采动煤岩裂隙演化及瓦斯流动特征实验研究

采动煤岩裂隙演化及瓦斯流动规律的研究是进行煤矿井下煤与煤层气双能源开采的基础性研究课题之一。项目针对煤矿开采过程中采动应力场、裂隙场和渗流场多因素交叉耦合这一科学命题，通过自行研制的煤岩裂隙演化及瓦斯流动固气耦合试验系统及开发的配套软件，进行一系列不同应力路径下含瓦斯煤岩破裂过程试验，分析该过程中应力（应变）-煤岩破裂-声发射特征参量与渗流参数变化的对应关系，建立基于声发射有效特征参量的煤岩应力（应变）关系模型、煤岩物理结构反分析模型和渗流模型。在此基础上研究采动煤岩的裂隙演化与瓦斯流动变化的基本规律，达到能够用声发射特征参数描述采动应力-煤岩裂隙演化和瓦斯流动变化基本特征的目的。从细观上揭示采动应力作用下煤岩破裂与瓦斯流动的机理。该研究对认识采动影响范围内煤岩的瓦斯涌出本质，促进煤与煤层气双能源开采及瓦斯治理具有重要的理论指导意义。

采掘活动必然引起一定范围内煤岩的变形、破坏，引起支承压力等一系列复杂的动力学变化。项目针对矿井开采过程中采动应力场、围岩裂隙场和渗流场多因素交叉这一科学难题，采用RMT-150B岩石力学试验系统、CDAE-1型声发射仪、自行研制的试验系统做了大量细观、宏观角度的煤岩力学试验，取得了一系列的研究成果：（1）自行研制并且改进了煤岩-气耦合渗透性双向加载试验系统，该系统有煤岩-气耦合渗透性双向加载试验装置、轴向加载及控制系统、加气系统、煤岩破裂声发射监测系统等四个部分组成，模拟实验煤样尺寸可以达到150mm×150mm×150mm；（2）进行一系列不同应力路径下含瓦斯煤岩破裂过程试验，分析该过程中应力（应变）-煤岩破裂-声发射特征参量与渗流参数变化的对应关系，建立基于声发射有效特征参量的煤岩应力（应变）关系模型；（3）进行了不同加载、卸载应力路径下渗透性能变化特征的实验研究，实验结果表明卸压对试样的渗透性能增加有重要作用，且不同应力阶段卸载气流增加量不同；（4）系统研究了准平面应变下煤岩轴向应变-渗透率的相关性，给出了不同应变段应变-渗透率的关系模型；（5）研究了煤岩材料破裂过程中应力场-裂隙场-渗流场之间的演化关系，模拟研究了采掘工作面实际边界条件的煤岩裂隙演化及其透气性能演化过程；（6）分析总结了采动煤岩-瓦斯耦合作用机理，并探讨了耦合作用对煤岩动力灾害影响；（7）在项目的资助下，在国内外有影响的期刊上发表学术论文13篇，其中7篇被SCI/EI收录；获得授权发明专利3项，实用新型专利4项；项目负责人荣获厅级以上项目奖励6项；培养博士研究生3名（2名毕业，1名在读），硕士研究生5名（2名毕业，3名在读）。