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采动国家重点实验室在原生煤层发生煤与瓦斯突出的能量限制因素研究中取得新进展
2021-07-22 17:04 张贵生    (点击: )

近日,采动国家重点实验室涂庆毅老师在中国矿业大学与爱思唯尔出版集团合作出版的英文期刊International Journal of Mining Science and Technology(中科院SCI期刊分区:工程技术一区、Top期刊、影响因子IF = 4.084)在线发表了题为《Energy-limiting factor for coal and gas outburst occurrence in intact coal seam》的最新研究成果。

原生煤参与煤与瓦斯突出过程的动态过程示意图(绘制:涂庆毅)

该研究对原生煤的力学及甲烷扩散特性进行回顾,并测定原生煤的破碎比功,获得原生煤的基本特性。同时,归纳突出的特征现象,细化突出的各个阶段,分析突出的能量来源。然后,基于原生煤破裂、破碎的应力条件及搬运过程的粉碎条件研究,结合真实的案例计算,获得原生煤发生突出的最小应力。研究表明,利用f值为0.59-1.57的3种原生煤颗粒测得的原生煤破碎比功范围为294.3732 - 945.8048 J/m2。根据案例计算,突出煤/岩的搬运消耗超过2300 MJ的搬运功,这需要10062.09、7046.57和5895.47 m3的瓦斯参与膨胀做功,当煤层初始瓦斯压力分别设定为1.0 MPa、2.0 MPa和3MPa时。然而,突出过程煤体破碎消耗的破碎功超过了搬运功,甚至达到了搬运功的13.96倍。如何提供如此巨大的破碎功是原生煤发生突出的限制因素。应力能提供了原生煤破碎的主要破碎功,这决定了原生煤发生突出所需的最小应力超过了54.35 MPa,甚至达到300.44 MPa。显然,最小应力远高于目前300-700m开采深度所能提供的水平应力和垂直应力,间接证明了目前开采深度原生煤发生突出(尤其是大型突出)的可能性较小。然而,进入更深的开采深度,高应力下,原生煤发生突出的应力条件可能逐渐满足;并且高瓦斯压力下,原生煤发生突出的可能性将大幅增加。

涂庆毅老师为论文第一作者,上述研究工作得到了国家自然科学基金青年基金、安徽省自然科学基金青年项目等的支持。

(撰稿、核稿:采动实验室  张贵生、马天兵)

   

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