采矿与安全工程学报 ›› 2022, Vol. 39 ›› Issue (4): 847-856.doi: 10.13545 /j.cnki.jmse.2021.0021

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瓦斯压力对煤体应力及失稳破坏特性影响分析

张士岭,和树栋   

  1. 1.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室, 重庆    400037;
    2.中煤科工集团重庆研究院有限公司瓦斯研究分院, 重庆    400037

  • 出版日期:2022-07-15 发布日期:2022-08-24
  • 通讯作者: 张士岭 E-maiI: zhangshi1ing07@126.com TeI: 18580851586
  • 作者简介:张士岭( 1987— ) 男 河北省邢台市人 副研究员 主要从事煤与瓦斯突出机理及防治技术方面的研究。
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目( 2018YFC0808305)

Analysis of the influenc eof gas pressure on  coal stress and instability  failure characteristic

  • Online:2022-07-15 Published:2022-08-24

摘要:  为探索渗流场下煤体应力分布及失稳破坏机制,借鉴土力学流土、管涌理论,基于达西定律与煤体渗流试验,对渗流场中瓦斯压力的作用形式、性质、大小进行了研究,进而建立了煤体一维渗透破坏机制。  通过渗流 固体耦合作用下工作面煤体应力场分析,得出煤体失稳破坏时地应力、瓦斯压力和煤体力学性质共同作用的力学模型,并进行了数值模拟验证。  结果表明:渗透力是瓦斯压力作用在煤体的重要形式,是一种体积力,反映的是单位体积煤体所受到瓦斯流的推动和拖拽力,作用方向及量纲与瓦斯压力梯度一致。  工作面煤壁是最易发生渗透破坏的位置,其渗透破坏所需瓦斯压力与采掘空间气压、降压区长度、煤体黏聚力乘积的 0.5 次方成正比,与煤厚和孔隙率乘积的 0.5 次方成反比。  由于渗透力的作用,工作面煤壁产生拉应力,瓦斯压力为 3 MPa时,拉应力超过 0.4 MPa。  煤体失稳破坏时瓦斯压力、地应力发挥作用大小随空间变化,越靠近煤壁,瓦斯压力作用越大,瓦斯压力梯度达到一定值后甚至占据主导作用;远离煤壁,瓦斯压力作用减小,地应力占据主导作用。

关键词: 渗透力 , 瓦斯压力梯度 , 煤与瓦斯突出 , 力学模型 , 渗透破坏

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