随着煤矿智能化、精准化开采技术的推进，给矿井地质保障技术、深部采动影响、安全生产等问题提出了新的要求[1-2]。然而，煤炭开采深度的不断增加，高地应力和瓦斯压力作用下的工程灾害日趋增多，严重制约着我国煤矿在新形势下的发展步伐[3]。煤与瓦斯突出(简称“突出”)作为一种典型的矿井动力灾害，其动力现象显现的同时囊括了冲击地压的若干特征[4-6]。了解突出过程中的能量演变问题，对于认识突出、冲击地压灾害的发生机理、提出合理的预防手段都具有重要的意义。
突出动力现象的本质是由“煤-瓦斯-围岩-巷道”组成的系统的平衡状态被打破，为寻求一种新的平衡状态而发生的能量的转换问题。瓦斯膨胀能和煤体弹性应变能作为突出的主要能量来源直接关系到突出能否发生，决定着突出强度[7]。陈结等[8]、TU等[9]认为突出表现为一种气体驱动下的动力现象，实际上默认了突出过程中瓦斯膨胀能的重要作用。魏风清等[10]认为瓦斯膨胀能是突出的主要能量来源，其主要用于搬运突出煤体。王振等[11]认为随着瓦斯压力的增加，发生煤与瓦斯突出的几率不断增加。张庆贺[12]基于自主研制的煤样瓦斯膨胀能测定仪，测定出煤样的瓦斯膨胀能是弹性应变能的20倍以上。就煤体弹性应变能而言，无论是褶皱构造作用、高埋深、采动影响都会使开挖煤层积聚一定的弹性应变能[13]。单纯瓦斯膨胀作用下的突出在煤矿实际生产中是不存在的。苏承东等[14]认为煤样在峰值前积蓄的弹性应变能量越大，发生冲击地压的危险性就越大。实际上，产生冲击地压的必不可少的条件是足够的弹性应变能[15]。如果同时有瓦斯的搬运作用，那么冲击地压的动力现象显现则更接近突出。胡千庭等[16]认为突出的激发是煤体内储存的弹性能和瓦斯内能快速释放，导致失稳煤岩被快速破坏和抛出的过程。
综上，突出过程中的瓦斯膨胀能和弹性应变能都在突出过程中扮演着至关重要的“角色”。然而，为了能够定量获取突出瓦斯膨胀能，多数研究均将突出过程按照定温或者定熵过程处理。关于煤体的弹性应变能也仅仅是能够获取突出激发前和终止后的状态量。突出过程中两种能量的实时演化鲜有报道。为此，笔者以试验研究为基础，从热力系统能量守恒的思想出发，在获取了突出过程中煤体的温度-瓦斯压力-地应力的体系演化后，探讨了突出过程中多变指数的实时演化，并根据动态变化的多变指数推导出了多变过程中的瓦斯膨胀能的计算方法，在此基础上讨论了突出过程中的能量释放问题。
1 试验系统及方法
1.1 取样地点概况
试验煤样取自重庆南川区水江煤业(集团)有限责任公司水江煤矿。矿区所处区域褶皱紧凑，断层较多，对煤层有破坏作用，目前唯一可采K1煤层埋深1 082 m。据不完全统计，该矿自1984-12-30发生第1次突出事故以来，累积发生突出110余次，始突深度264 m，最大突出强度1 050 t，最大突出瓦斯排放量达100 000 m3。
1.2 试验系统
采用自主研发的多场耦合煤矿灾害大型物理模拟试验系统开展试验。该试验系统的核心组件如图1所示。
图1 多场耦合煤矿灾害物理模拟试验系统
Fig.1 Multi-field coupling testing system for dynamic dis-aster in coal mine
其中，应力加载装置能够再现试件的三向受力状态，通过3组共计9个独立的伺服加载油缸向试件施加地应力，加载装置配备的控制与采集系统可直接获取突出过程中3个方向的地应力变化;试件箱能够安装尺寸为400 mm× 400 mm×1 050 mm的试样。为了获得突出过程中的煤体温度和瓦斯压力，在试件成型过程中，煤样中预埋了16支温度传感器和36支瓦斯压力传感器，其采集频率均为50 Hz。温度传感器为特制的PT1000热电偶，其尺寸小，且具有防水，抗压特性。气压传感器为GB-Y-J6M型，安装于试件箱外壁，通过PU聚酯硬管连接至煤体相应测点，其具体细节见文献[17];电控突出启动装置能够精确控制箱体内的瓦斯压力;注气系统用以向试件箱内注入突出气体(出于安全考虑，试验用突出气体为CO2)。
1.3 试验方法
谢和平等[18]认为深部煤矿工作面前方煤体应力状态起始于准静水压力状态，随着工作面的推进，垂直应力由三向等压状态升高至峰值应力，而后进入卸压状态。基于此，考虑最大水平主应力与最小水平主应力之比为0.6，地应力相似比为12.0，瓦斯压力相似比为1.0[19-21]。试验过程中的应力加载方式如图2所示，其中各方向应力值见表1。
图2 应力加载及传感器布置
Fig.2 Schematic of stress loading and sensor layout
表1 地应力加载方案
Table 1 Geo-stress loading scheme
MPa
瓦斯压力垂直应力σ11σ12σ13σ14水平应力一σ2水平应力二σ31σ32σ33σ342.02.03.04.01.02.01.21.82.40.6
试验过程主要包括如下步骤:
(1)煤样制备:原煤被破碎后按照张超林[22-23]、苏小鹏[24]等试验中的配比筛分出40～60,60～80,80～100,>100目的4种煤颗粒，烘干后加入水分将含水率调至4%，加入聚醋酸乙烯酯以增强型煤塑性，加入石膏以增强型煤强度，混合搅拌至均匀，详细配比见表2。
(2)传感器布置:煤样分批次装入试件箱，并按图2所示埋设传感器，每批煤样装入后在10 MPa的荷载下成型并保压1 h。
(3)抽真空:密封试件箱后，抽真空4 h，使箱体内气压降至-0.1 MPa，确保箱体内处于真空环境。
(4)注气吸附:分阶段向箱体内注入试验气体(CO2)，直至箱体内气压稳定在2.0 MPa。
(5)应力加载:分阶段施加地应力至表1所示数值，并稳压1 h。
(6)突出启动:调节电控突出启动装置，触发二级爆破片，进而触发突出。
表2 型煤粒径配比
Table 2 Briquette particle size distribution
粒径/mm<0.150 0.150～0.1800.180～0.2500.250～0.425聚醋酸乙烯酯石膏水质量百分数/%50.55.811.622.36.83.06.0
2 试验结果
2.1 突出热-流-固参数演化
假定突出过程煤体与外界只有热能和机械能的交换(忽略突出过程中的声能、电磁能等)，则突出动力过程中的能量转换完全借助煤、瓦斯2种介质的膨胀、收缩、吸热、放热4个过程完成。而气-固两相介质的状态可以通过温度场、气压场和应力场对应的参量来表征。
2.1.1 煤层温度的演化特征
突出过程中，游离瓦斯瞬间膨胀，煤层温度不可避免的会降低。另外，吸附气体快速解吸，作为“补给”参与突出过程，解吸同样会造成煤体温度的下降。同时，煤体弹性应变能在释放的过程中也会存在热量的变化。因此，温度作为突出过程中的一个重要表征，已被越来越多的学者注意到[25-26]。
图3为突出过程中煤体内不同区域的温度变化情况。其中D1～D4依次表示卸压区、应力集中区、过渡区和原岩应力区。由图3可知，突出过程中煤体温度持续降低，其中卸压区的温度降低最快，其次为应力集中区和应力升高区，而原岩应力区的温度下降速度最慢。同时，就温度下降量而言，在突出持续至前10 s内，也表现为越靠近工作面附近的煤体温度下降量越高。在突出持续至4 s时，温度下降速率变缓。另外，由于靠近工作面区域的动力现象更加明显，温度下降速度快，导致煤体同一区域不同测点的温度下降量差异性偏小。而在远离工作面的应力升高区和原岩应力区，同一区域的不同测点的温度仍然存在一定的差异性。突出过程中煤体内不同区域的温度变化过程存在的差异性是瓦斯膨胀、气体解吸和煤体弹性能释放综合作用的结果。
图3 不同区域的温度演化
Fig.3 Temperature evolution in different regions
2.1.2 瓦斯压力的演化特征
突出过程动力现象的显现本质上完全借助煤的破坏，瓦斯的迅速膨胀完成，而瓦斯压力作为衡量气体压缩储能的一个主要指标，能够直观反应突出过程中气体的膨胀能力，瓦斯压力越大，表明此时瓦斯的可膨胀性越好，瓦斯压力越小，表明气体的可膨胀性越差。无论是开采保护层、水力冲孔、水力压裂、超前钻孔预抽瓦斯等防突措施的本质都是降低瓦斯压力，从而降低气体膨胀能力，减小突出动力现象的显现。
图4 不同区域的瓦斯压力演化
Fig.4 Pressure evolution in different regions
图4为突出过程中煤体内不同区域的瓦斯压力变化情况。由图4可知，对于卸压区和应力集中区而言，瓦斯压力的下降过程表现为初始快速下降-波动升降和缓慢升降3个过程，且卸压区该波动现象尤为明显。究其原因，突出激发后，形成初始孔洞，瓦斯膨胀后迅速流经突出孔洞，进入巷道，而其流速并不会持续增加。根据经典流体力学理论，瓦斯在由煤层向巷道流动的过程中，其流速必将满足:
(1)
式中，c为当地声速，m/s;u为瓦斯的流动速度，m/s;γ为气体比热比;C为常数。
因此，瓦斯在流动的过程中所能达到的最大速度为当地声速。当达到该速度时，其流体声速截面后的瓦斯压力将不再变化。然而煤层内的瓦斯仍会继续解吸，使得测点瓦斯压力再次升高。这就是卸压区及应力集中区瓦斯压力出现波动回升的原因。实际上，在瓦斯流入巷道的过程中，突出口作为一个“链接环节”，在该处不仅会产生负压扰动从而形成若干道膨胀波和压缩波。膨胀波反向煤层深部传播过程中，与瓦斯来流方向相反，相当于若干道压缩波，气体经过该压缩波的扰动后，压力也会小幅的升高[27]。这是突出煤-瓦斯两相流的流动过程所需要研究的范畴，本文不做深入讨论。
对于应力升高区和原岩应力区，突出过程中的瓦斯压力变化则表现为持续的下降过程。对于这两个区域，突出过程的瓦斯压力下降可以类比常规的解吸试验，即达吸附平衡后的试件的解吸曲线。另外，对比突出过程中4个区域的瓦斯压力曲线发现与温度变化存在类似的现象，即越靠近工作面，突出动力现象更加明显，同一区域不同测点的瓦斯下降量差异性偏小。而在远离工作面的应力升高区和原岩应力区，同一区域的不同测点的瓦斯仍然存在一定的差异性。
2.1.3 地应力的演化特征
极端情况下，煤体不受地应力的作用，仅存在高压瓦斯，当瓦斯压力达到一定程度后，其膨胀能足以冲破前方“约束煤体”，类似于突出的动力现象仍然会发生。该过程完全变为常规的气力输送问题。然后，实际情况是，采动影响下，工作面前方煤体必将呈现如图2所示的应力分布状态。研究突出过程中的应力演变可以从中发现地应力在突出动力现象中所扮演的“角色”。
图5为突出过程中煤体内不同区域的应力变化情况。由图5可以看出，突出过程中的应力变化主要表现在卸压区和应力集中区。突出过程中煤体不同区域的应力变化呈现3种类型，即:初始下降-波动升降-平稳回升型(σ34，σ14，σ33，σ13)、初始上升-小
图5 不同区域的地应力演化
Fig.5 Stress evolution in different regions
幅下降-平稳回升型(σ12，σ11)和小幅下降-平稳回升型(σ32，σ31)。对于卸压区而言，垂直应力和水平应力在突出过程均呈现明显的波动现象。表现为应力分别由初始的1.00 MPa和0.60 MPa下降至0.69 MPa和0.28 MPa后，回升至0.79 MPa和0.34 MPa，随后继续降低。类似的现象在应力集中区也存在，但是相较而言，卸压区的更为明显。突出过程中的应力波动升降现象与气压下降过程中的波动升降类似，说明突出过程中的能量释放并不是一次完成的。在突出持续至2 s时，应力集中区和应力升高区的应力值会出现明显的回升，其它区域的应力在经历前期变化后，也会出现平稳回升的现象。这揭示了突出动力现象发生后的应力转移，即突出系统会自发的趋向一种新的力平衡状态。
2.2 突出过程多变指数的演化
突出一旦被激发，煤壁瞬间破裂，煤层内及巷道出现高瓦斯压力差，瓦斯会瞬间膨胀。膨胀的直接作用是搬运破碎的煤体，从而形成巷道内明显的气-固两相流动力现象。考虑到突出过程中的瓦斯膨胀能远大于煤体储存的弹性应变能，故瓦斯膨胀能在一定程度上直接决定了突出能否发生[10,12]。
由于突出过程的瞬时性，且考虑到煤体的绝热指数较低(为1.31)，多数学者在计算瓦斯膨胀功时，将突出过程按照绝热过程处理[7,10,28]，即在式(2)的计算中将多变指数n取为瓦斯气体的绝热指数。然而，实际的突出过程中瓦斯压力、温度、浓度、地应力等所有参数都会发生变化，其过程不可能完全绝热。
(2)
式中，Wg为瓦斯膨胀能；V为瓦斯体积；P0为煤层初始瓦斯压力;P1为突出后瓦斯压力;n为多变指数，对于绝热过程，其取值为常数。
对于任意热力多变过程存在:
pvn=C
(3)
其中，p为气体压力;v为气体比体积。当n=0时，为定压过程;当n=1时，为定温过程;n=γ(绝热指数)时，为绝热过程;当n=±
时，为定容过程。
任意理想气体满足如下状态方程:
pv=R0T
(4)
式中，R0为气体常数;T为温度。
将式(4)代入式(3)中，得到任意多变过程的状态参数满足关系:
(5)
式中，T1和p1分别为初始时刻t1所对应的温度和气体压力;T2和p2分别为终止时刻t2所对应的温度和气体压力。
对式(5)进行整理，得
(6)
将利用多场耦合煤矿灾害物理模拟试验系统得到的突出过程中任意时刻的煤体内的温度和瓦斯压力代入上式，即可以得到如图6所示的任意时刻不同区域内的多变指数。
由图6可知，突出过程并不是严格的定熵(绝热)过程。对于卸压区而言，在突出激发后的前1.92 s，多变指数主要在0～1.29波动，说明此时该区域的热力过程是一个定温—定压—定熵相互转换的多变过程。在1.92～3.7 s，多变指数基本稳定为1.0，说明此阶段突出为定温过程。当突出发生持续至3.7 s以后，多变指数在0～1.0波动，说明该时刻后突出过程是一个定温-定压相互转换的多变过程。对于应力集中区而言，多变指数在前0.9 s内主要在0～1.29波动，说明该阶段应力集中区处于定温-定压-定熵相互转换的过程。0.9～2.9 s，突出过程主要表现为定温过程。在2.9 s后，与卸压区一样，该区域再次转变为一个定温—定压相互转换的过程。相较而言，应力集中区和原岩应力区的多变过程演化则相反，突出前期均主要表现为定温—定压相互转换的过程。应力升高区的突出中期1.34～2.52 s，多变指数在1.0附近波动，局部区域出现明显小于1的情况，表明该阶段突出过程主要表现为定温过程。原岩应力区在突出发生至1.6 s后，多变指数在0～1.29波动，说明此阶段该区域处于一个定温—定压—定熵相互转换的过程。
值得注意的是，4个区域的多变指数偶尔会超过1.29，说明该时刻的热力多变过程有从定熵向定容过程发展的趋势，而定容过程意味着该阶段煤层内的瓦斯含量不发生变化，即突出过程中煤体内会出现瓦斯释放—解吸的平衡状态。综上分析可知，对于卸压区和应力集中区而言，突出前期为定温—定压—定熵相互转换的过程，突出中期为定温过程，突出后期为定温—定压相互转换的过程。对于应力升高区而言，突出前期为定温—定压相互转换的过程，突出中期至后期主要表现为定温过程。对于原岩应力区而言，突出前期为定温—定压相互转换的过程，突出中期至后期处于一个定温—定压—定熵相互转换的过程。煤体内的不同区域，在突出过程中的热力多变过程不尽相同，且多数情况下并非绝热过程。
图6 多变指数的演化过程
Fig.6 Evolution of polytropic exponent
2.3 突出过程中的能量转换
突出过程是一种复杂的动力现象，游离瓦斯膨胀做功的同时，吸附瓦斯迅速解吸，作为“补给”同时参与突出过程。由热力学系统思想可知，当突出发生时，由“煤-瓦斯-围岩-巷道”组成的突出动力系统平衡被打破，突跃至一种非平衡状态，在无持续的扰动影响下，该系统会自发的趋向于另一种平衡状态。为此，系统必须消除不平衡状态下的温差(即产生热流)，消除不平衡状态下的受力不均匀(即产生力转移)，从而建立新的平衡状态，即对应突出终止状态。而突出这一动力过程实际上就是一种系统自发的向能量平衡态转移的过程。煤体内的弹性应变能和瓦斯膨胀能作为突出的主要能量来源，直接决定着突出的发生及强度。因此，分析突出过程中的这两种能量的演变问题至关重要。
2.3.1 弹性应变能的释放
突出过程中煤体内积聚的弹性应变能[7,12,29]通常按下式计算:
(7)
式中，We为煤体积聚的弹性应变能;E为煤体弹性模量，本文取292 MPa[22,30];ν为煤体泊松比，本文取0.158;σ1，σ2和σ3为煤体3个方向的主应力。
图7 弹性应变能的演化过程
Fig.7 Strain energy evolution in different regions
将试验过程中得到的任意时刻的应力值，代入式(7)即得如图7所示的突出过程中任意时刻煤体内不同区域的弹性应变能。突出过程中煤体的弹性应变能释放主要来自于应力集中区和应力升高区，即当煤体受力越大时，其在突出过程中释放的弹性能越多。分析应力集中区的弹性能变化可知，突出过程中的弹性能释放并非一次性完成的，其演变过程可分为3个阶段。在C1阶段内，弹性能随着突出的激发首次由32.0 mJ/mm3释放至28.5 mJ/mm3，随后经历一个小幅的回升后进入C2阶段，在该阶段内，弹性应变能迅速释放至最低6.2 mJ/mm3。进入C3阶段内，弹性能再次积聚，表现为曲线的上升。弹性能的阶段下降意味着突出过程中能量的阶段释放，即该动力现象的显现伴随着阵发性。另外，对比不同区域的弹性能变化可知，突出过程中，煤体内各区域的弹性应变能都会经历一个下降随后回升的现象，且该过程中各区域的弹性能不会完全释放。
2.3.2 瓦斯膨胀能的释放
根据气体膨胀功的定义，有
(8)
其中，W为瓦斯膨胀能。上式积分后，得
(9)
其中，V1和V2分别为初始时刻和终止时刻所对应的气体比体积，将式(9)代入式(4)得
(10)
其中，Rg为瓦斯气体常数，其值为188.97 J/(kg·K)。将式(6)代入式(10)，得到多变过程中瓦斯膨胀功的表达式为
(11)
由式(11)得如图8所示的突出过程中不同区域的单位质量气体膨胀能的演化过程。由图可知，突出过程中越靠近工作面区域释放的瓦斯膨胀能越大。膨胀能的释放并不是一个连续的过程，而呈现阶段波动式，这种波动在突出后期尤为明显。另外，就卸压区而言，在突出激发的一瞬间，瓦斯膨胀能会瞬间升高至1 873.96 J/kg随后降低并稳定在400 J/kg以内。应力集中区、应力升高区和原岩应力区的瓦斯膨胀能在突出过程中均稳定在200 J/kg以内。其中，对于原岩应力区而言，由于其距离工作面较远，在突出过程中瓦斯膨胀能长期稳定在较低的水平。
图9为突出持续4 s时各区域的累积瓦斯膨胀能，从图9可以明显看出，突出过程中煤体内不同区域的瓦斯膨胀能的释放量存在明显差异，且表现为越靠近工作面附近瓦斯膨胀能的释放量越大。
图8 不同区域瓦斯膨胀能的演化过程
Fig.8 Gas expansion energy evolution in different regions
图9 累积瓦斯膨胀能
Fig.9 Cumulative gas expansion energy
3 结 论
(1)突出过程中煤体温度持续降低，其中卸压区的温度降低最快，其次为应力集中区和应力升高区，原岩应力区的温度下降速度最慢，煤体同一区域不同测点的温度下降差异性随距离工作面距离的增加而增大。突出过程中瓦斯压力的下降过程表现为初始快速下降-波动升降和缓慢升降3个过程，同一区域不同测点的瓦斯下降差异性随距离工作面距离的增加而增大。突出过程中煤体不同区域的应力变化呈现3种类型，即:初始下降—波动升降—平稳回升型、初始上升—小幅下降—平稳回升型和小幅下降-平稳回升型。
(2)煤体内的不同区域在突出过程中的热力多变过程不尽相同，具体表现为:卸压区和应力集中区在突出前期为定温—定压—定熵相互转换的过程，突出中期为定温过程，突出后期为定温—定压相互转换的过程。应力升高区在突出前期为定温—定压相互转换的过程，突出中期至后期主要表现为定温过程。原岩应力区在突出前期为定温—定压相互转换的过程，突出中期至后期处于定温—定压—定熵相互转换的过程。
(3)突出过程中煤体的弹性应变能释放主要来自于应力集中区和应力升高区，即当煤体受力越大时，其在突出过程中释放的弹性能越多。弹性能释放并非一次性完成的，弹性能的阶段下降意味着突出过程中能量的阶段释放，即该动力现象的显现伴随着阵发性。突出过程中，煤体内各区域的弹性应变能的释放都会经历一个下降随后回升的现象，且该过程中各区域的弹性能不会一次性完全释放。
(4)突出过程中越靠近工作面区域释放的瓦斯膨胀能越大，在距离工作面较远的原岩应力区，其释放的膨胀能长期稳定在较低的水平。膨胀能的释放并不是一个连续的过程，而呈现阶段波动式，这种波动在突出后期尤为明显。
[1] 袁亮,张平松.煤炭精准开采地质保障技术的发展现状及展望[J].煤炭学报,2019,44(8):2277-2284.
YUAN Liang,ZHANG Pingsong.Development status and prospect of geological guarantee technology for precise coal mining[J].Journal of China Coal Society,2019,44(8):2277-2284.
[2] 卢新明,阚淑婷.煤炭精准开采地质保障与透明地质云计算技术[J].煤炭学报,2019,44(8):2296-2305.
LU Xinming,KAN Shuting.Geological guarantee and transparent geological cloud computing technology of precision coal mining[J].Journal of China Coal Society,2019,44(8):2296-2305.
[3] 彭高友,高明忠,吕有厂,等.深部近距离煤层群采动力学行为探索[J].煤炭学报,2019,44(7):1971-1980.
PENG Gaoyou,GAO Mingzhong,LÜ Youchang,et al.Investigation on mining mechanics behavior of deep close distance seam group[J].Journal of China Coal Society,2019,44(7):1971-1980.
[4] 潘一山.煤与瓦斯突出、冲击地压复合动力灾害一体化研究[J].煤炭学报,2016,41(1):112-119.
PAN Yishan.Integrated study on compound dynamic disaster of coal-gas outburst and rockburst[J].Journal of China Coal Society 2016,41(1):112-119.
[5] 姜福兴,刘懿,翟明华,等.基于应力与围岩分类的冲击地压危险性评价研究[J].岩石力学与工程学报,2017,36(5):5-16.
JIANG Fuxing,LIU Yi,ZHAI Minghua,et al.Evaluation of rock burst hazard based on the classification of stress and surrounding rock[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2017,36(5):5-16.
[6] 王宏伟,姜耀东,赵毅鑫,等.长壁孤岛工作面冲击失稳能量释放激增机制研究[J].岩石力学与工程学报,2013,32(11):2250-2257.
WANG Hongwei,JIANG Yaodong,ZHAO Yixin,et al.Investigation on mechanism of energy explosion during extraction of island longwall panel[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2013,32(11):2250-2257.
[7] 李成武,付帅,解北京,等.煤与瓦斯突出能量预测模型及其在平煤矿区的应用[J].中国矿业大学学报,2018,47(2):231-239.
LI Chengwu,FU Shuai,XIE Beijing,et al.Establishment of the prediction model of coal and gas outburst energy and its application in Pingdingshan mining area[J].The Journal of China University of Mining and Technology,2018,47(2):231-239.
[8] 陈结,潘孝康,姜德义,等.基于气体驱动煤与瓦斯突出试验系统的研制与应用[J].煤炭学报,2018,43(S2):460-468.
CHEN Jie,PAN Xiaokang,JIANG Deyi,et al.Development and application of coal and gas outburst test system based on gas driven[J].Journal of China Coal Society 2018,43(S2):460-468.
[9] TU Qingyi,CHENG Yuanping,GUO Pinkun,et al.Experimental study of coal and gas outbursts related to gas-enriched areas[J].Rock Mechanics and Rock Engineering,2016,49(9):1-13.
[10] 魏风清,史广山,张铁岗.基于瓦斯膨胀能的煤与瓦斯突出预测指标研究[J].煤炭学报,2010,35(S1):95-99.
WEI Fengqing,SHI Guangshan,ZHANG Tiegang,et al.Study on coal and gas outburst prediction indexes base on gas expansion energy[J].Journal of China Coal Society,2010,35(S1):95-99.
[11] 王振,胡千庭,尹光志.瓦斯压力对煤体冲击指标影响的实验研究[J].中国矿业大学学报,2010,39(4):516-519.
WANG Zhen,HU Qianting,YIN Guangzhi.Experimental research on the burst proneness index of coal treated with gas pressure[J].Journal of China University of Mining and Technology,2010,39(4):516-519.
[12] 张庆贺.煤与瓦斯突出能量分析及其物理模拟的相似性研究[D].济南:山东大学,2017.
ZHANG Qinghe.Analysis of coal and gas outburst and re-search on similarity of physical simulation for it[D].Jinan:Shandong University,2017.
[13] 罗明坤,范超军,李胜,等.煤与瓦斯突出的地质动力系统失稳判据研究[J].中国矿业大学学报,2018,47(1):137-143.
LUO Mingkun,FAN Chaojun,LI Sheng,et al.Failure criteria of the geological dynamic system of coal and gas outburst[J].The Journal of China University of Mining and Technology,2018,47(1):137-143.
[14] 苏承东,高保彬,袁瑞甫,等.平顶山矿区煤层冲击倾向性指标及关联性分析[J].煤炭学报,2014,39(S1):8-14.
SU Chengdong,GAO Baobin,YUAN Ruifu,et al.Outburst-proneness index and their correlation analysis of coal seams in Pingdingshan mine area[J].Journal of China Coal Society,2014,39(S1):8-14.
[15] 孙振武,代进,杨春苗,等.矿山井巷和采场冲击地压危险性的弹性能判据[J].煤炭学报,2007,32(8):794-798.
SUN Zhenwu,DAI Jin,YANG Chunmiao,et al.Elastic energy criterion of rock burst in roadway and coalface of mine[J].Journal of China Coal Society,2007,32(8):794-798.
[16] 胡千庭,周世宁,周心权.煤与瓦斯突出过程的力学作用机理[J].煤炭学报,2008,33(12):1368-1372.
Hu Qianting,ZHOU Shining,ZHOU Xinquan.Mechanical mechanism of coal and gas outburst process[J].Journal of China Coal Society,2008,33(12):1368-1372.
[17] ZHOU Bin,XU Jiang,PENG Shoujian,et al.Test system for the visualization of dynamic disasters and its application to coal and gas outburst[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2019,122:104083.
[18] 谢和平,张泽天,高峰,等.不同开采方式下煤岩应力场-裂隙场-渗流场行为研究[J].煤炭学报,2016,41(10):2405-2417.
XIE Heping,ZHANG Zetian,GAO Feng,et al.Stress-fracture-seepage field behavior of coal under different mining layouts[J].Journal of China Coal Society,2016,41(10):2405-2417.
[19] ZHAO Bo,WEN Guangcai,SUN Haitao,et al.Similarity criteria and coal-like material in coal and gas outburst physical simulation[J].International Journal of Coal Science and Technology,2018,5(2):167-178.
[20] 张庆贺,袁亮,王汉鹏,等.煤与瓦斯突出物理模拟相似准则建立与分析[J].煤炭学报,2016,41(11):2773-2779.
ZHANG Qinghe,YUAN Liang,WANG Hanpeng,et al.Establishment and analysis of similarity criteria for physical simulation of coal and gas outburst[J].Journal of China Coal Society,2016,41(11):2773-2779.
[21] 蔡美峰.岩石力学与工程[M].北京:科学出版社,2002.
[22] ZHANG Chaolin,XU Jiang,PENG Shoujian,et al.Dynamic evolution of coal reservoir parameters in CBM extraction by parallel boreholes along coal seam[J].Transport in Porous Media,2018,124(1):1-19.
[23] 张超林.叠置含气系统煤层气开采制度优化及注二氧化碳增产机理研究[D].重庆:重庆大学,2018.
[24] 苏小鹏.含瓦斯煤成型条件优化及煤层气开采物理模拟试验研究[D].重庆:重庆大学,2014.
SU Xiaopeng.Molding condition optimization of coal containing gas and its application in physical simulation of CBM extraction[D].Chongqing:Chongqing University,2014.
[25] 宋义敏,杨小彬.煤破坏过程中的温度演化特征实验研究[J].岩石力学与工程学报,2013,32(7):1344-1349.
SONG Yimin,YANG Xiaobin.Experiment study of temperature evolution characteristics during deformation and destruction process of coal[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2013,32(7):1344-1349.
[26] 董玉芬,于波,郝凤山,等.煤变形破裂过程中红外信息的实验研究[J].实验力学,2002,17(2):206-211.
DONG Yufen,YU Bo,HAO Fengshan,et al.An experimental research on the infrared radiation in coal rupture[J].Journal of Experimental Mechanics,2002,17(2):206-211.
[27] ZHOU Bin,XU Jiang,PENG Shoujian,et al.Experimental analysis of the dynamic effects of coal-gas outburst and a protean contraction and expansion flow model[J].Natural Resources Research,2019:1-21.
[28] SUN Haitao,CAO Jie,LI Minghui,et al.Experimental research on the impactive dynamic effect of gas-pulverized coal of coal and gas outburst[J].Energies,2018,11:797.
[29] 谢和平,鞠杨,黎立云,等.岩体变形破坏过程的能量机制[J].岩石力学与工程学报,2008,27(9):6-17.
XIE Heping,JU Yang,LI Liyun,et al.Energy mechanism of deformation and failure of rock masses[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2008,27(9):6-17.
[30] YIN G,JIANG C,WANG J G,et al.Combined effect of stress,pore pressure and temperature on methane permeability in anthracite coal:An experimental study[J].Transport in Porous Media,2013,100(1):1-16.
