基于能量理论的含瓦斯煤体突出失稳倾向分析

为了分析构造煤的非稳态扩散特性对构造煤体能量失稳评判的影响,利用稳态和非稳态瓦斯扩散模型,建立了原生煤和构造煤的初始瓦斯扩散系数与压力的函数关系式;基于现有的能量公式,构建了煤体的吸附和游离瓦斯膨胀能的计算模型;分析了埋深与突出能量的关系,探讨了不同埋深条件煤体的突出能量失稳倾向性,获得了构造煤层突出临界埋深为190 m;最后通过现场瓦斯动力现象对结论的准确性进行了验证。

初始应力状态及路径对含瓦斯软硬组合煤体失稳的影响

考虑初始应力状态,以原生煤和构造煤形成的软硬组合煤体为研究对象,分析其在3种应变情况下的主应力变化,得到考虑初始应力状态的界面不协调变形及附加应力的表达式,结合摩尔-库伦强度准则评判了组合煤体的强度特征及破坏形式;依据煤体参数讨论3种不同应力路径对组合煤体失稳过程的影响;分析初始应力及应力变化对附加应力的影响并对组合煤体失稳的预防提出了相应建议.结果表明:2种煤体应变性质差异及界面黏聚力的存在,使得界面出现不协调变形及附加应力.附加应力改变了界面煤体的最小主应力,使组合煤体强度关系复杂,不同应变情况下的失稳形式多达7种.水平应力减小垂向应力增加的应力路径下组合煤体最容易出现破坏,该应力路径下组合煤体破坏时的应力集中系数为1.58,卸载掉的水平应力为2.06 MPa,显著低于水平应力不变垂向应力增加及水平应力减小垂向应力不变2种应力路径.垂向应力与水平应力引起的附加应力差异导致不同应力路径下组合煤体破坏形式出现变化,由界面原生煤首先破坏转变为远离界面构造煤首先破坏.初始应力状态与应力路径变化均通过影响组合煤体不协调变形与界面附加应力来影响界面煤体强度,进而影响组合煤体的失稳过程.