(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111584041.6 (22)申请日 2021.12.23 (71)申请人 哈尔滨理工大 学 地址 150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区学 府路52号 (72)发明人 孟上九　刘洋　王淼　穆海龙　 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 17/12(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种煤矿瓦斯 突出灾害预警试验方法 (57)摘要 本发明公开了一种煤矿瓦斯突出灾害预警 试验方法， 涉及矿业技术领域； 它的方法如下： 步 骤一： 确定几个试验参数对试验结果影响对大 小； 步骤二： 动荷载及静荷载作用下分别与气体 渗出量间的关系； 步骤三： 根据试验数据建立数 据模型推导相关公式； 步骤四： 结合试验结果推 断对灾害预警的可行性； 步骤五： 理论分析、 计 算； 本发明考虑轴向静载、 围压、 瓦斯压力和动载 荷组合作用， 建立了含瓦斯煤动力学本构方程； 结合瓦斯吸附平 衡方程、 扩散方程和瓦斯渗流方 程， 建立了动载作用下含瓦斯煤瓦斯运移方程 组； 通过孔隙率和渗透率演化架起了含瓦斯煤动 力学本构方程和动载荷下瓦斯运移方程组之间 的桥梁， 建立了含瓦斯煤冲击破坏多场耦合模 型。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 114429031 A 2022.05.03 CN 114429031 A 1.一种煤矿瓦斯 突出灾害预警试验方法， 其特 征在于： 它的方法如下： 步骤一： 确定几个试验参数对试验结果影响对大小： 开展不同轴向静载、 围压、 瓦斯压力和震动载荷作用下含 瓦斯煤震动和冲击破坏实验， 研究揭示煤体震动和冲击破坏动力学行为与轴向静载、 围压、 瓦斯压力和 动载荷的关系； 构 建动载作用下含瓦斯煤动力学本构方程； 步骤二： 动荷载及静荷载作用下分别与气体渗出量间的关系： 煤矿现场生产过程中， 上覆岩层顶板断裂或断层活动滑移引起的应力波作用于煤体， 根据动载的大小， 可能导致煤岩变形、 裂缝形成、 顶板下沉、 片帮、 底鼓、 大面积巷道和工作 面破坏， 甚至煤与瓦斯突出； 动载荷作用后， 煤岩体表现出从微变形到大破裂不同的性质， 测试分析不同轴向静载和动载组合作用下， 煤体震动和后续瓦斯放散量随时间的变化规 律， 获得含瓦斯煤震动的瓦斯 放散特性； 步骤三： 根据试验数据建立数据模型推导相关公式： 揭示瓦斯放散特性与煤体宏观力学变形和损伤特征的关系； 建立动载作用下含 瓦斯煤 瓦斯放散率演化方程； 假设煤岩是裂隙和基质的组合体， 综合考虑三轴应力加卸 载煤岩损 伤、 有效应力及吸附/解吸作用引起的煤岩割理及基质变形， 忽略煤岩基质内的扩散渗流， 分别引入有效应力、 吸附/解吸作用下煤体割理孔隙变形影响因子， 建立三轴应力加卸载作 用下损伤煤岩渗透率模型， 并结合 实验结果进行验证； 在煤岩渗透率立方定律基础上， 考虑 煤岩损伤、 有效应力 及吸附/解吸综合作用引起的煤岩割理及基质变形， 忽略煤岩 基质内的 扩散渗流， 引入有效应力、 吸附/解吸作用下煤体割理孔隙变形影响因子， 进行损伤煤岩渗 透率模型研究； 步骤四： 结合试验结果推断对灾害预警的可 行性： 结合实验结果分析动载和静载对煤样的瓦斯放散量影响大小， 利用公式寻找二者之间 的规律性关系； 步骤五： 理论分析、 计算： 煤体渗透率测定常用方法为稳态法和瞬态压力脉冲法， 类比渗透率稳态法， 测定含瓦 斯煤瞬时放散率， 控制煤体两侧瓦斯压力不变， 来监测通过煤体的瓦斯流量， 通过下式计算 煤体瓦斯瞬时放散率， 由于 本实验动载荷作用时间较短， 称为瞬时放散率； 式中： k`为 瞬时放散率， m2； q为瞬时瓦斯流量， m3/s； p0为大气压力， MPa； μ为 瓦斯动力粘 度， 1.84×10‑11 MPa.s； L0为试样长度， m； A0为试样横截面积， m2； p2为进气端瓦斯压力， MPa； p1为试样出气端瓦斯压力， Mpa； 由于试样出气端为自由端与大气联通， 因此这里p1=  p0， 模拟了含瓦斯煤在三维应力条件下， 受动载作用后瓦斯的瞬时放散率随轴向静载、 围 压、 瓦斯压力和动载荷的关系。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114429031 A 2一种煤矿瓦斯突出灾 害预警试验方 法 技术领域 [0001]本发明属于矿业 技术领域， 具体涉及一种煤矿瓦斯 突出灾害预警试验方法。 背景技术 [0002] 我国是当今世界第三大矿业大国， 煤炭是我国的主题能源和重要工业原料， 占一 次能源消费总 量的 59%， 广泛应用于供热、 发电等行业。 煤炭资源储量相 对丰富， 是我国最 可靠、 最经济的能源资源， 是 我国经济社会发展的重要支撑。 据统计至2050年为止， 煤炭仍 占总能源40%， 我国富煤缺油少气的特点决定煤仍占能源主导地位。 随着经济的发展， 煤炭 开采的强度和深度也 随之增加。 随着开采强度和能源需求的逐渐增大， 煤矿开采深度逐年 递增， 煤与瓦斯突出等动力灾害发生愈加频繁， 强度也越来越大。 采矿业在国民经济发展 中， 一直居于重要地位， 随着采掘机械化愈加发展， 矿区的地质环境问题越来越突出， 给人 们的生命安全和社会经济的发展造成了巨大危害。 发明内容 [0003]为解决现有的问题； 本发明的目的在于提供一种煤矿瓦斯突出灾害预警试验方 法。 [0004]本发明的一种煤矿瓦斯 突出灾害预警试验方法， 它的方法如下： 步骤一： 确定几个试验参数对试验结果影响对大小： 开展不同轴向静载、 围压、 瓦斯压力和震动载荷作用下含瓦斯煤震动和冲击破坏 实验， 研究揭示煤体震动和冲击破坏动力学行为与轴向静载、 围压、 瓦斯压力和动载荷的关 系； 构建动载作用下含瓦斯煤动力学本构方程； 步骤二： 动荷载及静荷载作用下分别与气体渗出量间的关系： 煤矿现场生产过程中， 上覆岩层顶板断裂或断层活动滑移引起的应力波作用于煤 体， 根据动载的大小， 可能导致煤岩 变形、 裂缝形成、 顶板下沉、 片帮、 底鼓、 大面积巷道和工 作面破坏， 甚至煤与瓦斯突出； 动载荷作用后， 煤岩体表现出从微变形到大破裂不同的性 质， 测试分析不同轴向静载和动载组合作用下， 煤体震动和后续瓦斯放散量 随时间的变化 规律， 获得含瓦斯煤震动的瓦斯 放散特性； 步骤三： 根据试验数据建立数据模型推导相关公式： 揭示瓦斯放散特性与煤体宏观力学变形和损伤特征的关系； 建立动载作用下含瓦 斯煤瓦斯放散率演化方程； 假设煤岩是裂隙和基质的组合体， 综合考虑三轴应力加卸 载煤 岩损伤、 有效应力 及吸附/解吸作用引起的煤岩割理及基质变形， 忽略煤岩 基质内的扩散渗 流， 分别引入有效应力、 吸 附/解吸作用下煤体割理孔隙变形影响因子， 建立三轴应力加卸 载作用下损伤煤岩渗透率模 型， 并结合实验结果进 行验证； 在煤岩渗透率立方定律基础上， 考虑煤岩损伤、 有效应力 及吸附/解吸综合作用引起的煤岩割理及基质变形， 忽略煤岩 基质 内的扩散渗流， 引入有效应力、 吸 附/解吸作用下煤体割理孔隙变形影响因子， 进行损伤煤 岩渗透率模型研究；说　明　书 1/4 页 3 CN 114429031 A 3