祝 捷，王 琪，唐 俊，陳霽月，姜耀東，唐 迪，蘭天翔

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083)

隨著開采深度的增大，高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井，相繼發(fā)生沖擊地壓[1]或發(fā)生兼具沖擊地壓和煤與瓦斯突出特征的煤巖瓦斯復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害[2-4]。隨著礦井開采深度的增加，兼具沖擊地壓、煤與瓦斯突出特征的煤巖復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害成為煤礦動(dòng)力災(zāi)害的重要形式[5]。

佩圖霍夫最早提出應(yīng)建立沖擊地壓、煤與瓦斯突出的統(tǒng)一理論[6]。章夢(mèng)濤等[7]將沖擊地壓、煤與瓦斯突出均視為煤(巖)突然破壞過程中發(fā)生的失穩(wěn)動(dòng)力過程，建立了沖擊地壓、煤與瓦斯突出的統(tǒng)一失穩(wěn)理論。李鐵等[8]研究表明沖擊地壓與瓦斯在一定條件下具有相關(guān)性。潘一山等[9]指出大采深和復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造是阜新礦區(qū)高瓦斯礦井沖擊地壓多發(fā)的重要因素;煤層瓦斯含量高、瓦斯壓力大，從本質(zhì)上影響了煤體的穩(wěn)定性;瓦斯的大量抽放導(dǎo)致瓦斯災(zāi)害向沖擊地壓轉(zhuǎn)變。李化敏和付凱[10]認(rèn)為河南躍進(jìn)礦及平煤、焦作等礦區(qū)的沖擊地壓和煤與瓦斯突出災(zāi)害相互疊加、相互作用、相互誘發(fā)，產(chǎn)生“共振”效應(yīng)。李世愚等[11]認(rèn)為瓦斯流體對(duì)沖擊地壓有觸發(fā)作用，尤其超臨界流體的特殊性質(zhì)在沖擊地壓發(fā)生中發(fā)揮重要作用。李忠華[12]、崔乃鑫[13]、祝捷[14]等針對(duì)瓦斯對(duì)巷道和工作面的應(yīng)力分布、鉆屑量指標(biāo)以及煤層失穩(wěn)條件的影響進(jìn)行了研究。

近年來，袁亮[5]、齊慶新等[15]、潘一山[16]、竇林名等[17]、尹光志等[18]將煤巖復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害作為新的災(zāi)害類型，對(duì)其進(jìn)行分類，研究了不同類型煤巖復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害的破壞特征、影響因素和致災(zāi)條件。袁瑞甫[19]指出煤巖體性質(zhì)、瓦斯壓力、應(yīng)力條件和開采擾動(dòng)等是發(fā)生復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害的必備要素。朱麗媛等[20]研究分析了瓦斯對(duì)煤巖體力學(xué)性質(zhì)和沖擊傾向性的影響。研究表明隨著煤礦開采深度的增加，煤層應(yīng)力、瓦斯賦存和開采技術(shù)發(fā)生了變化，出現(xiàn)了原巖高地應(yīng)力、高采動(dòng)次生應(yīng)力、高瓦斯吸附壓力及含量、低滲透性煤巖體等新的開采環(huán)境，由此提升了深部采動(dòng)巖體力學(xué)行為的復(fù)雜程度，同時(shí)圍巖對(duì)開采擾動(dòng)和外部動(dòng)力響應(yīng)的敏感度也隨著增加。

煤層開采過程中，工作面回采方向水平應(yīng)力卸除、垂直應(yīng)力陡增，導(dǎo)致煤層內(nèi)部高瓦斯內(nèi)能與煤巖系統(tǒng)地應(yīng)力、支承壓力疊加形成了發(fā)生復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害的力學(xué)條件[21]。為此筆者設(shè)計(jì)了軸向應(yīng)力加載、徑向應(yīng)力卸載的實(shí)驗(yàn)方案，模擬煤礦開采過程中支承壓力和水平應(yīng)力的變化特征，進(jìn)行了加卸荷條件下含氣煤樣的變形和滲透性同步試驗(yàn)，研究采動(dòng)應(yīng)力和氣體壓力對(duì)煤巖變形破壞以及煤中瓦斯運(yùn)移的影響機(jī)制。

1 樣品制備與實(shí)驗(yàn)方案

1.1 樣品制備

實(shí)驗(yàn)煤樣取自于沈陽焦煤股份有限公司紅陽三礦，該礦西三上采區(qū)702綜采工作面、北二采區(qū)707 工作面和西二1204 工作面均出現(xiàn)了沖擊地壓、應(yīng)變巖爆等動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。本文樣品取自紅陽三礦12-1號(hào)煤層(突出煤層)，取樣深度895 m。絕對(duì)瓦斯涌出量為69.4 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為8.15 m3/t。煤樣制成直徑為25 mm，高為50 mm規(guī)格的圓柱體試樣。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

試驗(yàn)設(shè)備采用中國礦業(yè)大學(xué)(北京)煤炭資源與安全開采國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的煤巖變形-滲透性同步測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，主要包括加載控制系統(tǒng)、樣品腔、氣體壓力控制系統(tǒng)、煤樣應(yīng)變和氣體流量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可用于軸壓、圍壓和流體(液體、氣體)壓力變化條件下的含氣煤巖樣品變形和滲透性測(cè)試，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 煤巖變形-滲透性同步測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Fig.1 Synchronous testing device of coal rock deformation and permeability

煤樣在實(shí)驗(yàn)前經(jīng)24 h烘干處理(95 ℃)，在烘干箱中冷卻后，放入樣品腔內(nèi);連接氣體壓力控制系統(tǒng)、應(yīng)變和氣體流量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，檢查設(shè)備氣密性。開啟溫度控制系統(tǒng)，保證實(shí)驗(yàn)在恒溫(25 ℃)條件下進(jìn)行。

為了模擬開采過程中工作面前方支承壓力增高，水平應(yīng)力降低的采動(dòng)影響，筆者設(shè)計(jì)了如圖2所示的加卸載實(shí)驗(yàn)方案，即在煤樣初始軸壓和圍壓12 MPa的基礎(chǔ)上，實(shí)施軸壓增大、圍壓降低的實(shí)驗(yàn)過程。煤樣的單軸抗壓強(qiáng)度一般為15～30 MPa。本文設(shè)計(jì)的軸向和徑向應(yīng)力差最大值為8 MPa，其目的是保證煤樣不破壞，并且盡量控制煤樣的變形以彈性變形為主。在每一級(jí)氣體壓力條件下測(cè)量煤樣的軸向應(yīng)變、徑向應(yīng)變，以及出口處的氣體流量，且在每個(gè)氣體壓力測(cè)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后都將煤樣靜置一段時(shí)間，再進(jìn)行下一級(jí)氣體壓力的實(shí)驗(yàn)，這樣有利于煤樣變形的恢復(fù)。

實(shí)際煤層瓦斯主要成分是甲烷，此外一般含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體。本文采用CO2氣體作為實(shí)驗(yàn)氣體，模擬瓦斯氣體與煤巖的相互耦合作用。實(shí)驗(yàn)具體步驟如下:

(1)如圖2所示，將軸壓和圍壓設(shè)置為初始值(12 MPa)，打開真空泵，對(duì)煤樣進(jìn)行不小于2 h的脫氣，通入規(guī)定壓力的氣體，維持氣體壓力不小于24 h，保證氣體充分進(jìn)入煤樣內(nèi)部。待變形穩(wěn)定不變后，電腦采集煤樣的徑向應(yīng)變和軸向應(yīng)變數(shù)據(jù)，打開樣品腔出口，保持出口壓力為大氣壓(0.1 MPa)，記錄出口處穩(wěn)定的氣體流量。

圖2 實(shí)驗(yàn)設(shè)定的軸壓、圍壓值Fig.2 Axial pressure and confining pressure set in the experiment

(2)將軸壓和圍壓逐級(jí)調(diào)整為下一級(jí)應(yīng)力值，同時(shí)采集煤樣的徑向應(yīng)變、軸向應(yīng)變和出口氣體流量等數(shù)據(jù)，直到完成所有軸壓、圍壓測(cè)點(diǎn)的測(cè)試。

(3)完成所有軸壓、圍壓測(cè)試的樣品，將其軸壓、圍壓重新設(shè)置為初始值12 MPa。將氣體壓力調(diào)整至下一級(jí)氣體壓力(預(yù)設(shè)進(jìn)口氣體壓力測(cè)點(diǎn)共3個(gè):2.0，1.5和1.0 MPa)。重新按照步驟(1)和步驟(2)進(jìn)行樣品測(cè)試，直到所有預(yù)設(shè)氣體壓力測(cè)點(diǎn)完成后，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

筆者在不同氣體壓力下對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行了加卸載條件下煤樣應(yīng)變和出口氣體流量測(cè)試。實(shí)驗(yàn)樣品共3個(gè)，分別按照1號(hào)，2號(hào)和3號(hào)表示。3個(gè)實(shí)驗(yàn)煤樣在完成測(cè)試之后，樣品表面沒有宏觀裂紋，也沒有局部破碎。測(cè)得了煤樣的軸向應(yīng)變?chǔ)舲、徑向應(yīng)變?chǔ)舝和出口處氣體流量Q(圖3)，圖3中應(yīng)變曲線以壓縮為正，膨脹為負(fù)。其中分圖名按樣品編號(hào)-氣體壓力值表示，如“1-2.0”表示1號(hào)煤樣在氣體壓力為2.0 MPa的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

由圖3可知，在軸壓增大、圍壓降低的實(shí)驗(yàn)條件下，隨著軸向應(yīng)力和徑向應(yīng)力之差σz-σr增大，煤樣出口處的氣體流量呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢(shì);在應(yīng)力相同條件下，氣體壓力越大，出口處氣體流量越大。隨著軸向應(yīng)力和徑向應(yīng)力之差σz-σr增大，煤樣產(chǎn)生軸向壓縮變形和徑向膨脹變形，但是不同煤樣的變形響應(yīng)特征有所區(qū)別。1號(hào)煤樣在1.5 MPa和1.0 MPa氣體壓力下，其軸向應(yīng)變?chǔ)舲和徑向應(yīng)變?chǔ)舝隨σz-σr增大，應(yīng)力、應(yīng)變之間基本符合線性增加的關(guān)系。其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在σz-σr較低時(shí)，軸向應(yīng)變?chǔ)舲和徑向應(yīng)變?chǔ)舝與σz-σr之間滿足線性的關(guān)系;當(dāng)σz-σr增大到某一個(gè)值之后，軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的增幅加大。這說明在軸向和徑向應(yīng)力差增大過程中，煤樣開始產(chǎn)生塑性變形。

圖3 煤樣變形和滲透性同步試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Synchronous test results of coal samples deformation and permeability

根據(jù)體應(yīng)變的定義，筆者依據(jù)式(1)計(jì)算了不同應(yīng)力差和氣體壓力下的煤樣體應(yīng)變?chǔ)臯:

εV=εz+2εr

(1)

煤樣在σz-σr增大過程中產(chǎn)生體積膨脹(3-2.0，3-1.5和2-1.0)或者先收縮后膨脹(1-2.0，1-1.5，1-1.0，2-2.0，2-1.5，3-1.0)，即擴(kuò)容現(xiàn)象。圖4(a)為在氣體壓力1.0 MPa條件下，3號(hào)煤樣(3-1.0)軸向加載、徑向卸載實(shí)驗(yàn)過程中的體應(yīng)變和出口氣體流量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由圖4(a)可知，隨著軸向和徑向應(yīng)力差σz-σr增大，煤樣體積出現(xiàn)由壓縮轉(zhuǎn)為膨脹的拐點(diǎn)，即擴(kuò)容起始點(diǎn)。擴(kuò)容起始點(diǎn)與煤樣出口氣體流量由下降轉(zhuǎn)為升高的拐點(diǎn)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖4(b)為在氣體壓力1.0 MPa條件下，2號(hào)煤樣(2-1.0)的體應(yīng)變和出口氣體流量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由圖4(b)可知，產(chǎn)生持續(xù)體積膨脹的煤樣存在體應(yīng)變?cè)龇哟蟮霓D(zhuǎn)折點(diǎn)，該轉(zhuǎn)折點(diǎn)與出口氣體流量拐點(diǎn)也存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖4中的體應(yīng)變以壓縮為正，膨脹為負(fù)。

圖4 煤樣體應(yīng)變與出口氣體流量的相關(guān)性分析Fig.4 Correlation analysis of coal samples volumetric strain and outlet gas flow

以往研究顯示，擴(kuò)容是巖石內(nèi)部微裂隙擴(kuò)展的結(jié)果[22]，煤樣發(fā)生擴(kuò)容之后，微破裂發(fā)展出現(xiàn)質(zhì)的變化[23]。體應(yīng)變轉(zhuǎn)折點(diǎn)反映了煤樣的擴(kuò)容點(diǎn)或體應(yīng)變幅度增大(剛度下降)的拐點(diǎn)，為此煤樣加卸荷過程中的力學(xué)響應(yīng)分為2個(gè)階段：

(1)當(dāng)軸向應(yīng)力與徑向應(yīng)力之差較低時(shí)，煤樣變形較小，以壓縮變形為主，其出口處氣體流量下降。

(2)當(dāng)軸向應(yīng)力與徑向應(yīng)力之差增大到某一值之后，煤樣出現(xiàn)擴(kuò)容或剛度下降，出口處的氣體流量逐漸回升。

3 分析與討論

筆者利用軸向加載、徑向卸載的實(shí)驗(yàn)條件模擬煤礦開采過程中支承壓力和水平應(yīng)力的變化，得到了隨著軸向和徑向應(yīng)力之差增大，煤樣變形和氣體流量的變化特征。實(shí)驗(yàn)表明兩者具有相關(guān)性，氣體流量回升與煤樣擴(kuò)容密切相關(guān)。本節(jié)將重點(diǎn)分析氣體壓力對(duì)煤樣變形-氣體流動(dòng)相關(guān)性的影響特征。

3.1 氣體壓力對(duì)煤體膨脹的影響

依據(jù)煤樣擴(kuò)容后體積膨脹的體應(yīng)變與軸向應(yīng)變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，按照式(2)計(jì)算了煤樣體積膨脹的變形角β[24]:

(2)

其中，ΔεV為體積應(yīng)變?cè)隽浚?0-3;Δεz為軸向應(yīng)變?cè)隽浚?0-3。β越大，意味著在有效應(yīng)力差相同的條件下煤樣體積膨脹越大[24]。

表1為煤樣體積膨脹變形角β的計(jì)算結(jié)果,β隨氣體壓力的變化總體趨勢(shì)是氣體壓力越高,β越大。可見氣體壓力對(duì)受載煤樣的膨脹變形也產(chǎn)生影響。因此在煤樣有效應(yīng)力差相同的條件下，氣體壓力越高，煤樣膨脹應(yīng)變?cè)斤@著。

表1 煤樣的體積膨脹變形角Table 1 Deformation angle of coal swelling

3.2 煤樣體應(yīng)變與氣體流量變化的拐點(diǎn)

筆者采用一次函數(shù)對(duì)氣體流量和體應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行了分段擬合，擬合公式和結(jié)果見表2。由表2可知，分段擬合函數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合相關(guān)系數(shù)均大于0.91，擬合效果良好。擬合結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比如圖5所示，隨著軸向應(yīng)力σz與徑向應(yīng)力σr之間的應(yīng)力差增大，煤樣出口處氣體流量出現(xiàn)先降后升的V形變化，而煤樣體應(yīng)變的變化呈現(xiàn)倒V形。對(duì)于出現(xiàn)擴(kuò)容現(xiàn)象的煤樣，倒V形的拐點(diǎn)即為煤樣由體積收縮變?yōu)榕蛎浀臄U(kuò)容起始點(diǎn)。對(duì)于加卸荷過程中只出現(xiàn)體積膨脹的煤樣，倒V形的拐點(diǎn)前后煤樣體應(yīng)變?cè)龃蠓炔煌?，拐點(diǎn)之后煤樣變形幅度增大，煤樣耐受變形的能力(剛度)降低。

表2 煤樣的分段擬合結(jié)果Table 2 Subsection fitting results of coal samples

圖5 煤樣體應(yīng)變和氣體流量實(shí)驗(yàn)值與擬合值Fig.5 Experimental and fitting results of coal samples volumetric strains and gas flow

依據(jù)煤樣體應(yīng)變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分段擬合得到的擴(kuò)容起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)力與徑向應(yīng)力之差記為Δσε。同理擬合得到氣體流量由降轉(zhuǎn)升的拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)力與徑向應(yīng)力之差記為ΔσQ。Δσε和ΔσQ的擬合結(jié)果見表3。

表3 不同氣體壓力下煤樣體應(yīng)變和氣體流量拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力差Table 3 Stress deviator corresponding to the inflexion of coal strain and gas flux at different gas pressures MPa

表3中氣體流量和煤樣體應(yīng)變拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力差ΔσQ和Δσε與氣體壓力之間具有負(fù)相關(guān)的關(guān)系，即氣體壓力越高，氣體流量和煤樣體應(yīng)變的拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力差ΔσQ和Δσε越小。當(dāng)煤中氣體壓力由1.0 MPa增大至2.0 MPa時(shí)，氣體流量由降轉(zhuǎn)升拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的ΔσQ平均值由2.975 MPa降低為2.028 MPa，降幅為31.8%;煤樣擴(kuò)容起始點(diǎn)(或剛度下降)對(duì)應(yīng)的Δσε也由3.664 MPa降低為2.130 MPa，降幅達(dá)到41.9%?？梢婋S著氣體壓力的增大，煤樣擴(kuò)容起始點(diǎn)和氣體流量由降轉(zhuǎn)升的拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的差應(yīng)力降低了。

比較表3的ΔσQ和Δσε可知,大部分煤樣在軸向加載、徑向卸載過程中，出現(xiàn)氣體流量由降轉(zhuǎn)升的拐點(diǎn)之后才出現(xiàn)擴(kuò)容或剛度下降，即ΔσQ≤Δσε;這表明擴(kuò)容之前，煤樣內(nèi)部微裂縫已經(jīng)開始延伸或者擴(kuò)展。當(dāng)氣體壓力較高(2.0 MPa)時(shí)，氣體流量拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的差應(yīng)力ΔσQ接近于煤樣擴(kuò)容起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的差應(yīng)力Δσε，即氣體流量拐點(diǎn)和煤樣擴(kuò)容幾乎同時(shí)出現(xiàn)。

本文得到的應(yīng)變數(shù)據(jù)反映了煤樣整體變形特征，出口氣體流量體現(xiàn)了煤樣內(nèi)部孔裂隙開度、形狀、連通性的變化。實(shí)驗(yàn)表明煤樣發(fā)生擴(kuò)容之前出現(xiàn)氣體流量拐點(diǎn)，可見擴(kuò)容之前，煤樣內(nèi)部的微裂縫已經(jīng)開始延伸或者擴(kuò)展。氣體壓力較高(2.0 MPa)時(shí)，擴(kuò)容起始點(diǎn)和氣體流量拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力差平均值僅相差0.102 MPa，氣體流量拐點(diǎn)和煤樣擴(kuò)容幾乎同時(shí)出現(xiàn)。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)論可以與沖擊地壓、瓦斯突出以及2者同時(shí)出現(xiàn)的復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害的孕災(zāi)過程建立聯(lián)系。

3.3 煤樣擴(kuò)容與煤巖動(dòng)力失穩(wěn)的相關(guān)性

煤礦開采過程中，煤巖體在地應(yīng)力、瓦斯壓力和采動(dòng)應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生變形，微破裂不斷發(fā)生擴(kuò)展。當(dāng)煤巖體變形系統(tǒng)達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，遇到開采等擾動(dòng)后，煤巖變形系統(tǒng)失穩(wěn)，蓄能的彈性變形區(qū)煤巖體釋放能量，發(fā)生沖擊地壓;當(dāng)塑性變形區(qū)內(nèi)儲(chǔ)存的瓦斯及其周圍煤巖體孔裂隙大量解吸瓦斯迅速噴出時(shí)，發(fā)生煤與瓦斯突出;當(dāng)蓄能的彈性變形區(qū)煤巖與儲(chǔ)存的瓦斯同時(shí)或先后釋放能量時(shí)，發(fā)生復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害[16]。

承受初始圍壓的含氣煤樣在加卸載過程中產(chǎn)生變形，透氣性隨之變化。當(dāng)加卸載造成的差應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，出現(xiàn)氣體流量由降轉(zhuǎn)升的拐點(diǎn)，同時(shí)或隨后出現(xiàn)煤樣擴(kuò)容。巖石擴(kuò)容對(duì)應(yīng)的差應(yīng)力大致等于剪切面上滑動(dòng)所需的差應(yīng)力，巖石擴(kuò)容時(shí)，其內(nèi)部微裂紋已具備面間滑動(dòng)的差應(yīng)力條件[25]?？紤]到，煤巖擴(kuò)容之后將發(fā)生塑性變形，逐漸弱化直至破壞，因此實(shí)際工程中，將擴(kuò)容視作巷道底臌的重要原因[26]或者沖擊地壓發(fā)生的重要先兆信息[23]。

實(shí)驗(yàn)表明煤樣中氣體壓力越高，煤樣擴(kuò)容起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的差應(yīng)力越低，因此高瓦斯壓力導(dǎo)致采動(dòng)影響下煤體擴(kuò)容的門檻降低。同時(shí)高瓦斯壓力條件下，擴(kuò)容起始點(diǎn)與氣體流量拐點(diǎn)幾乎同時(shí)發(fā)生。這進(jìn)一步表明含高壓瓦斯的煤巖體在采動(dòng)應(yīng)力影響下，蓄能的彈性變形區(qū)極有可能在瓦斯氣體還未大量析出時(shí)，迅速轉(zhuǎn)變?yōu)楹哪艿乃苄宰冃螀^(qū)。一旦開采擾動(dòng)引起煤巖變形系統(tǒng)失穩(wěn)，附近的彈性變形區(qū)煤巖體釋放能量，集聚、儲(chǔ)存在塑性變形區(qū)和鄰近區(qū)域內(nèi)的瓦斯同時(shí)涌出，即可觸發(fā)復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害。

4 結(jié) 論

(1)加卸載初期，煤樣以彈性壓縮變形為主，煤樣透氣性降低;當(dāng)加卸載造成的差應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，氣體流量出現(xiàn)由降轉(zhuǎn)升的拐點(diǎn)，繼而出現(xiàn)煤樣擴(kuò)容。煤樣擴(kuò)容之后發(fā)生塑性變形，煤中氣體析出，煤樣透氣性變大。

(2)差應(yīng)力是促使煤中氣體流動(dòng)狀態(tài)變化和煤樣擴(kuò)容的主要原因。加卸載條件下煤樣擴(kuò)容起始點(diǎn)和氣體流量拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的差應(yīng)力隨著氣體壓力的升高而降低?？梢姼咄咚箟毫?huì)導(dǎo)致采動(dòng)影響下煤體擴(kuò)容的門檻降低。

(3)氣體壓力較高時(shí)，煤樣擴(kuò)容起始點(diǎn)和氣體流量拐點(diǎn)幾乎同時(shí)出現(xiàn)。由此推斷高瓦斯煤巖體在采動(dòng)應(yīng)力影響下，蓄能的彈性變形區(qū)極有可能在瓦斯氣體還未大量析出時(shí)，迅速轉(zhuǎn)變?yōu)楹哪艿乃苄宰冃螀^(qū)。一旦煤巖變形系統(tǒng)失穩(wěn)，蓄能的彈性變形區(qū)煤巖與塑性變形區(qū)瓦斯可同時(shí)釋放能量，煤巖體顯現(xiàn)復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害的破壞特征。