含瓦斯煤岩多场耦合破裂机理研究

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含瓦斯煤岩体在采掘过程中会发生失稳引起岩爆,煤爆,冲击地压,煤与瓦斯突出等多种动力灾害。研究含瓦斯煤岩体在多场耦合作用下的失稳破坏机理,对于减少灾害事故,保障煤矿的安全生产具有重要的工程意义和理论指导。  本文以含瓦斯煤岩体为研究对象,针对影响煤与瓦斯突出的主要因素,采用WY-98B型瓦斯吸附常数测定仪进行了不同温度,压力情况下的煤吸附瓦斯实验研究,给出了煤吸附瓦斯能力随温度和压力的变化规律以及瓦斯吸附常数的一般形式,并给出了主要物性参数。采用能结合WOW-100E微机控制电子式万能试验机的一种岩石渗透特性试验系统,对煤岩进行三轴作用下的渗流试验,研究了煤岩的渗流特性规律,给出了煤岩的渗透率参数。在微机控制电子式万能试验机上对煤样进行单轴压缩实验,测取其声发射特征参数,给出了煤样的应力应变、声发射能量随时间变化的规律。利用威布尔分布建立煤体破裂的损伤演化方程,分析了煤样内微裂隙扩展到宏观破坏的跨尺度机理。  在试验给出的物性参数基础上,建立了在瓦斯渗流场-应力场-裂隙场耦合作用下的含瓦斯煤岩破裂失稳的数学模型。根据所建耦合方程,考虑煤体在应力场-瓦斯场-裂隙场的耦合作用下煤体内微小变形对煤体宏观性能的影响,利用comsol软件计算了不同损伤情况下煤体内瓦斯压力的分布规律。解释了多场耦合作用下煤岩体内大量微损伤累积通过跨尺度的非线性串级发展而诱发煤体的宏观灾变,并从能量角度给出了含瓦斯煤体的损伤断裂准则。最后在细观统计学以及煤岩强度分布规律基础上,研究了多场耦合下含瓦斯煤岩失稳破裂的多尺度机理,给出多场耦合下煤岩宏观破坏的概率函数以及跨尺度敏感性函数。
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