构造与采动耦合作用下瓦斯压力场演化规律研究

：煤与瓦斯突出是煤矿生产中面临的严重灾害之一。针对目前煤与瓦斯突出中高瓦斯压力形成机制及突出中巨源瓦斯来源问题，本项目采用理论分析、实验室测试、现场观测、数值计算等方法，分析地质构造影响下瓦斯赋存与运移规律、不同围压条件下煤体渗透特性，在此基础上综合研究地质构造和采动耦合作用下工作面前方煤体裂隙演化规律、瓦斯压力分布特征、瓦斯压力场演化规律等，阐明煤与瓦斯突出中高瓦斯压力场演化的地质构造和采动应力场耦合作用机制，揭示煤与瓦斯突出中巨源瓦斯压力的来源问题。研究成果将进一步深入认识煤与瓦斯突出的发生机制，为改进煤与瓦斯突出灾害的防治提供理论支撑。

本项目采用理论分析、实验室测试、现场观测、数值计算等方法，分析了地质构造影响下瓦斯赋存与运移规律，采动作用下工作面前方煤体裂隙演化规律和瓦斯压力分布特征，提出了综合考虑地质构造、采动和瓦斯压力的煤与瓦斯突出模型。研究表明，地质构造不仅为煤与瓦斯突出的发生提供了动力源，同时也为煤与瓦斯突出提供了物质基础—瓦斯和低强度的煤体。在采掘影响下，掘进头前方煤体应力重新分布，形成了应力降低区、应力升高区、原岩应力区。煤在煤体软弱条件下，掘进工作面前方存在一个高瓦斯压力区。根据掘进工作面瓦斯压力场分布特征，本研究构建考虑高瓦斯压力作用的一种煤与瓦斯突出模型，模型中将煤与瓦斯突出的动力源归结为构造、采动应力和高瓦斯压力。随着工作面推进，靠近塑性区的煤体结构由于破坏变为破碎区，弹性区的外部边界(靠近巷道侧)将向地质构造影响区转移。弹性区以动态的方式逐步向地质体方向靠近，弹性区的范围在逐渐变小的。当变小的弹性区无力支撑外部应力时，该区域将发生失稳破坏。同时由于地质构造影响区的工作面侧煤体破坏，应力状态发生改变，其内部也将出现结构破坏，释放大量能量，从而出现煤与瓦斯突出。产生煤与瓦斯突出动力效应的煤岩体范围远远大于被抛出的煤岩体，煤与瓦斯突出中常出现的瓦斯涌出量远大于抛出煤体本身瓦斯含量情况，是由于更大范围内的煤体参与了突出的发生，其中的瓦斯解吸涌出，造成瓦斯涌出量极大增加。