围压下切槽煤体卸压增透应力损伤演化模拟分析
文内图片：
图片说明： 物理相似模拟和颗粒流PFC数值模拟方法，模拟分析了围压下切槽煤体的应力、损伤演化过程，直接论证了切槽煤体应力尝裂隙场的分布特征，以客观揭示水力割缝、冲孔煤层的应力损伤。1切槽煤层损伤演化的物理模拟1.1相似模型设计相似模拟试验是以相似理论为基础的模型试验技术，是一种用于对理论研究结果进行分析和比较的有效手段［18］。由于裂隙扩展在实际中监测很困难，试验中通过监测煤体中的应力演化与数值模拟相结合进行分析。古汉山矿1603工作面二1煤层埋深约400m，煤层厚度约5m，相似模拟模型设计如图1所示。模型中分别设计大切槽、中等切槽和小切槽3种，3种切槽的长度×宽度均为400mm×100mm，切槽的厚度分别为60、40和20mm;每种切槽均设计2条，通过预先在设计位置埋设长方形钢盒子实现，试验时将钢盒抽出后形成切槽，相邻切槽的两端距离均为100mm。采用动静态应变仪监测预埋的土压力盒传感器监测应力变化，土压力盒主要布置于切槽之间和切槽上下方，包括煤层与顶底板交界处，具体尺寸设计如图1所示。X－2型土压力传感器;2—预制切槽;B、M、U为传感器编号图1煤层内切槽相似模拟模型设计ig.1Simulationmodeldesignofcoalseamslotting模型五面受限制，通过模型上方液压油缸加载应力。煤层、顶底板岩层的相似材料容重与实际岩体的比为1∶10，几何相似比按1∶10设计，由相似第一定律式可知，应力相似比为1∶100。液压油缸压力σ0与压板压力σz的关系见式(1):σz=πr2σ0/a2(1)式中:r为油缸半径;a为正方形加载压板边长。根据经验公式σ=γH，γ为容重，在煤层埋深H约400m时，地应力约为10MPa，即相似模拟中的σz为0.1MPa。根据加载油缸的半径为6mm，压板边长为46mm，可以推算油缸压力
文内图片：
图片说明： 2015年第12期煤炭科学技术第43卷1450kg/m3，球－球接触模量为0.8GPa，颗粒刚度比为1.0，颗粒间摩擦因数为0.5。颗粒与颗粒之间采用平行粘接，煤层内的颗粒粘接模量为0.8GPa，法向与切向应力均值均为4MPa，法向与切向应力标准偏差均为0.01MPa。顶底板岩层的参数设置相同，其粘接强度是煤层的5倍。为了模拟围压限制条件，对模型的四面墙设置限制条件，模型的颗粒分布如图3a所示;在煤体中按照图3b所示的布置方式挖槽，并进行模型初始平衡。为了记录切槽周围煤体的损伤变化，设计直径为100mm的损伤参数考察单元体，如图3b所示。数值计算中在竖直方向上按一恒定速度进行加载，模型的侧墙采用伺服控制，保持恒定的围压条件。数值计算步长为15万步，分别对8万、12万和15万步的模型粒子结构，颗粒接触力、裂纹分布进行记录，并对每个单元体内的参数进行记录。PFC中定义了描述颗粒间相互接触情况的配位数，计算中可以通过记录单元体配位数的变化分析煤体损伤破坏的程度。图3颗粒流模型及切槽分布Fig.3Particleflowmodelandslotsdistribution2.2煤层损伤演化分析模型粒子结构、应力和裂隙分布如图4所示，随着加载步长的增大，大切槽周围先发生变形位移，颗粒向槽中运移填充，，切槽周围煤体变形显现，切槽空间缩小;模型中小切槽和中等切槽区域应力显现，相邻切槽间应力集中显著，随着计算步长增大，大切槽和中等切槽区域应力降低，而小切槽区域应力集中一直很大;相邻切槽间煤体的裂纹发育，应力加载初期，大切槽和中等切槽区域裂纹发育，随着加载时长增加，大切槽周围裂纹扩展不显著，但张拉破裂明显增多，中等切槽周围裂纹增多，以剪破裂为主，小切槽周围裂纹增多并向顶底板扩展，切槽边界煤体裂纹发育显著。小切槽周围A、B单
【作者单位】： 煤炭科学技术研究院有限公司安全分院;煤炭资源高效开采和洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院);中国矿业大学安全工程学院;
【基金】：国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2011CB201206) 国家科技重大专项资助项目(2011ZX05040-001,2011ZX05063-009) 国家自然科学基金青年基金资助项目(51444006)
【分类号】：TD712.6;TD353
【参考文献】
相关期刊论文 前4条
1 沈春明;林柏泉;吴海进;;高压水射流割缝及其对煤体透气性的影响[J];煤炭学报;2011年12期
2 苏现波;刘晓;马保安;裴刚;冯文军;;瓦斯抽采钻孔修复增透技术与装备[J];煤炭科学技术;2014年06期
3 许江;彭守建;刘东;张超林;;煤层气抽采过程中煤储层参数动态响应物理模拟[J];煤炭科学技术;2014年06期
4 杨栋,赵阳升,胡耀青,常宗旭;三维应力作用下单一裂缝中气体渗流规律的理论与实验研究[J];岩石力学与工程学报;2005年06期
【共引文献】
相关期刊论文 前10条
1 刘伟;王洪辉;王克杰;单钰铭;;断层物理模拟实验及其在河南新庄油田断层封闭性评价中的应用[J];成都理工大学学报(自然科学版);2007年02期
2 卢义玉;黄辰;贾亚杰;尤yN;汤积仁;;近距离煤层群水射流割缝卸压石门快速揭煤技术分析[J];重庆大学学报;2014年03期
3 徐景德;杨鑫;赖芳芳;韩春晶;朱正宪;;国内煤矿瓦斯强化抽采增透技术的现状及发展[J];矿业安全与环保;2014年04期
4 李桂波;冯增朝;王彦琪;郭红强;上官禾林;;高瓦斯低透气性煤层不同瓦斯抽采方式的研究[J];地下空间与工程学报;2015年05期
5 冯立杰;王延锋;岳俊举;王金凤;;IDE技术创新方法在煤层气开采中的应用研究[J];工业技术经济;2015年11期
6 张文勇;张林华;;高压水射流煤岩钻进机理及效果影响因素分析[J];煤矿安全;2010年06期
7 杨新乐;张永利;陈伟雄;;固液两相射流喷嘴外冲击流场的数值模拟[J];煤矿机械;2008年08期
8 林柏泉;张其智;沈春明;杨威;;钻孔割缝网络化增透机制及其在底板穿层钻孔瓦斯抽采中的应用[J];煤炭学报;2012年09期
9 陈向军;程远平;王林;;水分对不同煤阶煤瓦斯放散初速度的影响[J];煤炭科学技术;2012年12期
10 陈向军;程远平;王林;;外加水分对煤中瓦斯解吸抑制作用试验研究[J];采矿与安全工程学报;2013年02期
相关博士学位论文 前8条
1 林海飞;综放开采覆岩裂隙演化与卸压瓦斯运移规律及工程应用[D];西安科技大学;2009年
2 王凤林;矿区煤层气综合开采模式判识系统的研究[D];中国矿业大学（北京）;2010年
3 华明国;采动裂隙场演化与瓦斯运移规律研究及其工程应用[D];中国矿业大学（北京）;2013年
4 付江伟;井下水力压裂煤层应力场与瓦斯流场模拟研究[D];中国矿业大学;2013年
5 刘星光;含瓦斯煤变形破坏特征及渗透行为研究[D];中国矿业大学;2013年
6 陈向军;外加水分对煤的瓦斯解吸动力学特性影响研究[D];中国矿业大学;2013年
7 黄峰;真空管井降水机理研究[D];中国地质大学（北京）;2014年
8 洛锋;基于采场应力—裂隙时空差异性的煤岩体瓦斯运移规律研究[D];重庆大学;2014年
相关硕士学位论文 前6条
1 张少龙;上保护层开采条件下瓦斯渗流规律实验研究[D];西安科技大学;2012年
2 孙艳南;采空区围岩空隙结构与瓦斯流动规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2012年
3 贾亚杰;煤巷条带穿层割缝钻孔布置优化及应用[D];重庆大学;2013年
4 孟江;水射流割缝防突设备缠绕系统动力学及有限元分析[D];太原理工大学;2013年
5 姜广辉;裂隙气液两相渗流特性试验研究[D];中国矿业大学;2014年
6 林然;缝洞型碳酸盐岩储层流动规律研究[D];西南石油大学;2014年
【二级参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 丁厚成;蒋仲安;韩云龙;;顺煤层钻孔抽放瓦斯数值模拟与应用[J];北京科技大学学报;2008年11期
2 王建钧;曹净;刘海明;;水平定向钻孔稳定性因素分析[J];地质装备;2009年02期
3 李宗翔;回采采空区上隅角瓦斯抽放的数值模拟与参数确定[J];矿业安全与环保;2002年01期
4 王路珍;杜春志;卜万奎;柳红燕;;煤层钻孔孔壁瓦斯涌出的数值模拟[J];矿业安全与环保;2008年06期
5 张春会;于永江;赵全胜;;煤岩瓦斯抽放固结数学模型及应用[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2008年06期
6 郭培红;李海霞;朱建安;;煤层钻孔瓦斯抽放数值模拟[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2009年S1期
7 赵阳升,杨栋,郑少河,胡耀青;三维应力作用下岩石裂缝水渗流物性规律的实验研究[J];中国科学E辑:技术科学;1999年01期
8 付建华;程远平;;中国煤矿煤与瓦斯突出现状及防治对策[J];采矿与安全工程学报;2007年03期
9 王振;梁运培;金洪伟;;防突钻孔失稳的力学条件分析[J];采矿与安全工程学报;2008年04期
10 唐世斌,杨天鸿,徐涛,唐春安,石必明,余启香;远程卸压瓦斯抽放数值模拟[J];煤田地质与勘探;2004年04期
相关博士学位论文 前1条
1 吴海进;高瓦斯低透气性煤层卸压增透理论与技术研究[D];中国矿业大学;2009年
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 岳新生,徐立杰,康玉玲;轴向切槽进给装置[J];机械制造;2001年09期
2 张凤杰;可调自动切槽刀[J];机械工人.冷加工;2004年10期
3 ;改进切槽的方法[J];机床与工具;1956年08期
4 王玉国;切槽辅具的应用[J];组合机床;1982年07期
5 马文陡;王启江;;斜面式切槽刀[J];液压工业;1985年04期
6 陈益蔚;经圣宝;;切槽炮孔切槽参数的研究[J];爆破器材;1991年01期
7 武国栋;组合式切槽刀[J];机械工人.冷加工;1994年10期
8 宋金山;切槽方法综述与发展[J];石材;1995年01期
9 贾晓鸣,于得军;切槽刀的合理选择和正确使用[J];机械工人.冷加工;1995年06期
10 陈乐光;半自动卧式专用切槽机设计[J];机械;1996年04期
相关会议论文 前3条
1 陈婵玉;;可转位切槽刀排[A];中国职协2013年度优秀科研成果获奖论文集（下册）[C];2013年
2 陈益蔚;;切槽炮孔开裂载荷的确定[A];第四届全国岩石破碎学术讨论会论文集[C];1989年
3 杜云贵;张志呈;;圆形炮孔切槽后对岩石破坏方向控制作用的力学分析[A];第四届全国岩石破碎学术讨论会论文集[C];1989年
相关硕士学位论文 前3条
1 吴春平;切槽定向断裂控制爆破机理的动光弹研究[D];武汉科技大学;2006年
2 杨刚刚;YD4140型切槽机转子的动平衡及仿真研究[D];兰州理工大学;2005年
3 徐灵彬;切槽爆破对地表建筑物的危害及其防治措施研究[D];江西理工大学;2013年
本文编号：2514166
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/anquangongcheng/2514166.html
