采动应力场-裂隙场演化及其瓦斯涌出特征研究精灵论文

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1、采动应力场-裂隙场演化及其瓦斯涌出特征研宄精灵论文采动应力场-裂隙场演化及其瓦斯涌出特征研宄李化敏，韦纯福（河南理工大学能源科学与工程学院，河南焦作454003）摘要，分析了采动应力场-裂隙场与工作面瓦斯涌出关系，提出了煤岩的渗透性存在突变特征应力（或应变）点的概念。认为来压时工作浙顶板的突然加-卸载引起的煤岩渗透率突变是造成瓦斯大量涌入工作面的主要原因，据此建立了来压期间支承压力、煤层透气性与瓦斯涌出关系，绘制了关系图。揭示了老顶非断裂和断裂时刻煤体内加、卸载特征，提出了来压时的瞬间加-卸载过程都对煤岩破裂扩展、瓦斯解析运移以及瓦斯涌出具有重要作用的观点。关键词：采矿

2、工程；采动应力场；裂隙场;瓦斯涌出特征中图分类号：TU45ResearchonEvolutionofMiningPressureFieldandFractureFieldandItsGasEmissionCharacteristicsLIHuamin,WeiChunfu（SchoolofEnergyScienceandEngineering,HenanPolytechnicuniversity,JiaoZuoHenan454003）Abstract:Theauthoranalyzedtherelationbetweenminingpressurefield-fractu

3、refieldandgasemissionofworkingface,presentedaconceptthatthereisstresspoint(orstrainpoint)amongpermeabilityofcoal.Theauthorbelievesthatthemutationofcoalpermeabilitycausedbythesuddenloadingorunloadingofworkingfaceroofasperiodicweightingoccursisthemainreasonthatalotofgaspourintotheface.Base

4、dontheaboveconcept,therelationwasestablishedamongabutmentpressureduringperiodicweighting,permeabilityofcoalseamandgasemission,andrelationgraphwasdrawn;andthenrevealedtheloadingandunloadingfeaturesofcoalatthemomentoffractureandnon-fractureofmainroof;finallypresentedthattheprocessofsuddenl

5、oadingorunloadingasperiodicweightingoccursplaysanimportantroleinrupturepropagationofcoal,analyticalmovementofgasandgasemission.Keywords:miningengineering;miningpressurefield;fracturefield;gasemissioncharacteristics0引言采煤工作面开采前煤体处于原始应力平衡状态，开采活动破坏了煤岩原始的应力平衡，必然引起一定范围内煤岩体的变形、破坏，由于采动应力场随工作面推进不

6、断发展和演化着，而应力场的演化乂带来与之对应的采动裂隙场的演化，可以说釆动及其应力场的变化为釆动裂隙场形成和发展(演化)提供了必要条件，而采动-应力场变化-裂隙场演化为采煤工作面瓦斯解析-吸附和运移提供了条件和可能，使得工作面前方一定范围内的煤层节理裂隙增加，瓦斯解析速度加快，透气性增大，瓦斯涌出速度加快［1-4］。研宂表明［5-11］，若孔隙率提高50%，瓦斯的透气性平均可提高2〜3倍，最高可达到一个数量级；同时，煤体暴露表面透气性提高几个数量级，如库兹涅茨克矿岩样特征和试验方法区某煤层自然透气性k为9.6X10-19m2,暴露表面煤层透气性为9.3X10-16m2,

7、提高了近1000倍。基于对应力-裂隙基金项目：教育部高等学校博士学科点专项科研基金(200700460001)作者简介：李化敏(1957-),男，博士生导师，主要研宄方向：采矿方面的教学与研究.E-mail:lihm@hpu.edu.cn和瓦斯解析运移规律的基本认识，本文以实验室试验和数值模拟为主从不同角度探讨采煤工作面应力场-裂隙场-瓦斯解析运移特征，旨在进一步认识工作面瓦斯涌出的基本规律。1采动应力场及其演化特征原岩应力是地下煤岩体变形破坏及瓦斯突出、冲击地压等一切矿井动力灾害发生发展的根本作用力。工作面采掘前由于未受到工程扰动，煤岩