含瓦斯煤衝擊破壞動力學行為及機制研究

《含瓦斯煤衝擊破壞動力學行為及機制研究》是依託中國礦業大學，由王恩元擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：含瓦斯煤衝擊破壞動力學行為及機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王恩元
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

煤礦受擾動發生的煤與瓦斯突出和衝擊地壓等應力與瓦斯耦合動力災害日趨嚴重及複雜，嚴重影響煤礦的安全和高效生產，研究含瓦斯煤衝擊破壞動力學行為特性及機制至關重要。本項目擬建立含瓦斯煤衝擊破壞霍普金森壓桿實驗系統，測試分析靜載與應力波作用下含瓦斯煤衝擊破壞力學行為特性，獲得含瓦斯煤衝擊破壞與靜載、應力波、瓦斯及圍壓的關係；研究應力波作用下煤體震動/衝擊破壞的瓦斯放散特性；研究揭示含瓦斯煤衝擊破壞動力學行為和機制，建立含瓦斯煤衝擊動力學本構關係，獲得含瓦斯煤衝擊破壞的臨界條件；運用研究結果進一步解釋煤與瓦斯突出過程的發生髮展過程及瓦斯大量快速釋放現象，解釋瓦斯在煤層衝擊地壓過程中的作用，並用現場災害和事故數據進行驗證。該研究對於進一步認識和研究深部礦井衝擊地壓、瓦斯動力災害機理，有效防治應力與瓦斯耦合動力災害，保障煤礦安全生產具有重要的理論意義和實踐作用。

結題摘要

針對含瓦斯煤複合型動力災害，建立了含瓦斯煤霍普金森壓桿試驗系統，研究了軸向靜載、圍壓、瓦斯壓力和動載荷組合作用下含瓦斯煤的動力學特徵，分析了動態應力應變、動態強度、破壞應變與各因素之間的關係，證實了煤岩材料應變率效應的普適性，研究了含瓦斯煤動態破裂過程中瓦斯異常放散規律；基於應力波信號採集研究了煤體動態破裂過程中入射能、反射能和透射能演化特徵，揭示了動載荷作用煤體破裂能量演化機制，結合高速照相研究了煤體破裂裂紋演化過程，確定了煤體破壞準則；構建了含瓦斯煤動力學本構方程，結合煤體瓦斯解吸、擴散、滲流和自由放散等控制方程組，建立了動載荷誘導含瓦斯煤多場耦合模型，套用於COMSOL Multiphysics推演了含瓦斯煤動力災害形成過程，分析了動載荷誘導煤體應力異常特徵、位移變化規律和瓦斯分布演化，有助於揭示深部含瓦斯煤動力災害形成機制。