岩土力学 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (6): 1719-1730.doi: 10.16285/j.rsm.2024.1310CSTR: 32223.14.j.rsm.2024.1310
唐巨鹏1, 2,黄磊1,潘一山3,任凌冉1,张昕1,张众华1
TANG Ju-peng1, 2, HUANG Lei1, PAN Yi-shan3, REN Ling-ran1, ZHANG Xin1, ZHANG Zhong-hua1
摘要: 煤层倾角突变区是深部煤炭采掘过程中极易发生煤与瓦斯突出的复杂地质条件之一。以河南平顶山某矿为研究对象,开展不同倾角突变条件下突出模拟试验研究,设置倾角突变界面,界面上侧为原煤,下侧为型煤,分别用于模拟原生煤层与构造煤层。定义煤层倾角突变初始角度θI 、突变角度θM 、突变角临界值θT 、瓦斯在倾角突变区集中系数Iθ,用以分析煤层倾角突变对突出强度造成的影响。引入单位突出强度IU 表征试验过程中的突出强弱,期间利用声发射技术对突出过程中能量演化规律进行监测,并通过内置于试样中的温度传感器记录各区域温度的变化情况。研究结果表明:(1)煤层倾角突变区对突出时临界瓦斯压力及单位突出强度具有显著影响,在10º<θI ≤20º、10º≤ θM ≤20º范围内存在煤层倾角突变临界值 ,当 θI 与θM 均大于等于θT 时,易发生低指标突出;当θI 或 θM 一定时,单位突出强度随瓦斯在倾角突变区集中系数增大而增大。(2)煤层倾角突变初始角度 θI 及突变角度 θM 与声发射能量峰值及累计声发射能量间呈负相关关系,随着θI 与θM 的增大,煤体达到破裂失稳所需能量逐渐降低,当所处地应力环境相同时,其在低瓦斯压力条件下即可发生突出。(3)突出孕育与激发阶段,煤体内部温度变化存在显著差异,煤层倾角突变区附近温度变化明显高于其余各区域,突出口近端区域煤体温度波动较其他区域表现出了更强的不稳定性。
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