采動(dòng)覆巖卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道屬性參數(shù)拓?fù)潢P(guān)系研究

趙鵬翔 ，卓日升 ，李樹(shù)剛,2,3 ，林海飛,2,3 ，常澤晨 ，賈永勇 ，金 權(quán) ，劉元嘉

（1.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院, 陜西 西安 710054；2.教育部西部礦井開(kāi)采及災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710054；3.西部礦井瓦斯智能抽采工程研究中心, 陜西 西安 710054；4.新疆工程學(xué)院 新疆煤礦災(zāi)害智能防控與應(yīng)急重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830023；5.新疆工程學(xué)院 新疆煤炭資源綠色開(kāi)采教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 新疆 烏魯木齊 830023；6.新疆維吾爾自治區(qū)煤炭科學(xué)研究所，新疆 烏魯木齊 830091；7.新疆工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830023）

0 引 言

采動(dòng)卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)的主要方式表現(xiàn)為瓦斯在煤巖體裂隙中進(jìn)行解吸—滲流—升浮—擴(kuò)散—儲(chǔ)集[1-2]。煤巖體滲透性受內(nèi)部微細(xì)觀裂隙影響較大[3-4]，微細(xì)觀裂隙在開(kāi)采擾動(dòng)作用下逐漸擴(kuò)展為宏觀裂隙，同時(shí)為瓦斯在煤巖體中運(yùn)儲(chǔ)提供了通道與場(chǎng)所[5-6]。

早在19 世紀(jì)初期，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)煤巖體裂隙擴(kuò)展發(fā)育特征做了大量研究，同時(shí)通過(guò)開(kāi)展煤巖體力學(xué)測(cè)試試驗(yàn)研究了裂隙的微觀結(jié)構(gòu)特征。首先，周世寧院士探討了微細(xì)觀裂隙的產(chǎn)生及發(fā)育機(jī)理，得到裂隙系統(tǒng)是構(gòu)成瓦斯流動(dòng)的主要通道[7]。TIEN[8]、JHA 等[9]、YASITLI 等[10-11]、XIE 等[12]、SMYTH 等[13]采用數(shù)值模擬方法，分析了煤巖體變形后應(yīng)力變化規(guī)律及內(nèi)部裂隙發(fā)育特征。國(guó)內(nèi)學(xué)者齊慶新等[14-15]采用測(cè)窗法和鉆孔窺視相結(jié)合的方法，得到了覆巖受采動(dòng)影響下的內(nèi)部裂隙分布規(guī)律及演化特征。受采動(dòng)影響，覆巖裂隙發(fā)生擴(kuò)展、連通構(gòu)成了卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)的通道，使得煤巖層的滲透性得到改善[16]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的定義及識(shí)別方法的研究也取得一定的成果，姜振學(xué)等[17]運(yùn)用物理實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量相結(jié)合的方法得到不同地質(zhì)條件下油氣的運(yùn)移方向，并定義了級(jí)差、分隔、流向、流壓和斷面優(yōu)勢(shì)綜合作用下的油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道。牛彥良等[18]、魏建平等[19]、李宏義等[20]、JIA 等[21]對(duì)于油氣在巖體中運(yùn)移特征進(jìn)行了系統(tǒng)性總結(jié)，并開(kāi)展了不同影響因素條件下油氣運(yùn)移特性的研究。張勇等[22-23]將采動(dòng)影響下的煤巖體中瓦斯流通通道劃分為宏觀通道和細(xì)觀通道，同時(shí)結(jié)合巖體斷裂力學(xué)，對(duì)所劃分的區(qū)域開(kāi)展進(jìn)一步的機(jī)理研究[24-25]，發(fā)現(xiàn)瓦斯運(yùn)移行為主要發(fā)生在宏觀通道中。李立[26]從空間尺度上出發(fā)，將瓦斯通道劃分為3 個(gè)區(qū)域，自上而下分別是瓦斯紊流區(qū)、瓦斯過(guò)渡流通道區(qū)以及瓦斯?jié)B流通道區(qū)，并通過(guò)UDEC 數(shù)值模擬方法探究了瓦斯在各區(qū)域的流通特性。肖康等[27]在微觀尺度上提出用微粒運(yùn)移理論來(lái)解釋卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的形成機(jī)理，并結(jié)合壓力損耗規(guī)律建立動(dòng)態(tài)孔隙網(wǎng)絡(luò)模型?；诶顦?shù)剛教授提出的采動(dòng)裂隙橢拋帶[28]，劉洪永等[29]采用數(shù)值模擬方法，開(kāi)展不同推進(jìn)速度條件的卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的演化規(guī)律實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)覆巖中的垂向裂隙為瓦斯運(yùn)移提供主要通道。筆者[30-31]運(yùn)用物理模擬和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法探究了開(kāi)采高度、推進(jìn)速度等不同因素對(duì)采空區(qū)空間形態(tài)的影響，深入分析了多因素影響條件下覆巖裂隙網(wǎng)絡(luò)分布特性，并采用分形理論將覆巖劃分為瓦斯活躍區(qū)、瓦斯流通區(qū)以及瓦斯富集區(qū)[32]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者從多個(gè)角度，針對(duì)采動(dòng)覆巖裂隙特征進(jìn)行了較為有效的表征[33-34]，系統(tǒng)地闡述了覆巖裂隙網(wǎng)絡(luò)通常是由主干裂隙延伸、擴(kuò)展、聯(lián)通次級(jí)裂隙構(gòu)成，不同地層巖性和構(gòu)造條件下的裂隙發(fā)育密度、隙寬差異很大，總結(jié)出通常煤巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)具有非均質(zhì)性、連續(xù)性、各向異性和定向性。以上研究從不同角度，針對(duì)不同裂隙網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了較為有效地表征，但都未考慮對(duì)裂隙網(wǎng)絡(luò)性能具有重要影響的開(kāi)采條件及網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接狀態(tài)。覆巖裂隙網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接狀態(tài)多用具有拓?fù)涮卣鱽?lái)表示[35-36]，裂隙網(wǎng)絡(luò)可以看作是一系列相互連接的裂隙的集合，用節(jié)點(diǎn)和線來(lái)表示，每個(gè)節(jié)點(diǎn)表示一個(gè)裂隙，線表示裂隙之間的連接關(guān)系。裂隙的屬性包括長(zhǎng)度、寬度、厚度等。巖石裂隙網(wǎng)絡(luò)的連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有局部聚類的特征，在不同開(kāi)采條件影響下，裂隙網(wǎng)絡(luò)的外部幾何參數(shù)及內(nèi)部裂隙屬性參數(shù)（破斷裂隙密度、離層量、貫通度以及分形維數(shù)等）會(huì)伴生對(duì)卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道影響程度的演變，進(jìn)一步促進(jìn)卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的形成。

因此，筆者采用二維物理相似模擬試驗(yàn)，結(jié)合拓?fù)鋵W(xué)方法，從卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道屬性參數(shù)拓?fù)潢P(guān)系角度，分析各因素對(duì)優(yōu)勢(shì)通道屬性參數(shù)作用，建立卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道網(wǎng)絡(luò)干系結(jié)構(gòu)模型，表征不同開(kāi)采條件下卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的拓?fù)溲莼Y(jié)構(gòu)，分析其幾何特征和裂隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)育參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了覆巖裂隙網(wǎng)絡(luò)干系影響因素的量化描述，為研究覆巖裂隙網(wǎng)絡(luò)形成、擴(kuò)展機(jī)制提供新的思路，并為優(yōu)化卸壓瓦斯抽采系統(tǒng)布置提供了理論支撐，助力實(shí)現(xiàn)卸壓瓦斯的精準(zhǔn)抽采。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)工作面概況

以山西和順天池能源有限責(zé)任公司15 號(hào)煤層302 工作面作為試驗(yàn)原型。通過(guò)查閱前期地質(zhì)勘探相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)該礦井地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，地層總體呈走向北東，傾向北西的單斜構(gòu)造，地層傾角平緩，一般在15°左右，褶皺構(gòu)造發(fā)育程度較低，多為寬緩褶曲，工作面內(nèi)僅有1 條不甚發(fā)育的斷層，不影響工作面的正常布置。

根據(jù)礦井巖層鉆探數(shù)據(jù)分析，15 號(hào)煤層距離K2灰?guī)r（關(guān)鍵層）平均約20 m，煤層直接頂為泥巖，直接底為鋁質(zhì)泥巖，基本底為泥巖，煤巖物理力學(xué)特性如圖1 所示。該工作面平均煤層厚度為5.1 m，平均煤層傾角為8°，屬于近水平煤層，工作面日推進(jìn)度平均為3 m/d。工作面相對(duì)瓦斯涌出量7.8 m3/t，瓦斯壓力0.45 MPa，煤層透氣性系數(shù)為0.87 m2/(MPa2·d)，瓦斯含量實(shí)測(cè)值最大16 m3/t，屬于高瓦斯煤層。

圖1 工作面煤巖層物理力學(xué)性質(zhì)Fig.1 Physical and mechanical properties of prototype coal formations

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為探究不同開(kāi)采條件下卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道屬性參數(shù)拓?fù)潢P(guān)系，采用自主研發(fā)智能多角度平面物理相似模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要由動(dòng)態(tài)底座系統(tǒng)、高強(qiáng)度框架搭建系統(tǒng)、智能變角度系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)等組成（圖2）。

圖2 智能多角度平面物理相似模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)Fig.2 Intelligent multi angle plane physics similarity simulation comprehensive experimental platform

根據(jù)已有的相似準(zhǔn)則及302 主采工作面的實(shí)際情況，結(jié)合拓?fù)鋵W(xué)理論進(jìn)一步探究卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道幾何、裂隙參數(shù)的拓?fù)潢P(guān)系特征。該工作面的平均推進(jìn)速度為5 m/d，煤層平均厚度為6.15 m，平均采高為4 m。由于煤層賦存的非均質(zhì)性、開(kāi)采條件的復(fù)雜性，為更好地模擬現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)采情況，針對(duì)采高、推速、K2層位和傾角4 個(gè)因素，分別結(jié)合礦上實(shí)際條件每個(gè)因素設(shè)計(jì)3 個(gè)梯度，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案Table 1 Experimental design scheme

依據(jù)302 工作面實(shí)際開(kāi)采工藝，結(jié)合礦井地質(zhì)因素設(shè)計(jì)試驗(yàn)，試驗(yàn)流程如下：

1）模型搭建。以石膏和淀粉為凝膠劑，河砂為骨架。參照相應(yīng)的配比號(hào)，模擬不同條件下巖體特性。每層模擬厚度保證為1 cm，并且分層材料選用效果較好的云母片，模擬巖層的層理結(jié)構(gòu)，在確保材料相似性的同時(shí)也提高了試驗(yàn)測(cè)量的準(zhǔn)確性。自然風(fēng)干15～20 d，使得模型充分晾干，并根據(jù)工作面埋深對(duì)覆巖頂部均勻布置載荷。

2）開(kāi)采設(shè)計(jì)。為了去除邊界效應(yīng)的影響，兩端分別預(yù)留10 cm 的煤柱，開(kāi)切眼距離為8 cm。為了避免來(lái)壓步距的奇偶性，采取2、3 cm 交替開(kāi)采的設(shè)計(jì)，推進(jìn)速度按照時(shí)間相似比（1:10）進(jìn)行計(jì)算。

3）數(shù)據(jù)采集。在試驗(yàn)過(guò)程中，分別對(duì)底板應(yīng)力變化及各下沉量的測(cè)點(diǎn)位移進(jìn)行記錄，同時(shí)測(cè)量覆巖采動(dòng)裂隙起裂位置、長(zhǎng)度及張開(kāi)度，并采用高清攝像機(jī)Alpha 9 記錄采動(dòng)覆巖裂隙的發(fā)育過(guò)程。為深入分析不同開(kāi)采影響條件下覆巖裂隙網(wǎng)絡(luò)的演化規(guī)律提供基礎(chǔ)

1.3 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)探究不同影響條件下（采高、推進(jìn)速度、煤層傾角、關(guān)鍵層位）覆巖裂隙網(wǎng)絡(luò)分布形態(tài)，分析不同影響因素下瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道分布區(qū)域位置（圖3），得到上覆巖層采動(dòng)裂隙“縱兩帶”的演化高度及形態(tài)。

圖3 多因素條件下采動(dòng)覆巖裂隙“縱兩帶”分布特征Fig.3 Distribution characteristics of the “two zones” of the overburden strata

采動(dòng)覆巖“縱兩帶”在采高、推速、K2層位以及傾角的影響下發(fā)育范圍不同，其中裂隙帶發(fā)育高度受采高影響較大，6 m 采高條件下裂隙帶的發(fā)育高度是2 m 采高的1.39 倍，同時(shí)裂隙帶的變化趨勢(shì)明顯大于冒落帶，如圖3a 所示。

加快推進(jìn)速度，裂隙帶發(fā)育高度逐漸減小。工作面快速的推進(jìn)導(dǎo)致裂隙發(fā)育時(shí)間較短，裂隙發(fā)育不充分，如圖3b 所示。在3 m/d 的推進(jìn)速度下，裂隙帶高度發(fā)育距離煤層底板59 m，分別是7、5 m/d 的1.51、1.15 倍，且裂隙帶所占的區(qū)域比例由60%減小至38%。

K2位于不同層位時(shí)，裂隙的發(fā)育及巖層移動(dòng)并不完全同步，隨著工作面的推進(jìn)，覆巖離層及巖層垮落向上發(fā)展趨勢(shì)依賴于關(guān)鍵層層位分布。隨著K2距煤層頂板距離的增加，裂隙帶及冒落帶發(fā)育高度也隨之增大，如圖3c 所示。

不同的煤層傾角主要影響采動(dòng)裂隙“縱兩帶”的發(fā)育形態(tài)，在傾斜煤層回采過(guò)程中由于覆巖不是垂直向下垮落，因此覆巖的垮落形態(tài)呈現(xiàn)不對(duì)稱變化，隨著煤層傾角的增大，這種不對(duì)稱形態(tài)變化的愈加明顯，如圖3d，裂隙帶的發(fā)育范圍也隨著煤層傾角的增大而呈現(xiàn)增大的變化趨勢(shì)。

2 卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道裂隙網(wǎng)絡(luò)全域拓?fù)錁?gòu)架

煤巖體在開(kāi)采擾動(dòng)影響下，原始應(yīng)力重新分布，導(dǎo)致煤巖體發(fā)生彎曲、破裂、垮落、壓實(shí)等力學(xué)行為，煤巖體經(jīng)歷了形變、損傷、破裂的全過(guò)程[37]，其中裂隙的發(fā)育呈現(xiàn)產(chǎn)生、發(fā)育、擴(kuò)展、貫通、張開(kāi)及壓實(shí)的空間演化過(guò)程，通過(guò)拓?fù)鋵W(xué)的思想將各階段抽象為節(jié)點(diǎn)與線段的連接方式，便形成了煤巖體裂隙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。煤、巖中的裂縫網(wǎng)絡(luò)發(fā)育是復(fù)雜、無(wú)序的，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)亦多樣變化，不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)使裂隙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的連續(xù)性、連通性等性能產(chǎn)生較大差異，進(jìn)而對(duì)瓦斯運(yùn)儲(chǔ)產(chǎn)生較大影響。要想比較充分地表征巖石裂縫網(wǎng)絡(luò)，既要考慮裂隙的幾何、裂隙參數(shù)，還要掌握裂隙網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)采動(dòng)覆巖卸壓瓦斯運(yùn)移通道的簡(jiǎn)化表征，可充分描述煤巖體內(nèi)部裂紋、裂隙的位置、形狀及發(fā)育情況，能夠?yàn)楦矌r裂隙場(chǎng)中的卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的孿生映射提供基礎(chǔ)，大幅提升瓦斯抽采系統(tǒng)布置的透明度。需要注意的是，實(shí)際煤巖體的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，通常需要通過(guò)煤巖體性質(zhì)的測(cè)試、煤巖心觀察及覆巖鉆孔窺視等手段來(lái)獲得更詳細(xì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息[38-39]。本文通過(guò)開(kāi)展不同因素下二維物理模擬實(shí)驗(yàn)，獲得采動(dòng)覆巖裂隙的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分布特征。將煤巖體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)細(xì)分為原生裂紋結(jié)構(gòu)、次生裂隙結(jié)構(gòu)、重新壓實(shí)結(jié)構(gòu)、離層裂隙結(jié)構(gòu)、破斷裂隙結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[40-41]：

1）原生裂紋結(jié)構(gòu)：主要為天然裂紋，原生裂紋結(jié)構(gòu)對(duì)瓦斯的滲流有重要影響。

2）次生裂隙結(jié)構(gòu)：裂紋機(jī)構(gòu)遭受拉伸或伸縮應(yīng)力時(shí)，裂紋會(huì)以煤巖體應(yīng)力集中點(diǎn)或弱點(diǎn)開(kāi)始發(fā)育、擴(kuò)展，形成次生裂隙結(jié)構(gòu)。

3）重新壓實(shí)結(jié)構(gòu)：當(dāng)垮落巖體在擾動(dòng)應(yīng)力的作用下重新壓實(shí)，次生裂隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸閉合，煤巖體形成緊密堆積的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)增加了垮落巖體的密度和強(qiáng)度，瓦斯?jié)B流作用減弱。

4）離層裂隙結(jié)構(gòu)：由于上下相鄰巖層具有不同的彎曲剛度，在采動(dòng)應(yīng)力作用下，相鄰巖層出現(xiàn)變形、彎曲、破斷及下沉，巖層間出現(xiàn)離層裂隙，這種結(jié)構(gòu)為瓦斯儲(chǔ)集提供場(chǎng)所。

5）破斷裂隙結(jié)構(gòu)：巖層在張拉破壞或受壓屈服后產(chǎn)生破斷、回轉(zhuǎn)，破斷巖塊與相鄰巖塊產(chǎn)生縱向破斷裂隙，這種結(jié)構(gòu)對(duì)瓦斯運(yùn)移起著重要作用。

6） 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)：煤巖體在開(kāi)采擾動(dòng)作用下，離層裂隙與破斷裂隙會(huì)形成交叉連接的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的重要組成結(jié)構(gòu)。

文中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)即指卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道發(fā)育網(wǎng)絡(luò)M（Mesh）通過(guò)映射所表現(xiàn)的抽象結(jié)構(gòu)M′。這種簡(jiǎn)單的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的拓?fù)湫再|(zhì)可以類比卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道網(wǎng)絡(luò)發(fā)育的拓?fù)湫再|(zhì)，影響卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主要因素包括開(kāi)采條件、巖層性質(zhì)等。隨著回采作業(yè)的進(jìn)行，裂隙網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也逐漸發(fā)育，煤巖體內(nèi)的原生裂紋結(jié)構(gòu)發(fā)育態(tài)勢(shì)較緩，在采動(dòng)應(yīng)力作用下擴(kuò)展而成的次生裂隙結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)化為離層裂隙結(jié)構(gòu)和破斷裂隙結(jié)構(gòu)，采空區(qū)內(nèi)部垮落巖體的裂隙結(jié)構(gòu)在擾動(dòng)應(yīng)力作用下形成重新壓實(shí)結(jié)構(gòu)，且分布范圍隨采動(dòng)作業(yè)的進(jìn)行而不斷擴(kuò)大。同時(shí)，離層裂隙和破斷裂隙結(jié)構(gòu)逐漸相互貫通成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，卸壓瓦斯在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生大量的運(yùn)移、儲(chǔ)集行為，是卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)的主要場(chǎng)所，如圖4 所示?；趶?fù)雜網(wǎng)絡(luò)演化理論可以簡(jiǎn)化現(xiàn)實(shí)干系的拓?fù)渥儞Q[42]，通過(guò)對(duì)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的可視化探明卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的演化因素，同時(shí)結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)儲(chǔ)通道干系結(jié)構(gòu)和因素節(jié)點(diǎn)的演化特征分析。

圖4 卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.4 Gas storage and migration channel network topology

3 卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道屬性參數(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征

為進(jìn)一步明晰卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道發(fā)育特征在不同影響因素下的演化規(guī)律，選取運(yùn)儲(chǔ)通道的高度和寬度作為表征其發(fā)育范圍趨勢(shì)的幾何參數(shù)，選取破斷裂隙密度、離層量、貫通度以及分形維數(shù)的變化特征來(lái)定量描述瓦斯運(yùn)儲(chǔ)能力的大小，見(jiàn)表2。統(tǒng)計(jì)、分析不同影響因素下運(yùn)儲(chǔ)通道幾何參數(shù)和裂隙參數(shù)的變化趨勢(shì)，為進(jìn)一步分析運(yùn)儲(chǔ)通道干系結(jié)構(gòu)和因素節(jié)點(diǎn)的演化特征提供了基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表2 不同影響因素下卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道屬性參數(shù)的選取Table 2 Selection of attribute parameters of channels under different influencing factors

3.1 卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的幾何參數(shù)與各因素的拓?fù)潢P(guān)系特征

3.1.1 卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道高度演化的多因素拓?fù)浼軜?gòu)

卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的高度直接決定瓦斯抽采鉆孔終孔位置的確定，對(duì)比不同因素影響下卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道幾何參數(shù)的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)隨著采高、K2層位及煤層傾角的增加，卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的高度發(fā)育范圍也不斷增加，如圖5 所示。

圖5 運(yùn)儲(chǔ)通道高度與影響因素的關(guān)系拓?fù)銯ig.5 Topology of relationship between channel height and influencing factors

采出空間大，巖層擁有充分的自由垮落空間，卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道不斷向上發(fā)育，直到發(fā)育到K2關(guān)鍵層的位置，表現(xiàn)為采高6 m 時(shí)的瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道高度是2 m 的1.17 倍，在K2距煤層頂板30 m 條件下，通道高度僅發(fā)育至45 m。

工作面快速推進(jìn)，覆巖裂隙帶內(nèi)過(guò)早的出現(xiàn)懸臂梁[43]，從而更早的形成巖層壓力拱，因此裂隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)育不充分，發(fā)育范圍增長(zhǎng)減緩，3 m/d 推速下的卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道發(fā)育高度是7 m/d 的1.73 倍。

通過(guò)計(jì)算繪制不同因素條件下瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道發(fā)育高度雷達(dá)圖，如圖6 所示。發(fā)現(xiàn)采高和推速對(duì)高度發(fā)育影響最大，高度分別發(fā)育至距煤層頂板59.5、57.5 m。而采高2 m 和推速7 m/d 時(shí)的發(fā)育高度僅為30.2 m 和37.9 m，高度變化率分別為1.97%和1.52%，而不同傾角和K2層位下變化率僅為1.15%、1.21%。采高、傾角、K2層位與瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道高度變化規(guī)律成正比，和推速呈反比。

圖6 瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道發(fā)育高度因素雷達(dá)圖Fig.6 Radar map of channel development height factor

結(jié)合不同因素對(duì)與運(yùn)儲(chǔ)通道高度的影響規(guī)律，用通道高度和影響因素作為節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間的距離表示之間的關(guān)系，其中線段長(zhǎng)度表示關(guān)系的緊密程度，實(shí)線表示為正相關(guān)變化趨勢(shì)，虛線表示負(fù)相關(guān)的變化趨勢(shì)，如圖4 所示。采高對(duì)通道的高度影響最大，K2層位對(duì)其影響次之，推速和傾角的變化對(duì)于通道高度影響最小，其中隨著推速加快，卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道發(fā)育高度呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。

3.1.2 卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道寬度演化的多因素拓?fù)浼軜?gòu)

抽采鉆孔的偏角主要依據(jù)卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道寬度的變化特征來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不同因素下瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的寬度變化趨勢(shì)不同。對(duì)比不同因素下卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道寬度變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)回采前期卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道寬度變化率都較小，快速的發(fā)育主要集中在2～3 次周期來(lái)壓后，如圖7 所示。

圖7 通道寬度與開(kāi)采條件關(guān)系拓?fù)鋱DFig.7 Topology of channel width versus mining conditions

通過(guò)繪制瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道寬度變化因素雷達(dá)圖，如圖8 所示。發(fā)現(xiàn)K2關(guān)鍵層距離煤層越遠(yuǎn)，覆巖裂隙向上發(fā)育受關(guān)鍵層影響越晚，通道內(nèi)的裂隙有著充分的時(shí)間進(jìn)行橫向發(fā)育，最寬達(dá)到35.4 m。分析瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道在采空區(qū)兩側(cè)的幾何參數(shù)的差異，發(fā)現(xiàn)傾角30°時(shí)，內(nèi)外邊界最大可達(dá)12 m，這一差異為卸壓瓦斯提供了優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)集場(chǎng)所，且煤層傾角越大，這種差異越明顯。

圖8 通道寬度變化因素雷達(dá)圖Fig.8 Radar map of variation factors of channel width

通過(guò)對(duì)比不同因素下卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的寬度變化趨勢(shì)，得到卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道寬度的影響因素影響拓?fù)潢P(guān)系（圖7），圖中“～”為連接折點(diǎn)，用來(lái)表示關(guān)系微弱的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)?？梢钥闯?，通道主要受傾角和K2層位來(lái)共同控制，受推速和采高的影響較小。

3.2 卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的裂隙參數(shù)與各因素的拓?fù)潢P(guān)系特征

3.2.1 卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道破斷裂隙密度變化規(guī)律及拓?fù)錁?gòu)架

為了定量描述破斷裂隙發(fā)育的程度，以裂隙密度 ρf（條/m）表示破斷裂隙隨工作面推進(jìn)過(guò)程中的變化特征[44]。依據(jù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在模型走向方向，按10 m 為1 個(gè)計(jì)數(shù)單元統(tǒng)計(jì)該范圍內(nèi)裂隙條數(shù)。通過(guò)計(jì)算繪制不同影響因素下的破斷裂隙的密度，發(fā)現(xiàn)破斷裂隙密度均發(fā)生4 次突變（圖9）。

圖9 充分采動(dòng)時(shí)覆巖裂隙破斷裂隙密度分布Fig.9 Distribution of overburden fracture breaking fracture density

隨著距煤柱距離增加，切眼側(cè)與煤壁側(cè)裂隙密度不斷增加，采動(dòng)裂隙隨采空區(qū)面積的增加逐步向高位發(fā)育。工作面從35 m 推進(jìn)至70 m 時(shí)，此區(qū)域內(nèi)的裂隙密度普遍較低，說(shuō)明在采空區(qū)中部受上覆載荷的作用，采動(dòng)裂隙發(fā)生壓實(shí)、閉合，破斷裂隙密度驟降?？梢钥闯?，裂隙富集區(qū)域主要集中在煤壁前后20 m 范圍，煤壁側(cè)的裂隙數(shù)量大于切眼側(cè)，裂隙密度變化規(guī)律呈類“馬鞍”狀。

結(jié)合圖9 破斷裂隙分布特征，得到卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道內(nèi)破斷裂隙密度的影響因素影響拓?fù)錁?gòu)架（圖10），發(fā)現(xiàn)卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道內(nèi)破斷裂隙密度的變化主要受煤層傾角影響，受推速的影響較小，而不同采高下運(yùn)儲(chǔ)通道的破斷裂隙密度的變化不顯著。破斷裂隙密度高的區(qū)域瓦斯更易進(jìn)行運(yùn)移，根據(jù)多因素條件下破斷裂隙密度的變化趨勢(shì)，進(jìn)一步優(yōu)化瓦斯抽采鉆孔終孔位置，使得終孔位置始終處于高密度區(qū)域（破斷裂隙密度>4.7 條/m），有效地起到瓦斯截留的作用。

圖10 破斷裂隙密度影響因素拓?fù)涓上祱DFig.10 Topological stem diagram of factors influencing fracture density

3.2.2 卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道離層裂隙的變化規(guī)律拓?fù)涮卣?/p>

以離層量（S）[31]（相鄰巖層間的離層高度，m）來(lái)定量描述采動(dòng)過(guò)程中卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道中離層裂隙的變化特征。根據(jù)工作面各巖層間的下沉量，可得各巖層間的離層量分布，不同開(kāi)采條件下上覆巖層離層量隨距煤柱距離的變化規(guī)律如圖11 所示。

圖11 充分采動(dòng)時(shí)多因素下離層量的變化曲線Fig.11 Variation curve of overburden detachment volume under multiple factors

通過(guò)計(jì)算充分采動(dòng)時(shí)多因素下瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道內(nèi)離層量的均值（S），發(fā)現(xiàn)隨采高、傾角以及關(guān)鍵層層位的增大，S逐漸升高，如圖10 所示。覆巖在開(kāi)采擾動(dòng)下發(fā)生巖層間出現(xiàn)離層現(xiàn)象，在巖體壓實(shí)的區(qū)域覆巖離層量較小，而在巖體交接、錯(cuò)落的地方離層量較高，巖層間裂隙張開(kāi)度也較大（0.5 m≤S≤2.0 m），為氣體的儲(chǔ)集提供儲(chǔ)集場(chǎng)所。對(duì)比分析可得，采高的增加對(duì)S的影響最大，6 m 采高時(shí)相較于4 m 采高時(shí)增幅達(dá)到146.9%，K2層位的變化對(duì)S影響較小，增幅分別為3.1%，12.3%。同時(shí)，隨著推速加快，覆巖發(fā)育時(shí)間縮小，S呈現(xiàn)降低的變化趨勢(shì)，7 m/d 推速下S僅為1.34 m。

圖12 為卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道內(nèi)離層量的影響因素影響拓?fù)涓上祱D，發(fā)現(xiàn)離層量主要受采高和煤層傾角影響，推速和K2層位下離層量變化不明顯，如圖12 所示。高離層量的區(qū)域靠近煤壁及開(kāi)切眼側(cè)，此處收應(yīng)力影響顯著，瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道結(jié)構(gòu)變化頻繁，更易實(shí)現(xiàn)瓦斯抽采孔（巷）“延伸–破斷”自主調(diào)節(jié)的目的，進(jìn)而避免孔（巷）伸入采空區(qū)過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短對(duì)瓦斯抽采效果所造成的影響。

圖12 離層量影響因素拓?fù)涓上祱DFig.12 Topological stem diagram of factors influencing Variation curve

3.2.3 卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道中覆巖裂隙貫通度變化規(guī)律及拓?fù)錁?gòu)架

煤層回采過(guò)程中，上覆巖層破斷后在采空區(qū)彎曲下沉，影響卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)效果。因此引入破斷裂隙貫通度（Di）[45]來(lái)描述巖層的破斷程度及破斷裂隙內(nèi)卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)能力的強(qiáng)弱，巖層的裂隙貫通度主要受下位巖層碎脹的填充程度、巖層厚度、巖體力學(xué)性質(zhì)以及巖層的周期來(lái)壓距共同影響。不同采高、推速、煤層傾角以及關(guān)鍵層層位條件下，下位巖層碎脹的填充程度和周期破斷距不同，導(dǎo)致不同開(kāi)采條件下卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的貫通度呈不同的變化規(guī)律，如圖13 所示。

圖13 多因素條件下運(yùn)儲(chǔ)通道貫通度變化規(guī)律Fig.13 Variation pattern of storage and migration channel penetration under different mining conditions

采高直接影響著下位巖層碎脹的填充程度，采高越大，垮落的自由空間越大，巖層的回轉(zhuǎn)角和彎曲曲率越大，巖層破斷裂隙的貫通度越大。采高6 m時(shí)，距離煤層頂板35 m 處，貫通度出現(xiàn)下降的拐點(diǎn)，而采高2 m 在距離煤層頂板15 m 時(shí)貫通度出現(xiàn)下降拐點(diǎn)。K2層位越高，關(guān)鍵層的下位巖層擁有充足的填充空間，自由空間閾值較高，貫通度也隨之增大。推速越快，巖體未得到充分的時(shí)間發(fā)育，卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道發(fā)育高度較低，7 m/d 的覆巖自由空間閾值遠(yuǎn)小于3 m/d，可以看出貫通度與采高及K2層位呈正相關(guān)變化趨勢(shì)，而與推速呈負(fù)相關(guān)變化趨勢(shì)。

巖層破斷的會(huì)轉(zhuǎn)角受巖層周期來(lái)壓距和煤層傾角共同影響，隨著傾角增大，周期破斷距逐漸減小[30]，巖層的破斷角度逐漸增大，貫通度逐漸增大，水平煤層的同一高度卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道貫通度僅為傾斜煤層時(shí)的60%。

圖14 為卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道內(nèi)貫通度的影響因素影響拓?fù)涓上祱D，發(fā)現(xiàn)貫通度受采高影響最大，煤層傾角、K2層位次之，推速對(duì)于貫通度影響最小。結(jié)合圖13 貫通度變化規(guī)律可知，卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道內(nèi)低貫通度的位置瓦斯難以大量?jī)?chǔ)集。因此，貫通度大的區(qū)域巖層破斷程度高，同時(shí)此處采動(dòng)裂隙導(dǎo)氣能力強(qiáng)，瓦斯運(yùn)移更為活躍，將孔（巷）的終孔位置動(dòng)態(tài)調(diào)整布置在高貫通度區(qū)域，有效地提高“截留”瓦斯的濃度，減少了瓦斯抽采效率的波動(dòng)性。

圖14 貫通度影響因素拓?fù)涓上祱DFig.14 Topological stem diagram of factors influencing penetration

3.2.4 卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道分形維數(shù)變化規(guī)律及拓?fù)錁?gòu)架

受開(kāi)采擾動(dòng)，卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道在自重力和水平應(yīng)力的作用下隨覆巖的垮落、滑移、下沉及斷裂而逐漸發(fā)育，卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道內(nèi)的裂隙網(wǎng)絡(luò)逐步向采空區(qū)上方擴(kuò)展。在周期來(lái)壓后，巖體出現(xiàn)大面積的彎曲下沉及破斷，裂隙網(wǎng)絡(luò)充分發(fā)育，分形維數(shù)急劇增大，計(jì)算得到不同因素下卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的分形維數(shù)變化規(guī)律[46]，如圖15 所示。

圖15 運(yùn)儲(chǔ)通道的分形維數(shù)變化曲線Fig.15 Variation curve of fractal dimension of channels

結(jié)果表明，隨著采高的增加，運(yùn)儲(chǔ)通道分維值有增大的趨勢(shì)。裂隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)育復(fù)雜程度為：6.0 m>4.0 m>2.0 m。K2層位越高，卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道有著較多的時(shí)間去緩慢發(fā)育，分形維數(shù)也隨著增大，與采高影響下的分形維數(shù)變化規(guī)律一致。

隨著開(kāi)采的不斷前進(jìn)，裂隙網(wǎng)絡(luò)在來(lái)壓后發(fā)育充分，也逐步完善，因此推進(jìn)速度減緩，裂隙的發(fā)育速度逐漸卻加快，此時(shí)推速3 m/d 的分形維數(shù)逐漸超過(guò)7 m/d，并且增長(zhǎng)趨勢(shì)最大。可以看出推速越緩慢，卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道發(fā)育越完善。

通過(guò)分析運(yùn)儲(chǔ)通道的分形維數(shù)變化趨勢(shì)以及與影響因素拓?fù)涮卣鳎鐖D16 所示。發(fā)現(xiàn)隨著采高增加，卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的分形維數(shù)逐漸升高，關(guān)鍵層的位置對(duì)于卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道分形維數(shù)的影響最小，表明在大采高的條件下，裂隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)育的更為復(fù)雜。分形維數(shù)的變化直觀表征著裂隙網(wǎng)絡(luò)的演化趨勢(shì)，高維區(qū)域的裂隙橫縱交錯(cuò)復(fù)雜，為瓦斯的運(yùn)儲(chǔ)提供良好的場(chǎng)所，明確不同因素下高低維分布區(qū)域，可增大孔（巷）的有效抽采距離，避免將孔（巷）在抽采作業(yè)中出現(xiàn)坍塌等現(xiàn)象，提高瓦斯的抽采效率。

圖16 分形維數(shù)與開(kāi)采條件的關(guān)系拓?fù)鋱DFig.16 Topological stem diagram of factors influencing.

4 多因素下卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道網(wǎng)絡(luò)全域影響干系拓?fù)湟蛩啬Ｐ?/h2>

結(jié)合拓?fù)鋵W(xué)方法，從拓?fù)溲莼慕嵌瘸霭l(fā)[47-48]，分析多因素條件下卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道幾何參數(shù)、裂隙參數(shù)的變化規(guī)律及拓?fù)涓上到Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了覆巖裂隙網(wǎng)絡(luò)干系影響因素的定量描述，建立了卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道網(wǎng)絡(luò)干系結(jié)構(gòu)矩陣及模型，如圖17 所示。煤層開(kāi)采條件–卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道參數(shù)拓?fù)潢P(guān)系存在多個(gè)層次，分別為：①單開(kāi)采條件下通道不同特征呈現(xiàn)不同的變化關(guān)系；②單個(gè)通道參數(shù)與不同開(kāi)采條件下的影響規(guī)律不同；③分屬不同開(kāi)采條件下，其開(kāi)采因素的組合也不同；④通道內(nèi)的不同參數(shù)（如：幾何參數(shù)、裂隙參數(shù)等）存在深度并發(fā)關(guān)系、串聯(lián)關(guān)系、補(bǔ)償互饋關(guān)系等。

圖17 卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道干系網(wǎng)絡(luò)矩陣Fig.17 Gas storage and migration channel stem network matrix

層次①②中的拓?fù)潢P(guān)系可以用數(shù)字的大小表示干系緊密程度，數(shù)字“1”表示兩者相互關(guān)系緊密級(jí)別第一，“2”表示兩者相互關(guān)系緊密級(jí)別第二，數(shù)字的大小直接表示了關(guān)系間的緊密程度，其中“－∞”表示開(kāi)采條件對(duì)通道=參數(shù)的影響微乎其微。不同開(kāi)采條件下瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道屬性參數(shù)間的拓?fù)潢P(guān)系，可以結(jié)合第三章的拓?fù)鋱D中節(jié)點(diǎn)之間的距離進(jìn)行計(jì)算，在同一條件下，數(shù)字的序號(hào)從小到大，則表示了此參數(shù)與開(kāi)采條件影響關(guān)系逐漸減弱，當(dāng)節(jié)點(diǎn)間拓?fù)潢P(guān)系出現(xiàn)“～”，表示相互關(guān)系極其微弱，在干系網(wǎng)絡(luò)矩陣中用“－∞”表示。

①②層次處于交互狀態(tài)，為了明確不同開(kāi)采條件與卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的參數(shù)特征之間的拓?fù)潢P(guān)系，需要對(duì)干系網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一編碼，得到卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道發(fā)育干系網(wǎng)絡(luò)矩陣，如圖17 所示。通過(guò)對(duì)干系網(wǎng)絡(luò)矩陣進(jìn)行遍歷，即可得到卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道不同開(kāi)采條件下的連接拓?fù)潢P(guān)系。干系網(wǎng)絡(luò)關(guān)系的統(tǒng)一編碼確定了卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道特征參數(shù)演化行為因素影響規(guī)律，瓦斯抽采系統(tǒng)的布置根據(jù)通道參數(shù)與開(kāi)采條件的拓?fù)潢P(guān)系以及其他規(guī)則，進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整，從而提高瓦斯抽采效率。為了更為直觀地表示二者之間的拓?fù)潢P(guān)系，同時(shí)便于實(shí)際工程上的應(yīng)用，將卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的干系網(wǎng)絡(luò)矩陣轉(zhuǎn)化為卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道干系因素結(jié)構(gòu)圖，如圖18 所示。卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的裂隙發(fā)育網(wǎng)絡(luò)可抽象成有節(jié)點(diǎn)和線組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以表示運(yùn)儲(chǔ)通道網(wǎng)絡(luò)發(fā)育干系因素影響規(guī)律。其中，節(jié)點(diǎn)表示主控因素，線可以象征影響因素與運(yùn)儲(chǔ)通道的干系結(jié)構(gòu)。干系緊密程度統(tǒng)一編碼確定了開(kāi)采條件對(duì)瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道參數(shù)的影響次序，瓦斯抽采工程根據(jù)其與開(kāi)采條件的拓?fù)潢P(guān)系以及其他規(guī)則，進(jìn)行布置層位、施工工藝的逐時(shí)段調(diào)節(jié)計(jì)算，從而優(yōu)化瓦斯抽采工程對(duì)應(yīng)開(kāi)采條件下的抽采效果。

圖18 卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道干系因素拓?fù)淠Ｐ虵ig.18 Structure of gas storage and migration channel stem factors

根據(jù)上述方法，確定卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道不同開(kāi)采條件下的連接拓?fù)潢P(guān)系，由此構(gòu)建卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道發(fā)育干系網(wǎng)絡(luò)模型?？梢钥闯鲂秹和咚惯\(yùn)儲(chǔ)通道的形態(tài)由采高、推速、K2層位以及煤層傾角共同決定。

結(jié)合上文中試驗(yàn)所分析的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)采高對(duì)于高度、離層量以及貫通度影響較大，推速主要影響運(yùn)儲(chǔ)通道的高度、破斷裂隙密度，關(guān)鍵層層位主要控制卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的高度、寬度及貫通度，同時(shí)和煤層傾角共同影響運(yùn)儲(chǔ)通道的寬度發(fā)育范圍，而不同搭配的開(kāi)采條件綜合影響著卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道分形維數(shù)的變化趨勢(shì)，控制著運(yùn)儲(chǔ)通道網(wǎng)絡(luò)發(fā)育的復(fù)雜程度，依此為不同開(kāi)采條件下卸壓瓦斯抽采鉆孔的布置及優(yōu)化提供了一定的理論指導(dǎo)作用。

5 結(jié) 論

1）通過(guò)開(kāi)展不同因素下二維物理模擬試驗(yàn)，將煤巖體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)細(xì)分為原生裂紋結(jié)構(gòu)、次生裂隙結(jié)構(gòu)、重新壓實(shí)結(jié)構(gòu)、離層裂隙結(jié)構(gòu)、破斷裂隙結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，獲得采動(dòng)覆巖裂隙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分布特征。

2）獲得卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道內(nèi)各區(qū)的裂隙發(fā)育參數(shù)（離層量、破斷裂隙密度、貫通度、分形維數(shù)），掌握了各個(gè)參數(shù)受不同開(kāi)采條件的影響規(guī)律，計(jì)算并繪制出卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道內(nèi)裂隙參數(shù)影響因素干系拓?fù)鋱D，得到卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道內(nèi)裂隙網(wǎng)絡(luò)的分布特征。

3）基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)演化理論可以簡(jiǎn)化現(xiàn)實(shí)干系的拓?fù)渥儞Q，得到復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)儲(chǔ)通道干系結(jié)構(gòu)和因素節(jié)點(diǎn)的演化特征分析，掌握卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道的幾何參數(shù)及裂隙參數(shù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化特征，構(gòu)建卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)通道發(fā)育干系網(wǎng)絡(luò)模型。