采动影响下卸压瓦斯渗流规律相似模拟实验研究

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1、采动影响下卸压瓦斯渗流规律相似模拟实验研究基金项目：国家自然科学基金资助项目（50874089）；教育部博士学科点专项科研基金资助项目（20096121110002）。作者简介：李树刚(1963—)，男，甘肃会宁人，教授，博士生导师。联系方式：029－85587007，E－mail:lisg@xust.edu.cn李树刚肖鹏赵鹏翔林海飞成连华（西安科技大学能源学院，陕西西安710054）摘要：利用自主研发的固气耦合相似模拟实验台，对采动过程中煤层底板应力分布特征及卸压瓦斯渗流速度随工作面推进的变化规律进

2、行了实验研究，分析了采空区煤层底板支承压力分布规律及影响区域的范围，确定了沿采空区上方横向方向上瓦斯渗流速度变化形成“三带”的范围，总结了卸压瓦斯的渗流规律。研究结果为现场瓦斯抽采提供了技术支持。关键字：卸压瓦斯；渗流；应力分布；相似模拟ThesimilarsimulationexperimentstudyingofpressurereliefgasseepagelawundertheinfluenceofminingLishu-gangXiaopengZhaopengxiangLinhaifeiChe

3、nglianhua（schoolofenergy，Xi’anUniversityofScienceandTechnology，Xi’an710054,China）Abstract:Usingself-developedsolidgascouplingsimilarsimulationexperimentalplatform,processofstressdistributionofcoalflooranddischargingpressuregasseepagevelocitywiththechange

4、ruleofworkingfaceadvancesbyexperimentsandanalysisfromcoalfloorinthegoafabutmentpressuredistributionruleandinfluenceintheareaofgoaf,determinestherangewhichisthegasseepagevelocitychangetheformof"threezones"ofthetransversedirectionalongthetopofgoaf,summariz

5、estheseepageruleofdischargingpressuregas.Resultsforthespotgasextractionprovidestechnicalsupport.Keywords：pressure-reliefgas;seepage;stressdistribution;similarsimulation煤炭的大规模开采，使得工作面瓦斯涌出量急剧上升，回风巷和上隅角瓦斯频频超限，甚至发生瓦斯燃烧或爆炸之类的恶性事故，严重威胁着矿井安全生产，造成了重大的人员伤亡、经济损失和不

6、良的社会影响。许多学者从瓦斯动力弥散规律[1~4]及瓦斯升浮-扩散规律[5~6]方面对采动裂隙带中的卸压瓦斯的运移规律开展了大量研究，在物理相似模拟实验从宏观和微观方面也有很多的研究[7~10]，但就利用相似模拟实验台研究采动过程中卸压瓦斯渗流规律的成果不是很多。本文将利用自主研发的固气耦合相似模拟实验台，通过对煤层底板应力分布特征及卸压瓦斯渗流速度变化规律的分析，进一步研究了采动影响下卸压瓦斯的渗流规律，为现场瓦斯抽采提供了技术支持和实验基础。1实验台研制及过程1.1实验台研制实验采用的固气耦合相似模

7、拟实验台设计尺寸为700mm×600mm×100mm，模型内腔体尺寸为600mm×500mm×100mm，由槽钢焊接制作。实验箱体前后表面及顶部装有12mm厚的有机玻璃板，可用于观测岩层位移及覆岩裂隙发育情况。实验台底座为300mm高的支架，用于支撑实验箱体。在实验箱体表面的有机玻璃板上分别打有直径为10mm的气孔，作为本次实验采集数据的进气孔和测试孔。进气孔口与测试孔对称分布，尺寸如图1所示。每一块板有15个孔，每行5个，分3行布置，由左向右依次编号为1#、2#、3#、4#、5#，具体位置见表1所示。

8、表1气孔布置位置Tab.1positionoftheholeslayout排号孔数孔间距/cm第1孔距切眼/cm距15#煤顶板/cm151010152510102535101035图1实验台平面图Fig.1Benchplans1.2实验过程在铺设模型时，箱体前表面的有机玻璃板不拆，作为可视挡体，观察模型材料铺设时的平整度。利用槽钢作为后表面的挡体，以保证模型在铺设过程中不发生膨胀变形。待模型制作完成，晾晒24h后，拆除箱体后表面的槽钢，安装