【摘 要】
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煤炭是我国的主体能源,但高瓦斯低透气性煤层偏多,导致开采过程中瓦斯事故频发。本文聚焦于平煤八矿己15煤层采动应力-裂隙-瓦斯运移特性,及其对己16-17煤层（近距离的卸压层）瓦斯涌出的影响机制。以平煤八矿实际地质情况为原型,利用双向可加载多功能相似模拟装置和3DEC数值模拟软件,对己15煤层开采过程裂隙场的分布特征进行了模拟研究;建立了考虑采动应力、瓦斯吸附解吸、各向异性以及煤体损伤的多因素耦合渗
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煤炭是我国的主体能源,但高瓦斯低透气性煤层偏多,导致开采过程中瓦斯事故频发。本文聚焦于平煤八矿己15煤层采动应力-裂隙-瓦斯运移特性,及其对己16-17煤层（近距离的卸压层）瓦斯涌出的影响机制。以平煤八矿实际地质情况为原型,利用双向可加载多功能相似模拟装置和3DEC数值模拟软件,对己15煤层开采过程裂隙场的分布特征进行了模拟研究;建立了考虑采动应力、瓦斯吸附解吸、各向异性以及煤体损伤的多因素耦合渗透率模型,利用COMSOL数值模拟软件解算该模型,研究了首采层不同开采长度时,卸压层应力场变化特性以及首采层开采后卸压层的瓦斯运移特性,并将模拟结果进行相互验证。主要结论如下:（1）针对平煤八矿己15煤层与己16-17煤层间距仅仅只有4m的情况,考虑到己15煤层在采动过程中底板下方岩层的损伤程度较大,而损伤对渗透率的显著增加效应不容忽视,因此建立了考虑采动应力、瓦斯解吸、各向异性和煤体损伤的多因素耦合渗透率模型,提高瓦斯渗流数值模拟解算的准确性。（2）基于相似模拟实验的己15煤层采动裂隙场演化研究表明,在己15煤层开采到35m时发生初次来压,之后的平均来压步距为16.43m,裂隙破断角度范围在32°～67°。当工作面推进到150m时,两侧裂隙发育良好,与上方的离层裂隙形成一个“梯形裂隙区”,中间部分区域的离层裂隙被压实,在开切眼和工作面煤柱侧的裂隙环形区呈非对称分布。（3）基于数值模拟的应力场变化研究表明,在首采层工作面推进过程中,应力场总是沿采空区中部呈对称分布,煤岩体的卸压区域类似椭圆形。随着工作面的不断推进,采空区周围煤岩体的卸压范围逐渐增大,且卸压程度以及两端的应力集中程度也不断增加。卸压层的充分卸压长度与采煤工作面推进距离成正比关系,随着工作面推进距离的增加,卸压层的充分卸压范围能达到85%左右。（4）平煤八矿己15煤层采动诱发邻近煤层渗流场演化模拟分析表明,首采煤层开采后200h内,卸压层瓦斯压力下降程度并不明显,随着时间的推移,瓦斯压力开始逐渐下降,其中卸压层中间区域的瓦斯压力下降幅度最大。均布载荷、煤层原始瓦斯压力和煤层初始渗透率均与首采层开采后卸压层瓦斯压力下降率为正相关关系,其中,煤层原始瓦斯压力的影响显著性最小,煤层初始渗透率的影响显著性最大。本文研究成果可为平煤八矿及其他类似条件矿井,首采层诱发应力-裂隙-瓦斯运移特性分析提供参考,指导优化瓦斯抽采钻孔设计,达到瓦斯动力灾害防控和煤炭安全高效开采的目的。图[58]表[6]参[101]
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