采动覆岩裂隙场演化及瓦斯运移规律研究

发布时间：2017-05-17 17:06

  本文关键词：采动覆岩裂隙场演化及瓦斯运移规律研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：采动覆岩裂隙演化与卸压瓦斯运移规律是“煤与瓦斯安全共采”技术的核心，也是煤矿绿色开采技术的重要内容之一。本文以平煤十矿己15煤层为研究对象，采用FLAC3D、UDEC数值模拟软件分别分析了采动覆岩应力场变化和裂隙场的分布规律，通过分析模拟结果提取了裂隙场的三维工程简化模型，结合多物理场耦合分析软件COMSOL MULTIPHYSICS，对U型和U型+走向高抽巷两种通风系统下的采空区卸压瓦斯的分布规律进行模拟，取得以下主要研究成果： ①对采空区覆岩破断离层规律进行了分析，认为在整个采场覆岩中形成了一个可满足工程精度的、较为形象的采动裂隙矩形梯台，而且可以把矩形梯台近似为非均质的多孔介质，为在其中进行瓦斯运移规律的研究提供了理论基础。 ②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；原煤试件加卸载条件下，煤样的渗透率在达到峰值强度的40％～60％突然增大，而后持续一段时间，然后在煤样破坏段再次急剧增加；相同的围压和瓦斯压力条件下，煤样加卸载条件下的峰值强度比常规三轴条件下的峰值强度要低。 ③采用FLAC3D数值软件分析了煤层开采后覆岩的应力分布规律以及塑性破坏形态，覆岩破坏形态沿煤层走向垂直剖面呈马鞍状，沿平行煤层剖面看，距煤层较近处顶板塑性破坏区为圆角矩形圈，随着距离煤层高度的增大，顶板塑性破坏区域形态趋于椭圆形。 ④采用UDEC数值模拟软件分析覆岩垮落后的形态。根据UDEC模拟的垮落形态图，结合前人的研究成果，勾画出了采动裂隙矩形梯台的三维空间图，根据本文研究的对象，确定了裂隙圈的范围，采动裂隙矩形梯台的高度以及断裂角等参数。 ⑤数值模拟软件COMSOL模拟结果显示：U型通风系统条件下，工作面上隅角，瓦斯浓度大大超过了1%的限制要求；U型+走向高抽巷条件下，高抽巷对气流的导向作用使采空区深部高浓度瓦斯和工作面新鲜风流向高抽巷口汇集，改变了瓦斯浓度分布，，上隅角瓦斯浓度降到1%以下。
【关键词】：裂隙场 瓦斯运移 应力场 COMSOL MULTIPHYSICS数值模拟
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TD712
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题的提出9-10
• 1.2 国内外研究现状分析10-13
• 1.2.1 采动覆岩裂隙场演化规律研究现状10-11
• 1.2.2 瓦斯渗流理论研究现状11-12
• 1.2.3 采动裂隙场瓦斯运移规律的研究现状12-13
• 1.3 已有研究的不足13
• 1.4 本文主要研究内容13-14
• 1.5 研究方法14-15
• 2 采动覆岩裂隙场分布规律研究15-23
• 2.1 采动覆岩裂隙场的破坏形式15-16
• 2.2 采动覆岩裂隙场的划分16-18
• 2.2.1 采动覆岩裂隙场三区划分16-17
• 2.2.2 采动覆岩裂隙场三带划分17-18
• 2.3 采动裂隙场的空间形态18-20
• 2.4 采动裂隙场的多孔介质性质20-21
• 2.4.1 采动裂隙的特点20
• 2.4.2 裂隙场的多孔介质性质20-21
• 2.5 小结21-23
• 3 煤岩加卸载条件下力学性质及渗流规律研究23-31
• 3.1 实验系统描述23-24
• 3.2 试验方案及步骤24-25
• 3.3 试验结果及分析25-30
• 3.3.1 常规三轴含瓦斯煤岩力学和渗流实验25-27
• 3.3.2 加卸载条件下含瓦斯煤岩力学和渗流实验27-30
• 3.4 本章小结30-31
• 4 采动应力场演化 FLAC3D数值模拟31-41
• 4.1 FLAC3D软件介绍31-33
• 4.1.1 基本概念31
• 4.1.2 力学模型31-33
• 4.1.3 基本假设33
• 4.2 计算模型的建立33-35
• 4.3 数值模拟结果分析35-40
• 4.3.1 采动覆岩应力变化规律分析35-36
• 4.3.2 采动覆岩破坏规律36-37
• 4.3.3 采动覆岩卸压区形态分析37-40
• 4.4 小结40-41
• 5 采动裂隙场演化 UDEC 数值模拟41-51
• 5.1 UDEC 软件介绍41-43
• 5.1.1 基本概念41
• 5.1.2 UDEC 节理模型41-42
• 5.1.3 UDEC 屈服准则42-43
• 5.1.4 模型的设计原则43
• 5.2 模型的建立43-45
• 5.2.1 数值计算模型43-44
• 5.2.2 计算模型力学参数44
• 5.2.3 计算模型边界条件44-45
• 5.3 采动岩体裂隙演化数值模拟结果分析45-48
• 5.4 采动裂隙矩形梯台主要参数48-50
• 5.5 小结50-51
• 6 采动裂隙场中瓦斯运移规律数值模拟分析51-69
• 6.1 采动裂隙场中瓦斯涌出规律51-53
• 6.1.1 采动裂隙场中瓦斯来源51-52
• 6.1.2 采动裂隙场中瓦斯来涌出量分析52-53
• 6.2 采动裂隙场中卸压瓦斯运移数学模型53-56
• 6.3 采动裂隙场中瓦斯运移的 COMSOL 数值建模56-60
• 6.3.1 数值模拟软件 COMSOL 简介56
• 6.3.2 采场几何模型及网格划分56-58
• 6.3.3 主要模型参数的确定58-60
• 6.4 采动裂隙场中瓦斯运移规律的数值模拟分析60-66
• 6.4.1 U 型通风系统瓦斯运移规律数值模拟60-64
• 6.4.2 U 型+走向高抽巷通风系统瓦斯运移规律数值模拟64-66
• 6.5 小结66-69
• 7 结论及展望69-71
• 7.1 主要结论及创新点69-70
• 7.1.1 主要结论69
• 7.1.2 主要创新点69-70
• 7.2 研究展望70-71
• 致谢71-73
• 参考文献73-77
• 附录77
• A 作者在攻读学位期间发表的论文目录77
• B 作者在攻读学位期间参与的科研项目77
• C 作者在攻读学位期间获得的奖励77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：373988