采動(dòng)影響下煤巖力學(xué)特性及瓦斯運(yùn)移規(guī)律研究

《采動(dòng)影響下煤巖力學(xué)特性及瓦斯運(yùn)移規(guī)律研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、采動(dòng)影響下煤巖力學(xué)特性及?瓦斯運(yùn)移規(guī)律研究重慶大學(xué)博士學(xué)位論文學(xué)生姓名：李文璞指導(dǎo)教師：尹光志教授專業(yè)：礦業(yè)工程學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)資源及環(huán)境科學(xué)學(xué)院二O一四年十月?國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）項(xiàng)目（2011CB201203）國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51374256、51204217、51174241)國家科技重大專項(xiàng)課題(2011ZX05034-004)萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)ResearchonMechanicalCharacteristicsandGasMigrationLawofCoalinfluencedbyMining

2、?AThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEngineeringByLiWenpuSupervisedbyProf.YinGuangzhiSpecialty：MiningEngineeringCollegeofResourceandEnvironmentalScienceofChongqingUniversityOctober，2014NationalBasicResearchProgra

3、mofChina(973Program)(2011CB201203)NationalNaturalScienceFoundationofChina(51374256、51204217、51174241)NationalScienceandTechnologyMajorProjectsofChina(2011ZX05034-004)萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)中文摘要摘要隨著煤礦開采深度的增加，地應(yīng)力、瓦斯壓力增大，煤層的滲透性降低，瓦斯災(zāi)害事故頻繁發(fā)生。由于采動(dòng)的影響，煤巖應(yīng)力發(fā)生重新分布，經(jīng)歷了加載和卸載共同作用的復(fù)雜應(yīng)力途徑。以往多采用常規(guī)的加

4、載方式對(duì)煤巖的力學(xué)和滲透特性進(jìn)行研究，這與實(shí)際情況有較大的差異。為此，本文采用試驗(yàn)研究、理論分析、數(shù)值模擬等相結(jié)合的方法，利用自行研制的“含瓦斯煤熱流固耦合三軸伺服滲流實(shí)驗(yàn)裝置”，對(duì)常規(guī)加載條件和不同加卸載條件下含瓦斯煤的力學(xué)特性和滲透規(guī)律進(jìn)行試驗(yàn)研究，揭示不同加卸載條件下含瓦斯煤的變形模量、泊松比、強(qiáng)度以及滲透特性等變化規(guī)律；研制了“多場多相耦合下多孔介質(zhì)壓裂-滲流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”并進(jìn)行了煤巖不同開采條件下力學(xué)特性及滲透率變化規(guī)律的試驗(yàn)研究；利用“多場耦合煤礦動(dòng)力災(zāi)害大型模擬試驗(yàn)系統(tǒng)”對(duì)真三軸應(yīng)力狀態(tài)下大尺度煤巖在常規(guī)加載及不同開采條件下的

5、力學(xué)及滲流特性進(jìn)行研究；建立了常規(guī)加載及不同加卸載條件下含瓦斯煤的有效應(yīng)力計(jì)算公式及滲透率與有效應(yīng)力關(guān)系的公式；采用數(shù)值計(jì)算的方法，對(duì)煤層瓦斯在采動(dòng)影響條件下工作面前方和采空區(qū)上方采動(dòng)裂隙場中瓦斯運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行數(shù)值模擬分析。本文主要研究成果如下：①采動(dòng)應(yīng)力影響下煤巖的應(yīng)力路徑表現(xiàn)為軸向應(yīng)力加載和圍壓卸載的共同作用。含瓦斯煤的承載強(qiáng)度與不同的加卸載條件有如下關(guān)系：加卸載煤樣的承載強(qiáng)度隨初始軸力的升高呈指數(shù)關(guān)系降低，隨圍壓卸載速度的增加呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系降低，隨初始圍壓的升高呈指數(shù)關(guān)系降低，隨瓦斯壓力的升高呈線性關(guān)系降低。變形模量隨軸向應(yīng)變的增加

6、均呈先迅速減小然后緩慢減小直至破壞后保持基本穩(wěn)定的趨勢；不同加卸載條件下含瓦斯煤的泊松比均表現(xiàn)出隨著軸向應(yīng)變的增加先逐漸減小后迅速增加最后基本保持穩(wěn)定。②常規(guī)加載與加卸載條件下煤樣滲透率與應(yīng)變的關(guān)系在屈服前規(guī)律有所不同，屈服前常規(guī)加載滲透率與應(yīng)變呈二次曲線關(guān)系減?。欢有遁d滲透率隨應(yīng)變首先呈線性關(guān)系增加然后呈二次曲線關(guān)系減小。煤樣屈服后兩種條件下滲透率與應(yīng)變的關(guān)系規(guī)律基本相同，即呈指數(shù)關(guān)系增大，且與軸向應(yīng)變呈正指數(shù)關(guān)系增大，與徑向應(yīng)變和體積應(yīng)變呈負(fù)指數(shù)關(guān)系增大。③三軸加載及加卸載條件下含瓦斯煤變形破壞過程中彈性應(yīng)變能的變化趨勢與軸向應(yīng)力

7、的變化趨勢相對(duì)應(yīng)。圍壓卸載過程中，含瓦斯煤單元耗散能隨著卸載位置軸向壓力的增加而增加，且其占單元總能量增加量的比例增大。④自行研制了“多場多相耦合下多孔介質(zhì)壓裂–滲流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”，并利用該系統(tǒng)進(jìn)行了常規(guī)加載及不同開采條件下煤巖的試驗(yàn)研究。常規(guī)加載條件含瓦斯煤的I萬方數(shù)據(jù)重慶大學(xué)博士學(xué)位論文峰值強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開采條件下含瓦斯煤的峰值強(qiáng)度，無煤柱開采、放頂煤開采、保護(hù)層開采三種開采條件下含瓦斯煤及不含瓦斯煤的峰值強(qiáng)度依次降低。⑤真三軸應(yīng)力狀態(tài)下大尺度煤巖滲透率變化曲線與體積應(yīng)變變化曲線有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，滲透率均首先隨著體積應(yīng)變的增加而減小，然后

8、隨著體積應(yīng)變的減小而有不同程度的增加。無煤柱開采、放頂煤開采、保護(hù)層開采煤巖滲透率在減小階段其減小量依次減小，滲透率在增加階段其增加量逐漸增加。一定瓦斯壓力范圍內(nèi)，瓦斯壓力越大，大尺度煤巖滲透率減小量越小，