坚硬石英砂岩失稳摩擦效应引燃瓦斯实验研究

摘要

坚硬石英砂岩顶板与瓦斯在中国煤矿中普遍存在，对于坚硬石英砂岩失稳垮冒摩擦效应及其引发采空区瓦斯爆炸燃烧的机理尚未完全明确，往往在发生相关事故后才意识到此类事故隐患的存在，因而易成为瓦斯防治工作的死角。因此研究坚硬石英砂岩失稳摩擦效应及其引发瓦斯爆燃的影响因素，明确事故发生机理，对于煤矿的安全生产，保证人身财产安全具有重要意义。
　　本文对上覆岩层稳定性进行了力学分析，考虑到断裂角的影响，推导出包含断裂角的顶板稳定性公式，通过Matlab数学软件绘制出函数变化曲线，分析出分别在断裂角和回转角固定情况下函数的变化趋势，研究了断裂角对上覆顶板稳定性的影响。
　　以坚硬石英砂岩为主要研究对象，设计实验设备，制定实验方案，对比了不同摩擦速度、瓦斯浓度以及岩石接触面压力条件下，室内岩石摩擦实验的现象，分析了不同因素对岩石摩擦效应引燃瓦斯的影响，研究了不同影响因素下岩石摩擦效应引燃瓦斯的规律。
　　利用3DEC数值模拟软件，建立不同顶板厚度、不同工作面长度的三维数值模型，研究工作面回采过程中各测点剪应力变化规律，判别测点对应单元块体发生滑落失稳的可能性，分析测点发生滑落失稳的状况与时机，明确工作面长度和顶板厚度对采空区岩层发生滑落失稳区域的影响，对煤矿的安全生产具有指导意义。

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摘 要

Abstract

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Contents

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1岩层破断规律研究现状

1.2.2 瓦斯燃烧的实验研究现状

1.2.3岩石摩擦引燃瓦斯研究现状

1.3 主要研究内容和方法

1.4 技术路线

2 岩石摩擦效应引燃瓦斯理论分析

2.1岩层破断失稳特征

2.2岩层失稳摩擦效应分析

2.2.1岩层稳定性分析

2.2.2 考虑到断裂角影响的岩层稳定性分析

2.3 滑落失稳摩擦闪温分析

2.4 本章小结

3 硬厚岩层滑落失稳摩擦面形成的数值分析

3.1 3DEC数值模拟软件介绍

3.2 模型的建立及模拟方案

3.2.1 模型建立

3.2.2 数值模拟方案

3.3 不同工作面长度下单层硬厚岩层滑落失稳特征

3.3.1工作面长度150m时顶板滑落失稳特征

3.3.2工作面长度200m时顶板滑落失稳特征

3.3.3工作面长度250m时顶板滑落失稳特征

3.4 不同工作面长度下双层硬厚岩层滑落失稳特征

3.4.1工作面长度150m时双层顶板滑落特征分析

3.4.2工作面长度200m时双层顶板滑落特征分析

3.5工作面长度及硬厚岩层厚度对岩层滑落失稳的影响

3.5.1工作面长度对岩层滑落失稳的影响

3.5.2硬厚岩层厚度对岩层滑落失稳的影响

3.6本章小结

4 石英砂岩摩擦效应引燃瓦斯实验设计

4.1 摩擦实验设备研制

4.1.1 岩石摩擦实验内容

4.1.2 摩擦实验设备功能需求分析

4.1.3 摩擦实验设备设计制作

4.2 试件的选取及制作

4.2.1试件材料选取

4.2.2试件的制作

4.3 实验方案设计

4.4 本章小结

5 石英砂岩摩擦效应引燃瓦斯影响因素分析

5.1摩擦速度对摩擦效应引燃瓦斯的影响

5.2瓦斯浓度对摩擦效应引燃瓦斯的影响

5.3接触面压力对摩擦效应引燃瓦斯的影响

5.4 本章小结

6 工程实例分析

6.1 工程地质背景

6.2 事故概况

6.3防治技术措施

6.3.1 顶板控制

6.3.2 瓦斯控制

6.4 本章小结

7 主要结论

参考文献

致谢