采動(dòng)影響下卸壓瓦斯?jié)B流規(guī)律相似模擬實(shí)驗(yàn)研究

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1、采動(dòng)影響下卸壓瓦斯?jié)B流規(guī)律相似模擬實(shí)驗(yàn)研究基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（50874089）；教育部博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助項(xiàng)目（20096121110002）。作者簡介：李樹剛(1963—)，男，甘肅會寧人，教授，博士生導(dǎo)師。聯(lián)系方式：029－85587007，E－mail:lisg@xust.edu.cn李樹剛肖鵬趙鵬翔林海飛成連華（西安科技大學(xué)能源學(xué)院，陜西西安710054）摘要：利用自主研發(fā)的固氣耦合相似模擬實(shí)驗(yàn)臺，對采動(dòng)過程中煤層底板應(yīng)力分布特征及卸壓瓦斯?jié)B流速度隨工作面推進(jìn)的變化規(guī)律進(jìn)

2、行了實(shí)驗(yàn)研究，分析了采空區(qū)煤層底板支承壓力分布規(guī)律及影響區(qū)域的范圍，確定了沿采空區(qū)上方橫向方向上瓦斯?jié)B流速度變化形成“三帶”的范圍，總結(jié)了卸壓瓦斯的滲流規(guī)律。研究結(jié)果為現(xiàn)場瓦斯抽采提供了技術(shù)支持。關(guān)鍵字：卸壓瓦斯；滲流；應(yīng)力分布；相似模擬ThesimilarsimulationexperimentstudyingofpressurereliefgasseepagelawundertheinfluenceofminingLishu-gangXiaopengZhaopengxiangLinhaifeiChe

3、nglianhua（schoolofenergy，Xi’anUniversityofScienceandTechnology，Xi’an710054,China）Abstract:Usingself-developedsolidgascouplingsimilarsimulationexperimentalplatform,processofstressdistributionofcoalflooranddischargingpressuregasseepagevelocitywiththechange

4、ruleofworkingfaceadvancesbyexperimentsandanalysisfromcoalfloorinthegoafabutmentpressuredistributionruleandinfluenceintheareaofgoaf,determinestherangewhichisthegasseepagevelocitychangetheformof"threezones"ofthetransversedirectionalongthetopofgoaf,summariz

5、estheseepageruleofdischargingpressuregas.Resultsforthespotgasextractionprovidestechnicalsupport.Keywords：pressure-reliefgas;seepage;stressdistribution;similarsimulation煤炭的大規(guī)模開采，使得工作面瓦斯涌出量急劇上升，回風(fēng)巷和上隅角瓦斯頻頻超限，甚至發(fā)生瓦斯燃燒或爆炸之類的惡性事故，嚴(yán)重威脅著礦井安全生產(chǎn)，造成了重大的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失和不

6、良的社會影響。許多學(xué)者從瓦斯動(dòng)力彌散規(guī)律[1~4]及瓦斯升浮-擴(kuò)散規(guī)律[5~6]方面對采動(dòng)裂隙帶中的卸壓瓦斯的運(yùn)移規(guī)律開展了大量研究，在物理相似模擬實(shí)驗(yàn)從宏觀和微觀方面也有很多的研究[7~10]，但就利用相似模擬實(shí)驗(yàn)臺研究采動(dòng)過程中卸壓瓦斯?jié)B流規(guī)律的成果不是很多。本文將利用自主研發(fā)的固氣耦合相似模擬實(shí)驗(yàn)臺，通過對煤層底板應(yīng)力分布特征及卸壓瓦斯?jié)B流速度變化規(guī)律的分析，進(jìn)一步研究了采動(dòng)影響下卸壓瓦斯的滲流規(guī)律，為現(xiàn)場瓦斯抽采提供了技術(shù)支持和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。1實(shí)驗(yàn)臺研制及過程1.1實(shí)驗(yàn)臺研制實(shí)驗(yàn)采用的固氣耦合相似模

7、擬實(shí)驗(yàn)臺設(shè)計(jì)尺寸為700mm×600mm×100mm，模型內(nèi)腔體尺寸為600mm×500mm×100mm，由槽鋼焊接制作。實(shí)驗(yàn)箱體前后表面及頂部裝有12mm厚的有機(jī)玻璃板，可用于觀測巖層位移及覆巖裂隙發(fā)育情況。實(shí)驗(yàn)臺底座為300mm高的支架，用于支撐實(shí)驗(yàn)箱體。在實(shí)驗(yàn)箱體表面的有機(jī)玻璃板上分別打有直徑為10mm的氣孔，作為本次實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)的進(jìn)氣孔和測試孔。進(jìn)氣孔口與測試孔對稱分布，尺寸如圖1所示。每一塊板有15個(gè)孔，每行5個(gè)，分3行布置，由左向右依次編號為1#、2#、3#、4#、5#，具體位置見表1所示。

8、表1氣孔布置位置Tab.1positionoftheholeslayout排號孔數(shù)孔間距/cm第1孔距切眼/cm距15#煤頂板/cm151010152510102535101035圖1實(shí)驗(yàn)臺平面圖Fig.1Benchplans1.2實(shí)驗(yàn)過程在鋪設(shè)模型時(shí)，箱體前表面的有機(jī)玻璃板不拆，作為可視擋體，觀察模型材料鋪設(shè)時(shí)的平整度。利用槽鋼作為后表面的擋體，以保證模型在鋪設(shè)過程中不發(fā)生膨脹變形。待模型制作完成，晾曬24h后，拆除箱體后表面的槽鋼，安裝