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《重庆大学》 2010年
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煤岩瓦斯动力灾害新的分类及诱发转化条件研究

王振  
【摘要】:生产实际表明,深部高瓦斯煤层发生的动力灾害往往表现出兼具煤与瓦斯突出和冲击地压两种灾害的特征。上述非典型动力灾害的出现,为其定性带来了难题,而灾害的定性将决定其相应的预防和治理措施。因此,有必要把冲击地压和煤与瓦斯突出统一起来进行研究,建立新的煤岩动力灾害分类体系,研究灾害间的诱发转化条件,从而为灾害的定性和预防治理提供理论指导。本论文依托国家重大基础研究发展计划(973计划)课题“煤岩瓦斯动力灾害的动力学演化机理”和国家自然基金重点项目“煤与瓦斯突出机理及探测预防基础研究”,以煤岩瓦斯动力灾害新的分类及诱发转化条件为中心,进行了如下几个方面的研究: (1)针对发生非典型动力灾害的煤的性质区别于一般的突出构造软煤和发生典型冲击的硬脆煤的特点,本文利用瓦斯气体密封系统,提出了测定含瓦斯煤体力学指标的类单轴实验方法;并通过实验研究,得到了有效围压为零条件下瓦斯对煤样力学性质和力学响应的影响规律。 (2)针对深部条件下“三高”开采的生产实际,论文通过实验研究了不同围压、温度和瓦斯吸附压力条件下,煤样瓦斯的解吸特性及渗透率的变化规律,分析了不同条件下应力、瓦斯和温度对灾害发生的不同作用机制。 (3)煤岩的破坏失稳是煤岩体损伤不断累积和断裂逐渐发展的结果。基于此,通过理论和模拟研究分析了煤岩裂隙的扩展演化规律和破坏特征,认为煤岩瓦斯动力灾害的失稳破坏主要可分为准静载作用下的流变剪切破坏和动载作用下的瞬时拉伸破坏两种形式,并建立了各自的力学分析模型。 (4)能量转化是物质物理过程的本质特征,物质破坏是能量驱动下的一种失稳现象。煤岩动力灾害的发生过程实质上就是能量释放和能量耗散的综合结果。因此,论文在分析煤岩系统破坏失稳过程中能量来源的基础上,结合冲击地压和煤与瓦斯突出发生的能量本质,建立了煤岩动力灾害发生的统一能量方程,分析了煤岩系统破坏失稳过程中的能量传递过程,并提出了灾害发生的能量判据。 (5)根据煤岩瓦斯动力灾害的统一能量方程和瓦斯在其中参与程度的不同,建立了煤岩瓦斯灾害新的分类体系——典型的煤岩瓦斯动力灾害(包括冲击地压和煤与瓦斯突出)和非典型的煤岩瓦斯动力灾害(包括煤岩瓦斯压出和煤岩瓦斯突出),并提出了区分非典型动力灾害即煤岩瓦斯压出和煤岩瓦斯冲击的实验方法。实验结果和实例证明了此鉴别方法的科学性、可行性。 (6)论文结合高瓦斯煤层冲击地压和突出的异同点,以实验研究和理论分析为基础,提出了煤岩瓦斯动力灾害的统一理论,建立了两种灾害在孕育发生和发展等不同阶段的诱发转化条件,研究了不同应力分布对煤岩瓦斯动力灾害的控制作用,分析了采场和巷道发生动力灾害的各自特征。 (7)研究及实践表明,钻屑量指标对预测以地应力为主导因素的动力灾害较为敏感,是深部高瓦斯煤层动力灾害预测的重要参考指标之一。常用的最大钻屑量指标仅仅反映了某一点的应力情况,而动力灾害的发生主要是由于应力状态的突然改变产生的,也就是应力变化梯度的大小是决定灾害发生的主要原因。因此,论文提出了考察应力变化情况的新的钻屑量指标,即钻屑增量变化指标。结合采掘工作面支承压力的分区特点,在整体把握钻屑增量指标的前提下,论文着重把握两个拐点处量值的变化。理论分析和实践证明,采用钻屑增量指标,再辅以最大钻屑量指标,则可更好的反映工作面的应力变化情况,从而能够更为准确的预测深部高瓦斯煤层灾害发生的可能性。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TD712

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 张丽萍;;考虑吸附变形的煤层气流固热耦合数学模型及数值模拟[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
3 杨润全;;深井中厚煤层突出预测敏感指标临界值研究[A];2010年安徽省科协年会——煤炭工业可持续发展专题研讨会论文集[C];2010年
4 常先隐;;远距离下保护层开采瓦斯治理效果分析[A];2010年安徽省科协年会——煤炭工业可持续发展专题研讨会论文集[C];2010年
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8 范立民;蔡选良;;陕西省煤矿瓦斯地质图与瓦斯地质规律研究[A];安全高效矿井安全保障技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2011)[C];2011年
9 武光辉;石军宏;何涛;;高瓦斯矿井立井井筒快速揭煤实践研究[A];安全高效矿井安全保障技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2011)[C];2011年
10 张进军;刘宁川;昝军才;;大佛寺煤矿掘进工作面卸压松动圈范围的确定[A];安全高效矿井安全保障技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2011)[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 杨宏民;井下注气驱替煤层甲烷机理及规律研究[D];河南理工大学;2010年
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6 彭晓华;辽宁矿区煤层气开采渗流规律研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
7 杨艳国;寺河矿煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出预警系统研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
8 赵扬锋;煤岩变形破裂电荷感应规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
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10 李刚;水岩耦合作用下软岩巷道变形机理及其控制研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭柯;陶二井田瓦斯地质规律研究与瓦斯预测[D];河南理工大学;2010年
2 杨付领;潞安矿区3#煤层瓦斯地质规律与瓦斯预测[D];河南理工大学;2010年
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4 杨文旺;七星矿井瓦斯地质规律与瓦斯预测[D];河南理工大学;2010年
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7 陈建伟;松软煤层回采工作面前方煤体应力分布及位移变化特征[D];河南理工大学;2010年
8 姚春雨;黄陵二号煤矿综采工作面采空区瓦斯流动规律数值模拟研究[D];河南理工大学;2010年
9 孙锐;泥浆介质非等压条件下煤芯瓦斯解吸规律研究[D];河南理工大学;2010年
10 陈建忠;潘三矿C13-1煤层掘进工作面敏感指标及临界值研究[D];河南理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王固态,刘振华,李云珍,代荣和;提高煤层瓦斯抽放率的高能气体致裂技术研究[J];火炸药学报;2000年04期
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨宏民;井下注气驱替煤层甲烷机理及规律研究[D];河南理工大学;2010年
2 袁东升;近距离保护层开采多场演化及安全岩柱研究[D];河南理工大学;2010年
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
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【相似文献】
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10 张记龙;王志斌;李晓;田二明;;基于光谱吸收和谐波检测的瓦斯浓度测量技术[J];中北大学学报(自然科学版);2008年01期
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6 李宏艳;;割煤高度对综放工作面瓦斯浓度分布状态影响分析[A];第六届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2011年
7 罗大贤;;强抽采重利用,实现治理和利用的良性循环[A];煤矿安全工程实用技术新进展[C];2008年
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3 本报记者 徐俊华 周迎久;瓦斯经氧化废物变资源[N];中国环境报;2011年
4 晋煤集团董事长、党委书记 武华太;探寻瓦斯治本之策 开发利用新型能源[N];山西日报;2011年
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6 万水平;让“第一杀手”为企业创利[N];中国矿业报;2010年
7 本报记者 常素莉 通讯员 薛喜忠 李志方;“恶源”经氧化 废物变资源[N];河北经济日报;2011年
8 见习记者 屈一平 柴志伟;隐患重重的国有煤矿[N];中国经济时报;2009年
9 记者 杨沛洁;国家“九七三计划”一项目落户中平能化[N];平顶山日报;2011年
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7 赵国飞;无烟煤瓦斯解吸的块度效应及其电化学作用效果研究[D];太原理工大学;2013年
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10 赵勇;煤吸附/解吸瓦斯的低频振动特性试验研究[D];西安科技大学;2011年
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