文摘
煤与瓦斯突出是一种复杂的动态与短期灾难和强大的爆发力,和爆发的方式和力量是由原位压力、气体压力、煤的物理和力学性能质量。本文研究的现状我国煤与瓦斯突出的机理描述了从三个方面:控制单因素的影响,多因素的控制作用,近年来新爆发机制的理解。首先,控制煤与瓦斯突出的因素进行分类,深入分析了相同类型的灾害的主要因素,研究进展和煤与瓦斯突出机理的新理解系统地解决。其次,强度煤质量的影响因素进行了分析,和煤炭质量的相关问题在煤与瓦斯突出灾害强度机理进行了讨论。孵化的结果表明,该阶段,发生,发展,并停止对煤与瓦斯突出的影响在原地应力场的耦合影响,气体压力场、渗流场和煤的力量成为一个重要的因素影响突出强度相同的地应力和瓦斯压力下。因此,科学、合理的改进方法的相似模拟实验设备提出了根据现有的实验方法和设备,具有重要意义为连续提供思想转移深部开采和预防煤与瓦斯突出在未来在中国。
1。介绍
煤与瓦斯突出是一块典型的煤岩动力灾害在煤矿生产过程中,已成为一个关键问题影响煤炭生产的安全,造成严重人员伤亡和财产损失1,2]。除此之外,煤炭和天然气爆发极其复杂的动力灾害持续时间极短的和强大的爆发力,及其灾害机制是防止煤与瓦斯突出的基础(3,4]。
目前,煤与瓦斯突出的机理仍在假设的阶段,如气体行动的假设、地应力、化学作用,和其他单因素假说,这并不能完全解释一些特殊灾害合理(5- - - - - -7]。然而,在实际的煤与瓦斯突出机理的探索,越来越多的学者认为,煤和天然气爆发发生在三个主要因素的共同作用下,即气体压力、地应力和煤炭质量的物理和力学性能(8,9]。自1950年代以来,前苏联专家比比Hodot对煤与瓦斯突出进行了仿真实验和软煤第一次,随后跟着大量的煤炭和天然气爆发了许多其他研究人员,但大多数人利用煤粉作为实验材料和主要关注软煤爆发。此外,煤强度的重要参数之一,煤的煤物理和力学性能,但它不是作为变量爆发指数(10- - - - - -12]。发现煤强度密切相关,突出指标如煤炭质量,突出距离,孔深度。因此,煤强度影响突出强度的变化在同样的地应力和瓦斯压力13- - - - - -15]。
有鉴于此,本文阐述了煤炭和天然气的灾难机制在中国爆发,搭配的灾难的类型机制,并分析了煤与瓦斯突出的主要控制因素。此外,煤强度的影响因素,重点分析了煤炭爆发的原因。此外,讨论了相关的科学问题,研究方向和迫切的科学问题提出了煤与瓦斯突出的机理,以便提供理论支持,煤与瓦斯突出事故的预防和控制,减少人员伤亡和财产损失。
2。在煤与瓦斯突出机理的研究进展
巨大能量的爆发过程发生影响和声音,在围岩巷道破坏设施设施和放电气体和二氧化碳等有害气体,导致窒息伤亡,这很容易导致瓦斯爆炸、火灾等安全事故(16- - - - - -20.]。自1834年首次记录了煤与瓦斯突出事故,已经成为煤矿(最严重的灾害之一21]。
自20世纪以来,大量的研究煤与瓦斯爆发的机理,并基于防治突出事故的经验(22- - - - - -24]。同时,实验室测试和计算机模拟,一系列的灾害形成机制假说,如球壳不稳定性假说(25- - - - - -27],流变假说[28,29日],两相流体假设[30.),统一不稳定理论(31日[],流固耦合不稳定性理论32,33),和关键层压力墙爆发机制(34,35]。近年来,随着技术的进步和实验方法,提出新的理论和理解不断,主要概括为以下几个方面。
2.1。单因素主导控制理论
原位应力、瓦斯压力和煤岩体的物理力学性质完全确定煤与瓦斯爆发的方式和强度。根据当前复杂的地质条件及控制因素突出,煤与瓦斯突出灾害可分为定量研究的深入勘探的主要控制因素下相同类型的煤与瓦斯突出灾害。元(36)进行实验的基础上,综合作用假说,发现煤与瓦斯爆发主要是由气体驱动的。大量的气体存储在破碎煤、支持的形成和发展。由气体驱动,低渗透的煤炭质量是立即销毁,卸货巨大能源,导致煤炭和天然气爆发。陈等人。37利用煤与瓦斯突出的测试系统多场耦合条件,发现气体压力对煤炭质量有明显的粉碎效果。气体的高气压梯度使它流传在裂缝内的煤炭质量,和大量的粉碎,粒子,和小块的煤灰抑制进一步爆发。
此外,越来越多的研究表明,煤和天然气爆发密切相关的地质构造运动,和地质结构的不均匀分布变化的其他因素如原位压力、气体压力、物理机械性能和控制煤与瓦斯突出的过程。程等人,他和陈38,39]发现,构造应力控制气体的迁移和发生煤层通过结合理论分析和领域的例子,这是前提和基础高气体压力的煤炭质量,也是煤与瓦斯突出事故的主要控制因素。张、刘等人。40,41)认为,地质构造运动改变了closing-expansion状态的煤岩体的内部微观结构,促进发展的构造煤和赋存状态的气体在煤岩体,和控制煤与瓦斯突出事故的发生。汉和张42]分析了煤炭和天然气的爆发之间的关系和构造演化在华北,东北,中国南方与构造演化时间表。和他们还发现大型构造地区同一地区不同很小构造结构演变,而在这些小规模构造地区起着控制作用。此外,煤结构等因素,气体,原位应力在不同地区有不同的影响在每个阶段的煤和天然气爆发。燕et al。43)调查和总结研究煤与瓦斯爆发在中国和在国外,发现气体浓度高的地质条件的前提和关键因素的形成爆发。此外,破坏和煤层的渗透性变化是由于采矿和其他作品的进步,导致大量气体的解吸煤层。因此,气体压力急剧增加,和煤与瓦斯突出事故发生。
此外,还发现,煤与瓦斯突出灾害是由古构造应力场的演变和现代应力场。朱和徐44]发现连接的构造应力场是链接原位压力、气体压力和煤物理和机械性能,作为一个不可分割的整体44]。古构造应力场的长期的稳定状态的主要原因是完整的存在和高浓度的气体,而现代构造应力场的连续变化的主要原因的形成高地应力和高气压。简而言之,构造应力场的演变已经成为煤炭和天然气爆发的主要控制因素。
更重要的是,原岩应力的分布以及疲软的煤层地质构造也扮演一个角色在煤炭和天然气爆发在控制的作用。蜀et al。45]认为主要的煤炭质量转变为结构性煤炭质量由于地应力的变化和形成封闭高气体压力环境,加速构造煤的破碎过程,提供了一个良好的物质和能量爆发的基础激励的过程。与此同时,煤与瓦斯突出的关键结构模型图所示1。结构1与爆发风险的关键是能源和煤炭和天然气爆发的先决条件,和支持结构2的关键结构1的煤炭质量使其天然气和能量积累。同时,支持结构3和支承结构4煤层卸压储存大量的弹性势能,促进连续支承结构2的推导和扩张。最终,累积气体和弹性势能释放,导致煤炭和天然气爆发。
在Jiangjunling Malingshan煤矿(46,47),滑动结构改变的发生环境压力、气体和煤层的物理力学参数,他们还发现,煤的瓦斯含量梯度质量影响滑动结构更明显比煤炭质量不会受他们的影响。此外,逆断层结构由滑动的后缘结构有更好的密封;因此,气体不容易传播和气体压力高,更有可能导致突发事故。目前,计算机技术已经成为重要手段了解煤与瓦斯爆发机制。Zhang et al。48)进行了一系列的通过RFPA数值模拟实验二维流式气相耦合动力学分析软件和煤与瓦斯爆发的灾难机制的过程中从meso-perspective cross-entries。在这种情况下,高气压梯度的联合行动,自重应力、应力集中、爆破应力冲击的发生的主要原因是煤和天然气爆发。和隧道的应力集中在前面的过程中扮演着重要的角色煤炭和天然气爆发,这样可以减少应力集中的隧道是一个重要的测量工作,有效降低煤与瓦斯突出。
因此,单一因素,如天然气、原位压力,和构造运动控制煤与瓦斯突出事故的发生,但单因素主导控制理论是基于特定的地质条件。导致煤与瓦斯突出的主要控制因素,可以通过控制其他关键因素从理论上解释煤与瓦斯的机制在一些矿山爆发。多年来,发现煤与瓦斯爆发的过程经历了四个阶段:准备,刺激,开发,和停止(49,50),这是不可避免地伴随着原位应力的变化,天然气和煤炭的物理和力学性能质量。然而,很难解释的过程和关键条件爆发的四个阶段。原位应力,煤岩,天然气,和其他必要条件的煤炭和天然气爆发应当被视为一个有机系统,和各种元素的耦合效应在每个阶段共同导致煤与瓦斯爆发(51,52]。
2.2。Disaster-Causing多领域耦合机制
煤炭和天然气爆发密切相关的变化和原地应力场的耦合影响,电磁场,渗流场和气压场。在多场耦合条件下,力学性能的含煤和天然气的赋存状态改变,加速不稳定的含煤和岩石,进一步导致煤与瓦斯爆发。例如,爆破扰动结构的物理模型的煤和岩石爆发于2014年提出。模型认为存在爆破应力波的爆发准备阶段打破了平衡态的初始应力53),这使得煤炭裂纹发展和形成了“地质弱面。“此外,耦合效应的气体压力场和应力场加速裂纹扩展,导致大量的气体解吸吸附状态下。此外,气体压力和爆破应力波的耦合效应加剧了煤炭和岩体和加速地质弱面”的不稳定性。“最终,当煤层的气体压力达到临界状态时,气体的内能和弹性能量会突然破碎的煤,煤和岩石的发生爆发。
煤矿行业已经转移到深部开采阶段,和煤层开采条件更为复杂,导致煤和岩石的发生经常爆发。并从深部开采含煤质量是在三维复杂原地应力场(54]。煤粉碎矿业面临的共同作用造成的地应力和瓦斯压力,和原位应力诱导爆发成为一个重要的外部因素。此外,气体压力是关键的内部电源爆发开始,实验也证明这个结论。
此外,煤岩动力灾害的发生涉及许多理论,如吸附解吸、气体动力学、渗流、气固两相流理论。太阳et al。55),通过使用经典气体动力学理论,定义了两相流,爆腔,达到声速的临界状态,临界状态下的两相流被定义为不膨胀状态。此外,气体在很多不膨胀的瞬时扩张两相流将产生一个巨大的动量效应和爆腔突发灾害。谢et al。51)也认为,气体压力提供电源的起始爆发的关键。耦合效应下的原位应力和天然气导致裂缝的连续推导和扩张,毛孔,和其他缺陷结构的煤炭质量,他们也沿最大切向应力方向扩展。此外,当天然气电源的能量远远大于能源消耗的发展和渗透的裂缝,煤炭质量将会崩溃,突然之间,这将形成了煤与瓦斯突出事故。此外,赵et al。56)进行了一系列的实验,发现有明显的基本场温度和气体压力场之间的耦合效应。爆发发生后,大量的气体排放,这导致介质气体压力降低。同时,温度明显降低由于解吸过程中吸热反应。
随着计算机和数值技术的发展,学者们开始考虑损伤场的耦合效应和裂缝,赵et al。57)进行了许多数值模拟实验,建立了气体压力场的多场耦合模型,在原地应力场、破坏场、渗流场。他们发现采矿扰动使裂缝闭合、渗透率降低工作面前方应力集中区域。前面的应力分布采矿工作面如图2。他们还发现,采矿扰动会导致关闭裂缝的渗透率和减少应力集中区域的工作区域,从而增加气体压力梯度在缓解压力和应力集中的区域,从而影响煤与瓦斯突出的发生。同样,Zhang et al。58)也得出了类似结论,煤岩体逐渐打破在矿业的耦合应力场和断裂,导致气体浓度增加和压力;由气体压力、煤和岩石爆发发生。然而,李et al。59)发现,振动场的耦合效应,气体压力场,在原地应力场,电磁场,渗流场影响的发生煤与瓦斯爆发。了爆破震动和其他挖方工程进一步促进彼此之间的耦合效应。
通过结合和分析有关文件的灾害机理耦合效应下的煤炭和天然气爆发多个字段(16,60),原位压力、气体压力和煤的物理和机械性能有明显差异的不同阶段煤和岩石爆发。和其他内部和外部因素,如构造运动和采矿扰动,改变了煤和岩石的应力场环境,加速扩张和破坏煤和岩石的骨折。在这个阶段,它主要取决于地应力的破碎能力开采压力煤和岩石,它提供了爆发的发生的可能性。与此同时,由于气体的吸附和解吸状态变化在原地应力场的耦合效应和矿业应力场,改变了关闭和开放骨折和增加气体的内能存储在煤和岩石。当气体内能积累和弹性能量使煤岩体破碎的在某种程度上和超过煤和岩石破坏的能源消耗,这将导致气体内能和弹性能量迅速破灭了。
2.3。新对煤与瓦斯突出机理的理解
近年来,一些新的理论获得了一些先进技术在煤和岩石爆发,这可以解释一些特殊的煤与瓦斯突出现象。郭et al。61年)发现明显有粘滑运动不稳定现象在爆发过程中通过引用粘滑运动不稳定的机制在岩石破裂53]。他们还提出了煤炭和天然气爆发粘滑运动不稳定的机制,从而揭示振动波动的机理,延迟爆发,间歇性爆发期间爆发。此外,王et al。62年)构造煤颗粒表面和甲烷气体之间的吸附模型通过使用量子化学密度泛函理论(DFT)计算方法从微观的角度。他们还发现,电磁波在变形的过程中,工作面周围的煤和岩石的失败是由于振动、采矿、和其他工作。此外,煤炭和CH4分子吸附,形成一个伴侣分子系统,以量化的形式吸收电磁波,从而导致CH4从吸附状态转换到自由州。最后,形成一个更大的气体压力,导致CH4突破结构表面和煤炭和天然气爆发。马和玉63年]认为突出煤质量的承压松散的身体,他们计算出运动突变势函数在煤与瓦斯突出的过程中结合突变理论从动量的角度的含煤松散的身体。除此之外,他们也分析了影响因素和disaster-causing煤与瓦斯突出的机理,进而提出控制机制爆发承压松散的身体在煤与瓦斯突出。
如今,马等。64年- - - - - -67年]提出的假说蝴蝶煤炭和天然气爆发基于蝴蝶岩爆隧道道路理论和非线性动态系统理论,他们还建立了圆形巷道的变形和破坏模式的双向nonisostatic压应力场。蝴蝶形状的理论计算塑性区图所示3。当最大主应力的比值最小主应力不断增加,巷道周围的围岩会产生类似的“蝴蝶”的塑性区形状。此外,基于莫尔-库仑破坏准则,隐式方程的圆形巷道围岩塑性区边界nonisobaric应力场是派生的,叫做蝴蝶失败理论。此外,推测认为,一定量的蝴蝶塑性区出现在标题的脸在短时间内由于原位应力的不均匀分布。当塑性区增加的增量临界值,弹性势能和天然气能源存储在煤岩体将立即被释放,从而导致煤与瓦斯突出。
相信粘滑运动不稳定机制和微观爆发机制的假设导致新想法和方向研究煤与瓦斯突出的机理,这可以解释特定的煤炭和天然气在一定条件下爆发。然而,它未能给出一个判断标准的煤炭和天然气的风险爆发,不足以普遍应用程序突出事故,或应用程序复杂的煤层地质条件和埋藏条件。此外,根据分析,爆发机制的不受控制的承压松质量认为承压宽松的质量,从应力集中区域范围内的边界减压区在工作面前,是一个实际工程问题,符合一般突出煤质量的特点。但突变势函数的承压松散的运动质量,假设,在前面的条件是压力工作面在圆形分布和应力集中区域的煤炭质量isotropous。和原始地应力和瓦斯压力等压在四面八方,它不同于实际的复杂的原位应力环境的煤和天然气爆发,和有一定的误差与实际运动增量运动增量的限制批量计算通过使用运动突变势函数。此外,它也被认为23),蝴蝶煤与瓦斯突出的假设考虑地应力的分布不均引起的巷道的开挖工作面和给出了应力场状态和塑性区边界通过使用隐式方程的圆形巷道围岩塑性区边界nonisobaric应力场,解决了风险指标的定量解释的煤与瓦斯突出危险指标。然而,假设是类似于爆发机制假说巷道的承压宽松的质量被认为是处于平面应力状态,使复杂的应力环境的很大的不同煤和天然气在实践中爆发。也猜想不考虑天然气和煤炭的物理和机械性能的作用在整个爆发过程以及这三种相互作用诱导煤与瓦斯爆发,从而留下一定的局限性。
因此,尽管完整的演示的原位应力的影响,天然气,和地壳运动的理论,研究煤强度的作用机理对煤炭和天然气爆发很少由于有限的测试手段和条件。强度是一个重要参数的物理和机械性能的煤炭质量,还一个重要的指标来预测煤与瓦斯爆发的风险,和力量值会显著影响煤与瓦斯突出事故的损害程度(69年]。
3所示。影响因素的煤炭的力量
分化的煤强度是归因于不同的出现在各种地质条件下的背景下中国的复杂的地质环境。已经证明,煤强度受到地质构造运动的影响,气体压力、尺寸效应和采矿扰动。(1)构造运动对煤的影响力量结构的形成和演化是煤和天然气爆发密切相关,改变床上用品,关节,缺点,骨折和折叠的煤炭质量,以及内部的微观孔隙煤炭质量。此外,环境的压力变化的煤炭质量有一定影响的强度煤质量(46]。汉et al。70年]发现,构造煤质量是相对发达地区构造应力集中,如压缩断层和褶皱轴由地壳运动造成的。同时,构造运动导致压实或放松煤的微孔结构质量,和构造应力场的多阶段演化使大多数故障经过多级活动,导致减少煤的强度。此外,曹et al。71年)进行了单轴力学参数实验煤样从不同的地区和不同的煤中,他们还发现,构造运动改变构造应力场结合以前的单轴实验的统计数据。不同构造应力场影响煤的变化速度与单轴抗压强度、弹性模量以及构造应力之间的交互和煤炭排名引起弹性模量和泊松比之间的关系变化,导致煤强度的变化。此外,构造运动改变了内部的微观孔隙结构煤质量,留下一个显著增加密度和不稳定骨折的方向导致煤强度的变化(72年]。(2)气体压力对煤的影响力量天然气主要存在于微孔隙和微裂隙煤质量的形式的吸附和游离状态。和气体的存在极大地引起煤炭质量的内部结构的变化,这进一步导致煤强度的变化。汉et al。73年)认为,超过90%的煤层气吸附在煤基块,质量,减少煤的渗透率。同时,吸附气体的存在降低了天然气运移通道的煤炭质量,非常容易导致骨折的煤炭质量,降低其强度。同样,张(74年)发现,煤吸附气体的质量气体压力的增加而增加。此外,扩张和变形的煤炭质量和气体压力的增加减少了结构之间的凝聚力和有效应力的大小煤炭质量,导致煤强度的降低。一般来说,煤结构将变得更加紧凑的情况下气体解吸,在某种程度上随着煤强度增加。其他学者认为,气体的存在加速了推导和煤炭质量,内部裂缝的扩张导致煤强度的变化。徐et al。75年)进行了一系列的meso-pressure剪切实验含煤质量,发现煤裂缝继续扩展在实验的过程中,它提供了许多渠道气体渗透到煤炭质量。不断发展的压力和剪切实验,观察表面的煤炭质量逐渐打破,脱落。此外,破碎的地区继续增加,并更有可能新裂缝的发展,最终导致裂缝和减少煤的渗透力量。先前的研究的基础上,白等。76年)发现的缺陷结构,如微裂隙和微孔隙的煤炭质量进一步扩大和骨折后煤炭质量吸收气体。同时,弹性势能的一部分能量转化为固体表面缺陷结构的断裂过程。当固体表面能的增加率等于弹性能量的释放率,煤炭质量的缺陷结构的临界状态骨折。因此,煤强度随内部裂缝的数量,增加毛孔,和其他缺陷,导致气体含量的增加煤炭质量。相反,气体含量的增加会加速的推导和扩张内部裂缝,气孔等缺陷,在煤炭质量,导致煤强度的降低。(3)尺寸效应对煤的影响力量物理相似实验和数值模拟方法已成为重要手段研究煤与瓦斯爆发机制。研究表明,工程材料的选择规范影响的一系列强度指标,如抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、材料的大小也会影响最终结果的物理和数值模拟实验77年]。邓(78年]了尺寸效应的起点问题,发现有一个煤强度值和大小之间的正相关关系,这是符合威布尔的理论函数关系强度尺寸效应。他们还发现有大量的气孔和裂缝大小不同的煤质量的增加测试煤质量的大小。煤之间的理论关系强度和尺寸如下: 在哪里煤样的强度;参考样品的强度值;米是测试材料均匀性;是测试样本体积;和是参考样品体积,实验室标准样品通常是用作参考样品。赵et al。77年)认为,对煤强度尺寸效应表现出明显的敏感与气体压力的增加,煤是在同一均匀条件下,气体压力有显著影响煤煤的抗压强度的尺寸效应,和异质性的煤控制煤炭的尺寸效应。因此,作者认为在煤强度尺寸效应的影响主要表现在缺陷结构的变化,如微孔隙和微裂隙内的煤炭质量。在这个阶段,增加测试煤的大小增加的可能性增加数量的缺陷结构在煤炭质量,这进一步促进了起始和发展的新裂缝由于气体压力和应力场之间的耦合效应,软化煤进一步减少煤炭的力量。(4)对煤炭开采扰动强度的影响在煤矿地下采矿活动使应力重新分布开采前的脸或者标题工作面和形式减压区,集中应力区,和原岩应力区与不断进步的工作面79年]。此外,爆破的振动、隧道机、剪切机切割,和其他矿业工程的变化将导致周围煤岩体内部微裂隙,然后导致煤强度的变化。王等人。80年]分析双方的应力分布的巷道开采工作面使用数值模拟方法。此外,双方定期集中分布区域的压力和隧道工作面巷道的脸形成工作面推进的不考虑构造运动。此外,屋顶的周期性加权的道路导致周期性影响周围煤岩体损伤,进一步导致松动和损坏煤和岩石。最终,整体实力的煤炭质量是降低。李等人。81年)进行了许多实验,发现振动导致微裂隙的扩展和发展煤炭质量,逐渐形成相互之间的裂缝裂缝的煤炭质量,使强度降低。他们还发现振动会改变应力状态和发生的气体在煤质量,这就增加了煤与瓦斯突出的可能性,由于气体的快速增长的压力。此外,煤强度减少通过使用注水次数多,水力压裂法和其他方法来解决问题的煤炭开采造成的困难。同时,天然气开采活动对煤强度有一定的影响,这将影响煤与瓦斯突出的过程(82年,83年]。综上所述,煤强度的变化影响其他因素的分布状态,气体压力和地应力等,具有重要意义,研究煤强度的影响机制突出煤与瓦斯突出的预防和控制。
4所示。煤强度对突出的影响机制的研究进展
目前,理论成果disaster-causing机制进行了地应力和瓦斯压力的煤炭和天然气在中国爆发,和煤强度的控制效应的发生煤与瓦斯爆炸所证明。元等。84年)发现之间的负相关煤强度和煤与瓦斯突出。同时,他们认为煤炭质量是著名的屏障,它更有可能导致煤与瓦斯突出煤强度的下降。但仍将是瓦斯突出事故在一定条件下,煤强度越高,正是爆发的强度低于煤强度的下降。此外,一些学者由于不同实验条件下得出相反的结论。彭元,et al。14,15]发现煤强度随煤粒径的减少用煤与瓦斯突出的自行设计的设备。在爆发过程中,突出煤的质量随煤强度的增加,和之间存在线性正相关的相对爆发的力量和煤强度。此外,Zhang et al。85年)进行了一系列仿真实验的即时的含煤与不同的长处,发现突出强度的指标,如突出煤的质量能力,距离,和井深,减少煤炭的增加强度相同的地应力和瓦斯压力下。也有一个爆发索引和煤强度之间的线性负相关,即表现为煤炭的阻碍力量对突发事故的发生。在接种的四个阶段,发生,发展,煤与瓦斯突出和终止,气体压力的存在导致有效应力的降低,加速失败的煤炭质量的过程。此外,释放气体内能的失败过程煤质量和总能量的比例增加的增加煤强度、和气体之间存在线性正相关内部能量,成为主要能源影响突出事故的发生。
目前,研究煤与瓦斯突出的机理引起的煤强度相对不足,明确评价标准的爆发力量并不是唯一的。这值得进一步讨论是否就可以形成明确的评价标准仅由单一指数,如突出煤质量、距离或孔深度。综上所述,在行动的假设孵化的四个阶段,创业,发展,和停止中国的煤与瓦斯突出,原位应力的影响,气体压力、煤的物理力学性质全面考虑质量。此外,控制影响地应力和瓦斯压力的结构煤层被认为主要是导致煤与瓦斯突出的发生。上述研究表明,煤的力学性能质量变化的地质构造运动,导致爆发的出现,但它是专注于原位应力的分布规律和煤层中气体压力爆发。此外,煤强度的一个重要物理力学参数的煤炭质量,以及如何进一步研究煤与瓦斯突出煤引起的力量爆发的改进具有重要意义的理论。
5。讨论和展望
通过总结煤与瓦斯的机制在中国爆发,可以看出,现有的研究主要集中在原位应力的影响,构造运动,气体对煤与瓦斯突出的压力。煤强度是一个重要的物理力学性质的煤炭质量和与爆发的强度密切相关。然而,研究煤强度的影响在disaster-causing煤与瓦斯突出的机理是很少报道。因此,应进一步考虑以下方面。(1)的影响机制煤矿煤与瓦斯突出的实力需要进一步的研究。越来越多的学者认为原位压力、气体,物理和机械性能,和其他影响因素作为一个有机整体,他们也全面考虑煤与瓦斯爆发的过程通过构造不同的数学模型,如球壳失稳模式25,26和蝴蝶煤与瓦斯突出猜想64年,65年]。然而,以往的研究往往设置一定的前提条件,例如,球壳不稳定假说假定的煤层通常是无限各向同性原始压力,和造成的应力集中挖掘工作应该被忽略。此外,蝴蝶煤与瓦斯突出的猜想简化了驱动巷道的围岩成一架飞机,和隐式方程的围岩塑性区边界nonequal压应力场通过弹性力学的计算。这个猜想,我们可以解决突出问题像“梨形腔”,但科学问题与煤与瓦斯突出、瓦斯压力和煤炭等强度将被忽略。如何进一步确定煤强度的变化的关键条件孵化,四个阶段的发生,发展,和停止的爆发以及如何定量分析煤强度对突出的影响尤为重要。(2)孵化的煤与瓦斯突出包括四个阶段,发生,发展,和停止,煤炭质量的破坏逐渐应力场的耦合作用下,气体压力场、振动场、渗流场,骨折,电磁场,和气体压力中扮演最重要的角色在煤与瓦斯突出过程中,随着煤强度和原位应力(84年]。此外,对煤构造运动具有极其重要的影响力量和诱发煤与瓦斯突出(42- - - - - -46]。但研究只关注气体压力和外部压力的破碎效果对煤炭质量,忽视原位应力的影响和构造运动对煤炭质量的破碎和剥离。此外,原位应力和构造运动可以改变内部裂缝的开启和关闭状态的煤炭质量和改变气体迁移在同一时间。一般来说,当煤强度足够大或完整的煤炭质量足够好,气体压力不足以地带和打破高强度煤质量,和煤炭质量起着重要的作用在预防煤和天然气爆发,影响测试结果的煤炭和天然气爆发。否则,一些学者认为煤在煤与瓦斯突出强度的影响从另一个角度14,15]。煤的粒径大小变化的内部孔隙度煤炭质量,粒径越小,孔隙度越小,和密实度的煤炭质量越好。测试表明,粒径越小的煤,煤的吸附特性越好,温度越高的煤上涨。在温度场的影响下,能量存储在高强度煤是相对较高;因此用高强度瞬时爆发。当前的研究主要集中在内部能量的改变天然气存储在煤炭由于气体的吸附特性的变化。增强气体的吸附特性的煤炭质量内的温度上升,因此运输能量不断扩大气体。因此,爆发的强度可能会增加。相同的气体压力和地应力下,煤强度的主要因素是影响煤炭质量的故障形式在每个阶段的爆发,这是主要的影响因素,控制弹性能量的存储和释放和气体内能。同时,作者认为,如何建立更合适的实验条件地下爆发过程,充分考虑多个字段的耦合效应会更有利于研究物理和力学参数的影响机理,煤与瓦斯突出,提高煤与瓦斯突出灾害机制。(3)研究方法的煤与瓦斯突出灾害机制需要进一步完善。近年来,煤与瓦斯突出的机理研究了利用流变力学、弹性力学、混沌理论、塑性力学、岩石力学、和气固耦合理论,并通过实验室相似模拟实验和数值模拟的方法,但没有方法或理论是完美的。简而言之,他们可以解释特定的煤与瓦斯突出事故在一定程度上。
规模效应极大地改变了煤强度值(77年,78年,86年),当对煤与瓦斯突出模拟实验的相似之处,它是必要的,以确保物理和机械性能,几何相似、运动相似和动态趋势相似的模拟煤层根据相似理论。但是很难保证最终的仿真结果符合实际的爆发过程和矿井的突出特点87年]。因此,相似模拟材料的物理机械性能和原煤应该尽可能相同,避免影响大小的影响造成的煤炭和天然气过程煤强度,并确保类似的仿真实验的设计的合理性实现量化和煤与瓦斯突出实验的准确性。然而,现有的设备的相似模拟实验限制的实验结果的准确性在一定程度上煤与瓦斯突出。例如,一些现有的设备(88年设计具有体积小,很难避免边界效应的影响,难以模拟煤层的地质结构的存在和工程开挖的实现功能。此外,该传感器只能放置在模型中,这限制了数据收集。或者一些现有的大型设备的设计,这就增加了困难周期性的设备制造和实验。或一些现有的设备设计较小体积的气腔,这使得它难以维护期间气体测试的充分性。或一些现有设备的密封性差、不能提供真正的三轴应力加载哪个更符合实际的工程困难。
针对存在的问题的研究方法和设备,现有的材料应该改进相似模拟试验符合煤炭质量的物理和机械性能。煤与瓦斯突出的主要因素,如原位应力、瓦斯压力、物理和机械性能,应该综合考虑,科学合理的大小(避免边界效应和规模效应)应设计真正恢复煤层的地质构造和天然气移民法律和真正恢复应力环境和开挖条件的煤层。同时,设备的相似模拟试验的四个阶段的准备,激励,发展,和停止(获取每个阶段的关键条件)可以从多个方向。除此之外,重点应该放在变更的影响试件的煤炭质量的微观结构,以及如何使用更合理数值模拟技术通过计算机数值模拟技术。
6。结论
煤与瓦斯突出是一个复杂的动力学过程。当前的研究显示disaster-causing机制煤矿煤与瓦斯突出强度,为深部开采提供一个想法以及煤与瓦斯突出的预防和控制。(1)研究进展和新对煤与瓦斯突出机理的理解不同因素的控制下系统地总结,为未来提供一个想法深部开采以及煤与瓦斯突出的预防和控制。(2)孵化阶段,发生、发展、和停止煤与瓦斯突出的影响基本场的耦合效应等在原地应力场,气体压力场,裂隙场、电磁场和渗流场。煤强度的主要因素是影响突出的发生在同样的气体压力和地面压力。(3)科学方法的研究方法提出改善煤与瓦斯突出的机理。必须设计一个科学的大小(应避免边界效应和规模效应),恢复多个地质领域的真正的耦合条件,得到每个阶段从多个方向的临界条件,利用数值模拟技术全面,考虑macrocoal的力学性能变化的影响在其微观结构。
的利益冲突
作者保证他们没有利益冲突的其他研究。
确认
这项工作是由北京市自然科学基金资助(批准号8192036),中国国家重点研究和发展计划(批准号2018 yfc0808301),国家重点实验室培育基地天然气地质和气体控制(河南理工大学)(批准号WS2018B04),市政研究所改革和发展项目(批准号BJAST-RD-BMILP202109-03),市政研究所改革和发展项目(批准号BJAST-RD-BMILP202113)。