动静载作用下吸附瓦斯煤体损伤渗流规律与致灾机理

第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容

1.4技术路线

1.5创新点

第2章含瓦斯煤动静耦合力学与渗流试验系统研发

2.1引言

2.2研发原理和设计思想

2.3总体结构和主要功能・

2.4单元详述与各部分关键技术

2.5系统主要技术参数

2.6试件安装及更换流程

2.7仪器系统可靠性验证

2.8本章小结

第3章动静载作用下吸附瓦斯煤体损伤劣化规律

3.1引言

3.2动静载作用下吸附瓦斯煤岩力学特性损伤劣化试验

3.3煤岩体宏观力学特性损伤劣化规律分析

3.4损伤劣化机理分析

3.5本章小结

第4章动静载作用下吸附瓦斯煤体渗流规律

4.1引言

4.2渗透率测试试验方案

4.3动静载作用下吸附瓦斯煤体渗流演化规律

4.4渗透率对循环动载的敏感性分析

4.5动静载作用下吸附瓦斯煤体渗透率演化模型

4.6本章小结

第5章损伤-渗流多场耦合动力学模型建立

5.1基本假设

5.2动静载和气体吸附耦合损伤演化方程

5.3煤体耦合应力场方程

5.4煤体耦合渗流场方程

5.5煤体损伤-渗流多场耦合动力学模型

5.6本章小结

第6章工程尺度物理模拟试验及数值模拟验证

6.1引言

6.2适用于高气压环境的数据采集系统及其密封保护方法

6.3全过程相似煤与瓦斯突出物理模拟试验

6.4数值模拟验证

6.5本章小结

第7章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

第1章绪论

1.1研究背景及意义

未来相当长时期内,地下矿物仍然是我国的主体能源资源。目前,浅部资源已无法满足国民需求。我国埋深1000 m以上煤炭资源占比超过50%,开采深度大于1000 m的煤矿已超过40座。此外,我国开采深度大于1000 m的金属矿山超过16座,最深已经达到1600 m,1 000~3 500 m的深部矿产将是我国能源资源的重要保障。

施工深度的增加必然导致一系列突变失稳现象的发生,特别是在高地应力赋存的复杂构造岩体中的开挖岩体及机械掘进等多重荷载扰动作用下,煤与瓦斯突出、冲击地压、岩爆等煤岩动力灾害频发。如山东省深部矿井的冲击地压问题长期难以解决，2021年被迫关闭退出19处采深超千米冲击地压煤矿，合计产能3160万t,经济损失300多亿元;淮南矿业集团下属的深部高瓦斯矿井，长期受煤与瓦斯突出灾害的困扰;山东黄金矿业(莱州)有限公司下属三山岛金矿和山东禹城铁矿开拓深度已超过1000 m，但随着开采深度的增加,煤岩动力灾害发生概率也增大。包括煤与瓦斯突出、冲击地压等在内的煤岩动力灾害已经对我国能源资源开发造成重大影响，甚至威胁到我国社会发展的命脉。煤岩动力灾害机理与防控已成为国家能源资源安全的重要战略需求和突破方向，是我国国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题。

实际工程中，如机械掘进等中低应变率的动力扰动诱发煤岩动力灾害的比例很大。面对该类中低应变率动载扰动诱发的深地动力灾害问题，亟须从进行该类研究面临的仪器系统空白问题人手，并开展动静组合加载下吸附瓦斯煤岩损伤劣化和渗流特性研究，结合物理模拟和数值模拟揭示其发生机理。

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