【摘 要】
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煤与瓦斯突出是煤矿井下采、掘工作面在采动影响下发生的一种恶性地质动力灾害现象,严重危害着并下工人生命安全及矿井经济效益。我国是世界上发生煤与瓦斯突出最严重的国家之
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煤与瓦斯突出是煤矿井下采、掘工作面在采动影响下发生的一种恶性地质动力灾害现象,严重危害着并下工人生命安全及矿井经济效益。我国是世界上发生煤与瓦斯突出最严重的国家之一,累计突出次数约占世界总突出次数的40%以上。尤其近些年来,为适应国民经济发展需要,矿井开采深度增加,采掘量加大,煤层瓦斯含量增多,瓦斯压力增大,矿井地质条件也更加复杂,一些原有研究成果及瓦斯防治技术措施指标的局限性开始显现,矿井煤与瓦斯突出防治技术发展遭遇瓶颈,煤与瓦斯突出灾害愈来愈严重。所以,进一步深入研究煤与瓦斯突出机理具有重要的工程意义及科学意义。本文在继承前人的一些研究成果的基础上,从力学角度出发研究煤与瓦斯突出的机理,主要工作及创新点有以下几个方面:
⑴通过量纲分析得出煤与瓦斯突出关键控制参数,并给出描述突出启动和突出强度的无量纲函数表达式。
⑵自行设计加工了一套煤与瓦斯突出模型试验装置,通过该装置可以进行不同卸荷面、不同瓦斯压力、不同型煤强度条件下煤与瓦斯突出模型实验。
⑶通过一定型煤强度及瓦斯压力,不同卸荷面下煤与瓦斯突出的模型试验和数值模拟研究,得出了卸荷面对突出启动及突出强度的影响规律。
⑷通过对一定型煤强度及卸荷面,不同瓦斯压力下煤与瓦斯突出的模型实验和数值模拟研究,得出了瓦斯压力对突出启动及突出强度的影响规律。
⑸建立节点-张裂隙气固耦合模型,并在课题组自主研发的CDEM(基于连续介质力学的可变形块体离散单元法)计算程序基础上,结合物理模型试验及煤矿井下现场测得的相关参数,对突出过程中气固耦合过程进行数值模拟,给出了各控制参数对突出的影响规律。
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