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含瓦斯“试样”突出现象的RFPA2D数值模拟
2011-07-25
运用新近开发的岩石破坏过程分析RFPA2D (Rock Failure Process Analysis) 系统, 以含 瓦斯煤岩的破坏过程分析为例, 通过对含瓦斯煤岩突出孕育机制及其声发射的数值模拟, 说明了 数值模拟方法给含瓦斯煤岩突出机制及其预测理论的发展所带来的新契机. 数值模拟再现了含瓦 斯煤岩突出的发生、发展过程, 模拟结果表明, 复杂的瓦斯煤岩断裂、突出现象可能是一些简单 机理的演化结果.
Vol. 25 No. 5 Oct.   2000     第 25 卷 第 5 期 2000 年 10 月 煤 炭 学 报 JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY   文 章 编 号 :0253 - 9993(2000) 05 - 0501 - 05 2 D 含 瓦 斯 “ 试 样 ” 突 出 现 象 的 RFPA 数 值 模 拟 1 ,2 1 ,3 1 1 唐 春 安 , 芮 勇 勤 , 刘 红 元 , 刘 建 新 ( 11 东 北 大 学 资 源 与 土 木 工 程 学 院 岩 石 破 裂 与 失 稳 研 究 中 心 , 辽 宁 沈 阳 110006 ; 21 中 国 科 学 院 力 学 研 究 所 非 线 性 力 学 国 家 重 点 实 验 室 , 北 京 100080 ; 31 长 沙 交 通 学 院 道 路 与 桥 梁 工 程 系 , 湖 南 长 沙 410076) 2 D (Rock Failure Process Analysis) 系 统 , 以 含 摘 要 : 运 用 新 近 开 发 的 岩 石 破 坏 过 程 分 析 RFPA 瓦 斯 煤 岩 的 破 坏 过 程 分 析 为 例 , 通 过 对 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 孕 育 机 制 及 其 声 发 射 的 数 值 模 拟 , 说 明 了 数 值 模 拟 方 法 给 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 机 制 及 其 预 测 理 论 的 发 展 所 带 来 的 新 契 机 . 数 值 模 拟 再 现 了 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 的 发 生 、 发 展 过 程 , 模 拟 结 果 表 明 , 复 杂 的 瓦 斯 煤 岩 断 裂 、 突 出 现 象 可 能 是 一 些 简 单 机 理 的 演 化 结 果 . 关 键 词 : 瓦 斯 ; 煤 岩 突 出 ; 非 均 匀 性 ; 断 裂 破 坏 ; 数 值 模 拟 + 中 图 分 类 号 : TD713 12 文 献 标 识 码 : A   由 于 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 是 煤 矿 生 产 中 的 重 大 灾 害 之 一 , 因 此 有 关 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 的 机 理 一 直 是 煤 炭 开 采 [ 1 ,2 ] 技 术 研 究 所 关 注 的 焦 点 之 一 . 尽 管 在 突 出 机 理 的 研 究 中 , 人 们 提 出 了 诸 如 瓦 斯 主 导 作 用 、 地 压 主 导 作 , 但 实 际 上 由 于 煤 层 地 质 条 件 和 开 挖 作 业 的 复 杂 性 , 诸 多 影 响 瓦 斯 突 出 的 因 素 是 互 相 作 用 的 . 因 此 , 考 虑 多 因 素 相 互 作 用 的 综 合 作 用 假 说 对 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 的 复 杂 性 更 具 有 说 服 力 . 在 这 [ 3 ,4 ] 用 、 化 学 作 用 等 假 说 [ 4 ] 种 综 合 作 用 假 说 指 导 下 , 几 十 年 来 , 有 关 煤 岩 突 出 机 理 的 研 究 有 了 显 著 的 进 展 . 由 于 综 合 作 用 假 说 目 前 仍 停 留 在 对 突 出 过 程 模 糊 的 、 定 性 描 述 的 阶 段 , 已 有 的 理 论 描 述 方 法 也 只 是 建 立 在 连 续 介 质 力 学 的 基 础 之 上 , 缺 少 对 煤 岩 介 质 在 瓦 斯 压 力 作 用 下 变 形 、 破 坏 过 程 的 描 述 , 所 以 难 以 解 释 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 的 发 生 、 发 展 过 程 . 就 目 前 数 学 力 学 发 展 的 水 平 而 言 , 要 想 通 过 解 析 理 论 的 方 法 对 具 有 工 程 背 景 的 含 瓦 斯 煤 岩 的 突 出 问 题 进 行 定 量 的 描 述 还 为 时 尚 早 . 在 运 用 理 论 解 决 实 际 问 题 的 过 程 中 , 数 值 模 拟 方 法 在 某 种 程 度 上 起 到 了 一 种 很 好 的 桥 梁 作 用 . 本 文 试 图 通 过 对 煤 岩 体 在 定 常 压 条 件 下 因 瓦 斯 压 力 作 用 诱 发 煤 岩 破 坏 (突 出 ) 过 程 的 数 值 模 拟 , 说 明 数 值 模 拟 方 法 给 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 机 理 及 其 预 测 预 报 理 论 的 发 展 所 带 来 的 新 契 机 . 2 D 1 RFPA 数 值 模 拟 方 法   含 瓦 斯 煤 岩 突 出 问 题 数 值 模 拟 方 法 的 关 键 , 主 要 是 对 含 瓦 斯 煤 岩 中 裂 纹 在 瓦 斯 压 力 作 用 下 扩 展 问 题 的 2 D 处 理 . 本 文 运 用 岩 石 破 裂 过 程 分 析 RFPA 系 统 , 对 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 问 题 进 行 了 初 步 探 索 . 模 拟 所 用 的 2 D RFPA 系 统 , 是 近 年 来 由 东 北 大 学 岩 石 破 裂 与 失 稳 研 究 中 心 开 发 的 模 拟 材 料 渐 近 破 裂 诱 致 失 稳 的 数 值 模 2 D 拟 工 具 . 其 最 大 特 点 是 可 以 在 模 型 中 考 虑 材 料 的 非 均 匀 特 性 . RFPA 包 括 几 个 方 面 的 功 能 : 应 力 分 析 、 变 [ 5 ,6 ] 形 分 析 、 声 发 射 和 结 构 破 坏 分 析 . 对 于 含 瓦 斯 煤 岩 非 均 匀 脆 性 性 质 而 言 , 有 : ① 当 单 元 变 形 使 应 力 达 到 一 定 强 度 值 时 作 破 坏 处 理 , 强 度 准 则 从 峰 值 强 度 跌 落 至 残 余 强 度 ; ② 破 坏 单 元 不 具 备 抗 拉 能 力 (分 离 处 理 ) , 但 具 备 抗 挤 压 能 力 (接 触 处 理 ) ; ③ 材 料 的 细 观 非 均 匀 性 可 以 通 过 单 元 力 学 参 数 分 布 的 非 均 匀 性 来 表 达 , 宏 观 非 均 匀 性 则 通 过 设 置 实 际 几 何 尺 寸 的 低 强 度 区 、 裂 隙 、 颗 粒 等 单 元 组 来 模 拟 ; ④ 瓦 斯 压 力 以 内 压 形 式 赋 予 任 意 单 元 中 , 其 压 力 值 可 以 变 化 调 整 ; ⑤ 破 坏 单 元 的 力 学 特 性 变 化 是 不 可 逆 的 . 其 中 第 ① 点 可 以 处 理 裂 纹 萌 生 问 题 , 第 ② 点 可 以 处 理 裂 纹 的 形 成 问 题 , 第 ③ 点 可 以 处 理 裂 纹 的 非 规 则 路 径 问 题 , 收 稿 日 期 : 2000 - 05 - 29   基 金 项 目 : 国 家 杰 出 青 年 科 学 基 金 (59525408) ; 中 国 博 士 后 科 学 基 金 ; 中 国 科 学 院 力 学 研 究 所 LNM 国 家 重 点 实 验 室 开 放 基 金 资 助 5 02 2000 年 第 25 卷 煤 炭 学 报 第 ④ 点 与 瓦 斯 压 力 有 关 , 第 ⑤ 点 则 可 以 处 理 裂 纹 的 扩 展 与 演 化 问 题 . 2 D   RFPA 系 统 的 应 力 分 析 采 用 有 限 单 元 法 进 行 , 破 坏 分 析 则 是 根 据 一 定 的 破 坏 准 则 来 检 查 材 料 中 是 否 有 单 元 破 坏 . 对 破 坏 单 元 则 采 用 刚 度 特 性 退 化 (处 理 分 离 ) 和 刚 度 重 建 (处 理 接 触 ) 的 办 法 进 行 , 正 如 崔 [ 7 ] 所 指 出 的 , 渐 近 破 坏 模 型 计 算 结 果 的 好 坏 主 要 取 决 于 破 坏 准 则 以 及 刚 度 矩 阵 退 化 规 律 选 择 得 是 否 维 成 适 当 . 到 目 前 为 止 , 对 于 如 何 选 择 破 坏 准 则 还 没 有 一 个 统 一 的 认 识 于 抗 压 强 度 , 因 此 笔 者 采 用 了 修 正 后 的 摩 尔 - 库 仑 (Mohr2Coulomb) 准 则 (包 含 拉 伸 截 断 Tension cut2 [ 7 ] . 考 虑 到 脆 性 材 料 的 抗 拉 强 度 远 小 [ 8 ] off ) 作 为 单 元 破 坏 的 强 度 判 据 , 从 而 可 以 利 用 数 值 计 算 方 法 , 对 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 的 复 杂 问 题 进 行 研 究 . 2 煤 岩 破 裂 体 中 裂 纹 (群 ) 的 萌 生 、 扩 展 及 其 相 互 作 用 机 制 ( 1) 非 均 匀 性 对 裂 纹 扩 展 模 式 的 影 响 为 了 说 明 非 均 匀 性 对 裂 纹 扩 展 模 式 的 影 响 , 图 1 给 出 了 一 个 翼 2D 形 裂 纹 扩 展 的 FRPA 数 值 模 拟 结 果 . 其 中 图 1 中 的 左 图 采 用 了 均 匀 材 料 模 型 , 以 便 与 经 典 断 裂 力 学 的 现 2 D 有 结 果 进 行 对 比 . FRPA 系 统 所 给 出 的 非 均 匀 材 料 的 模 拟 结 果 如 图 1 中 的 右 图 所 示 . 模 拟 结 果 表 明 , 图 1 中 的 两 个 试 样 , 尽 管 其 初 始 裂 纹 大 小 、 长 度 、 倾 角 及 试 样 的 加 载 方 式 完 全 一 样 , 但 由 于 材 料 非 均 匀 性 的 影 响 , 其 裂 纹 的 扩 展 模 式 有 很 大 的 差 别 , 非 均 匀 材 料 中 的 翼 形 裂 纹 扩 展 模 式 变 得 极 其 复 杂 , 出 现 了 裂 纹 的 断 续 型 扩 展 和 所 谓 的 “ 岩 桥 ” 现 象 . ( 2) 裂 纹 群 扩 展 相 互 作 用 机 制 有 关 裂 纹 群 的 扩 展 及 其 相 互 作 用 机 制 问 题 , 仅 在 实 验 研 究 方 面 有 许 多 [9 ] [10 ] [11 ] 成 果 出 现 . 国 际 岩 石 力 学 界 的 知 名 学 者 Einstein , Stephansson 以 及 Horii 用 试 验 方 法 研 究 了 多 裂 纹 扩 展 的 相 互 作 用 问 题 . 但 有 关 裂 纹 群 萌 生 、 扩 展 , 特 别 是 裂 纹 间 的 相 互 作 用 和 贯 通 机 制 问 题 , 一 直 是 断 裂 2 D 力 学 理 论 研 究 的 难 点 . 图 2 以 Horii 的 试 验 结 果 为 例 , 用 FRPA 系 统 模 拟 了 多 裂 纹 扩 展 的 相 互 作 用 和 贯 通 机 制 问 题 . 在 单 轴 加 载 条 件 下 , 分 布 于 试 样 上 的 长 裂 纹 较 为 活 跃 , 相 互 作 用 明 显 , 其 扩 展 最 终 导 致 了 劈 裂 破 坏 . 而 直 至 宏 观 破 坏 发 生 , 处 于 试 样 对 角 线 上 的 短 裂 纹 , 几 乎 都 未 出 现 明 显 的 扩 展 , 说 明 短 裂 纹 间 的 相 互 作 用 较 弱 . 这 一 结 果 很 好 地 说 明 了 裂 纹 之 间 相 互 作 用 对 裂 纹 扩 展 规 律 的 影 响 . 图 1 非 均 匀 性 对 裂 纹 扩 展 模 式 的 影 响 Fig11   Effect of heterogeneity on crack propagation mode 图 2 含 裂 纹 试 样 单 轴 受 压 条 件 下 的 破 坏 模 式 Fig12   Failure mode of sample with pre2existing crack under uniaxial compressive conditions 3 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 现 象 及 其 数 值 模 拟 初 探 3 11   含 瓦 斯 煤 岩 突 出 现 象 在 煤 矿 地 下 采 掘 过 程 中 , 在 很 短 时 间 内 从 煤 岩 壁 内 部 向 采 掘 工 作 面 突 然 喷 出 煤 岩 和 瓦 斯 的 现 象 , 通 常   称 为 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 . 它 是 一 种 伴 有 震 动 声 响 和 强 烈 冲 击 的 动 力 现 象 , 不 仅 破 坏 矿 井 通 风 系 统 , 使 井 巷 充 满 瓦 斯 和 含 瓦 斯 煤 岩 抛 出 物 , 同 时 可 能 引 起 瓦 斯 爆 炸 与 火 灾 事 故 , 导 致 生 产 中 断 等 . 自 从 1834 年 法 国 鲁 阿 尔 煤 田 伊 萨 克 矿 井 在 急 倾 斜 厚 煤 层 平 巷 掘 进 工 作 面 发 生 了 世 界 上 第 1 次 有 记 载 的 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 以 来 , 在 许 多 煤 矿 地 下 采 掘 过 程 中 就 开 始 不 断 出 现 工 作 面 煤 壁 外 移 , 巷 道 受 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 而 发 生 人 员 死 亡 , 或 导 致 矿 井 、 巷 道 关 闭 . 特 别 是 随 着 开 采 深 度 的 增 加 , 瓦 斯 压 力 和 地 应 力 增 大 , 造 成 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 诱 发 的 2 D 第 5 期 唐 春 安 等 : 含 瓦 斯 “ 试 样 ” 突 出 现 象 的 RFPA 数 值 模 拟 503 [ 3 ,4 ] . 灾 害 越 来 越 多 , 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 的 预 测 与 防 治 工 作 难 度 也 越 来 越 大 3 12   含 瓦 斯 煤 岩 突 出 数 值 模 拟 研 究 方 法 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 机 理 的 研 究 方 法 归 纳 起 来 主 要 有 观 察 统 计 法 、 逻 辑 演 绎 法 、 实 验 法 和 数 值 分 析 法 . 以 往 以 瓦 斯 压 力 为 主 和 以 地 应 力 为 主 的 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 假 说 只 是 从 一 个 侧 面 来 说 明 突 出 的 内 在 机 制 , 无 法 解   [ 3 ,4 ,12~ 14 ] 释 许 多 突 出 现 象 . 霍 多 特 等 人 在 实 验 室 中 对 煤 的 性 质 进 行 了 大 量 测 定 研 究 , 在 压 力 实 验 机 上 进 行 煤 与 瓦 斯 突 出 的 模 拟 实 验 , 阐 述 了 煤 与 瓦 斯 突 出 的 能 量 来 源 , 用 数 学 方 法 计 算 了 煤 层 的 变 形 潜 能 、 围 岩 的 动 能 、 瓦 斯 的 膨 胀 功 和 造 成 突 出 所 需 的 功 , 提 出 了 能 量 假 说 . 但 是 对 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 没 有 揭 示 含 瓦 斯 煤 的 渐 进 破 坏 过 程 和 破 坏 条 件 . 周 世 宁 、 何 学 秋 等 提 出 的 突 出 流 变 假 说 认 为 , 含 瓦 斯 煤 岩 在 外 力 的 作 用 下 , 当 达 到 或 超 过 其 屈 服 载 荷 时 , 明 显 地 表 现 为 时 间 上 的 变 形 衰 减 阶 段 、 均 匀 变 形 阶 段 和 加 速 变 形 阶 段 . 其 中 , 前 两 阶 段 对 应 突 出 的 准 备 阶 段 , 后 一 阶 段 是 煤 与 瓦 斯 突 出 的 发 生 、 发 展 阶 段 , 突 出 是 含 瓦 斯 煤 体 快 速 流 变 的 结 果 . 如 果 外 加 载 荷 未 达 到 屈 服 载 荷 , 流 变 具 有 衰 减 的 特 征 , 将 不 会 发 生 突 出 .   对 于 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 而 言 , 煤 岩 在 采 动 影 响 和 瓦 斯 压 力 作 用 下 渐 进 破 坏 诱 致 突 变 的 过 程 是 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 的 主 要 特 征 . 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 行 为 的 最 终 表 现 取 决 于 采 掘 、 外 部 环 境 条 件 和 其 自 身 的 物 理 力 学 性 质 . 瓦 斯 压 力 、 地 应 力 和 煤 的 物 理 化 学 力 学 性 质 是 导 致 煤 岩 渐 进 破 裂 直 至 发 生 煤 岩 突 出 的 重 要 影 响 因 素 . 根 据 这 一 观 点 , 可 以 建 立 含 瓦 斯 煤 岩 渐 进 破 坏 导 致 灾 变 的 数 值 计 算 模 型 , 在 此 基 础 上 定 量 和 半 定 量 地 描 述 突 出 [ 12~ 14 ] 的 发 生 、 发 展 过 程 , 把 突 出 假 说 建 立 在 定 量 化 的 理 论 基 础 之 上 , 进 而 更 加 深 入 地 认 识 突 出 的 机 理 13   含 瓦 斯 煤 岩 破 裂 性 质 的 数 值 模 拟 1) 数 值 模 拟 分 析 模 型 模 型 如 图 3 所 示 . 数 值 模 拟 分 析 模 型 采 用 上 . 3 ( 下 边 界 位 移 约 束 、 侧 边 无 约 束 、 试 样 施 加 瓦 斯 压 力 至 破 坏 的 模 型 , 试 样 的 高 、 径 比 为 2∶1 , 其 尺 寸 为 200 mm 资 100 mm. 煤 岩 试 样 划 分 为 200 资 1 00 = 20 000 个 单 元 . 为 了 模 拟 瓦 斯 压 力 的 作 用 , 在 试 样 中 随 意 设 置 了 8 个 含 瓦 斯 煤 岩 包 体 . 假 定 包 体 内 含 有 瓦 斯 压 力 , 而 包 体 外 为 无 瓦 斯 压 力 区 . 采 用 瓦 斯 压 力 控 制 的 加 载 方 式 模 拟 含 瓦 斯 煤 岩 破 裂 , 共 计 加 压 20 步 , 每 步 瓦 斯 压 力 增 量 为 012 MPa.   为 了 研 究 介 质 非 均 匀 性 对 含 瓦 斯 煤 岩 破 裂 过 程 的 影 响 , 设 定 煤 岩 试 样 单 元 的 力 学 性 质 (单 元 的 弹 性 及 强 度 性 质 ) 服 从 韦 布 尔 分 布 Φ c ( m , μ ) , 其 中 m 为 形 状 参 数 , 反 映 其 材 料 力 学 性 质 的 均 质 程 度 , m 越 大 , 表 明 其 性 质 越 均 匀 ; μ 反 映 材 料 平 均 性 质 的 参 数 . 模 型 中 弹 性 模 量 和 强 度 图 3 含 瓦 斯 煤 岩 破 裂 性 质 数 值 模 拟 分 析 模 型 Fig13 Numerical simulated model of coal (rock) containing gas 的 分 布 参 数 Φ = 560 MPa 和 Φσ = 32 MPa , 内 摩 擦 角 为 30安 , 拉 压 强 度 比 E 为 1/ 15 等 . 采 用 修 正 的 莫 尔 - 库 仑 判 据 作 为 单 元 破 坏 的 准 则 , 由 此 得 到 [ 5 ,6 ] . 的 模 型 材 料 可 以 模 拟 脆 - 塑 性 含 瓦 斯 煤 岩 的 材 料 性 质 ( 2) 含 瓦 斯 煤 岩 突 出 性 质 模 拟 分 析 ①“ 空 洞 ”的 萌 生 与 扩 展 . 图 4 是 含 瓦 斯 煤 岩 在 瓦 斯 压 力 作 用 下 破 坏 过 程 的 数 值 模 拟 结 果 . 由 此 可 见 , 随 着 瓦 斯 压 力 的 不 断 增 加 , 试 样 中 逐 渐 出 现 微 单 元 破 坏 , 类 似 于 变 形 试 样 应 力 增 大 区 域 出 现 了“ 空 洞 ” , 即 微 单 元 破 坏 ———“ 空 洞 ”的 萌 生 , 如 图 4 (a) 所 示 (图 中 灰 度 代 表 最 大 剪 应 力 的 大 小 ) .“ 空 洞 ” 的 萌 生 与 扩 展 是 裂 纹 出 现 与 扩 展 的 前 提 条 件 , 其 规 律 和 一 般 准 则 是 : 同 一 应 力 状 态 下 的 微 弱 单 元 首 先 破 坏 , 处 于 高 应 力 状 态 下 的 同 类 微 单 元 首 先 破 坏 . 试 样 中 仅 在 某 些 低 强 度 及 剪 应 力 较 大 的 部 位 发 生 弥 散 的 微 破 裂 , 产 生 较 少 的 声 发 射 数 , 此 阶 段 对 应 突 出 前 的 稳 定 阶 段 ; ② 裂 纹 出 现 与 扩 展 . 由 于 材 料 非 均 匀 性 的 影 响 , 微 破 裂 在 试 样 中 的 分 布 并 非 完 全 对 称 (模 型 的 几 何 尺 寸 是 对 称 的 ) , 而 是 在 试 样 的 某 些 部 分 发 展 较 快 , 形 成 了 明 显 的 变 形 和 微 破 裂 局 部 化 现 象 图 (4 (a) ) , 并 产 生 明 显 的 声 发 射 (图 4 (b) ) , 此 阶 段 对 应 突 出 前 的 前 兆 孕 育 阶 段 (极 限 突 出 阶 段 ) ; ③ 突 出 形 成 . 随 着 瓦 斯 压 力 的 继 续 增 加 , 微 裂 纹 扩 展 明 显 加 剧 , 形 成 一 个 源 自 含 瓦 斯 包 体 的 主 裂 纹 , 最 后 迅 速 导 致 以 瓦 斯 压 力 包 裹 煤 岩 试 样 的 “ 突 出 ” 破 坏 . 5 04 2000 年 第 25 卷 煤 炭 学 报 图 4 含 瓦 斯 煤 岩 试 样 破 裂 过 程 中 的 应 力 、 声 发 射 变 化 规 律 Fig14 Variable laws of stress and AE during the failure process of coal (rock) containing gas a) 含 瓦 斯 煤 岩 试 样 破 裂 过 程 中 的 应 力 变 化 规 律 ; (b) 含 瓦 斯 煤 岩 试 样 破 裂 过 程 中 的 声 发 射 变 化 规 律 ( 4 结 语 2 D   数 值 模 拟 再 现 了 含 瓦 斯 煤 岩 “ 试 样 ” 突 出 的 发 生 、 发 展 过 程 及 其 应 力 场 演 化 和 声 发 射 规 律 . FRPA [ 15 ] 系 统 计 算 实 例 表 明 , 复 杂 的 瓦 斯 煤 岩 断 裂 、 突 出 现 象 可 能 是 一 些 简 单 机 理 的 演 化 结 果 . 本 文 的 数 值 模 拟 实 例 给 人 们 一 种 新 的 启 示 , 即 对 于 含 瓦 斯 煤 岩 类 性 质 极 其 复 杂 的 非 均 匀 材 料 而 言 , 是 抛 开 它 的 复 杂 性 在 极 度 简 化 模 型 的 基 础 上 追 求 一 种 数 学 上 高 度 精 确 的 描 述 (或 统 计 唯 象 学 的 研 究 ) , 还 是 寻 求 一 种 数 学 上 相 对 简 单 , 但 却 能 充 分 考 虑 含 瓦 斯 煤 岩 性 质 复 杂 性 的 分 析 计 算 方 法 , 是 采 矿 工 程 研 究 中 值 得 深 思 的 问 题 . 煤 岩 瓦 斯 突 出 问 题 极 其 复 杂 , 本 文 只 是 涉 及 到 在 瓦 斯 压 力 作 用 下 开 采 诱 发 的 煤 岩 破 坏 过 程 和 突 出 问 题 , 没 有 涉 及 瓦 斯 压 力 在 煤 岩 破 裂 过 程 中 的 变 化 规 律 , 尤 其 是 吸 附 瓦 斯 的 解 吸 过 程 对 突 出 机 制 的 影 响 , 有 待 通 过 与 国 内 同 行 的 广 泛 交 流 来 推 动 这 一 研 究 的 发 展 . 参 考 文 献 : [ 1 ] 谢 和 平 . 煤 炭 科 学 技 术 发 展 的 展 望 [J ]. 煤 炭 学 报 , 1997 , 22 (增 刊 ) : 10~ 17. 2 D 第 5 期 唐 春 安 等 : 含 瓦 斯 “ 试 样 ” 突 出 现 象 的 RFPA 数 值 模 拟 505 [ [ [ [ 2 ] 张 先 尘 . 采 矿 学 科 发 展 趋 势 的 探 讨 [J ]. 煤 炭 学 报 , 1997 , 22 (增 刊 ) : 25~ 29. 3 ] 俞 启 香 . 矿 井 瓦 斯 防 治 [ M]. 徐 州 : 中 国 矿 业 大 学 出 版 社 , 1992. 4 ] 何 学 秋 , 王 恩 元 . 矿 井 瓦 斯 灾 害 研 究 新 发 展 . 煤 炭 学 报 , 1997 , 22 (增 刊 ) : 274~ 280. 5 ] Tang C A. Numerical simulation of rock failure and associated seismicity [J ]. Int J Rock Mech Min Sci , 1997 , 34 (2) : 249 262. ~ [ 6 ] Tang C A , Kaiser P K. Numerical simulation of cumulative damage and seismic energy release during brittle rock failure - Part I : Fundamentals [J ]. Int J Rock Mech Min Sci , 1997 , 35 (2) : 113~ 121. [ [ [ 7 ] 崔 维 成 . 复 合 材 料 结 构 破 坏 过 程 的 计 算 机 模 拟 [J ]. 复 合 材 料 学 报 , 1996 , 13 (4) : 102~ 111. 8 ] Brady B H G, Brown E T. Rock mechanics for underground mining [ M]. London : Chapama & Hall , 1993. 106~ 108. 9 ] Reyse O , Einstein H H. Fracture mechanics of fracture rock——— A fracture coalescence model [ A ]. Wittke W. 7th Int Congress on Rock Mech [C]. Deutschland : Auchen , 1991. 333~ 340. [ [ 10 ] Shen B , Stephansson O , Einstein H H , et al. Coalescence of fractures under shear stresses in experiments [J ]. J Geophys Res , 1995 , 100 (B4) : 5 975~ 5 990. 11 ] Horii H , Nemat - Nasser S. 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It is shown that the RFPA method is very promising to be used as a tool to study the outburst mechanism of coal or rock containing gas. Numerical simulation reproduces whole process of outburst of coal (rock) containing gas. The simulated result shows complicated fracture and outburst phenomena of coal (rock) containing gas may be the last results of some simple mechanism. Key words : gas ; coal or rock outburst ; heterogeneity ; fracture and failure ; numerical simulation
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