突出和冲击地压中层裂现象的机理研究

针对突出和冲击地压中常出现的岩壁应力突然卸载的力学条件,建立简化的层裂发生及发展数学模型。利用动力学理论,分析了岩壁应力突然卸载时应力在岩体中的传播规律,得出了层裂破坏的原因,并通过数值模拟方法再现了层裂过程。结果表明,冲击地压中层裂现象产生的主要原因是由于地应力突然卸载而形成卸载波,该卸载波向深部传播过程中发生部分反射,反射波和入射波叠加使岩石受拉应力而破坏。煤与瓦斯突出中层裂现象的产生不仅受到卸载波反射叠加的影响,还受到瓦斯的影响,分别表现为高压游离瓦斯参与了煤中裂隙的扩展,以及伴随着层裂的间断性出现,瓦斯压力的间断性释放又会产生向深部传播的卸载波。     

冲击载荷作用下弹、塑性组合煤体动态损伤特性研究

以掘进巷道前方分布的弹、塑性组合煤体为研究对象,基于应力波的传播规律,研究冲击载荷作用下煤体中应力波的传播过程,加、卸载波相互作用下拉应力波的形成及作用机理。研究表明:弹、塑性组合煤体在冲击载荷作用前后,加、卸载波在波阻抗不同的分界面将发生反射与透射,形成多束卸载波;卸载波的作用能产生拉应力,易致使煤体发生破坏;冲击载荷作用下掘进工作面前方塑性煤体与弹性煤体的分界面附近煤体中易形成拉应力较大的区域,导致煤体发生急剧损伤、瓦斯解吸速度急剧增加、瓦斯压力急剧上升,从而导致煤与瓦斯突出事故的发生,是由内至外的发展过程;加、卸载应力波在孔洞周围的弹、塑性煤体传播过程中会发生多次反射与透射产生多束卸载波,卸载波之间相互作用产生的拉应力,可使煤与瓦斯突出过程中呈现层裂现象。     

深部高瓦斯煤层冲击地压发生机理研究

针对深部高瓦斯煤层的冲击地压灾害,从瓦斯对煤体强度影响、瓦斯煤体在卸载下的层裂现象及瓦斯煤体积聚静态能量3方面入手,探讨瓦斯煤层冲击地压的发生机理。通过理论推导得出:瓦斯降低了煤体强度,减小了煤体破坏时所需要的能量;含瓦斯煤体突然卸载后,受地应力和瓦斯共同作用会产生层裂现象,削弱了冲击显现区煤体抵抗变形的能力;最终在集中动载荷和耦合静态能量的共同作用下,建立了瓦斯煤层发生冲击地压的能量判据,指出了瓦斯煤体更容易发生冲击地压。此外,在冲击地压发生后往往出现瓦斯异常涌出的现象,瓦斯积聚对安全生产带来隐患,甚至引起煤与瓦斯突出等动力灾害。     

煤与瓦斯突出的流变机理

煤与瓦斯突出的内在因素是应力、瓦斯和煤的物理及力学性质,而外在因素是形成集中应力和造成突然卸载的条件。通过对含瓦斯煤体的流变破坏规律进行研究,得出了对煤岩与瓦斯突出现象全面定量化解释的“流变假说”。     

煤与瓦斯突出瓦斯压力变化规律实验研究

通过煤与瓦斯突出模拟实验,研究了突出过程中瓦斯压力的变化规律,分析了突出过程中瓦斯对煤体的破坏作用。研究发现:应力和瓦斯压力达到一定梯度才能引起煤与瓦斯突出,突出的发动明显滞后于卸压过程;突出发生时,瓦斯压力的变化有明显的规律性,瓦斯压力变化形态呈现出突然降低、快速升高并波动、达到波动峰值后逐渐降低,瓦斯压力的变化形态与突出发展的演化过程有较好的对应性;压出与突出过程中的瓦斯压力变化形态有显著差异。煤体在应力和瓦斯压力差的作用下发生剪切和拉伸破坏,靠近卸压口处的煤体层裂破坏特征明显。     

煤与瓦斯突出流体动力学机理研究

煤与瓦斯突出是威胁煤矿安全生产的重大灾害,近年来随着对深部煤炭资源需求增加,煤和瓦斯突出次数和强度也日趋严重。运用流体动力学基本原理探讨突出过程中瓦斯气体压强和流速变化,研究表明游离态瓦斯气体在煤岩体内高速流动时产生的压强波可在煤层裂隙网中不断积累传播。而煤层中压强波的出现不仅能够改变裂隙中瓦斯气体流速和压力并扩展煤层裂隙,使含瓦斯煤岩体孔隙结构破坏,最终导致煤与瓦斯突出灾害发生。     

煤与瓦斯突出过程的力学作用机理

以“煤与瓦斯突出是一个力学破坏过程”的认识为前提,通过理论分析和数值模拟,对煤与瓦斯突出过程的力学作用机理进行了深入研究.对突出的准备、发动、发展和终止过程重新进行了划分,给出了各个过程详细的描述.在突出准备阶段,围岩发生应力集中和强度破坏,为后续的失稳创造了条件.突出的发动是围岩的突然失稳以及失稳煤岩的快速破坏和抛出.突出的发展是突出孔洞壁煤体由浅入深逐渐破坏并抛出的过程,主要受控于孔洞壁煤体的应力分布以及孔隙和裂隙中的瓦斯压力对煤的拉伸和剪切破坏,并可分为粉化和层裂2个阶段.突出孔壁受堆积煤岩的支撑或孔洞形状变化促使孔洞壁煤体受力状态的改变是突出终止的主因.     

含瓦斯煤在突然卸压下的开裂破坏

为了解炮掘引起的煤体破坏效应，用破裂间断波模型讨论含瓦斯煤在突然卸压条件下的开裂破坏，考虑了煤样的抗拉强度和瓦斯初始压力的影响、计算了破裂波的传播和破裂段的长度，破裂段的计算长工与实验值符合较好。     

煤与瓦斯突出的流变电磁辐射机理探讨

针对当前尚未彻底弄清煤与瓦斯突出的本质,对其发生、发展过程中各主要影响因素的相互关系知之甚少,在前人研究基础上,采用新兴交叉学科理论,建立煤与瓦斯模型,较为详细地论述了地应力、瓦斯、含煤瓦斯和时间等在突出发展过程中相互作用。从而可以考虑用电的方法抑制含瓦斯煤在自然破坏过程中产生的电磁辐射对煤-瓦斯体系的影响来达到防治突出的目的,并利用各阶段的电磁辐射特点来预测、监测煤与瓦斯突出。     

含瓦斯煤断裂电磁辐射的实验研究

通过实验证明，含瓦斯煤在断裂破坏过程中发生的电磁辐射，是与声发射同源产生的一种能量耗散形式，其辐射强弱取决于外加载荷的大小及煤的物理力学性质，间接反映了含瓦斯煤受力破坏情况，有望成为煤与瓦斯突出危险性预测新指标。     

Coal damage mechanism in the developing process of coal and gas outburst

Based on the damage analysis of elliptical aperture, the mechanism of coal damage in the developing process of coal and gas outburst was researched. The results show that the damage to coal by gas is mainly caused by the concentrated tensile stress appearing near the endpoint of the pores. Fractures in coal, gas pressure, ground stress and the tensile strength of the coal matrix are the major controlling factors of this kind of damage. When the ground stress releases abruptly and the gas pressure is high, tensile failure will occur around the endpoint of the small pores due to gas pressure, and the coal may be broken up like powder; this is called pulverization. Otherwise, when the gas pressure is low, the tensile stress can only occur around the endpoint of the large pores and fractures due to gas pressure, the fractures in coal extend and link together, the fracture extension direction is statistically perpendicular to the direction of the minor principal stress. This kind of damage is shown as the stratified spall around the outburst hole. Supported by the National Basic Research Program (973) of China (2005CB221503); the Key Project of Natural Science Foundation of China (50534080)     

煤与瓦斯突出地质控制机理探讨

在综合考察国内外煤与瓦斯突出研究基础上,从瓦斯地质角度深入分析构造煤体、高压瓦斯和构造作用等影响突出发生的关键因素,初步提出以瓦斯突出煤体为核心的煤与瓦斯突出地质控制机理。认为地质构造控制着煤层瓦斯的赋存和构造煤分层破坏程度以及厚度分布,控制着煤与瓦斯突出;煤与瓦斯突出动力现象是一定规模的瓦斯突出煤体在临近采掘工作面煤壁时,卸载引起煤体拉张向深部扩展破坏,煤层透气性高倍增加,同时煤体内大量瓦斯因降压而快速解吸,靠近煤壁的煤体内瞬间形成高动能的气、煤颗粒混合体,类似点爆炸药包,造成煤层严重崩塌破坏,发生煤与瓦斯突出。以郑煤集团大平煤矿“10·20”特大型煤与瓦斯突出为基础,进行地质控制煤与瓦斯突出实例分析,结合新疆自治区煤矿瓦斯地质特征揭示了瓦斯突出煤体发育和分布规律。     

平顶山矿区近构造区域煤与瓦斯突出规律研究

以平顶山矿区发生的突出事故作为研究对象,从构造的影响对其进行研究,并对其发生突出原因进行了分析。研究结果表明:工作面从断层的下降盘向上升盘方向推进时更容易突出,通道形态是影响煤与瓦斯突出发生的主要原因,通道大小是影响突出发生的次要因素,瓦斯的释放条件是影响地质构造区域突出规律出现的唯一因素。     

爆破技术在矿井瓦斯突出防治中的应用

煤与瓦斯突出是煤矿井下采煤过程中发生的一种煤与瓦斯的突然运动,是一种伴有声响和猛烈力能效应的动力现象,危害极其严重。爆破技术在防治突出中起到了非常重要的作用,本文论述其在瓦斯突出防治中的广泛应用。     

推覆构造的动力学特征及其对瓦斯突出的作用机制

逆冲推覆和重力滑覆的共性特征是存在一个以相对低的强度和高的剪切应变为特征的滑脱面或拆离层,分隔着其上下力学性质和应变特征不同的两盘。推覆构造对煤与瓦斯突出的作用机制主要表现为2个方面：① 推覆构造形成过程中低角度滑动对煤体产生广泛的压剪作用,使得煤层作为相对软弱层面结构发生广泛的层域破坏和面域破坏,构造煤非常发育;② 推覆构造的挤压应力环境以及地层增厚效应为瓦斯赋存提供了有利条件,低角度的主滑断裂面(大多为逆断层或逆掩断层)往往构成较好的瓦斯封闭系统,对瓦斯的赋存起一定的控制作用;推覆构造派生的具有压性特征的结构面形成了对煤层瓦斯系统的封闭作用。总体上推覆构造对煤与瓦斯突出的作用机制体现在其为煤与瓦斯突出创造了物质基础--高含量的瓦斯和低强度的煤体。     

Study on the formation mechanism of shock wave in process of coal and gas outburst

According to the research results of motion parameters of coal-gas flow, analyzed the formation mechanism of shock waves at different states of coal-gas flow in the process of coal and gas outburst, and briefly described the two possible cases of outburst shock wave formation and their formation conditions in the process of coal and gas outburst, and then pointed out that a high degree of under-expanded coal-gas flow was the main reason for the formation of a highly destructive shock wave. The research results improved the shock wave theory in coal and gas outburst. Supported by the Key Program of National Basic Research Program of China (973) (2005CB221504); the Key Program of National Natural Science Foundation of China (50534080)     

正断层两盘的瓦斯突出分布特征及其地质成因浅析

煤与瓦斯突出是采煤生产中一种严重的地质灾害,它主要是发生在地质构造环带,对正断层两盘瓦斯突出发生的规律研究表明,突出主要发生在正断层的上盘,导致这一结果的主要原因是突出煤体主要分布于正断层的下降盘。断层构造、构造煤分布及其与瓦斯突出的这种相互控制作用是地史上和现今构造适应力场长期作用的结构。这一规律性认识于揭示瓦斯突出的发生机制和瓦斯突出区域预测有着重要的理论和实践意义,讨论正断层两盘突出煤体的分布规律对于构造地质学也具有一定的启示。     

瓦斯对突出煤力学特性影响试验研究

以具有突出倾向的原煤粉制备的型煤试件为研究对象,对其含瓦斯后煤样加、卸载过程中的力学性质和瓦斯对煤样力学性质的影响进行了试验研究.结果表明:含瓦斯煤加、卸栽过程中产生的残余变形量较大,加载过程变形模量明显要小于卸栽过程,加卸栽曲线形状具有较强的关联性,不同含瓦斯煤样的卸载阶段变形模量变化较大；瓦斯对煤样力学性质的影响主...