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摘要
为探索渗流场下煤体应力分布及失稳破坏机制，借鉴土力学流土、管涌理论，基于达西定律与煤体渗流试验，对渗流场中瓦斯压力的作用形式、性质、大小进行了研究，进而建立了煤体一维渗透破坏机制。通过渗流-固体耦合作用下工作面煤体应力场分析，得出煤体失稳破坏时地应力、瓦斯压力和煤体力学性质共同作用的力学模型，并进行了数值模拟验证。结果表明：渗透力是瓦斯压力作用在煤体的重要形式，是一种体积力，反映的是单位体积煤体所受到瓦斯流的推动和拖拽力，作用方向及量纲与瓦斯压力梯度一致。工作面煤壁是最易发生渗透破坏的位置，其渗透破坏所需瓦斯压力与采掘空间气压、降压区长度、煤体黏聚力乘积的0.5次方成正比，与煤厚和孔隙率乘积的0.5次方成反比。由于渗透力的作用，工作面煤壁产生拉应力，瓦斯压力为3 MPa时，拉应力超过0.4 MPa。煤体失稳破坏时瓦斯压力、地应力发挥作用大小随空间变化，越靠近煤壁，瓦斯压力作用越大，瓦斯压力梯度达到一定值后甚至占据主导作用；远离煤壁，瓦斯压力作用减小，地应力占据主导作用。
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单位中煤科工集团重庆研究院有限公司; 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室
