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立井揭煤过程中的煤岩体受力变化机制研究

罗吉安  
【摘要】: 煤与瓦斯突出是一种极其复杂的动力现象,也是矿井生产中的重大灾害之一,是地应力、煤层中的瓦斯压力和煤的物理力学性质综合作用的结果。立井掘进过程中,尤其是在穿越突出危险地层时,煤(岩)与瓦斯突出将严重影响矿井生产的安全。本文采用理论分析和模拟计算相结合的方法对立井掘进过程中的工作面应力分布规律以及煤岩体与瓦斯耦合作用进行了研究。 采用固体力学分析方法,通过对立井掘进工程中工作面的应力分布规律的研究,找到了工作面应力分布的影响因素及规律;利用渗流理论和固流耦合理论分析了瓦斯的流动和煤岩与瓦斯耦合作用,得出煤与瓦斯突出就是煤岩变形与瓦斯流体渗流耦合作用下,煤岩体发生失稳破坏而造成的。煤与瓦斯突出发生的强度主要与为煤岩体的弹性变形能与瓦斯膨胀能。 通过有限差分程序的模拟应用,采用摩尔-库仑塑性模型模拟了掘进工作面周围前方煤岩体的应力分布规律;采用固-流耦合模型和摩尔-库仑塑性模拟了煤岩体和瓦斯共同耦合作用下立井工作面周围煤岩体的应力和变形规律,通过数值模拟分析,得出立井揭穿煤层过程中煤与瓦斯突出与煤岩体的破裂及瓦斯流动,以及二者耦合作用有关。煤岩体破坏后形成围岩的应力集中,瓦斯解吸,促使煤与瓦斯的突出,瓦斯的压力和工作面深度的增大为其突出提供了有利的条件。


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