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作 者
魯 俊1,2, 尹光志1,2,高 恆1,2,李銘輝1,2,鄧博知1,2
作者單位
1.重慶大學煤礦災害動力學與控制國家重點實驗室 2.重慶大學資源及環境科學學院
研究背景
煤與瓦斯突出、衝擊地壓等動力災害成為長期制約煤炭安全高效開採的重要隱患。隨著淺部煤炭資源的逐漸枯竭,我國大多數礦井已進入中深部開採階段。隨著開採深度的增加,高地應力、高瓦斯壓力、煤巖體低滲透性、煤巖體力學性質的轉變等促使各種動力災害的發生類型、頻率、烈度增加。因此深部煤礦的安全高效開採對瓦斯突出、衝擊地壓等動力災害的監測預警、防治、治理提出了更高的要求。充分認識各種災害發生的條件、過程和機理是災害防治的前提和關鍵。
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摘 要
煤與瓦斯突出、衝擊地壓等動力災害嚴重威脅礦山安全高效生產。煤礦進入深部開採後,受原巖應力升高及地質賦存條件變化的影響,衝擊與突出複合型動力災害呈逐漸增多趨勢,其發生原因、機理較單一動力災害更為複雜。因此研究深部煤礦複合動力災害致災機理對於動力災害的有效防治至關重要。
本文基於自主研製的「多功能真三軸流固耦合試驗系統」,進行了考慮氣體影響的完整煤樣和卸壓孔煤樣的5 面加載、單面臨空試驗。
結果表明,複合動力災害是煤巖在應變能和氣體內能作用下非線性瞬發性破壞的動態過程。其發生過程具有明顯的階段性,主要經歷顆粒彈射、碎片彈射、局部煤體破壞、煤體拋出失穩和重新平衡狀態,煤樣破壞後形成明顯弧形階梯狀煤體拋出坑。中間主應力在一定範圍內有增強煤樣強度的特性,試樣強度隨中間主應力的增加而逐漸增加,試樣破壞後形成平行於中間主應力方向的主斷裂面。鑽孔卸壓措施可在一定程度上改善煤巖力學性質,軟化煤巖結構,降低煤巖強度,增強其塑性變形特性,使集聚的彈性能量緩慢釋放,降低動力災害發生的可能性。對比試驗結果表明,卸壓孔平行於中間主應力時煤樣產生的塑性區範圍更大,塑性程度更強,鑽孔後的試樣破壞後形成明顯的階梯式層裂結構,與未鑽孔和其他鑽孔布置方式相比,致災程度弱化,無明顯動力顯現特徵,卸壓效果更好。卸壓鑽孔主要通過優化能量釋放結構,促進煤巖漸進式損傷,最終煤巖趨於靜態緩慢式破壞。
針對現場具體工程條件,提出了根據實際地應力、地質條件等布置卸壓鑽孔方位的技術方案和可行的治理措施。
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文中部分圖片
圖1 真三軸試驗測試系統
圖4 真三軸應力條件下煤樣複合動力災害過程
圖5 不同應力條件下試樣峰值強度
圖8 鑽孔卸壓前後煤樣拋射質量和彈射動能對比
圖12 不同應力狀態下煤巖試樣破壞模式
來源：
魯俊,尹光志,高恆,等. 真三軸加載條件下含瓦斯煤體複合動力災害及鑽孔卸壓試驗研究[J]. 煤炭學報,2020,45(5):1812-1823.
LU Jun,YIN Guangzhi,GAO Heng,et al. Experimental study on compound dynamic disaster and drilling pressure relief of gas-bearing coal under true triaxial loading[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(5):1812-1823.
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責任編輯：常明然
編輯整理：劉暘
審 核：常琛
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