热力耦合下的煤田火区裂隙演化模拟研究

发布时间：2017-12-14 18:27

  本文关键词：热力耦合下的煤田火区裂隙演化模拟研究

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【摘要】：煤岩裂隙是煤田火区得以持续发展的主要供氧通道。煤田火区覆岩裂隙的变化与火区的状态密切相关,是热力耦合作用的结果。研究热力耦合条件下煤岩裂隙和透气性的变化规律不仅有利于促进地下煤火发展过程的认识,还能够为煤火的发展趋势的预测、提高火区治理措施的针对性提供一定的理论支撑。本文引入离散元理论,借助PFC2D颗粒流程序,以新疆某煤田火区为原型,研究了煤岩在温度应力作用下裂隙和渗透率的变化规律,主要研究内容及成果如下:以实验室砂岩力学参数测试为基础,根据细观参数标定准则,应用PFC2D程序进行双轴和巴西劈裂数值模拟试验,获得了反映火区岩石实际力学特征的数值模型细观参数。将细观参数带入构建的火区PFC模型中,得到了火区发展前,煤层采动造成的覆岩裂隙分布情况,及其各区域的渗透率初始值。采用DSC-TG仪器,获得了火区煤样热解过程中的失重规律。在上述得到的火区采动模型的基础上,通过对燃烧层施加不同的温度,模拟分析了不考虑燃烧层遗煤烧损情况下和考虑燃烧层遗煤烧损情况下,火区覆岩各区域裂隙与渗透率的变化。得出以下规律:在温度的作用下,火区覆岩的裂隙与透气性均会随温度的升高呈上升的变化趋势;但温度的变化主要引起覆岩强度的下降,不考虑燃烧层遗煤烧损时,火区整体透气性变化相对较小;在火区温度变化过程中,遗煤的烧损与温度的共同作用会使覆岩裂隙与透气性发生较大的变化,受到温度和煤层烧损的影响,煤岩层中主控裂隙变化趋势明显。在遗煤烧损和温度的共同作用下,覆岩裂隙数在380℃时开始加速上升,500℃之后上升趋势开始减缓。除采空区的透气性基本不变外,其他区域覆岩的透气性均随裂隙数量的增加而变大。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD75

【参考文献】

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1 康健,赵明鹏,梁冰;随机固-热耦合模型与岩石热破裂数值试验研究[J];岩土力学;2005年01期

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本文编号：1288924