摘要
近年来，我国煤矿开采总量持续增加，随着浅部资源的日渐枯竭，矿井开采向深部延伸，开采条件趋于复杂，煤矿瓦斯动力灾害日渐增多，尤其是煤与瓦斯突出，给煤矿开采带来了巨大的挑战。然而，关于煤与瓦斯突出的机理目前还不清楚，仅处于假说阶段，给煤与瓦斯突出的治理带来了一定的局限性。为了深入研究煤与瓦斯突出作用机理，基于煤与瓦斯突出综合作用假说，采用理论分析与试验研究相结合的方法，对煤与瓦斯突出的能量耗散情况进行了深入分析，并建立了煤与瓦斯突出数学模型。主要取得了以下成果： （1）从理论上分析了煤与瓦斯突出的能量耗散关系，得到了突出的能量主要来源于煤岩体的弹性潜能和瓦斯内能，突出的耗散能主要包括破碎功、移动功和摩擦功等，并给出了相应的计算公式； （2）设计了机械功破煤实验，根据不同的落锤次数提供不同的能量，研究了突出煤和非突出煤的破碎情况，得到了突出煤和非突出煤的单位质量新增表面积都与能量（落锤次数）呈对数函数分布；换算直径与能量（落锤次数）呈幂函数分布； （3）进一步分析了机械功破煤实验的粒径小于0.075mm的煤颗粒的分布情况，得到了小于0.075mm的煤粒质量百分数虽然很低，但其拥有巨大的表面积，说明煤体新增表面积与煤体粒径成反比。因此，突出发生后，较小颗粒的煤粒越多，新生成的表面积越大； （4）研制了高压气体瞬间对称卸压破煤试验装置，进行了突出煤、非突出煤以及型煤不加压和突出煤、非突出煤的加压瞬时卸压实验，得到了煤体瞬时卸压时破碎与煤体的物理力学性质、地应力以及瓦斯作用有关；在瞬时卸压时煤体受到一个拉伸应力作用；煤与瓦斯突出是一个温度下降过程； （5）分析了掘进巷道工作面前方应力分布情况，建立了计算应力分布简化数学函数表达式，根据突出煤体在巷道的堆积情况的不同，建立了计算突出强度的数学函数表达式。并在一定假设的基础上，基于能量守恒原理，建立了煤与瓦斯突出数学模型，得到了煤与瓦斯突出与煤体物理力学性质、瓦斯、地应力以及巷道结构参数的表达式。
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