煤与瓦斯突出物理模拟相似准则建立与分析

张庆贺¹，袁亮^1,2,3，王汉鹏¹，康建宏³，李术才¹，薛俊华²，周伟²，张德民¹

1. 山东大学岩土与结构工程研究中心2. 淮南矿业集团深部煤炭开采与环境保护国家重点实验室3. 中国矿业大学安全工程学院

摘 要：相似准则是物理模拟的理论依据,是研发相似材料确定试验条件的基本前提。煤与瓦斯突出物理模拟相似准则是制约模拟试验发展的瓶颈。针对描述煤与瓦斯突出全过程的力学模型尚未建立的现状,尝试采用描述突出孕育阶段的气固耦合模型进行相似准则推导。基于气固耦合方程,采用相似变换法推导了相似准数。该组相似准数可保证煤岩变形破坏规律相似,却难以发生突出现象。提出了采用能量模型推导煤与瓦斯突出相似准则的思路。改进了前人的能量方程,经过相似变换导出了新的相似准数。该组相似准数可保证试验模型与原型能量集聚、转移和释放规律相似。结合两组相似准数,在保证能量模型相似的基础上,考虑煤岩变形破坏规律相似,确定了煤与瓦斯突出物理模拟相似准则。与前人的物理模拟试验结果进行对照,验证了相似准则的合理性。

关键词：煤与瓦斯突出;物理模拟;相似准则;理论分析;相似材料;