煤岩动力灾害分析.ppt

煤岩动力灾害发生机理及监测方法煤岩动力灾害发生机理及监测方法引言1、煤岩灾害发生机理的一般性分析图1-11.1煤与瓦斯突出机理以瓦斯为主的主要因素3、二相流体假说认为，突出的本质是在突出中形成了煤粒和瓦斯的二相流体。二相流体受压积蓄能量。卸压膨胀放出能量，冲破阻碍区形成突出，强调突出的动力源是压缩积蓄、卸压膨胀能量，不是煤岩弹性能。4、也有一种学说认为煤体内瓦斯气体压力在内外压力差的作用下产生的爆炸作用，当突出点发生突出作用时。猛烈的“爆炸”会对周围煤体产生很大的破坏作用，并形成许多裂隙。裂隙带内的大量瓦斯在“爆炸”的瞬间将参与突出。当突出作用中心点外部的煤体被突出作用搬走后。自该点向里的裂隙带煤体又构成了新的瓦斯卸压带。它将面临着是否能够抵抗住内部煤体突出的考验。只有当其宽度满足了阻挡突出所需的最小卸压带宽度时才会不发生突出，否则突出作用将再次甚至于多次进行下去。突出作用是否能够再次发生，其主要将取决于孔洞底部的瓦斯压力梯度。如果该值能够继续增高，那么突出作用还会继续发生。由于煤层瓦斯压力梯度主要受煤层瓦斯压力的影响，因此，是否继续发生突出主要又取决于煤层瓦斯压力的大小。突出作用是否能够再次发生，还要取决于突出前瓦斯的封闭状况。如果封闭得较好，它将为内部的再次突出打下基础，而地应力的作用是保存高瓦斯应力。这种观点的提出很好的解释了在煤与瓦斯突出发生和终止条件。二、地应力因素三、动态流变机理2、综合作用假说认为突出是地应力、瓦斯应力及煤的物理力学性质共同作用的结果，突出机理由单因素趋于多因素发展。综合作用假说以前苏联马可耶夫研究所巴甫洛夫的地应力不均匀假说为主，认为围岩中不均匀分布的地应力、高的瓦斯压力和低透气性、变形、破坏的松软煤体是产生突出的有利条件。应力不均匀分布的主要原因在于围岩中存在着残余构造应力，个别情况下是由采掘过程引起的。应力不均匀假说以现场的研究为基础，能反映一些真实情况，尤其明确了构造应力在突出发生中的作用。四、各种假说存在的问题(2)动态流变机理虽然克服的以往简单的综合作用假说的一些缺点，提出动态失稳理论，且提出了若干定量方程，但存在较大分歧。各自侧重于某些特殊情况从不同的角度针对某一现象进行研究探讨，而且煤的流变性质是煤和瓦斯突发生时时问滞后的物理基础，其实质只是发生突出的三个主要因素中的一个即煤的性质。但突出的发生是瓦斯、应力和煤质三个因素综合作用的结果，因此不能就此得出具有流变性质的煤体都将发生突出。考虑时间效应的突出失稳理论说明只有在一定应力和孔隙瓦斯压力作用下，蠕变导致系统成为非稳定时，系统才能发生失稳破坏，即发生突出。而能否发生第三阶段蠕变不仅取决于煤的性质．而且还取决于煤体的应力状态、瓦斯压力以及二者的影响。否则虽然煤体具有流变效应，随时问的推移煤体也只会出现破坏加剧，只要系统是稳定的，不至于发生突出。(3)现阶段大部分的假说研究都处于实验室阶段．且都没有考虑温度场的因素。虽然理论和假说较多．但很少的理论模型能够从综合各种因素：瓦斯、地应力、煤的物理力学性质、时间和温度等而建立一个完整理论和模型，现阶段的各种假说，都都是以各自为中心，没有将各种假说进行融合，以地质条件为基础，对不同的条件进行不同的分析，获得符合实际的突出机理。以指导煤矿安全生产。1.2冲击矿压发生机理影响冲击矿压的因素主要有：①、原岩应力——主要由岩体的重力和构造残余应力组成。比较强烈的冲击矿压一般发生在煤系地层中强度高的煤层。②、煤岩的冲击倾向性——由煤岩的物理性质决定，煤岩强度大，弹性好，冲击矿压的倾向性就高。③、开采深度——开采深度越大，冲击矿压发生的可能性就越大。1、强度理论建立冲击矿压力学模型如图所示：2.能量理论3、冲击倾向性理由图可知：煤越软，煤岩变形越大，CD段越长，CDFQ围成的面积越大，Es/Ex越小，冲击能指数越越小。反之煤硬脆性越好，煤岩变形越小，CD段越短，CDFQ围成的面积越小，Es/Ex越大，冲击能指数越大。从而说明煤的脆性越好，发生冲击矿压的可能性越大。(2)弹性能指数(Wet)——煤样在单轴压缩条件下破坏前所积蓄的变形能与产生塑性变形消耗的能量的比值，如图1-5所示：(3)动态破坏时间Dt——煤样在常规单轴压缩实验条件下，从极限载荷到完全破坏所经历的时间，如图1-6所示：总结：目前，我国冲击矿压灾害已经波及大部分矿区，其中部分深部开采矿井的冲击矿压灾害已经达到严重影响安全生产的程度。由于冲击矿压发生的原因和条件的复杂性和多样性，对冲击矿压的研究目前尚未建立比较符合实际的冲击矿压发生及破坏过程的理论。为此，我们既要加强对发生机理的研究和创新，还要对冲击矿压所在矿区进行地应力场、煤围岩体中原岩应力测量与数值计算方法的研究，针对煤矿采场地质开采条件复杂多变和不断推进的特点，为工程现场找到简单易行的