《含瓦斯煤體宏-細觀損傷演化及滲流特性研究》是依託重慶大學，由曹樹剛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：含瓦斯煤體宏-細觀損傷演化及滲流特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：曹樹剛
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
煤礦瓦斯災害防治是世界各國煤礦生產中面臨的重大難題之一。本項目擬將含瓦斯煤體作為研究對象，在改進自行研製的含瓦斯煤岩固-氣耦合細觀力學實驗系統基礎之上，藉助動態顯微觀測和聲發射監測等手段，進行含瓦斯煤體細觀圖像處理技術、固-氣耦合狀態下煤體裂隙定位技術等研究，完善含瓦斯煤岩固-氣耦合細觀力學實驗方法；開展含瓦斯煤體細觀力學試驗，進行單一裂紋和裂紋群的起裂、發展過程分析；進行含瓦斯煤體在類似條件下的巨觀力學試驗和宏、細觀力學回響的對比分析，揭示含瓦斯煤體損傷演化規律；結合含瓦斯煤體巨觀滲流試驗，建立基於細觀力學理論和均勻化理論的含瓦斯煤體損傷-滲流力學模型。通過本項目研究，可以建立系統的固-氣耦合細觀力學實驗方法，揭示瓦斯作用下煤體宏-細觀損傷以及滲流試驗規律，將含瓦斯煤體的滲流特性變化規律與宏-細觀結構變形破壞規律聯繫起來，為煤層瓦斯抽采和煤與瓦斯突出防治提供新的理論依據。
結題摘要
隨著礦井的深部延伸，瓦斯壓力逐漸增大、瓦斯含量增加，地應力增大、煤層滲透率降低，導致開採過程中煤與瓦斯突出危險性更大。本項目針對該問題，從理論分析、實驗室模擬以及數值模擬等角度出發，研究了含瓦斯煤體宏-細觀損傷演化特徵以及滲流特性，為煤層瓦斯抽采和煤與瓦斯突出防治提供新的理論依據。具體研究內容有：(1) 在系統地歸納總結了煤體孔隙、裂隙的分類以及形成的原因基礎上，藉助掃描電子顯微鏡實驗結果，採用分形理論中的盒維數研究了煤體的SEM圖像。(2) 利用等溫吸附試驗以及分子模擬研究了含瓦斯煤體的吸附特性。(3) 對含瓦斯煤體變形特徵的階段特性進行描述；從能量平衡原理出發，建立含瓦斯煤體吸附膨脹變形理論模型。(4) 細觀力學載入裝置視窗有機玻璃破壞性試驗研究結果表明，亞克力擠壓型有機玻璃完全能彌補目前裝置視窗承壓能力差的缺點；以目前含瓦斯煤岩細觀力學實驗系統為基礎，設計了含瓦斯煤岩真三軸細觀力學試驗系統。(5) 利用分形理論對無瓦斯和含瓦斯煤體失穩破壞中的聲發射序列關聯維數演化特徵進行了分析。(6) 利用實驗室自主研製的煤岩固-氣耦合細觀力學試驗裝置和分形理論，研究了含瓦斯煤體破壞過程中裂紋發展演化規律；並利用RFPA模擬了含瓦斯煤體變形破壞過程中裂紋起裂、擴展破壞過程，為研究煤體破壞過程中滲流演化規律奠定基礎。(7) 利用有限差分法對四川省南部某煤礦的近距離“三軟”薄煤層群回採巷道的破壞原因進行了數值模擬分析。(8) 以松藻煤電公司渝陽煤礦8#突出煤層原煤試樣為研究對象，研究圍壓、軸向壓力及有效應力對原煤試樣瓦斯滲流的影響；開展了CH4和CO2試驗條件下煤體的全應力-應變試驗，並對比分析了煤體破壞過程中CH4和CO2滲流速度演化規律的異同點。(9) 基於固氣耦合作用的基本理論，推導出孔隙率與滲透率的動態參數模型，並建立了含瓦斯煤體固氣耦合模型，並運用有限元方法給出自然卸壓條件下的耦合數值解。
