煤层突出是指在煤矿开采过程中,由地层压力、瓦斯压力等因素驱动,煤层中的煤体突然向矿井工作面突出的现象,这种现象对矿工生命安全构成极大的威胁,同时也会给煤矿的安全生产造成严重影响。为了预防和减少煤层突出的危险,国内外专家学者提出了多种预测方法和指标,其目的在于对突出危险性进行科学准确的预测,从而采取相应的安全措施。
实验室荷载、卸载实验是通过模拟煤体在实际矿井中的受力状态,来研究煤体在压力作用下的物理变化特性。具体操作是在实验室中对煤体试块施加荷载(加载)和卸除荷载(卸载),测量和分析煤体试块在加载和卸载过程中的应力-应变特性,以及其瓦斯渗透率的变化情况。通过这些物理参数的变化,结合数学模型,可以较为准确地预测煤层突出的可能性。
瓦斯渗透率是指在单位时间内,瓦斯通过单位面积的煤体流动的能力。瓦斯是煤矿井下常见的有害气体之一,它的存在会增加煤层突出的可能性。因此,研究瓦斯渗透率对预测煤层突出危险性至关重要。瓦斯渗透率通常受到煤体孔隙结构、煤体中的应力状态和瓦斯压力等因素的影响。在实验过程中,通过对突出层和非突出层煤体试块的瓦斯渗透率测定,可以发现它们之间的差异,进而为预测煤层突出提供科学依据。
煤体试块是指取自矿井现场,具有代表性的小块煤体样本,用于实验研究。在实验中,通过对煤体试块进行荷载、卸载实验,可以模拟并研究煤层在实际工作面所受压力状态下的力学响应和瓦斯流动特性。根据试块在不同应力状态下的行为,可以推断出煤层在实际开采过程中的表现。
根据煤体物理参数预测煤层突出危险性,包括对煤体的力学特性参数、瓦斯渗透率等的测定和分析。通过实验可以得到煤体的应力-应变曲线,曲线下的面积代表煤体所吸收的外力功,包括弹性变形和塑性变形两部分。弹性变形能会在卸载时释放,而塑性变形能则用于导致煤体温度升高或其他形式的能量损失。
通过实验测定的物理参数,可以构建煤体的力学模型,进一步发展出应力指标EP,用来反映煤体的力学特性。EP是基于煤体卸载后弹性变形能与总外力做功的比值来定义的。这个指标能够帮助预测和判断煤层突出的潜在危险性,为煤层突出的预测研究提供了量化的评估手段。
通过对煤体物理参数和瓦斯渗透率的研究,可以为煤矿安全开采提供重要的理论依据和技术支持,提高煤矿安全管理和预防措施的有效性,减少煤矿灾害事故的发生。在实际工作中,要充分利用实验数据,结合现场具体情况,采取科学的评估方法,以达到有效预防煤层突出的目的。