瓦斯压力对煤样冲击倾向性的影响研究

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随着煤矿开采深度的增加,煤岩瓦斯复合型动力灾害日趋增多,特别是含瓦斯煤层动力灾害往往发生同时包含冲击地压和煤与瓦斯突出等多种动力灾害复合的特点。而目前对于冲击地压的研究大多数停留在“冲击地压是忽略或没有瓦斯作用的突出”的理论基础上,且我国目前行业规定的煤样冲击倾向性指标是在煤样不含瓦斯条件下通过单轴压缩实验获得的,也没有考虑瓦斯的影响。以瓦斯压力对煤样冲击倾向性的影响为研究目的,分析瓦斯压力对煤岩体力学行为的影响规律。以RMT-150C型岩石力学试验机为载体,研发单轴压缩条件下含瓦斯煤岩受载变形破坏实验装置,并结合DS5型全信息声发射信号分析仪和XL2101C程控静态电阻应变仪等组成含瓦斯煤单轴压缩实验系统,对不同瓦斯压力条件下煤样的受载破坏过程中的力学参数、冲击倾向性指标和声发射信号参数进行测定和分析;然后,采用岩石破裂过程分析系统RFPA2D对不同瓦斯压力条件下煤样的破坏过程、力学参数、声发射空间分布特征等进行模拟;最后,基于耗散结构理论建立煤样破坏方程。主要结论有:(1)实验结果:随着煤样内瓦斯压力由0MPa增加到2MPa,煤样的抗压强度和弹性模量分别降低58.78%和49.03%,其泊松比增加27.43%;分析煤样的冲击倾向性指标的变化趋势,经过综合评定,煤样的冲击倾向性由强冲击倾向性变为弱冲击倾向性;煤样的声发射峰值计数、声发射峰值能量、声发射累计计数和声发射累计能量均呈降低趋势;(2)模拟结果:煤样破坏过程中裂隙的发育和声发射信号的分布都是由无序向有序发展;随着瓦斯压力的增加,模拟试样的加载力(即抗压强度)和弹性模量都呈现降低的趋势;随着煤体内瓦斯压力的升高,试样的声发射峰值计数、声发射累计计数、声发射峰值能量及声发射累计能量均呈降低趋势。模拟结果与实验结果一致;(3)理论结果:基于耗散结构理论中的动力方程推导出来的不同瓦斯压力下煤样单轴破坏过程分维数随时间的变化方程,计算结果显示,瓦斯压力越大,煤样的变形越离散,分维数越大,计算结果与试验和模拟结果体现的规律是一致的。
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