深部采动下含瓦斯煤水气两相流渗流特性与失稳破坏规律研究

瓦斯灾害是我国最严重的煤矿灾害之一，不仅造成重大人员伤亡和财产损失，而且造成了恶劣的社会影响，使我国煤矿安全生产面临极大挑战。针对我国煤层深部开采背景，本项目以矿井深部含瓦斯煤为研究对象，开展含瓦斯煤在不同温度、不同渗透压及加卸载条件下一系列水气两相流的渗流三轴实验；基于实验结果，分析围压、温度、渗透压和全应力-应变过程对煤样渗透性和力学性质的影响，获得含瓦斯煤水气两相流的渗透特性、应力-应变关系、硬化/软化规律、屈服条件及强度特征，揭示含瓦斯煤水气两相流的渗流规律和变形破坏机理。在此基础上建立含瓦斯煤深部开采下水气两相流渗流规律、加卸载强度准则及含瓦斯煤的应力-渗流-温度-损伤耦合模型，并根据实验数据对数值模拟结果进行检验。将所构建的应力-渗流-温度-损伤耦合模型应用到深部煤层开采数值分析中，揭示煤与瓦斯突出与冲击地压互为诱导机理，为深部煤层安全开采、瓦斯高效抽放提供可靠的理论依据。

近年来，随着开采深度的增加、瓦斯压力的增大和开采条件的日趋复杂，煤与瓦斯突出发生的强度及造成的伤亡不断增长，煤与瓦斯突出的预测和防治工作形势十分严峻。针对我国煤层深部开采背景，本项目以矿井深部含瓦斯煤为研究对象，利用改造的含瓦斯煤三轴渗流系统开展了含瓦斯煤在不同温度、不同渗透压及加卸载条件下一系列水气两相流的渗流三轴实验。为了揭示含瓦斯煤水气两相流的渗流规律和变形破坏机理，基于实验结果，分析了围压、温度、渗透压和全应力-应变过程对煤样渗透性和力学性质的影响，获得了含瓦斯煤水气两相流的渗透特性、应力-应变关系、屈服条件及强度特征。同时还提出了考虑克氏效应的含瓦斯煤渗透率的计算方法。根据实验结果和数据分析，建立了含瓦斯煤深部开采下水气两相流渗流规律、加卸载强度准则及含瓦斯煤水气两相应力-渗流-温度-损伤耦合模型，并根据实验数据对数值模拟结果进行检验。将所构建的应力-渗流-温度-损伤耦合模型应用到了河南的首山矿中，为该矿煤与瓦斯突出的治理提供了有价值的指导结论。