【摘 要】
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随着我国煤矿开采深度的增加,在深部高地应力、高瓦斯压力及高瓦斯含量等条件综合作用下,煤与瓦斯突出、冲击地压等动力灾害的相互作用更加凸显,呈现出灾害的复合发生,使得深部矿井煤岩瓦斯动力灾害的发生机理愈加复杂、防治愈加困难。因此,研究深部开采条件下煤与瓦斯突出、冲击地压复合型煤岩动力灾害的孕灾机制具有重大意义。本论文依托国家自然科学基金“深部采动影响下冲击-突出复合动力灾害孕灾机制研究”、重庆市杰出青
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随着我国煤矿开采深度的增加,在深部高地应力、高瓦斯压力及高瓦斯含量等条件综合作用下,煤与瓦斯突出、冲击地压等动力灾害的相互作用更加凸显,呈现出灾害的复合发生,使得深部矿井煤岩瓦斯动力灾害的发生机理愈加复杂、防治愈加困难。因此,研究深部开采条件下煤与瓦斯突出、冲击地压复合型煤岩动力灾害的孕灾机制具有重大意义。本论文依托国家自然科学基金“深部采动影响下冲击-突出复合动力灾害孕灾机制研究”、重庆市杰出青年科学基金“深井煤岩组合结构动力失稳特征及其气固耦合作用机制研究”、中国煤炭科工集团有限公司科技创新创业资金专项“深部煤岩瓦斯复合动力灾害小型模拟实验研究”,主要采用理论分析、实验研究相结合的方法,重点开展了含瓦斯煤岩组合体力学破坏小型实验装置研制及含瓦斯煤岩组合体失稳破坏过程能量演化规律分析,取得了以下主要成果:(1)研制了一套含瓦斯煤岩组合体力学破坏小型实验装置,实现了含瓦斯煤岩组合体失稳破坏过程中岩石部分、煤体部分应力应变的全过程、实时同步监测。(2)以突出煤相似材料配比制作及其工艺为基础,配制出了具有较高强度、较好吸附性能的型煤,其单轴抗压强度为6.19MPa~6.58MPa,二氧化碳放散初速度为34mmHg~35mmHg。(3)开展了不同顶板岩性、岩煤高度比、加载速率和瓦斯压力等条件下的含瓦斯煤岩组合体力学破坏实验,测试了煤岩组合体中岩石、煤体及组合体的应力应变变化,分析了不同影响因素对煤岩组合体力学破坏特征的影响,发现含瓦斯煤岩组合体在力学破坏应力达到峰值后,岩石呈现“应变回弹、弹性能释放”特征,充分证明了深部环境下煤层顶板岩层组合的强度、厚度及煤层回采强动压等因素会导致煤与瓦斯突出发生时有更多的围岩系统弹性能参与,突出强度更大。(4)分析了含瓦斯煤岩组合体失稳破坏过程的能量演化,推导计算了岩石、煤体以及组合体各部分的能量密度,研究了岩石积聚弹性能对组合体力学破坏的影响程度,量化分析了不同条件下煤岩组合体中岩体峰后释放弹性能的规律。结果表明:在瓦斯的作用下,增强了煤岩组合体中岩体对煤体的能量传递,削弱了煤体发生破坏所耗散的能量。这为进一步分析深部高冲击性采场域环境下煤层顶板组合及围岩系统释放弹性能的“释放路径”、“释放量”及其与突出强度增大间量化关系奠定了基础,有利于深井冲击-突出复合型动力灾害的防治。
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