根据提供的文件信息,本篇研究论文的主要内容和知识点可以详细解读如下:
1. 研究背景与目的
研究聚焦于采动应力场与裂隙场演化对工作面瓦斯涌出的影响。工作面瓦斯涌出是煤矿安全生产中非常关键的问题,其与矿井的通风、瓦斯管理以及灾害预防等都有着密切的联系。由于采煤活动的进行,会对原本平衡的煤岩体应力产生破坏,从而导致煤岩体的变形和破坏。采动应力场和裂隙场的形成与演化,是瓦斯解析、吸附与运移的主要动力来源,这对于理解瓦斯在工作面的涌出规律具有重要意义。
2. 关键概念的提出
研究提出了“突变特征应力(或应变)点”这一概念,用以解释煤岩渗透性在特定应力(或应变)下的突然变化。这是指在采动应力场的作用下,煤层的渗透性可能出现临界点,在此点后渗透性会急剧改变。此现象对于瓦斯运移和涌出具有决定性的影响。
3. 采动应力场与裂隙场的关系
采动应力场的不断演化带来了裂隙场的演化。在工作面推进过程中,应力场的变化导致与之对应的采动裂隙场不断发展,进一步影响瓦斯的解析-吸附和运移。采动应力场与裂隙场的相互作用是影响工作面瓦斯涌出规律的关键因素。
4. 瓦斯涌出特征的研究
研究通过实验和数值模拟分析了采动应力场和裂隙场演化对瓦斯涌出的影响。得出了在工作面顶板突然加卸载的情况下,煤岩渗透率会发生突变,进而导致瓦斯大量涌入工作面。文中还揭示了老顶在断裂和非断裂时刻的煤体内加卸载特征,并且指出这种瞬间加卸载过程对煤岩破裂扩展、瓦斯解析运移及瓦斯涌出具有重要作用。
5. 瓦斯透气性的提高与孔隙率的关系
研究表明,煤岩体孔隙率的增加能显著提高瓦斯的透气性。如果孔隙率提高50%,瓦斯的透气性平均可以提升2到3倍,甚至在某些情况下可能达到一个数量级的提升。煤体暴露表面的透气性提升更是可以达到几个数量级,例如自然透气性只有9.6×10^-19m^2的煤层,其暴露表面的透气性可以增加到9.3×10^-16m^2,提升近1000倍。这说明了煤体暴露后的瓦斯透气性有着巨大的变化。
6. 研究方法与数值模拟
该研究采用了实验室试验和数值模拟的方法,从不同角度探讨了采煤工作面应力场、裂隙场和瓦斯解析运移特征。通过这种方式,研究人员可以更好地认识和解释工作面瓦斯涌出的基本规律。
7. 研究的现实意义
文章的结论为煤矿瓦斯管理提供了理论支持和实践指导,有助于煤矿企业采取更有效的瓦斯控制措施,从而提高矿井的安全生产水平。
这项研究深入探讨了采动应力场与裂隙场的演化规律及其对瓦斯涌出的影响,为煤炭行业瓦斯灾害防治提供了科学依据和实践指导,具有重要的现实意义和应用价值。