石門揭構造軟煤誘發(fā)煤與瓦斯突出模擬試驗研究.pdf

1、大多數(shù)煤與瓦斯突出的發(fā)生和復雜的地質構造有關，這些區(qū)域的煤層被構造運動破壞成了碎裂煤、碎粒煤或糜棱煤，構造軟煤發(fā)育。而石門揭煤突出又是煤與瓦斯突出事故中強度最高和危險性最大的一種礦井瓦斯動力現(xiàn)象。因此，研究地質構造影響下石門揭構造軟煤的突出特性，采取相應的防治措施對煤礦安全高效生產(chǎn)具有十分重要的現(xiàn)實意義和實用價值。本文首先對構造軟煤的物理力學特性進行研究，然后建立石門揭構造軟煤的物理模型，并在實驗室搭建石門揭構造軟煤的試驗平臺進行相似模

2、擬試驗，結合數(shù)值模擬取得了以下主要研究成果:
　　綜合分析了構造軟煤的物理力學特性及其對煤與瓦斯突出的影響。微孔隙發(fā)育、比表面積大、吸附能力強和滲透性低使構造軟煤能夠保存較多的瓦斯;力學強度低使構造軟煤抵御外力作用的能力降低。構造軟煤的物理力學特性是導致構造軟煤帶容易發(fā)生煤與瓦斯突出的重要原因。
　　在地質構造和煤與瓦斯突出關系的研究成果基礎上，構建了壓性斷層帶石門揭構造軟煤突出的試驗模型。模型中有一落差大于煤層厚度的逆斷層

3、，在斷層上盤發(fā)育有褶曲，使煤層厚度發(fā)生了變化，總結了該試驗模型的基本特征并進行了力學分析。
　　基于相似模擬試驗思想和地質力學模型試驗思路，針對淮南礦區(qū)11-2突出煤層的頂?shù)装鍘r性及力學參數(shù)，在實驗室進行了壓性斷層帶石門揭構造軟煤的相似模擬試驗。試驗研究了石門揭構造軟煤過程中煤巖的應力和位移的變化規(guī)律，突出過程中煤層內瓦斯壓力變化規(guī)律，充氣和突出過程中溫度和聲發(fā)射的變化規(guī)律。
　　利用數(shù)值模擬軟件COMSOL Multiph

4、ysics建立了壓性斷層帶石門揭構造軟煤的數(shù)值模型并進行了求解，研究了石門揭構造軟煤過程中的應力演化、裂隙發(fā)展和瓦斯運移規(guī)律。發(fā)現(xiàn)斷層附近存在異常的構造應力場，并與由開挖導致的集中應力相互疊加;瓦斯在突出的啟動和發(fā)展過程中發(fā)揮了重要作用。
　　最后，通過對相似模擬試驗和數(shù)值模擬的結果分析得出:壓性斷層帶石門揭構造軟煤突出是一個由開挖導致的集中應力和異常的構造應力首先使構造軟煤內的彈性潛能增加，為瓦斯撕裂煤體發(fā)生突出創(chuàng)造條件;然后，