低透突出煤層采動裂隙演化特徵研究

《低透突出煤層采動裂隙演化特徵研究》是依託四川大學，由高明忠擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：低透突出煤層采動裂隙演化特徵研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：高明忠
• 依託單位：四川大學

項目摘要

針對我國平頂山礦區煤層突出、低透的賦存條件，以提高低透突出煤層瓦斯抽采效率為目標，本課題將查明采動應力作用下煤岩體裂隙網路發育特徵，重點研究采動應力作用下突出低透煤層煤岩體裂隙網路空間形態、分布特徵、尺度律、演化規律及聯通特性，提出采動裂隙場宏、細觀分形定量表征新方法。引入微擾理論深入探討工作面推進過程中，覆岩變形致裂機理及能量釋放的變化規律，獲得含瓦斯煤岩體巨觀力學性質與細觀結構之間的定量關係，建立采動煤岩損傷演化方程。發展采動裂隙場反演理論和生成方法，實現采動裂隙網路動態模擬，揭示裂隙場、瓦斯場及應力場三場耦合作用下瓦斯流動規律。研究成果將為瓦斯突出事故預測及區域瓦斯治理奠定理論基礎。

結題摘要

瓦斯事故是煤礦的第一殺手，瓦斯治理離不開煤岩體裂隙網路的產生、發育及聯通。項目依託平煤八礦煤層賦存特徵，以及“深部(高應力、高瓦斯壓力、高瓦斯含量、強吸附性)、集約化開採、低滲透”的三大突出特徵，系統研究低透突出煤層采動裂隙演化特徵，揭示裂隙場演化規律與瓦斯分布、流動、富集規律，為深部高突低透難採煤層的煤與瓦斯共采提供必要的技術保障。 按照“低透突出煤層采動裂隙演化特徵研究”的計畫任務書約定研究計畫，在過去的三年中開展了理論研究、數值分析、室內及現場實驗，收集了大量可貴原始數據，結合理論以及實際情況，獲得2大理論突破、解決現場2大工程技術難題。在國際國內重要科學期刊發表SCI論文3篇，EI論文6篇，出版專著1部，申報專利9項，培養碩博士及工程技術人員10名，完全達到預期指標。其研究成果主要表現在以下幾個方面： 1、 提出考慮不同開採方式下采動力學模型，突破以往試驗載入曲線的單一性及缺陷性； 2、將預製後的裂隙煤岩體進行統計意義的分類，即單一、平行、交叉及混合裂隙煤岩體，並提出預測公式； 3、工業CT重構煤岩內部結構顯示，受構造影響煤岩體內部雜質、微裂隙及空洞隨機分布，範圍較廣，巨觀上空間形態呈絮狀，但聯通率不高，不利於瓦斯流動； 4、完整試件及不同裂隙類型煤岩體在強度、變形等方面均有著較大的差異，隨著裂隙複雜程度的增加，裂隙煤岩體強度參數間的差異降低，裂隙煤岩體表面裂隙分布維數越高其強度越低； 5、 采動對上覆岩層裂隙網路沿開採方向的影響範圍約為50m。位於影響區外上覆岩層隨采面推進，其裂隙網路發育不明顯。在垂直於頂板方向上，按裂隙空間分布特徵可將上覆岩層分為：破碎區、近等間距離層裂隙區和隨機節理區。 6、 通過各孔孔壁裂隙分形維數以及沿孔深方向連通率的分析得到，分形維數隨著采面的推進總體上呈增加趨勢。連通率隨采面推進變化有三個明顯變化階段，分別是（大於50m）緩慢增加階段、（50m～15m）線性增加階段、（15m～0m）平穩階段，距采面15m範圍內為裂隙飽和區域。 7、 獲得距采面為14m、11.6m、6.2m以及3m時高17m、長60m的四種覆岩空間裂隙網路圖。一定程度上其瓦斯流動規律可以代表頂板采動裂隙網路的瓦斯流動特徵。