富含瓦斯煤扩容阶段物理力学特性实验研究

煤炭是我国能源的主体。但随开采深度增加，煤层应力、瓦斯含量和瓦斯压力增大，煤与瓦斯突出日趋严重。高瓦斯压力、富含瓦斯煤峰前扩容阶段的物理力学特性是识别煤与瓦斯突出灾变前兆信息进而预测预报的关键要素，亟待深入研究。本课题采用自主研制的测试仪对高瓦斯压力条件下含瓦斯煤样的应力应变关系进行实验研究，获得瓦斯压力对含瓦斯煤扩容起始点的影响规律；在此基础上，开展不同围压、不同瓦斯压力条件下扩容阶段含瓦斯煤样物理力学特性的实验研究，获得高瓦斯压力条件下扩容阶段含瓦斯煤的强度特征参数和变形特征参数；同时开展不同围压、不同初始瓦斯压力条件下，含瓦斯煤扩容阶段煤体内所赋存瓦斯的解吸吸附规律实验研究。综合实验结果，分析在高瓦斯压力条件下，富含瓦斯煤在峰前扩容阶段的物理力学特性，为识别煤与瓦斯突出灾变的前兆信息，有效的预测预报防治煤与瓦斯突出提供正确的理论依据。

课题在自主研制的含瓦斯煤气固耦合实验系统基础上研发了实时监测系统，对高瓦斯压力条件下含瓦斯煤样的应力应变关系进行实验研究，获得了瓦斯压力对含瓦斯煤扩容起始点的影响规律；在此基础上，获得了高瓦斯压力条件下扩容阶段含瓦斯煤的强度特征参数和变形特征参数；同时开展了含瓦斯煤扩容阶段煤体内所赋存瓦斯的解吸吸附规律实验研究；研制了基于冲击加载条件下的瓦斯气固耦合密封装置。研究发现，含瓦斯煤扩容临界应力值随着瓦斯压力增加而降低、扩容率随瓦斯压力增加而增大、瓦斯突变压力梯度随初始瓦斯压力增加而增大，初始瓦斯压力增大，煤体爆裂粉化加剧，失稳致灾敏感性增强。瓦斯煤气固耦合介质的扩容力学特性，正是深井采动扩容致灾力学本质所在。