导　　师： 程卫民;薛生

学科专业： H1903

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 山东科技大学

摘　　要： 本文通过理论分析、实验研究、数值模拟、现场应用相结合的方法，对瓦斯含量法预测煤与瓦斯突出技术进行了研究，形成了以煤层瓦斯含量为敏感指标预测煤与瓦斯突出的较为系统的理论体系。
通过对煤与瓦斯突出影响因素的分析，以吸附瓦斯煤体变形的应力、应变研究为基础建立了煤体渗透率与瓦斯压力变化的数学模型，并在温度恒定、径向应变受到严格约束和水份不变的条件下进行实验，研究了煤层瓦斯压力变化过程中渗透率的变化，并把实验结果与数学模型产生的曲线进行对比分析；运用断裂力学理论，分析了煤体内裂隙扩展与瓦斯压力的关系，并从力学角度确定了煤与瓦斯突出的条件；依据能量原理，使用简化的突出力学模型，得出了煤与瓦斯突出前所积聚的弹性潜能和瓦斯内能，建立了以瓦斯含量为基础的煤与瓦斯突出能量条件，并运用MATLAB分析了化处矿突出时瓦斯含量与地应力、煤的坚固性系数、掘进进尺、煤层厚度的关系；运用瓦斯解吸/吸附特征实验装置，研究了0.17～0.25MM、0.25～0.5MM、0.5～1.0MM、1.0～3.0MM煤样在不同压力下的解吸特征；通过对煤屑扩散模型的分析，建立了煤屑扩散模型，并采用分步计算法对煤屑瓦斯解吸的补偿进行研究；利用井下深孔取芯工艺和瓦斯解吸法，实现了煤层原始瓦斯含量的直接快速测定和计算。
研制了含量法预测瓦斯突出的计算机软件程序。该软件把FLAC3D和COMET3两个商用软件相耦合：利用FLAC3D进行应力分析，包括开挖引起的应力变化和煤体在有效应力作用下的变形，利用 COMET3 模拟煤的瓦斯吸附与解吸、扩散。FLAC3D 输出有效应力，并由 C++界面模块计算出渗透率的变化，输入到 COMET3。COMET3 把孔隙压的变化传给 FLAC3D。两个软件之间的数据传递通过 FISH 语言和 C++界面模块来实现；建立了预测瓦斯突出的数值模型，得到了开挖过程中的网格变形、孔隙压力等值线、主应力矢量、煤体破坏区域等输出结果；分析了煤体强度、采深、开挖速度、煤层厚度、渗透率、拉格缪尔常数对瓦斯突出的敏感性。
上述理论和实验研究结论为瓦斯含量预测煤与瓦斯突出提供依据。最后将该研究成果在顾桥煤矿11-2、13-1层煤进行了工程应用，使得工作面突出预测深度提高到80～150M，达到了防治采掘工作面煤和瓦斯突出的目的，同时也能够满足当前机械化高效高强度采掘的需要。

关 键 词： 瓦斯含量 煤与瓦斯突出 能量法 煤屑扩散模型 瓦斯损失量 数值模拟 耦合 敏感指标

分 类 号： [TD713]

领　　域： [矿业工程]