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《采動影響下煤巖力學特性及瓦斯運移規(guī)律研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、采動影響下煤巖力學特性及?瓦斯運移規(guī)律研究重慶大學博士學位論文學生姓名：李文璞指導(dǎo)教師：尹光志教授專業(yè)：礦業(yè)工程學科門類：工學重慶大學資源及環(huán)境科學學院二O一四年十月?國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）項目（2011CB201203）國家自然科學基金資助項目(51374256、51204217、51174241)國家科技重大專項課題(2011ZX05034-004)萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)ResearchonMechanicalCharacteristicsandGasMigrationLawofCoalinfluencedbyMining
2、?AThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEngineeringByLiWenpuSupervisedbyProf.YinGuangzhiSpecialty：MiningEngineeringCollegeofResourceandEnvironmentalScienceofChongqingUniversityOctober，2014NationalBasicResearchProgra
3、mofChina(973Program)(2011CB201203)NationalNaturalScienceFoundationofChina(51374256、51204217、51174241)NationalScienceandTechnologyMajorProjectsofChina(2011ZX05034-004)萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)中文摘要摘要隨著煤礦開采深度的增加，地應(yīng)力、瓦斯壓力增大，煤層的滲透性降低，瓦斯災(zāi)害事故頻繁發(fā)生。由于采動的影響，煤巖應(yīng)力發(fā)生重新分布，經(jīng)歷了加載和卸載共同作用的復(fù)雜應(yīng)力途徑。以往多采用常規(guī)的加
4、載方式對煤巖的力學和滲透特性進行研究，這與實際情況有較大的差異。為此，本文采用試驗研究、理論分析、數(shù)值模擬等相結(jié)合的方法，利用自行研制的“含瓦斯煤熱流固耦合三軸伺服滲流實驗裝置”，對常規(guī)加載條件和不同加卸載條件下含瓦斯煤的力學特性和滲透規(guī)律進行試驗研究，揭示不同加卸載條件下含瓦斯煤的變形模量、泊松比、強度以及滲透特性等變化規(guī)律；研制了“多場多相耦合下多孔介質(zhì)壓裂-滲流實驗系統(tǒng)”并進行了煤巖不同開采條件下力學特性及滲透率變化規(guī)律的試驗研究；利用“多場耦合煤礦動力災(zāi)害大型模擬試驗系統(tǒng)”對真三軸應(yīng)力狀態(tài)下大尺度煤巖在常規(guī)加載及不同開采條件下的
5、力學及滲流特性進行研究；建立了常規(guī)加載及不同加卸載條件下含瓦斯煤的有效應(yīng)力計算公式及滲透率與有效應(yīng)力關(guān)系的公式；采用數(shù)值計算的方法，對煤層瓦斯在采動影響條件下工作面前方和采空區(qū)上方采動裂隙場中瓦斯運移規(guī)律進行數(shù)值模擬分析。本文主要研究成果如下：①采動應(yīng)力影響下煤巖的應(yīng)力路徑表現(xiàn)為軸向應(yīng)力加載和圍壓卸載的共同作用。含瓦斯煤的承載強度與不同的加卸載條件有如下關(guān)系：加卸載煤樣的承載強度隨初始軸力的升高呈指數(shù)關(guān)系降低，隨圍壓卸載速度的增加呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系降低，隨初始圍壓的升高呈指數(shù)關(guān)系降低，隨瓦斯壓力的升高呈線性關(guān)系降低。變形模量隨軸向應(yīng)變的增加
6、均呈先迅速減小然后緩慢減小直至破壞后保持基本穩(wěn)定的趨勢；不同加卸載條件下含瓦斯煤的泊松比均表現(xiàn)出隨著軸向應(yīng)變的增加先逐漸減小后迅速增加最后基本保持穩(wěn)定。②常規(guī)加載與加卸載條件下煤樣滲透率與應(yīng)變的關(guān)系在屈服前規(guī)律有所不同，屈服前常規(guī)加載滲透率與應(yīng)變呈二次曲線關(guān)系減??；而加卸載滲透率隨應(yīng)變首先呈線性關(guān)系增加然后呈二次曲線關(guān)系減小。煤樣屈服后兩種條件下滲透率與應(yīng)變的關(guān)系規(guī)律基本相同，即呈指數(shù)關(guān)系增大，且與軸向應(yīng)變呈正指數(shù)關(guān)系增大，與徑向應(yīng)變和體積應(yīng)變呈負指數(shù)關(guān)系增大。③三軸加載及加卸載條件下含瓦斯煤變形破壞過程中彈性應(yīng)變能的變化趨勢與軸向應(yīng)力
7、的變化趨勢相對應(yīng)。圍壓卸載過程中，含瓦斯煤單元耗散能隨著卸載位置軸向壓力的增加而增加，且其占單元總能量增加量的比例增大。④自行研制了“多場多相耦合下多孔介質(zhì)壓裂–滲流實驗系統(tǒng)”，并利用該系統(tǒng)進行了常規(guī)加載及不同開采條件下煤巖的試驗研究。常規(guī)加載條件含瓦斯煤的I萬方數(shù)據(jù)重慶大學博士學位論文峰值強度遠遠大于開采條件下含瓦斯煤的峰值強度，無煤柱開采、放頂煤開采、保護層開采三種開采條件下含瓦斯煤及不含瓦斯煤的峰值強度依次降低。⑤真三軸應(yīng)力狀態(tài)下大尺度煤巖滲透率變化曲線與體積應(yīng)變變化曲線有較好的對應(yīng)關(guān)系，滲透率均首先隨著體積應(yīng)變的增加而減小，然后
8、隨著體積應(yīng)變的減小而有不同程度的增加。無煤柱開采、放頂煤開采、保護層開采煤巖滲透率在減小階段其減小量依次減小，滲透率在增加階段其增加量逐漸增加。一定瓦斯壓力范圍內(nèi)，瓦斯壓力越大，大尺度煤巖滲透率減小量越小，
