瓦斯压力对煤体冲击的影响及其防治
发布时间：2021-12-10 20:44
冲击矿压是煤矿动力灾害之一,其发生是多因素耦合作用的结果。随着矿井采深的增加,高地应力、高瓦斯矿井数量将逐渐增加。煤层中瓦斯的存在将会对煤体力学性质产生巨大的影响,从而对采场静载荷分布以及动载荷的传播造成影响。论文主要从采场动静载两方面,采用实验测定、工程实践、理论分析和数值模拟的方法,研究瓦斯对煤体冲击的影响,并建立高瓦斯矿井冲击矿压监测预警和防治体系。论文首先模拟了三轴压缩条件下,在不同瓦斯压力条件下煤体的力学参数变化规律。研究表明当围压固定,随着模型节点孔隙压力的降低,模型三轴抗压强度、残余强度、内聚力、内摩擦角逐渐增加;利用库伦-摩尔强度准则,引入瓦斯压力改变量?P,描述了瓦斯压力与煤岩体单轴抗压强度曲线的关系,并得出煤体单轴抗压强度随着瓦斯压力的降低而增大的规律。以海石湾煤矿6124-1工作面为研究背景,用理论分析法,研究瓦斯压力对采场动静载荷的影响。得出以下结果:（1）利用有效应力原理以及静水围压状态极限平衡方程,建立了极限平衡区的范围与瓦斯压力之间的关系式;利用极限平衡区水平方向应力平衡方程建立了支承压力峰值与瓦斯压力的关系式;得出随着瓦斯压力降低,支承压力峰值位置向煤壁...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
海石湾煤矿一采区煤样取样地点Figure2-1CoalsamplinglocationinHaishiwanCoalMine
硕士学位论文62不同瓦斯压力条件下煤体力学参数变化规律2VariationofMechanicalParametersofCoalMasswithDifferentGasPressure2.1无瓦斯条件下煤样物理力学参数测定结果（MeasurementResultsofMechanicalParametersofCoalSampleswithoutGasPressure）海石湾煤矿煤样物理力学参数测定所需要的煤岩样均在一采区进行采样。煤样来自于煤层工作面。其中取样地点共有四个，取样地点分布情况如图2-1所示。由于煤层抽采作用以及煤样加工前经过约两周的外置暴露时间，因此可将所得煤样近似看做无瓦斯煤样，并用于制备试样。由于煤层厚度约为30m，根据GB/T25216.2-2010，当煤层厚度超过10m时，应分层对煤层力学参数进行测定。海石湾煤二层平均厚度为26m，因此，煤体参数测定应分为三层分别测定。煤样的取样地点共有三个分别为上部煤二层：6125-1工作面进风顺槽25-19点前46m取样；中部：6124-1工作面回采采止线进风顺槽A35点前12.4m，回风顺槽A60点前38.2m；下部：6123-2工作面回风顺槽23-10点前21.5m处取样。图2-1海石湾煤矿一采区煤样取样地点Figure2-1CoalsamplinglocationinHaishiwanCoalMine将取出的不规格煤样进行加工，制成50mm×100mm的圆柱体煤样，用于煤样进行基本力学参数测定。图2-2为部分所制得的煤样实物照片。图2-2煤样制备以及参数测定Figure2-2Coalsamplepreparationandparameterdetermination
雍愣ㄆ?逖沽Φ哪讯龋?菊陆诓捎肍LAC3D数值模拟软件建立煤样模型，并根据章节2.1所得无瓦斯压力条件下煤样的基本力学参数对数值模型赋参。利用FLAC3D中内置的渗流模块，对数值模型内部节点设置不同孔隙压力，来研究三向应力状态下，在不同围压以及不同瓦斯压力作用下，煤体的力学参数变化规律。2.2.1模型建立以及模拟方案参考实际三轴实验，在模拟的过程中建立半径为0.025m，高度为0.1m的柱体试样模型，如图2-3所示。对模型赋予Mohr-Coulomb本构关系。试样物理力学参数设定参考章节2.1中所得到的结果，如图2-3所示。图2-3FLAC3D标准试样模型Figure2-3FLAC3DStandardSampleModel表2-2模型试样物理力学参数Table2-2mechanicalparametersofmodelsample岩性摩擦角/(°)直径/mm高度/mm岩层密度/(kg·m-3)剪切模量/GPa体积模量/GPa粘聚力/MPa煤485010013281.491.672.8设置其体积模量、剪切模量、内摩擦角、内聚力和抗拉强度，如表2-2所示。分别模拟得到模型处于围压为5MPa和10MPa条件下在不同孔隙压力作用下的
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤冲击破坏过程规律及同源声电响应特征[J]. 李振雷,何学秋,窦林名,王桂峰,宋大钊,娄全. 岩石力学与工程学报. 2019(10)
[2]冲击载荷下三轴煤体动力学分析及损伤本构方程[J]. 王恩元,孔祥国,何学秋,冯俊军,鞠云强,李金铎. 煤炭学报. 2019(07)
[3]基于动静载叠加原理的冲击矿压灾害防治技术研究[J]. 窦林名,白金正,李许伟,贺虎. 煤炭科学技术. 2018(10)
[4]冲击地压分类防治体系研究与应用[J]. 翟明华,姜福兴,齐庆新,郭信山,刘懿,朱斯陶. 煤炭学报. 2017(12)
[5]采空区煤柱失稳诱发下煤层冲击机理研究[J]. 瞿孝昆,姜福兴,王慧涛,朱斯陶,张明,徐柯,张威涛. 采矿与安全工程学报. 2017(06)
[6]大孤岛工作面区域性剪切破坏冲击机理研究[J]. 王玉霄,姜福兴,王永宝,刘维信,方婷. 金属矿山. 2017(10)
[7]深部开采动静载荷作用下复合动力灾害致灾机理研究[J]. 尹光志,李星,鲁俊,李铭辉. 煤炭学报. 2017(09)
[8]上保护层煤柱引发被保护层冲击机理研究[J]. 姜福兴,王玉霄,李明,曲延伦. 岩土工程学报. 2017(09)
[9]基于能量耗散率的钻孔防冲效果评价方法[J]. 王书文,潘俊锋,刘少虹,夏永学,杨磊,高晓进. 煤炭学报. 2016(S2)
[10]煤矿冲击矿压动静载叠加原理及其防治[J]. 窦林名,何江,曹安业,巩思园,蔡武. 煤炭学报. 2015(07)
博士论文
[1]卸围压条件下含瓦斯煤岩力学特性的研究[D]. 黄启翔.重庆大学 2011
[2]含瓦斯煤力学特性及煤与瓦斯延期突出机理研究[D]. 李晓泉.重庆大学 2010
[3]采动影响下断层滑移诱发煤岩冲击机理研究[D]. 李志华.中国矿业大学 2009
[4]组合煤岩的强度弱化减冲原理及其应用[D]. 陆菜平.中国矿业大学 2008
本文编号：3533361
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
海石湾煤矿一采区煤样取样地点Figure2-1CoalsamplinglocationinHaishiwanCoalMine
硕士学位论文62不同瓦斯压力条件下煤体力学参数变化规律2VariationofMechanicalParametersofCoalMasswithDifferentGasPressure2.1无瓦斯条件下煤样物理力学参数测定结果（MeasurementResultsofMechanicalParametersofCoalSampleswithoutGasPressure）海石湾煤矿煤样物理力学参数测定所需要的煤岩样均在一采区进行采样。煤样来自于煤层工作面。其中取样地点共有四个，取样地点分布情况如图2-1所示。由于煤层抽采作用以及煤样加工前经过约两周的外置暴露时间，因此可将所得煤样近似看做无瓦斯煤样，并用于制备试样。由于煤层厚度约为30m，根据GB/T25216.2-2010，当煤层厚度超过10m时，应分层对煤层力学参数进行测定。海石湾煤二层平均厚度为26m，因此，煤体参数测定应分为三层分别测定。煤样的取样地点共有三个分别为上部煤二层：6125-1工作面进风顺槽25-19点前46m取样；中部：6124-1工作面回采采止线进风顺槽A35点前12.4m，回风顺槽A60点前38.2m；下部：6123-2工作面回风顺槽23-10点前21.5m处取样。图2-1海石湾煤矿一采区煤样取样地点Figure2-1CoalsamplinglocationinHaishiwanCoalMine将取出的不规格煤样进行加工，制成50mm×100mm的圆柱体煤样，用于煤样进行基本力学参数测定。图2-2为部分所制得的煤样实物照片。图2-2煤样制备以及参数测定Figure2-2Coalsamplepreparationandparameterdetermination
雍愣ㄆ?逖沽Φ哪讯龋?菊陆诓捎肍LAC3D数值模拟软件建立煤样模型，并根据章节2.1所得无瓦斯压力条件下煤样的基本力学参数对数值模型赋参。利用FLAC3D中内置的渗流模块，对数值模型内部节点设置不同孔隙压力，来研究三向应力状态下，在不同围压以及不同瓦斯压力作用下，煤体的力学参数变化规律。2.2.1模型建立以及模拟方案参考实际三轴实验，在模拟的过程中建立半径为0.025m，高度为0.1m的柱体试样模型，如图2-3所示。对模型赋予Mohr-Coulomb本构关系。试样物理力学参数设定参考章节2.1中所得到的结果，如图2-3所示。图2-3FLAC3D标准试样模型Figure2-3FLAC3DStandardSampleModel表2-2模型试样物理力学参数Table2-2mechanicalparametersofmodelsample岩性摩擦角/(°)直径/mm高度/mm岩层密度/(kg·m-3)剪切模量/GPa体积模量/GPa粘聚力/MPa煤485010013281.491.672.8设置其体积模量、剪切模量、内摩擦角、内聚力和抗拉强度，如表2-2所示。分别模拟得到模型处于围压为5MPa和10MPa条件下在不同孔隙压力作用下的
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤冲击破坏过程规律及同源声电响应特征[J]. 李振雷,何学秋,窦林名,王桂峰,宋大钊,娄全. 岩石力学与工程学报. 2019(10)
[2]冲击载荷下三轴煤体动力学分析及损伤本构方程[J]. 王恩元,孔祥国,何学秋,冯俊军,鞠云强,李金铎. 煤炭学报. 2019(07)
[3]基于动静载叠加原理的冲击矿压灾害防治技术研究[J]. 窦林名,白金正,李许伟,贺虎. 煤炭科学技术. 2018(10)
[4]冲击地压分类防治体系研究与应用[J]. 翟明华,姜福兴,齐庆新,郭信山,刘懿,朱斯陶. 煤炭学报. 2017(12)
[5]采空区煤柱失稳诱发下煤层冲击机理研究[J]. 瞿孝昆,姜福兴,王慧涛,朱斯陶,张明,徐柯,张威涛. 采矿与安全工程学报. 2017(06)
[6]大孤岛工作面区域性剪切破坏冲击机理研究[J]. 王玉霄,姜福兴,王永宝,刘维信,方婷. 金属矿山. 2017(10)
[7]深部开采动静载荷作用下复合动力灾害致灾机理研究[J]. 尹光志,李星,鲁俊,李铭辉. 煤炭学报. 2017(09)
[8]上保护层煤柱引发被保护层冲击机理研究[J]. 姜福兴,王玉霄,李明,曲延伦. 岩土工程学报. 2017(09)
[9]基于能量耗散率的钻孔防冲效果评价方法[J]. 王书文,潘俊锋,刘少虹,夏永学,杨磊,高晓进. 煤炭学报. 2016(S2)
[10]煤矿冲击矿压动静载叠加原理及其防治[J]. 窦林名,何江,曹安业,巩思园,蔡武. 煤炭学报. 2015(07)
博士论文
[1]卸围压条件下含瓦斯煤岩力学特性的研究[D]. 黄启翔.重庆大学 2011
[2]含瓦斯煤力学特性及煤与瓦斯延期突出机理研究[D]. 李晓泉.重庆大学 2010
[3]采动影响下断层滑移诱发煤岩冲击机理研究[D]. 李志华.中国矿业大学 2009
[4]组合煤岩的强度弱化减冲原理及其应用[D]. 陆菜平.中国矿业大学 2008
本文编号：3533361
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