急斜煤层综放开采“固-液-气”耦合作用研究

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急斜煤层是指赋存角度45-90°的煤层。由于急斜煤层的形成是由于后期地质构造运动而造成的,从而其赋存条件、煤层结构、开采应力环境、地质力学条件都比其它类煤层赋存环境特殊。在其开采过程中围岩运动规律、矿井水移动规律和气体迁移规律更比其它条件煤层复杂。因此,研究急斜煤层开采“固-液-气”(Solid-Liquid-Gas,S-L-G)耦合作用过程不论是对现场安全生产技术改进,还是对急斜煤层开采理论的拓展都具有十分重要的意义。论文以急斜煤层综放开采为研究对象,利用“固-液-气”三相介质物理相似模拟实验、数值计算和现场生产实践相结合的技术手段,分析了“固-液-气”三相介质在急斜煤层综放开采过程中的耦合作用特征。研究表明,煤层属于中硬煤层,解理裂隙发育,孔隙大小分布不均,吸附瓦斯能力较差,瓦斯易于解吸。并且煤层孔喉连通状况差,而持水性极强,工作面及巷道极易产生塑性变形,容易发生整体垮落或剪切滑移,容易造成矿井水或瓦斯涌入工作面造成灾害的潜在危险。在急斜煤层综放开采过程中“顶煤-水-瓦斯”三相介质在不同开采阶段和不同围岩介质条件下,其耦合作用特征有明显区别,在开采扰动区内围岩损伤程度、破坏强度与幅度也明显不同,围岩变形、垮落具有明显的非对称性,周期来压显现强烈。根据压力、位移和声发射指标及相关特征参数,得出了在三相介质耦合效应作用下损伤破坏、加速破坏和瞬间破坏3种煤岩体失稳判别模式,这为现场动力失稳预测提供了定量的指标参数,为现场安全开采提供理论依据。
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