煤与瓦斯突出逾渗过程的数值模拟研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sun11023024
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煤与瓦斯突出是煤矿开采过程中发生的一种复杂的动力现象。基于采矿学、岩石力学、渗流力学等多学科理论,通过理论分析和数值模拟,对煤与瓦斯突出过程的力学作用机理进行了研究。从逾渗的角度解释瓦斯突出发生前的孕育过程,得到煤岩逾渗转变基本参数与环境参数的关系,获得煤岩体内细观结构演化全过程CT图片,研究煤与瓦斯突出潜伏、发生阶段逾渗转变的条件和判据,揭示煤与瓦斯突出逾渗机理。取得主要研究成果如下:介绍了煤体的孔隙、裂隙结构特征,分析了孔隙、裂隙的分类,研究方法,孔径分布,以及渗透率的关联。阐明煤体的分形特征取决于孔隙裂隙的非均质分布。采用CT高精度扫描获得煤体孔隙、裂隙发生发展过程,对煤与瓦斯突出细观机理进行分析研究。线弹性阶段,煤体内部出现微小裂隙;屈服阶段,煤体内部原有裂隙扩大,新裂隙产生;峰值强度后,煤体内部孔隙、裂隙大面积连通。实验结果揭示了煤体内部孔隙裂隙的发生有利于逾渗转变。借助数值模拟,分析逾渗发生的外力场情况,以及不同孔隙率、瓦斯压力梯度下瓦斯流动的速度场。将煤与瓦斯突出视为一个力学过程,用FLAC-3D模拟工作面推进过程中“构造煤”结构的受力情况、塑性区分布情况以及与之相对应的前方煤壁的应力-应变,从宏观角度解释煤层逾渗发生时的外力场。利用COMSOL软件对不同瓦斯压力梯度、不同渗透率情况下瓦斯速度场和压力分布情况进行数值模拟。用逾渗的观点分析瓦斯突出前孕育过程中构造煤的临界条件,为瓦斯突出启动机理提供解释。
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