采动条件下被保护层瓦斯卸压增透机理研究

保护层开采作为一种典型的煤与瓦斯安全开采形式在煤矿生产中具有重要的意义。通过由半无限开采积分模型求解得到的岩体内部位移场表达式并与相似模拟被保护层沉降曲线对比,研究发现理论模型可以较好地反映煤层实际变形。建立了"两带"裂隙分布模型及其简化力学模型,通过正交设计的全应力应变渗透试验发现,瓦斯渗透主要分为3个过程,发现瓦斯渗透急剧变化在体积应变达到0.015处,对比理论体积应变分布曲线,得出体积应变沿沉降范围总体上呈对称分布,在中心区域存在一个体积应变大于0.015的范围,可见其正处于渗透率急剧增加阶段,其卸压增透效果最好。研究结果为被保护层瓦斯卸压增透计算提供了参考。

采动煤岩体瓦斯渗透率分布规律与演化过程

基于潘一矿煤田地质背景,以保护层开采为代表,开展相似模拟试验,通过Matlab软件实时捕获标记点位置并通过像素点演算其坐标,得到采场体积应变分布,可有效地反映采场膨胀-压缩变形分布。同时进一步开展全应力应变渗透试验,建立体积应变与渗透率的耦合关系方程,绘制采场的渗透率分布。研究发现随着工作面向前推进,体积膨胀变形与渗透率演化分布是一致的,上保护层渗透特性演化滞后于保护层,并且随着垮落区的形成与再压密,渗透率也逐渐减小,形成类蝌蚪状分布。

采动工作面前方煤岩体积变形及瓦斯增透研究

研究工作面前方煤岩体瓦斯渗透率分布对合理抽取瓦斯具有技术指导意义。通过简化孔隙、裂隙等效力学模型,建立标准圆柱煤岩体试件的等效力学模型,推导含单一裂隙的纯煤岩试样等效轴向、径向与体积应变,并推广应用到含多种裂隙的多种介质组合结构,通过试验验证理论力学模型具有较好的可靠性。以淮南张集矿11-2煤层工作面回采为原型,通过数值计算得到3种典型开采的支承压力峰值集中系数,并推导出支承压力与水平应力分布表达式,其能综合考虑开采条件、影响范围与采动卸压产生的体积膨胀变形。建立体积应变与渗透率之间的多项式关系式,并给出采动条件下不同开采方式下的体积应变分布曲线与渗透率分布曲线,根据其各阶段的特征差异划分为不同的阶段,为工作面抽采瓦斯提供了理论依据。

考虑厚跨比的基桩下伏溶洞顶板冲切特性试验研究

根据相似理论,设计并完成了4组厚跨比条件下基桩下伏溶洞顶板冲切特性大比例室内模型试验,得到了基桩和顶板的荷载-位移曲线、顶板底面的应变-位移曲线,并分析了桩-溶洞体系冲切特性承载机制。结果表明,基桩荷载-位移曲线在加载过程中出现了两个较为明显的弹塑性区;顶板表面荷载-位移曲线中,厚跨比ξ<0.125和ξ<0.200时的位移在加载过程中出现回弹。与此同时,试验板底面应变变化与底面裂缝的发展趋势相吻合。试验板的冲切破坏是剪切效应和弯曲效应综合作用的结果,随着厚跨比的增大,桩-溶洞体系的极限承载力有所增大,位移量有所减小,剪切效应趋于明显,弯曲效应逐渐消失。冲切锥台的形状随着厚跨比变化显著,厚跨比ξ<0.250时,冲切锥台较为厚实,且沿边界破坏;厚跨比ξ<0.200时,冲切锥台则不受限制。最后,通过分析4组厚跨比条件下试验板冲切锥台,拟合了冲切锥台破坏母线与厚跨比x和基桩直径d的关系曲线,为岩溶区基桩溶洞顶板的理论研究和工程实践提供了依据。