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我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家,无论是在突出的数量上还是在规模上都高居世界首位,严重影响着我国经济发展与社会和谐。为此,国内外专家学者和工程人员一直在坚持不懈的努力研究、探索着。本文针对特殊地质构造带煤与瓦斯突出的问题,结合ABAQUS三维数值模拟仿真技术,对大平煤矿21岩石下山巷道煤与瓦斯突出过程进行了数值模拟,并分析了地质参数对煤与瓦斯突出的影响。本文的主要内容及成果有:
1.结合损伤力学,对含瓦斯煤岩的渗透率、孔隙度和有效应力原理进行推导,通过变量归一化处理使这些变量与岩石的塑性应变关联在一起,并通过编制用户子程序对软件进行二次开发从而在有限元模拟中实现变量的祸合。
2.依托大平煤矿,建立三维有限元模型,模拟了特殊地质条件,瓦斯压力作用下,煤与瓦斯突出的过程。并对两个交界面处Cohesive单元的损伤情况进行研究。得出不同瓦斯压力作用下,岩石中裂隙扩展长度曲线。
3.对不同长度巷道开挖分别进行数值模拟。从相对安全区依次渐近断层面。得到巷道开挖的安全厚度。随着巷道开挖接近断层面,岩石中裂隙扩展呈现极速扩张趋势,而岩层中瓦斯压力梯度也相应增大,这就增大了煤与瓦斯突出时的危险性。得出了“界面差异性大的结构面,在应力、损伤及压力梯度等方面,均大于界面差异性小的结构面,从而更容易诱发瓦斯突出”这一重要结论。模拟得出巷道的安全厚度应该在10~15m之间。
4.对模拟结果与大平煤矿特大煤与瓦斯突出事故进行对比。得出模拟结果与突出实际情况基本吻合。并可以对其他类似工程提供一定的指导意义,尽可能减少突出矿难。