本文關鍵詞：巖漿巖床下伏含瓦斯煤體損傷滲透演化特性及致災機制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：煤巖瓦斯動力災變包括煤與瓦斯突出、瓦斯異常涌出、沖擊地壓、頂板來壓等災害,其實質(zhì)就是含瓦斯煤巖體損傷破壞后的失穩(wěn)動力現(xiàn)象。生產(chǎn)實踐表明,對于某些覆巖中存在堅硬巖漿巖床的采場,煤巖瓦斯動力災變尤為嚴重。本文以巖漿巖床下伏10煤層瓦斯動力災變嚴重的淮北楊柳煤礦為工程背景,以“巖漿巖床-含瓦斯煤”系統(tǒng)為研究對象,通過理論分析、實驗室試驗、數(shù)值模擬等手段,分別從熱作用和力作用角度開展了巖漿熱事件對下伏煤層瓦斯賦存的控制作用、堅硬頂板巖層結(jié)構(gòu)失穩(wěn)模型及沖擊力能效應、加卸載條件下含瓦斯煤損傷-滲透演化機制、巖漿巖床結(jié)構(gòu)失穩(wěn)誘發(fā)煤巖瓦斯動力災變機制等研究,并取得了一定的創(chuàng)新成果。本文的主要研究結(jié)論如下:(1)開展了巖漿熱演化煤體的物性特征實驗,分析了巖漿熱事件對下伏煤層瓦斯賦存的控制作用,發(fā)現(xiàn)巖漿侵入時的熱演化作用提高了煤的變質(zhì)程度,促進了煤體的二次生烴,并提高了煤對瓦斯的吸附能力和瓦斯擴散速度;頂板巖漿巖床和環(huán)形巖墻的圈閉作用阻止了煤層次生瓦斯的逸散;巖漿侵入的推擠作用對地層產(chǎn)生附加構(gòu)造應力,造成煤體物理結(jié)構(gòu)破壞。因此,巖漿巖覆蓋區(qū)域煤體的煤巖瓦斯動力災變傾向性遠大于未受巖漿侵入影響的煤體,松軟煤體和富集瓦斯為煤巖瓦斯動力災變奠定了物質(zhì)基礎。(2)分析了堅硬頂板巖層的應力分布特征和失穩(wěn)破斷規(guī)律,構(gòu)建了堅硬頂板巖層結(jié)構(gòu)見方失穩(wěn)模型,認為堅硬頂板巖層在采空區(qū)見方或接近見方時最容易發(fā)生正“O-X”型失穩(wěn)破斷;從應力和能量角度分析了堅硬頂板巖層結(jié)構(gòu)失穩(wěn)后對下伏煤體的沖擊力能效應,認為應力矢量疊加的效果等同于增加了采動煤體的埋深并誘發(fā)煤體的不可逆損傷破壞,能量標量疊加的結(jié)果則是誘發(fā)采動煤體瓦斯動力災變的根本原因。(3)分析了堅硬頂板巖層結(jié)構(gòu)失穩(wěn)能量積聚-傳播-耗散規(guī)律,提出了基于沖擊力能的致災關鍵層判別準則,并將頂板巖層劃分為致災關鍵層、致災弱層和非致災層。計算得第二層巖漿巖床失穩(wěn)破斷后的致災系數(shù)為9.67,具有誘發(fā)10煤層煤巖瓦斯動力災變的能力。(4)設計了恒圍壓加軸壓、恒軸壓卸圍壓和同時加軸壓卸圍壓三種力學路徑,開展了含瓦斯煤應力-損傷-滲透同步試驗,認為加卸載方式顯著影響著煤體的損傷程度和損傷-滲透時間響應特性,按損傷程度和響應速度排序均依次是:同時加軸壓卸圍壓恒軸壓卸圍壓恒圍壓加軸壓;煤體的損傷、滲透特性具有顯著的圍壓效應;造成塑性變形煤體損傷-滲透特性差異的本質(zhì)原因是差應力比的不同;煤體損傷、滲透特性是協(xié)同演化的,但滲透率變化相對于損傷具有時間滯后特性。(5)基于損傷變量服從Welbull分布的假設,將聲發(fā)射累計數(shù)歸一化并進行擬合,構(gòu)建了基于聲發(fā)射特征和差應力比的含瓦斯煤統(tǒng)計損傷模型;分析了基于有效應力壓縮、煤基質(zhì)吸附膨脹變形和熱膨脹變形綜合作用的彈性變形煤體孔隙率變化規(guī)律,在此基礎上,分析了基于損傷擴容的塑性變形煤體孔隙率變化規(guī)律,進而構(gòu)建了塑性變形煤體滲透率演化模型。(6)研究了巖漿侵入熱演化作用、瓦斯圈閉作用、構(gòu)造應力作用和巖床結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的動載荷作用對災變潛能與災變耗能的影響,綜合計算了巖漿巖床下伏含瓦斯煤系統(tǒng)的災變潛能與災變耗能,提出了巖漿巖床下伏煤巖瓦斯動力災變的能量判據(jù),分析了巖漿巖床下伏煤巖瓦斯動力災變傾向性和必要條件,揭示了巖漿巖床結(jié)構(gòu)失穩(wěn)誘發(fā)煤巖瓦斯動力災變機制,并在楊柳煤礦得以驗證。
【關鍵詞】：巖漿巖床 含瓦斯煤 損傷演化 滲透率 動力災變
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD712
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• 英文摘要7-9
• Extended Abstract9-25
• 變量注釋表25-29
• 1 緒論29-45
• 1.1 選題背景及意義29-30
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀30-42
• 1.3 存在的問題42
• 1.4 主要研究內(nèi)容和思路42-45
• 2 巖漿熱事件對下伏煤層瓦斯賦存的控制作用45-61
• 2.1 楊柳礦巖漿巖床分布特征45-49
• 2.2 煤樣的采集與制備49-50
• 2.3 巖漿熱事件對煤的巖相學特性影響50-54
• 2.4 巖漿熱事件對煤的工業(yè)分析影響54-55
• 2.5 巖漿熱事件對煤的吸附解吸特性影響55-58
• 2.6 巖漿巖床下伏煤層突出危險特征分析58-59
• 2.7 巖漿熱事件對下伏煤層瓦斯賦存的控制作用59-60
• 2.8 本章小結(jié)60-61
• 3 堅硬頂板巖層結(jié)構(gòu)失穩(wěn)模型及沖擊力能效應61-85
• 3.1 堅硬頂板巖層結(jié)構(gòu)的形成與力學模型61-62
• 3.2 堅硬頂板巖層結(jié)構(gòu)見方失穩(wěn)模型62-72
• 3.3 堅硬頂板巖層結(jié)構(gòu)失穩(wěn)能量積聚-傳播-耗散規(guī)律72-74
• 3.4 堅硬頂板巖層結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的沖擊力能效應74-77
• 3.5 基于沖擊力能的致災關鍵層判別準則77-80
• 3.6 堅硬頂板巖層結(jié)構(gòu)失穩(wěn)及能量釋放數(shù)值模擬驗證80-83
• 3.7 本章小結(jié)83-85
• 4 加卸載條件下含瓦斯煤應力-損傷-滲透同步試驗85-127
• 4.1 試驗設備與方法85-89
• 4.2 試驗方案與步驟89-91
• 4.3 煤巖基本力學特性測定分析91-94
• 4.4 不同加卸載方式下型煤聲發(fā)射-滲透試驗結(jié)果94-103
• 4.5 型煤聲發(fā)射-滲透試驗結(jié)果分析103-121
• 4.6 加卸載方式對型煤損傷-滲透特性影響機制121-125
• 4.7 本章小結(jié)125-127
• 5 加卸載條件下含瓦斯煤損傷-滲透演化機制127-145
• 5.1 含瓦斯煤裂紋擴展特性分析127-131
• 5.2 基于聲發(fā)射特征的含瓦斯煤統(tǒng)計損傷模型131-133
• 5.3 塑性變形煤體滲透率演化模型133-142
• 5.4 加卸載條件下含瓦斯煤損傷-滲透演化機制142-143
• 5.5 本章小結(jié)143-145
• 6 巖漿巖床結(jié)構(gòu)失穩(wěn)致災機制及其防治方法145-161
• 6.1 巖漿巖床下伏煤巖瓦斯動力災變條件與能量判據(jù)145-147
• 6.2 巖漿巖床結(jié)構(gòu)失穩(wěn)致災機制147-148
• 6.3 巖漿巖床下伏煤巖瓦斯動力災變傾向性分析148-152
• 6.4 巖漿巖床下伏離層瓦斯災變機制152-155
• 6.5 巖漿巖床下伏煤巖瓦斯動力災變防治方法155-157
• 6.6 工程防治措施157-159
• 6.7 本章小結(jié)159-161
• 7 主要結(jié)論、創(chuàng)新點及展望161-165
• 7.1 主要結(jié)論161-163
• 7.2 創(chuàng)新點163-164
• 7.3 展望164-165
• 參考文獻165-183
• 作者簡歷183-186
• 學位論文數(shù)據(jù)集186

  本文關鍵詞：巖漿巖床下伏含瓦斯煤體損傷滲透演化特性及致災機制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：399112