采动应力作用下煤与瓦斯突出过程中孔隙压力与温度变化规律研究

煤炭学报
网络首发时间：2024-06-14 15:56:03

作者

张建国王满张东明余北辰王玉杰
单位

炼焦煤资源绿色开发全国重点实验室中国平煤神马能源化工集团有限责任公司重庆大学资源与安全学院
摘要

煤与瓦斯突出是采动应力等多重因素作用下，煤层发生破裂并伴随瓦斯迅速释放的复杂现象。深入剖析突出过程中应力、孔隙压力及温度的动态变化，对于揭示煤与瓦斯突出的本质机理、制定有效的煤矿突出防治措施具有重要意义。为了研究采动应力变化对煤与瓦斯突出过程的诱导机制，本文结合平煤十二矿戊组煤与己组煤部分区域上下叠加关系造成的煤体支承压力异常现象，利用多场耦合煤岩体动力灾害防控技术模拟系统开展了煤与瓦斯突出模拟试验，试验过程中详细记录了气压与温度的动态变化，并深入探讨了动荷载持续作用对煤与瓦斯突出过程气体压力与温度的影响。试验结果表明：采动应力持续加载造成应力集中现象加剧，引起煤体孔隙裂隙面积减小，内部孔隙压力升高，促进了煤与瓦斯的流动和传输，可能提前诱导煤与瓦斯突出。高频动荷载会使孔隙压力上升更快，当达到爆破临界压力导致突出事件发生，大量气体迅速释放，气体压力急剧下降。在温度演化方面，初始注气阶段由于气体分子间相互作用力增强、气体压缩过程中做功转化为热能以及气体的逐渐释放，煤体内部温度呈现上升趋势。随着进入吸附平衡阶段，内部气体压力趋于稳定，煤体内部的热量逐渐向外环境散失，温度略有下降。在注气诱导突出阶段，动荷载和气体注入的共同作用使腔体内部煤体温度再次升高。而在诱发突出阶段，由于气体的快速释放，温度大幅度下降。在煤矿生产中，制定控制煤与瓦斯突出事故的措施时，必须充分考虑采动应力对突出过程的影响。
关键词

煤与瓦斯突出采动应力温度孔隙压力煤层形态
文章目录

0引言
1工程地质条件
1.1平煤集团十二矿矿井概况
1.2 煤层采动应力演化规律
1.3原岩地应力测试
2实验装置与方案
2.1实验样品
2.2实验装置
2.3实验方案与步骤
3实验结果与分析
3.1突出实验结果
3.2突出过程中采动应力、气体压力与温度变化
3.3突出后煤层形态变化
4结论
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