平顶山矿区近构造区域煤与瓦斯突出规律数值模拟研究

摘要

通过对平顶山矿区近地质构造区域发生的煤与瓦斯突出事故进行统计分析，发现工作面推进过程中遇地质构造发生的煤与瓦斯突出事故呈现规律性，即工作面过断层从下降盘向上升盘推进更容易发生突出；突出多发生在落差较小的断层处。“地应力理论”、“构造应力理论”等传统的煤与瓦斯突出理论未能准确解释突出方向性存在的原因，通过分析认为，煤层瓦斯压力、地应力、煤体强度是影响煤与瓦斯突出的基本条件，煤层是瓦斯后期释放的主要通道，瓦斯释放通道和形态的改变是此类突出发生的决定性条件。文章运用RFPA2D数值模拟软件对平顶山矿区近构造区域工作面过断层从下降盘向上升盘推进及从上升盘向下降盘推进发生的突出事故进行数值模拟研究，结果表明：
　　（1）工作面从逆断层下降盘向上升盘推进过程中，逆断层落差为1.3m，约为煤层厚度的1/3，此时瓦斯释放通道不是最差，工作面推进至断层附近发生突出事故；分析其原因为断层在集中应力的作用下发生拉伸破坏，煤层在剪应力及瓦斯压力作用下发生压剪破裂，煤体结构遭到严重破坏；在集中应力作用下破碎煤体重新被压实，瓦斯的释放通道和释放形态发生改变，使得煤体内部积聚大量的瓦斯且在断层的封闭作用下难以释放，致使煤层瓦斯压力提高，在高瓦斯压力的作用下突出发生；工作面从正断层下降盘向上升盘推进过程中，正断层落差为2.6m，约为煤层厚度的3/5，瓦斯释放通道处于半封闭状态，瓦斯释放能力相对较差，煤体内部积聚大量瓦斯，瓦斯压力大；断层在压应力影响发生压剪破坏，煤层受剪应力及瓦斯压力作用产生压剪破坏，煤体损伤严重，揭露断层时破碎煤体在高瓦斯压力作用下被抛出。
　　（2）工作面从断层上升盘向下降盘推进过程中，断层及煤层在集中应力的作用下，其内部结构遭到严重破坏，瓦斯释放通道和释放形态较好，瓦斯释放良好，揭露断层时未发生突出；随着工作面的推进，接近底凸部位时，瓦斯卸压带消失，底凸阻碍瓦斯的释放，使得底凸部位瓦斯积聚，工作面直接处于高瓦斯压力状态，在高瓦斯压力作用下发生突出。
　　（3）文中所研究的煤与瓦斯突出事故均不是在最佳封闭条件下发生的，则一旦具备最佳封闭条件，突出的有可能向浅部发生，甚至在相同标高条件下发生强度更大的突出。

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1 引言

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及技术路线

2 地质构造对煤与瓦斯突出的影响

2.1 地质构造对地应力的影响

2.2 地质构造对瓦斯赋存的影响

2.3 地质构造对煤体结构的影响

2.4 本章小结

3 煤巷掘进过程中应力场的分布特征

3.1 煤岩的应力状态分布特征

3.2 掘进面超前支承压力的分布特征

3.3 煤巷掘进突出过程数值模拟研究

3.4 本章小结

4 平顶山矿区近构造区域煤与瓦斯突出规律数值模拟研究

4.1 平顶山矿区近构造区域突出规律

4.2 平顶山矿区近构造区域煤与瓦斯突出原因分析

4.3 戊9-10-20090机巷突出数值模拟

4.4-320m东区出煤平巷突出数值模拟

4.5 己15-17-16041风巷突出数值模拟

4.6 本章小结

5 主要结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

作者简历

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