煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害新的分類及誘發(fā)轉(zhuǎn)化條件研究.pdf

1、生產(chǎn)實(shí)際表明,深部高瓦斯煤層發(fā)生的動(dòng)力災(zāi)害往往表現(xiàn)出兼具煤與瓦斯突出和沖擊地壓兩種災(zāi)害的特征。上述非典型動(dòng)力災(zāi)害的出現(xiàn),為其定性帶來了難題,而災(zāi)害的定性將決定其相應(yīng)的預(yù)防和治理措施。因此,有必要把沖擊地壓和煤與瓦斯突出統(tǒng)一起來進(jìn)行研究,建立新的煤巖動(dòng)力災(zāi)害分類體系,研究災(zāi)害間的誘發(fā)轉(zhuǎn)化條件,從而為災(zāi)害的定性和預(yù)防治理提供理論指導(dǎo)。本論文依托國(guó)家重大基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)課題“煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的動(dòng)力學(xué)演化機(jī)理”和國(guó)家自然基金重點(diǎn)項(xiàng)

2、目“煤與瓦斯突出機(jī)理及探測(cè)預(yù)防基礎(chǔ)研究”,以煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害新的分類及誘發(fā)轉(zhuǎn)化條件為中心,進(jìn)行了如下幾個(gè)方面的研究:
　　 (1)針對(duì)發(fā)生非典型動(dòng)力災(zāi)害的煤的性質(zhì)區(qū)別于一般的突出構(gòu)造軟煤和發(fā)生典型沖擊的硬脆煤的特點(diǎn),本文利用瓦斯氣體密封系統(tǒng),提出了測(cè)定含瓦斯煤體力學(xué)指標(biāo)的類單軸實(shí)驗(yàn)方法；并通過實(shí)驗(yàn)研究,得到了有效圍壓為零條件下瓦斯對(duì)煤樣力學(xué)性質(zhì)和力學(xué)響應(yīng)的影響規(guī)律。
　　 (2)針對(duì)深部條件下“三高”開采的生產(chǎn)實(shí)際,論文

3、通過實(shí)驗(yàn)研究了不同圍壓、溫度和瓦斯吸附壓力條件下,煤樣瓦斯的解吸特性及滲透率的變化規(guī)律,分析了不同條件下應(yīng)力、瓦斯和溫度對(duì)災(zāi)害發(fā)生的不同作用機(jī)制。
　　 (3)煤巖的破壞失穩(wěn)是煤巖體損傷不斷累積和斷裂逐漸發(fā)展的結(jié)果?；诖?通過理論和模擬研究分析了煤巖裂隙的擴(kuò)展演化規(guī)律和破壞特征,認(rèn)為煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的失穩(wěn)破壞主要可分為準(zhǔn)靜載作用下的流變剪切破壞和動(dòng)載作用下的瞬時(shí)拉伸破壞兩種形式,并建立了各自的力學(xué)分析模型。
　　 (4

4、)能量轉(zhuǎn)化是物質(zhì)物理過程的本質(zhì)特征,物質(zhì)破壞是能量驅(qū)動(dòng)下的一種失穩(wěn)現(xiàn)象。煤巖動(dòng)力災(zāi)害的發(fā)生過程實(shí)質(zhì)上就是能量釋放和能量耗散的綜合結(jié)果。因此,論文在分析煤巖系統(tǒng)破壞失穩(wěn)過程中能量來源的基礎(chǔ)上,結(jié)合沖擊地壓和煤與瓦斯突出發(fā)生的能量本質(zhì),建立了煤巖動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生的統(tǒng)一能量方程,分析了煤巖系統(tǒng)破壞失穩(wěn)過程中的能量傳遞過程,并提出了災(zāi)害發(fā)生的能量判據(jù)。
　　 (5)根據(jù)煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的統(tǒng)一能量方程和瓦斯在其中參與程度的不同,建立了煤巖瓦斯

5、災(zāi)害新的分類體系--典型的煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害(包括沖擊地壓和煤與瓦斯突出)和非典型的煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害(包括煤巖瓦斯壓出和煤巖瓦斯突出),并提出了區(qū)分非典型動(dòng)力災(zāi)害即煤巖瓦斯壓出和煤巖瓦斯沖擊的實(shí)驗(yàn)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)例證明了此鑒別方法的科學(xué)性、可行性。
　　 (6)論文結(jié)合高瓦斯煤層沖擊地壓和突出的異同點(diǎn),以實(shí)驗(yàn)研究和理論分析為基礎(chǔ),提出了煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的統(tǒng)一理論,建立了兩種災(zāi)害在孕育發(fā)生和發(fā)展等不同階段的誘發(fā)轉(zhuǎn)化條件,研究了不同

6、應(yīng)力分布對(duì)煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的控制作用,分析了采場(chǎng)和巷道發(fā)生動(dòng)力災(zāi)害的各自特征。
　　 (7)研究及實(shí)踐表明,鉆屑量指標(biāo)對(duì)預(yù)測(cè)以地應(yīng)力為主導(dǎo)因素的動(dòng)力災(zāi)害較為敏感,是深部高瓦斯煤層動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)的重要參考指標(biāo)之一。常用的最大鉆屑量指標(biāo)僅僅反映了某一點(diǎn)的應(yīng)力情況,而動(dòng)力災(zāi)害的發(fā)生主要是由于應(yīng)力狀態(tài)的突然改變產(chǎn)生的,也就是應(yīng)力變化梯度的大小是決定災(zāi)害發(fā)生的主要因?yàn)?。因?論文提出了考察應(yīng)力變化情況的新的鉆屑量指標(biāo),即鉆屑增量變化指標(biāo)。結(jié)