤與瓦斯突出發(fā)展過程的影響77-81
• 5.2.1 應(yīng)力集中系數(shù)對氣壓演化的影響77-79
• 5.2.2 應(yīng)力集中系數(shù)對溫度演化的影響79
• 5.2.3 應(yīng)力集中系數(shù)對聲發(fā)射特性的影響79-81
• 5.2.4 應(yīng)力集中系數(shù)對打擊力演化的影響81
• 5.3 應(yīng)力集中系數(shù)對煤粉拋出特征的影響81-90
• 5.3.1 應(yīng)力集中系數(shù)對突出強度的影響81-83
• 5.3.2 應(yīng)力集中系數(shù)對突出孔洞形態(tài)的影響83-86
• 5.3.3 應(yīng)力集中系數(shù)對突出煤粉分選性的影響86-90
• 5.4 本章小結(jié)90-91
• 6 結(jié)論與展望91-93
• 6.1 主要結(jié)論91-92
• 6.2 后續(xù)研究工作展望92-93
• 致謝93-95
• 參考文獻(xiàn)95-101
• 附錄101
• A作者在學(xué)習(xí)期間發(fā)表的論文101
• B作者在學(xué)習(xí)期間參加的科研項目101

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