注水前后采煤工作面前方应力与瓦斯压力耦合分布规律研究

发布时间：2020-06-28 20:45

【摘要】：本论文围绕煤层注水防治煤与瓦斯突出机理这一主线,应用了实验室试验、COMSOL Multiphysics软件模拟和煤矿现场测试相结合的方式,深入研究了注水影响下采煤工作面应力场和瓦斯压力耦合分布的相关规律。为煤矿实际生产采取注水措施防治煤与瓦斯突出灾害技术提供依据,不仅具有理论意义,而且具有重要的实际应用价值。为研究煤样吸水率与时间的关系,以及注水前后煤样的单轴力学性能,首先对顶山天安煤业股份有限公司十矿17煤层煤样进行了自然吸水率测定试验,在实验室的MTS815.03实验机上进行了原始煤样与注水饱和煤样单轴压应力实验。根据煤层瓦斯渗流理论、原岩应力形变理论,同时根据已有研究成果,结合有效应力、吸附变形及原岩渗流特性演化等理论来分析耦合瓦斯场—煤岩应力应变场之间的相互作用,同时,为建立相关力学控制方程,本文基于PM双重孔隙介质建立了采动应力扰动下瓦斯及煤体演化过程的控制方程。利用COMSOL Multiphysics软件强大的的建模特性和数学解算能力,建立数值模型,模拟了注水前后采煤工作面前方煤体的地应力和瓦斯压力耦合分布变化规律,揭示了煤层注水能导致工作面前方集中应力前移机理,其原因在于注水渗入煤体的孔裂隙中,浸润了煤体,改变了煤介质的物理力学特性,降低了煤体的强度,使其支撑能力下降,导致工作面前方破裂带和卸压带增宽,应力峰值降低并向煤体深部前移。利用应力—瓦斯压力一体化监测系统对平顶山天安煤业有限公司十矿进行了现场试验,实测了地应力数值和瓦斯压力数据,对注水前后采煤工作面前方应力与瓦斯压力耦合分布变化规律做进一步现场验证。
【学位授予单位】：华北科技学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD712

【参考文献】

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本文编号：2733435