循环荷载下含瓦斯煤抗剪性能及煤与瓦斯突出实时预报研究

随着开采深度的增加煤与瓦斯突出日益严重。本项目基于"煤与瓦斯突出是因采矿活动导致地应力场、煤岩结构和瓦斯状态与流动的变化而诱发的内、外营力作用下使煤体发生局部断裂破坏形成突出源时，产生一定强度的振动形成周期应力波反复作用于煤体上，最终诱发煤与瓦斯突出发生"观点，开展对煤结构及煤岩物理力学性质进行测试分析及对含瓦斯煤的瓦斯渗流特性、瓦斯吸附解吸特性进行实验研究；不同瓦斯压力、不同加载速率条件下循环荷载作用时含瓦斯煤抗剪性能实验研究；不同粒级分布、不同瓦斯压力、不同突出口径、不同地应力条件下煤与瓦斯突出过程三维物理模拟实验研究；建立含瓦斯煤应力－温度－渗流多场耦合数学模型和运用该模型对煤与瓦斯突出过程及应力场、温度场和渗流场的演化规律进行三维数值分析，以探明煤与瓦斯突出过程及煤体内应力场、温度场和渗流场的演化规律和突出强度与突出煤粒的分布规律，为煤矿深部开采煤与瓦斯突出实时预报奠定理论基础。

基于“煤与瓦斯突出是因采矿活动导致地应力场、煤岩结构和瓦斯状态与渗流的变化而诱发的内、外营力共同作用下使煤体发生局部断裂破坏形成突出源时，产生一定强度的振动形成周期应力波反复作用于煤体上，最终诱发煤与瓦斯突出发生。”之观点，为深入研究矿井煤与瓦斯突出发生机制，本项目以山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司赵庄矿和寺河矿、重庆松藻煤电公司打通一矿和石壕煤矿、重庆天府矿业有限责任公司三汇一矿等煤矿的煤样为研究对象，并以重庆天府矿业有限责任公司三汇一矿和重庆松藻煤电公司石壕煤矿为工程背景，利用自主研发的含瓦斯煤岩细观剪切试验装置、含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置和大型煤与瓦斯突出模拟试验台等实验设备，开展了以下究工作：1)对煤岩结构及其基本物理力学性质、含瓦斯煤的力学特性及其渗流特性、煤层瓦斯吸附解吸特性等的实验研究；2)对不同瓦斯压力、不同加载速率、不同法向应力等条件下含瓦斯煤岩抗剪性能的实验研究；3)对不同粒级分布、不同瓦斯压力、不同突出口径、不同地应力等条件下煤与瓦斯突出过程三维物理模拟实验研究；4)运用所建立的含瓦斯煤应力－温度－渗流多场耦合数学模型，对煤与瓦斯突出过程及其应力场、温度场和渗流场的演化规律进行了三维数值仿真分析，探讨了煤与瓦斯突出过程及其煤体内应力场、温度场和渗流场的演化规律以及突出强度与突出煤粒的分布规律，为煤矿深部开采煤与瓦斯突出预测预报奠定理论基础；5)基于提出的煤与瓦斯突出危险性区域预测的强度判据及其能量判据，结合矿区三维地应力场数值分析，对重庆天府矿业有限责任公司三汇一矿K1煤层煤与瓦斯突出危险性进行了预测预报，初步构建了煤与瓦斯突出预测预报理论与方法体系。