李定啟

（河南理工大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454000）

1 前 言

煤與瓦斯突出是由地應(yīng)力、瓦斯壓力和煤的力學(xué)性質(zhì)綜合作用的結(jié)果，而應(yīng)力、瓦斯壓力和煤的力學(xué)性質(zhì)在突出過(guò)程中的作用機(jī)制目前尚不確知。前蘇聯(lián)在20世紀(jì)50年代進(jìn)行了一維突出模擬試驗(yàn)，表明只有在很大的瓦斯壓力梯度下煤才有可能被破碎和拋出[1]。60年代初，氏平增之模擬了拋射煤試驗(yàn)，利用CO2的結(jié)晶冰、松香、水泥、煤粒制作模型，并模擬“掘進(jìn)”作業(yè)[2]。鄧金封等[3]開(kāi)展了煤與瓦斯突出一維模擬試驗(yàn)，得出突出強(qiáng)度與垂直應(yīng)力、瓦斯壓力的定量關(guān)系。90年代，蔣承林[4]進(jìn)行一維試驗(yàn)，模擬了理想條件下石門揭開(kāi)煤層時(shí)發(fā)生煤與瓦斯突出的過(guò)程，提出石門揭穿煤層的球殼失穩(wěn)機(jī)制。孟祥躍等[5]在二維模擬實(shí)驗(yàn)裝置上做了一系列的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)煤樣的破壞存在“開(kāi)裂”和“突出”兩類典型的破壞形式，破壞陣面的前沿以拉伸強(qiáng)間斷的形式向外傳播。蔡成功[2]按相似理論設(shè)計(jì)了三維煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)裝置，得出突出強(qiáng)度同瓦斯壓力、煤型強(qiáng)度、三向應(yīng)力、瓦斯壓力關(guān)系數(shù)學(xué)模型，分析后認(rèn)為應(yīng)力和煤的力學(xué)性質(zhì)是決定突出強(qiáng)度的主要因素。尹光志等[6]以自行研制開(kāi)發(fā)的大型煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)系統(tǒng)為手段，對(duì)不同含水率煤體發(fā)生煤與瓦斯突出時(shí)突出強(qiáng)度變化規(guī)律進(jìn)行了模擬試驗(yàn)研究。

郭德勇等[7－8]研究發(fā)現(xiàn)，在煤與瓦斯突出過(guò)程中存在黏滑失穩(wěn)現(xiàn)象，其特征受多種因素影響，提出了煤與瓦斯突出的黏滑失穩(wěn)機(jī)制。馬中飛等[9]將突出煤體視為煤與瓦斯承壓散體，提出并初步研究了煤與瓦斯承壓散體失控突出機(jī)制。胡千庭等[10]認(rèn)為煤與瓦斯突出是一個(gè)力學(xué)破壞過(guò)程：在突出準(zhǔn)備階段，圍巖發(fā)生應(yīng)力集中和強(qiáng)度破壞為后續(xù)的失穩(wěn)創(chuàng)造了條件，即突出的發(fā)動(dòng)是圍巖的突然失穩(wěn)以及失穩(wěn)煤巖的快速破壞和拋出。李祥春等[11]研究認(rèn)為煤與瓦斯突出的發(fā)生過(guò)程是煤體裂隙產(chǎn)生并快速發(fā)展的結(jié)果。

波蘭的希維金斯基、前蘇聯(lián)的博爾辛斯基及沙基洛夫等學(xué)者對(duì)砂巖與瓦斯突出過(guò)程及機(jī)制進(jìn)行了探討[12]。孟賢正等[13]針對(duì)掘進(jìn)深部砂巖巷道時(shí)出現(xiàn)巖石突出并伴隨瓦斯的動(dòng)力現(xiàn)象，從構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、掘進(jìn)應(yīng)力場(chǎng)、自重應(yīng)力場(chǎng)和中細(xì)粒砂巖物理力學(xué)性質(zhì)等方面分析了煤系地層巖巷掘進(jìn)砂巖突出的機(jī)制。2008年寺河礦“5·20”突出事故驗(yàn)證了在一定條件下硬煤能夠發(fā)生突出。周世寧院士及何學(xué)秋教授等提出的流變-突變機(jī)制也在一定程度上解釋了硬煤突出過(guò)程及機(jī)制。

這些煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)及理論研究為揭示煤與瓦斯突出機(jī)制奠定了基礎(chǔ)，但以往試驗(yàn)大多采用軟煤模型進(jìn)行研究，專門針對(duì)硬煤突出機(jī)制的試驗(yàn)研究相對(duì)較少。本文以薄板力學(xué)理論和模擬試驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)硬煤掘進(jìn)工作面突出機(jī)制進(jìn)行了探討。此外，本研究中的硬煤是相對(duì)于煤與瓦斯突出而言，通常是指堅(jiān)固性系數(shù)在0.5 以上的Ⅰ類煤（非構(gòu)造煤）。

2 薄板力學(xué)模型的建立

2.1 煤壁薄板假設(shè)

相關(guān)圍巖模型試驗(yàn)研究結(jié)果表明，深部巖體洞室邊墻含微裂隙巖體在高地應(yīng)力作用下由小裂隙擴(kuò)展為劈裂性平行大裂隙組[14－19]。在高地應(yīng)力作用下圍巖內(nèi)部變形不是連續(xù)的，而是在切向力作用下圍巖發(fā)生開(kāi)裂和板裂，板裂化形成的板條在軸向力和自重力作用下產(chǎn)生彎曲變形，這種彎曲變形受到板裂化形成截面尺寸控制[18]。

由于深部煤層掘進(jìn)工作面前方含微裂隙硬煤煤壁與深部巖體洞室邊墻含微裂隙巖體所受的地應(yīng)力情況類似，因此可以假定深部掘進(jìn)工作面前方硬煤煤壁中由集中應(yīng)力產(chǎn)生的細(xì)微裂隙和煤體原有閉合小裂隙，在高地應(yīng)力作用下可由小裂隙擴(kuò)展為劈裂性平行大裂隙組，從而將掘進(jìn)工作面前方硬煤劈裂成一系列平行于工作面前方煤壁的煤板。

2.2 薄板模型的適用性檢驗(yàn)

在彈性力學(xué)中，對(duì)梁、板、圓筒等的計(jì)算都有具體的條件范圍。對(duì)薄板的計(jì)算，實(shí)際上是指中等厚度的板，其厚度t 與板面最小尺寸min(a，b)之比為1/100～1/3（a為巖板長(zhǎng)邊長(zhǎng)度，b為巖板短邊長(zhǎng)度）。前蘇聯(lián)加列爾津院士在對(duì)巖板的研究中認(rèn)為，當(dāng)巖板t/b≤1/5時(shí)（t為巖板厚度，b為巖板短邊長(zhǎng)度），用薄板方法是完全允許的，而硬煤掘進(jìn)工作面在地應(yīng)力作用下劈裂形成的煤板作為薄板的幾何條件與地下巖體類似。因此，為研究高地應(yīng)力條件下的掘進(jìn)工作面前方硬煤煤壁的變形與破壞的力學(xué)機(jī)制，選擇薄板力學(xué)模式是合適的。

2.3 工作面硬煤薄板模型

2.3.1 基本假設(shè)

（1）變形前，垂直于中面的直線段在變形后仍然垂直于變形后的中面，且長(zhǎng)度保持不變；（2）薄板中面各點(diǎn)都沒(méi)有平行于中面的位移；（3）平行于中面的板內(nèi)各層互不擠壓，計(jì)算變形時(shí)可忽略擠壓應(yīng)力。

2.3.2 硬煤薄板模型

在高地應(yīng)力條件下，掘進(jìn)工作面前方硬煤煤壁裂紋受壓剪或拉剪發(fā)生裂紋擴(kuò)展及形成板裂后，煤板受到平行于薄板的地應(yīng)力和垂直于薄板的瓦斯壓力。取薄板的中面為xy 面，與工作面前方煤壁平行，如圖1、2 所示。

圖1 硬煤薄板物理模型Fig.1 Physical model of hard coal thin plate

圖2 硬煤薄板受力示意圖Fig.2 Force sketch of hard coal thin plate

根據(jù)柯克霍夫平板理論，在基本假設(shè)條件下，忽略薄板間的剪切應(yīng)力影響，薄板撓度微分方程（略去高階微量）[20]為

式中：D為抗彎剛度；q為垂直于板面的瓦斯壓力。

由于將工作面劈裂煤板等效為薄板，其力學(xué)模型可簡(jiǎn)化為復(fù)合荷載下薄板，取Fourier 級(jí)數(shù)為臨界狀態(tài)的曲面方程[21]，它符合位移邊界條件，即

式中：m為板在x 軸方向撓曲的半波數(shù)；n為板在y軸方向撓曲的半波數(shù)。

將方程式（3）代入式（2）中第一式可求出關(guān)于應(yīng)力和瓦斯壓力的煤壁薄板的撓度方程：

由于深部地應(yīng)力遠(yuǎn)大于瓦斯壓力，瓦斯壓力對(duì)煤壁薄板撓度影響相對(duì)較小，為簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，忽略瓦斯壓力的影響，煤壁薄板的撓度方程可簡(jiǎn)化為

由式（5）可以看出，要滿足條件必須使方括號(hào)內(nèi)的數(shù)為0，即

設(shè)側(cè)壓系數(shù)為λ，則有σx=λσy，對(duì)于薄板的臨界應(yīng)力，應(yīng)該取m=1，n=1，即讓薄板在x，y 方向都只有一個(gè)正弦半波，則可以求出臨界應(yīng)力σylin為

當(dāng)a=b時(shí)，突出臨界應(yīng)力為

薄板抗彎剛度公式為

式中：E為彈性模量；I為薄板橫截面對(duì)彎曲中性軸的慣性矩。

薄板橫截面對(duì)彎曲中性軸的慣性矩計(jì)算公式為

將式（9）、（10）代入式（8），可得

硬煤層工作面前方煤壁在高地應(yīng)力作用下劈裂形成薄板后，其進(jìn)一步破壞、失穩(wěn)的臨界應(yīng)力σylin主要與工作面的尺寸、煤的彈性模量、側(cè)壓系數(shù)、薄板厚度及瓦斯壓力等參數(shù)有關(guān)。

當(dāng)煤的材料力學(xué)性質(zhì)相近時(shí)，其彈性模量和側(cè)壓系數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，為了方便實(shí)驗(yàn)研究，假定薄板厚度、彈性模量和側(cè)壓系數(shù)為常數(shù)，令

則

式中：k為煤的材料力學(xué)性質(zhì)相關(guān)的常數(shù)。

在深部開(kāi)采地應(yīng)力遠(yuǎn)大于瓦斯壓力的情況下，失穩(wěn)的臨界應(yīng)力σylin主要與工作面的尺寸以及煤的彈性模量和側(cè)壓系數(shù)有關(guān)，且當(dāng)煤的彈性模量和側(cè)壓系數(shù)相近時(shí)，失穩(wěn)的臨界應(yīng)力近似與工作面尺寸成反比。

硬煤層工作面煤與瓦斯突出可分為3個(gè)過(guò)程：（1）煤壁在工作面集中應(yīng)力作用產(chǎn)生細(xì)微裂隙，這些細(xì)微裂隙和煤體原有的閉合小裂隙在地應(yīng)力作用下進(jìn)一步發(fā)生擴(kuò)張、垂直貫通，形成平行于工作面的煤板；（2）形成平行于工作面前方煤壁的煤薄板后，煤薄板在平行于板面的圍巖應(yīng)力和垂直于板面的瓦斯壓力作用下發(fā)生彎曲，當(dāng)滿足臨界應(yīng)力σylin條件時(shí)煤板發(fā)生彎曲破壞，其主要影響因素為工作面尺寸、煤的彈性模量和平行于板面的圍巖應(yīng)力；（3）煤板發(fā)生彎曲破壞后，破壞的煤體在瓦斯壓力作用拋出。

3 試驗(yàn)研究

根據(jù)以上硬煤掘進(jìn)工作面煤壁薄板模型理論和硬煤突出機(jī)制假說(shuō)，工作面尺寸對(duì)硬煤突出的發(fā)生條件有極為關(guān)鍵的影響，如果能夠通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證工作面尺寸與硬煤發(fā)生突出的關(guān)系，則可以在一定程度上間接驗(yàn)證硬煤工作面煤壁薄板模型理論和突出機(jī)制假說(shuō)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)煤體物理特性、瓦斯壓力、圍巖應(yīng)力等因素對(duì)突出的影響研究較多，而煤層工作面尺寸和對(duì)突出影響的試驗(yàn)研究較少。

3.1 模擬試驗(yàn)系統(tǒng)

本次試驗(yàn)采用自己加工的模擬試驗(yàn)裝置，系統(tǒng)由密封試樣容器、應(yīng)力施加系統(tǒng)和充氣系統(tǒng)組成。

（1）試樣密封容器

容器側(cè)面和底部采用邊長(zhǎng)1 200 mm，厚20 mm的鋼板焊接，側(cè)面鋼板上各焊接矩形鋼梁，鋼梁尺寸為100 mm×50 mm×1 200 mm，以增加容器壁的抗側(cè)壓剛度。容器密封蓋及承壓構(gòu)件由四部分組成，即外蓋和內(nèi)蓋、彈力高壓橡膠密封墊、下部承壓鐵墊、上部承壓鐵柱。下部承壓鐵墊放置在試樣上面，可使試樣均勻受載；下部承壓鐵墊上面為彈力高壓橡膠密封墊，其上為外蓋、內(nèi)蓋，外蓋通過(guò)螺栓、彈力高壓橡膠密封墊與容器密封連接，內(nèi)蓋上面放置上部承壓鐵柱；壓力機(jī)通過(guò)內(nèi)蓋上的壓力墊加載垂向應(yīng)力。下部承壓鐵墊邊長(zhǎng)1 200 mm，外蓋邊長(zhǎng)1 200 mm，內(nèi)蓋邊長(zhǎng)1 000 mm，彈力高壓橡膠密封墊邊長(zhǎng)1 200 mm。試樣密封容器側(cè)面中部留一個(gè)120 mm×120 mm 的孔口，模擬掘進(jìn)工作面，孔口內(nèi)側(cè)斜上方安設(shè)孔口尺寸調(diào)節(jié)裝置（可沿孔口對(duì)角線移動(dòng)的L 型鋼板），孔口外側(cè)裝有帶塞子的孔口密封蓋。容器結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 試樣容器平面和剖面圖Fig.3 Top view and section of sample vessel

（2）應(yīng)力施加系統(tǒng)

試驗(yàn)采用20 000 kN 微控電液伺服長(zhǎng)柱壓力試驗(yàn)機(jī)垂直向系統(tǒng)施加軸向應(yīng)力，最大力值為0～20 000 kN；力值精度為1%，變形精度為0.01 mm；活塞最大行程為300 mm，最大試驗(yàn)空間為7 000 mm。試驗(yàn)臺(tái)尺寸為1 800 mm×1 500 mm，支柱間距為1 400 mm×1 900 mm，工作壓力為31.5 MPa，外形尺寸為3 000 mm×2 500 mm×11 000 mm。

在壓力機(jī)的垂直壓應(yīng)力作用下，煤樣力圖發(fā)生橫向（X 軸和Y 軸方向）變形。由于煤樣容器為剛性結(jié)構(gòu)，使得煤樣在各方向發(fā)生相互制約，不可能發(fā)生橫向變形，因而在水平方向產(chǎn)生側(cè)壓力，其值按廣義虎定律解算得

式中：σx、σy分別為水平應(yīng)力和側(cè)向應(yīng)力；σz為壓力機(jī)施加的垂直壓應(yīng)力；μ為煤樣的泊松系數(shù)。

通過(guò)式（8）可以計(jì)算出煤樣加載后的水平應(yīng)力。

（3）試驗(yàn)方法

模擬突出時(shí)，用標(biāo)準(zhǔn)精密壓力表和試驗(yàn)機(jī)計(jì)量系統(tǒng)共同計(jì)量施加的壓力，加入試樣，連續(xù)充氣吸附48 h 以上。試樣充分吸附瓦斯后，按設(shè)計(jì)要求同時(shí)給煤型施加均布垂直力，平衡一段時(shí)間，當(dāng)應(yīng)力、瓦斯壓力無(wú)變化時(shí)，記錄應(yīng)力和瓦斯壓力值，然后采用機(jī)械方式突然打開(kāi)突出口。試驗(yàn)時(shí)通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)模擬突出口內(nèi)側(cè)斜上方的L 形鋼板的位置來(lái)控制模擬突出口的尺寸。

3.2 模擬參數(shù)及相似比

根據(jù)煤與瓦斯突出機(jī)制和煤層薄板理論，選取突出口尺寸、煤巖應(yīng)力和瓦斯壓力等因素為主要模擬參數(shù)，滿足上述參數(shù)相似的同時(shí)滿足邊界條件相似。

模型采用面力邊界條件，由邊界條件求得相似指標(biāo)C=Cq/Cσ=1，Cq為分布載荷相似常數(shù)，Cq=qp/qm，其中qp、qm分別為原型和模型單位面積分布載荷。當(dāng)模擬范圍大于6 倍的巷道直徑，其邊界效應(yīng)誤差在工程計(jì)算范圍內(nèi)，煤樣截面與工作面尺寸比取1:6～1:10。

3.3 試樣的制取及參數(shù)測(cè)試

由于現(xiàn)場(chǎng)采集大尺寸標(biāo)準(zhǔn)試樣難度較大，試樣采用現(xiàn)場(chǎng)采集的原煤粉碎后混入一定比列添加劑后加工成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試樣?，F(xiàn)場(chǎng)用祈南煤礦32煤層原煤作為制作試樣的原料。祈南煤礦32煤在深部具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，煤的堅(jiān)固性系數(shù)為0.8～1.2。為了模擬原始煤體中發(fā)育的微裂隙，原煤粉碎后加入一定比列的薄泡沫碎片和粘結(jié)劑充分混合均勻后壓制成試樣。首先，利用粉碎機(jī)和振動(dòng)篩將現(xiàn)場(chǎng)采集的煤樣粉碎，篩選，然后將篩選好后的煤粉、薄泡沫碎片和粘結(jié)劑，按一定的配比拌勻，摻入3.5%的水，在試樣容器內(nèi)由壓力機(jī)直接加壓成型煤，穩(wěn)定60 min 后進(jìn)行試驗(yàn)。型煤的堅(jiān)固性系數(shù)、彈性模量和泊松比通過(guò)添加劑比例和成型壓力控制。

試驗(yàn)之前，需要測(cè)定試樣的堅(jiān)固性系數(shù)、彈性模量和泊松比。為了達(dá)到硬煤的要求，加工的試樣堅(jiān)固性系數(shù)控制在1.0 以上。型煤的彈性模量和泊松比測(cè)定儀器采用濟(jì)南試驗(yàn)機(jī)廠生產(chǎn)的WDW-100A 型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。試驗(yàn)時(shí)，將試樣置于試驗(yàn)機(jī)承壓板之間，在受壓面各墊一塊厚鋼板，使試樣受到均勻線性荷載，然后以0.5 kN/s 加荷速率加載，測(cè)定其彈性變形范圍內(nèi)的荷載和形變，并計(jì)算其彈性模量和泊松比。

制作試樣過(guò)程中最大成型壓力為19 MN，試樣的堅(jiān)固性系數(shù)為1.1～11.2，彈性模量為3.3～ 3.5 GPa，泊松比為0.39～0.42。根據(jù)防治煤與瓦斯突出規(guī)定，具有突出危險(xiǎn)性煤的堅(jiān)固性系數(shù)臨界值為0.5，相對(duì)于煤與瓦斯突出而言，所謂的軟煤其堅(jiān)固性系數(shù)一般在臨界值以下，本研究制取的型煤堅(jiān)固性系數(shù)大于1，遠(yuǎn)超過(guò)臨界值，所以本試驗(yàn)所采用的試樣達(dá)到硬煤的要求。

3.4 突出模擬實(shí)驗(yàn)

3.4.1 工作面尺寸、軸向壓力與臨界瓦斯壓力的關(guān)系

在試樣堅(jiān)固性系數(shù)、彈性模量和泊松比相近的情況下，模擬工作面尺寸、軸向壓力與發(fā)生突出的臨界瓦斯壓力對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖4、5 所示。分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，模擬工作面尺寸、軸向壓力對(duì)突出臨界瓦斯壓力影響較小，突出臨界瓦斯壓力基本保持不變。這組試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在較高圍巖應(yīng)力條件下，瓦斯壓力對(duì)硬煤突出的臨界條件影響較小。

圖4 模擬工作面尺寸與臨界瓦斯壓力關(guān)系Fig.4 Relationship between simulation face size and critical gas pressure

圖5 軸向壓力與臨界瓦斯壓力關(guān)系Fig.5 Relationship between axial stress and critical gas pressure

3.4.2 模擬工作面尺寸與軸向應(yīng)力關(guān)系

在試樣堅(jiān)固性系數(shù)、彈性模量和泊松比相近及穩(wěn)定瓦斯壓力(P=0.82 MPa)不變的情況下，模擬工作面尺寸與發(fā)生突出的臨界軸向壓力對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖6 所示。分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，突出臨界軸向應(yīng)力隨模擬工作面尺寸增大而近似呈線性減小。

圖6 模擬工作面尺寸與臨界軸向壓力關(guān)系Fig.6 Relationship between simulation face size and critical stress

3.5 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)硬煤突出薄板理論，當(dāng)硬煤掘進(jìn)工作面的尺寸增加時(shí)，發(fā)生突出的臨界圍巖應(yīng)力減少；當(dāng)深部開(kāi)采地應(yīng)力遠(yuǎn)大于瓦斯壓力時(shí)，可以不考慮瓦斯對(duì)煤板臨界破壞條件的影響。失穩(wěn)的臨界應(yīng)力σylin主要與工作面的尺寸以及煤的彈性模量和側(cè)壓系數(shù)有關(guān)，當(dāng)煤的彈性模量和側(cè)壓系數(shù)穩(wěn)定不變時(shí)，失穩(wěn)的臨界應(yīng)力與工作面尺寸成反比。為驗(yàn)證硬煤突出薄板理論，將試驗(yàn)結(jié)果與硬煤突出薄板理論進(jìn)行了對(duì)比分析：

（1）在圍巖應(yīng)力、試樣的堅(jiān)固性系數(shù)較大的情況下，臨界瓦斯壓力隨模擬工作面尺寸和圍巖應(yīng)力的變化不大，表明在較高地應(yīng)力條件下瓦斯壓力對(duì)硬煤突出臨界條件影響相對(duì)較小。在深部開(kāi)采地應(yīng)力遠(yuǎn)大于瓦斯壓力時(shí)，可以不考慮瓦斯對(duì)煤板臨界破壞條件的影響，這一結(jié)論也為硬煤突出薄板理論公式推導(dǎo)過(guò)程中的簡(jiǎn)化提供了試驗(yàn)依據(jù)。

（2）在圍巖應(yīng)力、試樣的堅(jiān)固性系數(shù)較大且煤的彈性模量和側(cè)壓系數(shù)穩(wěn)定不變的情況下，發(fā)生突出的臨界軸向應(yīng)力隨模擬工作面尺寸增大而近似呈線性減小。這一試驗(yàn)結(jié)果同樣也與硬煤突出薄板理論推導(dǎo)出的近似式（12）σylin=k/a基本吻合。

4 結(jié) 論

（1）硬煤層掘進(jìn)工作面發(fā)生的煤與瓦斯突出可分為3個(gè)過(guò)程：煤壁在工作面集中應(yīng)力作用產(chǎn)生細(xì)微裂隙，這些的細(xì)微裂隙和煤體原有的閉合小裂隙在圍巖應(yīng)力作用下進(jìn)一步發(fā)生擴(kuò)張、垂直貫通形成平行于工作面前方煤壁的煤板；形成平行于工作面前方煤壁的煤薄板后，煤薄板在平行于板面的圍巖應(yīng)力和垂直于板面的瓦斯壓力作用下發(fā)生彎曲，其主要影響因素為工作面尺寸、煤的彈性模量、圍巖側(cè)壓系數(shù)；煤板發(fā)生彎曲破壞后破壞的煤體在瓦斯壓力作用拋出。

（2）在圍巖應(yīng)力、煤的堅(jiān)固性系數(shù)較大的情況下，硬煤突出臨界條件主要受圍巖應(yīng)力、彈性模量、圍巖側(cè)壓系數(shù)及工作面尺寸等因素影響，而受瓦斯壓力影響相對(duì)較小。

（3）在圍巖應(yīng)力、試樣的堅(jiān)固性系數(shù)較大且煤的彈性模量和側(cè)壓系數(shù)穩(wěn)定不變的情況下，發(fā)生突出的臨界軸向應(yīng)力隨模擬工作面尺寸增大而近似呈線性減小。

本次試驗(yàn)結(jié)論基本符合硬煤突出薄板模型理論公式，一定程度上驗(yàn)證了硬煤掘進(jìn)工作面煤薄板模型理論及硬煤掘進(jìn)工作面突出機(jī)制假設(shè)。受條件所限，本文僅對(duì)煤壁薄板理論假設(shè)為基礎(chǔ)的掘進(jìn)工作面硬煤突出機(jī)制進(jìn)行了初步的探討，還有待于后續(xù)的進(jìn)一步深入研究。

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