真三轴应力条件下破断煤体力学响应及渗流特性试验研究

为探究煤炭深部开采过程中破断区域煤体的力学及渗流特性,利用多功能真三轴流固耦合试验系统,结合计算机断层扫描(CT)技术分析破断煤体破坏后的内部裂隙分布情况,获得不同中间主应力下破断煤体的强度特征、渗透率演化及破坏模式。研究结果表明:真三轴应力条件下破断煤体呈现出脆-延性破坏特征,随着中间主应力的增大,峰值强度呈现先增大后减小的变化趋势;破断煤体的渗透率在临近破坏前并未出现大幅增长,在进入峰后阶段总体呈下降趋势,且在峰前阶段变化更为明显;破断煤体破坏后的裂隙形式以剪切裂隙为主,宏观剪切破裂面呈现非对称分布特征。应根据现场煤层破断区域构造应力和裂隙结构的变化,调整煤层破断区域瓦斯抽采或破碎煤岩巷道注浆加固方案,保障深部煤炭安全开采。

综放开采冒落顶煤体堆积状态与放出率定量化研究

影响顶煤体冒落后堆积状态与放出率的主要因素有顶煤体厚度、采煤机割煤高度、顶煤体破断角、顶煤体滞后垮落距离、直接顶垮落与堆积特性。通过对比分析得出,顶煤、直接顶不同组合条件下,顶煤体冒落堆积状态的差异性是造成厚硬顶煤放出率低的根本原因。基于中硬、硬煤的顶煤破断角<90°条件下顶煤体的冒落特性,将其运动轨迹简化为圆周运动和自由落体运动,建立顶煤体冒落堆积计算模型,得出冒落顶煤在支架后方形成“四边形堆积”或“三角形堆积”状态。通过理论推导得出两种堆积状态的具体参数公式,并提出顶煤放出率的量化计算公式。研究表明:顶煤体冒落堆积轮廓由影响顶煤体冒落堆积的5个因素决定,顶煤放出率由其冒落堆积轮廓决定。由此可得,影响顶煤冒落堆积的5个因素与顶煤放出率定量关系为顶煤放出率与顶煤体破断角呈对数增大规律、与顶煤体滞后垮落距离呈指数减小规律、与顶煤厚度呈指数减小规律、与采煤机割煤高度呈指数增大规律、与矸石的充填角度呈指数增大规律、与自然安息角呈指数减小规律。这些研究成果不仅可以定量计算出工作面顶煤的放出率,为不同开采条件下厚硬顶煤的放出率研究提供预测模型,也可为厚硬顶煤弱化方案选取及效果评价提供理论指导。