一种煤矿瓦斯突出灾害预警试验方法技术

本发明专利技术公开了一种煤矿瓦斯突出灾害预警试验方法，涉及矿业技术领域；它的方法如下：步骤一：确定几个试验参数对试验结果影响对大小；步骤二：动荷载及静荷载作用下分别与气体渗出量间的关系；步骤三：根据试验数据建立数据模型推导相关公式；步骤四：结合试验结果推断对灾害预警的可行性；步骤五：理论分析、计算；本发明专利技术考虑轴向静载、围压、瓦斯压力和动载荷组合作用，建立了含瓦斯煤动力学本构方程；结合瓦斯吸附平衡方程、扩散方程和瓦斯渗流方程，建立了动载作用下含瓦斯煤瓦斯运移方程组；通过孔隙率和渗透率演化架起了含瓦斯煤动力学本构方程和动载荷下瓦斯运移方程组之间的桥梁，建立了含瓦斯煤冲击破坏多场耦合模型。型。型。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿瓦斯突出灾害预警试验方法


[0001]本专利技术属于矿业
，具体涉及一种煤矿瓦斯突出灾害预警试验方法。

技术介绍

[0002] 我国是当今世界第三大矿业大国，煤炭是我国的主题能源和重要工业原料，占一次能源消费总量的 59%，广泛应用于供热、发电等行业。煤炭资源储量相对丰富，是我国最可靠、最经济的能源资源，是我国经济社会发展的重要支撑。据统计至2050年为止，煤炭仍占总能源40%，我国富煤缺油少气的特点决定煤仍占能源主导地位。随着经济的发展，煤炭开采的强度和深度也随之增加。随着开采强度和能源需求的逐渐增大，煤矿开采深度逐年递增，煤与瓦斯突出等动力灾害发生愈加频繁，强度也越来越大。采矿业在国民经济发展中，一直居于重要地位，随着采掘机械化愈加发展，矿区的地质环境问题越来越突出，给人们的生命安全和社会经济的发展造成了巨大危害。

技术实现思路

[0003]为解决现有的问题；本专利技术的目的在于提供一种煤矿瓦斯突出灾害预警试验方法。
[0004]本专利技术的一种煤矿瓦斯突出灾害预警试验方法，它的方法如下：步骤一：确定几个试验参数对试验结果影响对大小：开展不同轴向静载、围压、瓦斯压力和震动载荷作用下含瓦斯煤震动和冲击破坏实验，研究揭示煤体震动和冲击破坏动力学行为与轴向静载、围压、瓦斯压力和动载荷的关系；构建动载作用下含瓦斯煤动力学本构方程；步骤二：动荷载及静荷载作用下分别与气体渗出量间的关系：煤矿现场生产过程中，上覆岩层顶板断裂或断层活动滑移引起的应力波作用于煤体，根据动载的大小，可能导致煤岩变形、裂缝形成、顶板下沉、片帮、底鼓、大面积巷道和工作面破坏，甚至煤与瓦斯突出；动载荷作用后，煤岩体表现出从微变形到大破裂不同的性质，测试分析不同轴向静载和动载组合作用下，煤体震动和后续瓦斯放散量随时间的变化规律，获得含瓦斯煤震动的瓦斯放散特性；步骤三：根据试验数据建立数据模型推导相关公式：揭示瓦斯放散特性与煤体宏观力学变形和损伤特征的关系；建立动载作用下含瓦斯煤瓦斯放散率演化方程；假设煤岩是裂隙和基质的组合体，综合考虑三轴应力加卸载煤岩损伤、有效应力及吸附/解吸作用引起的煤岩割理及基质变形，忽略煤岩基质内的扩散渗流，分别引入有效应力、吸附/解吸作用下煤体割理孔隙变形影响因子，建立三轴应力加卸载作用下损伤煤岩渗透率模型，并结合实验结果进行验证；在煤岩渗透率立方定律基础上，考虑煤岩损伤、有效应力及吸附/解吸综合作用引起的煤岩割理及基质变形，忽略煤岩基质内的扩散渗流，引入有效应力、吸附/解吸作用下煤体割理孔隙变形影响因子，进行损伤煤岩渗透率模型研究；
步骤四：结合试验结果推断对灾害预警的可行性：结合实验结果分析动载和静载对煤样的瓦斯放散量影响大小，利用公式寻找二者之间的规律性关系；步骤五：理论分析、计算：煤体渗透率测定常用方法为稳态法和瞬态压力脉冲法，类比渗透率稳态法，测定含瓦斯煤瞬时放散率，控制煤体两侧瓦斯压力不变，来监测通过煤体的瓦斯流量，通过下式计算煤体瓦斯瞬时放散率，由于本实验动载荷作用时间较短，称为瞬时放散率；式中：k`为瞬时放散率，m2；q为瞬时瓦斯流量，m3/s；p0为大气压力，MPa；μ为瓦斯动力粘度，1.84
×
10
‑
11 MPa.s；L0为试样长度，m；A0为试样横截面积，m2；p2为进气端瓦斯压力，MPa；p1为试样出气端瓦斯压力，Mpa；由于试样出气端为自由端与大气联通，因此这里p1= p0，模拟了含瓦斯煤在三维应力条件下，受动载作用后瓦斯的瞬时放散率随轴向静载、围压、瓦斯压力和动载荷的关系。
[0005]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：基于岩石力学强度理论、Terzaghi 有效应力原理与统计损伤理论，考虑轴向静载、围压、瓦斯压力和动载荷组合作用，建立了含瓦斯煤动力学本构方程；结合瓦斯吸附平衡方程、扩散方程和瓦斯渗流方程，建立了动载作用下含瓦斯煤瓦斯运移方程组；通过孔隙率和渗透率演化架起了含瓦斯煤动力学本构方程和动载荷下瓦斯运移方程组之间的桥梁，建立了含瓦斯煤冲击破坏多场耦合模型，揭示了含瓦斯煤冲击破坏多场耦合机制，并通过数值模拟进行了实验尺度验证。
附图说明
[0006]为了易于说明，本专利技术由下述的具体实施及附图作以详细描述。
[0007]图1为本专利技术的流程图。
具体实施方式
[0008]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本专利技术。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
能涵盖的范围内。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0009]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。
[0010]如图1所示，本具体实施方式采用以下技术方案：它的方法如下：步骤一：确定几个试验参数对试验结果影响对大小：
开展不同轴向静载、围压、瓦斯压力和震动载荷作用下含瓦斯煤震动和冲击破坏实验，研究揭示煤体震动和冲击破坏动力学行为与轴向静载、围压、瓦斯压力和动载荷的关系；构建动载作用下含瓦斯煤动力学本构方程；步骤二：动荷载及静荷载作用下分别与气体渗出量间的关系：煤矿现场生产过程中，上覆岩层顶板断裂或断层活动滑移等引起的应力波（动载）作用于煤体，根据动载的大小，可能导致煤岩变形、裂缝形成、顶板下沉、片帮、底鼓、大面积巷道和工作面破坏，甚至煤与瓦斯突出等。动载荷作用后，煤岩体表现出从微变形到大破裂不同的性质，测试分析不同轴向静载和动载组合作用下，煤体震动和后续瓦斯放散量随时间的变化规律，获得含瓦斯煤震动的瓦斯放散特性；步骤三：根据试验数据建立数据模型推导相关公式：揭示瓦斯放散特性与煤体宏观力学变形和损伤特征的关系；建立动载作用下含瓦斯煤瓦斯放散率演化方程。假设煤岩是裂隙和基质的组合体，综合考虑三轴应力加卸载煤岩损伤、有效应力及吸附/解吸作用引起的煤岩割理及基质变形，忽略煤岩基质内的扩散渗流，分别引入有效应力、吸附/解吸作用下煤体割理孔隙变形影响因子，建立三轴应力加卸载作用下损伤煤岩渗透率模型，并结合实验结果进行验证。在煤岩渗透率立方定律基础上，考虑煤岩损伤、有效应力及吸附/解吸等综合作用引起的煤岩割理及基质变形，忽略煤岩基质内的扩散渗流，引入有效应力、吸附/解吸作用下煤体割理孔隙变形影响因子，进行损伤煤岩渗透率模型研究。
[0011]步骤四：结合试验结果推断对灾害预警的可行性：结合实验结果分析动载和静载对煤样的瓦斯放散量影响大小，利用公式寻找二者之间的规律性关系。
[0012]步骤五：理论分析、计算：煤体渗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿瓦斯突出灾害预警试验方法，其特征在于：它的方法如下：步骤一：确定几个试验参数对试验结果影响对大小：开展不同轴向静载、围压、瓦斯压力和震动载荷作用下含瓦斯煤震动和冲击破坏实验，研究揭示煤体震动和冲击破坏动力学行为与轴向静载、围压、瓦斯压力和动载荷的关系；构建动载作用下含瓦斯煤动力学本构方程；步骤二：动荷载及静荷载作用下分别与气体渗出量间的关系：煤矿现场生产过程中，上覆岩层顶板断裂或断层活动滑移引起的应力波作用于煤体，根据动载的大小，可能导致煤岩变形、裂缝形成、顶板下沉、片帮、底鼓、大面积巷道和工作面破坏，甚至煤与瓦斯突出；动载荷作用后，煤岩体表现出从微变形到大破裂不同的性质，测试分析不同轴向静载和动载组合作用下，煤体震动和后续瓦斯放散量随时间的变化规律，获得含瓦斯煤震动的瓦斯放散特性；步骤三：根据试验数据建立数据模型推导相关公式：揭示瓦斯放散特性与煤体宏观力学变形和损伤特征的关系；建立动载作用下含瓦斯煤瓦斯放散率演化方程；假设煤岩是裂隙和基质的组合体，综合考虑三轴应力加卸载煤岩损伤、有效应力及吸附/解吸作用引起的煤岩割理及基质变形，忽略煤岩基质内的扩散渗流，分别引入有效应力、吸附/解吸作用下煤体割理孔隙变形影响因子，建立三轴应力加卸载作用下损伤煤岩渗透率模...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟上九，刘洋，王淼，穆海龙，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：