煤与瓦斯突出物理模拟试验是研究突出机理的重要手段。地应力是影响煤与瓦斯突出的主要因素之一,重力场是最基本的地应力场,为了更真实地模拟煤层和上覆岩土层的重力作用对突出的影响,克服传统试验在重力模拟方面的缺陷,进行了煤与瓦斯突出离心模型试验,并对试验结果进行分析,主要结论包括:(1)确定了煤与瓦斯突出离心模型试验相似准则。通过对煤与瓦斯突出的能量模型、气固耦合模型和渗流破坏模型建立的相似准则的分析比较,决定采用能量模型相似准则作为本次试验的相似准则。(2)研制了煤与瓦斯突出离心模型试验装置。装置包括地层模型箱、揭煤装置、注气装置及数据采集装置。地层模型箱为fmm900mm300′的圆柱体容器,揭煤装置由气动电磁阀改造而成,采用高压氮气瓶给煤层注入相似气体,安装了气压和压力传感器测量突出过程中煤层瓦斯压力和顶板压力变化。(3)制配了煤层相似材料。采用原型煤矿的煤样经破碎成粒径小于1mm的煤粉为骨料,以一定浓度的腐殖酸钠水溶液为胶结剂,含水量为8%。在不同压力下压制成型,测定了压力与型煤物理力学参数之间的关系,为煤层模型制作提供了依据。(4)根据煤矿原型参数和离心机容量,确定试验参数相似比尺,进行了煤与瓦斯突出离心模型试验和杠杆加压对比试验。煤层模型尺寸为fmm40mm300′,弹性模量为35MPa,顶板压力为0.875 MPa,离心加速度为20g,煤层瓦斯压力为0.75 MPa。试验结果表明:发生煤与瓦斯突出时,煤层气压迅速下降,突出口附近顶板应力先上升,然后下降;煤体形成一个口小腹大的突出孔洞,并且出现层裂现象;研究了将模型试验突出煤粉量换算为现场突出煤粉量的方法,离心模型试验和杠杆加压试验换算后的突出强度与煤矿原型突出强度分别为336t和520t。(5)建立了石门揭煤诱发突出的煤层一维渗透破坏模型,应用该模型对试验观测到的煤层层裂现象进行了数值模拟,数值模拟结果与观察到的试验现象相一致。分析认为杠杆加压试验得到的突出强度与离心模型试验得到的突出强度存在误差原因是煤层上覆岩土层的重力是体力,而杠杆加压施加的是面力,二者性质不一致,此外,杠杆加压试验还忽略了煤层自身重力对突出的影响。离心模型试验克服了这二个缺点。试验结果表明了研制的试验装置运行的可靠性和进行煤与瓦斯突出离心模型试验的合理性。煤与瓦斯突出离心模型试验为煤与瓦斯突出机理研究和突出防控技术研究提供了一种新的试验方法。图[40]表[5]参[97]