采动条件下煤岩力学特性及瓦斯运移时空演化规律

发布时间：2017-04-17 19:26

  本文关键词：采动条件下煤岩力学特性及瓦斯运移时空演化规律，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：采动条件下煤岩力学特性及瓦斯运移时空演化规律是“煤与瓦斯安全共采”技术的核心。本文以平煤十矿己15煤层为研究对象，采用理论分析、实验研究与数值模拟相结合的方法分析了采动条件下煤岩力学特性及瓦斯运移时空演化规律，进行了不同加卸载条件下（即增加轴压的同时卸载围压）含瓦斯煤力学特性的试验研究。研究结果表明，不同加卸载条件下含瓦斯煤的力学特性表现各异。建立了能描述含瓦斯煤岩固气耦合情况下的骨架可变形性和气体可压缩性的固气耦合模型，并对其进行了验证。论文取得以下主要研究成果： ①原煤试件全应力应变过程的渗透率随着轴向应变的增加先减小后增大，煤岩的渗透率在屈服点之前较很低，超过了屈服点后迅速增大。 ②不同加卸载条件下含瓦斯煤的峰值强度与不同的加卸载条件有如下关系：不同初始轴向应力加卸载条件下煤样的峰值强度随着初始轴向应力的升高呈指数关系降低；不同加载速度加卸载条件下煤样的峰值强度随着加载速度的增加呈幂函数关系降低；不同初始围压加卸载条件下煤样的峰值强度随着初始围压的升高呈指数关系降低；不同瓦斯压力加卸载条件下煤样的峰值强度随着瓦斯压力的升高呈线性关系降低。 ③建立了含瓦斯煤岩弹塑性流固耦合渗流模型。从模拟结果来看，符合含瓦斯煤岩流固耦合三轴渗流实验规律,所提出的弹塑性流固耦合本构模型能有效地描述含瓦斯煤岩力学及渗流特性。 ④对三维空间的煤岩体开挖进行了模拟研究，，在此基础上，得到了煤体在固气耦合作用下瓦斯的运移规律和煤层透气性的演化规律。从结果来看，符合现场瓦斯抽采的一般规律。
【关键词】：采动条件 瓦斯运移 应力场 固气耦合 加卸载
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TD712
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 问题的提出8
• 1.2 国内外研究现状分析8-12
• 1.2.1 含瓦斯煤岩加载力学特性研究现状8-9
• 1.2.2 岩体卸围压力学特性研究现状9-10
• 1.2.3 瓦斯渗流理论研究现状10-11
• 1.2.4 煤层瓦斯固气耦合理论研究现状11-12
• 1.3 本文主要研究内容及技术路线12-13
• 1.4 研究方法13-14
• 2 采动条件下含瓦斯煤岩力学性质研究14-43
• 2.1 实验系统描述14-16
• 2.2 试验方案及步骤16-17
• 2.3 试验结果及分析17-41
• 2.3.1 常规三轴含瓦斯煤岩力学和渗流实验17-19
• 2.3.2 三轴加载与加卸载条件下含瓦斯煤力学特性比较19-22
• 2.3.3 不同初始轴向应力加卸载条件下煤样力学特性22-25
• 2.3.4 不同加载速度加卸载条件下煤样力学特性25-28
• 2.3.5 不同初始围压加卸载条件下煤样力学特性28-32
• 2.3.6 不同瓦斯压力加卸载条件下煤样力学特性32-35
• 2.3.7 三轴卸围压条件下瓦斯压力对原煤力学及渗透特性的影响35-41
• 2.4 本章小结41-43
• 3 含瓦斯煤岩固气耦合模型的研究与运用43-62
• 3.1 理论模型43-47
• 3.1.1 基本假设43
• 3.1.2 含瓦斯煤岩有效应力43-44
• 3.1.3 孔隙率和渗透率动态变化模型44-45
• 3.1.4 煤岩体变形场控制方程45-46
• 3.1.5 煤层瓦斯渗流场控制方程46-47
• 3.2 多物理场耦合分析软件 COMSOL MULTIPHYSICS47-49
• 3.3 理论模型的验证49-54
• 3.3.1 模型简介49-50
• 3.3.2 边界条件与初始条件50
• 3.3.3 模拟结果分析50-54
• 3.3.4 验证结论54
• 3.4 模型在钻孔抽采瓦斯三维数值模拟中的应用54-62
• 3.4.1 几何模型54-56
• 3.4.2 初始条件和边界条件56
• 3.4.3 计算结果分析56-61
• 3.4.4 讨论61
• 3.4.5 钻孔抽采瓦斯三维数值模拟结论61-62
• 4 采动条件下瓦斯运移规律数值模拟62-70
• 4.1 数值模拟原理62-64
• 4.2 参数的确定64-66
• 4.3 采场几何模型及网格划分66-67
• 4.4 采动裂隙场中瓦斯运移规律的数值模拟分析67-69
• 4.5 采动裂隙场中瓦斯运移规律的数值模拟分析结论69-70
• 5 结论及展望70-72
• 5.1 主要结论及创新点70-71
• 5.1.1 主要结论70
• 5.1.2 主要创新点70-71
• 5.2 研究展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-78
• 附录78-79
• A 作者在攻读学位期间发表的论文目录78
• B 作者在攻读学位期间参与的科研项目78
• C 作者在攻读学位期间申请的专利78-79
• D 作者在攻读学位期间获得的奖励79

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