基于COMSOL的近距离下保护层开采瓦斯流动模型

发布时间：2017-05-23 07:26

  本文关键词：基于COMSOL的近距离下保护层开采瓦斯流动模型，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：豫西“三软”煤层赋存的特殊性决定了近距离下保护层开采是该地区最经济、最有效的区域性防突措施之一，研究并掌握保护层开采过程中瓦斯的分布和运移规律，是近距离下保护层安全开采的根本保障。保护层开采瓦斯流动机理是一个复杂的过程，基本的CFD模型未能很好地解决瓦斯运移与煤层卸压膨胀间的耦合关系。为构建近距离下保护层开采瓦斯流动模型，从近距离下保护层开采的覆岩变形与瓦斯流动特征出发，采用数值模拟方法对保护层工作面上覆岩层和被保护层应力分布、瓦斯运移规律进行深入研究，并利用平面应变压缩实验得出了二1煤应力作用下煤体渗透性特征。在此基础上，结合瓦斯卸压流动理论，构建了基于COMSOL的近距离下保护层开采瓦斯流动耦合模型；通过孔隙度、孔隙压力传递煤层变形与瓦斯运移之间耦合作用，将Navier-Stokes和Brinkman流动形式与瓦斯扩散的菲克定律有机联系在一起；利用COMSOL Multiphysics软件求解得到整个流场瓦斯分布与运移规律，并实现了结果的可视化；利用该模型对豫西矿区不同覆岩条件下保护层开采效果进行预测，证明了模型的合理性，并将模型扩展应用到瓦斯专排巷的位置选择、工作面通风方式优劣的对比判断中。
【关键词】：近距离下保护层 瓦斯运移 流固耦合 COMSOL Multiphysics
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TD712
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.1.1 我国瓦斯赋存的特殊性10
• 1.1.2 矿井瓦斯事故多发性10-11
• 1.1.3 瓦斯运移规律研究的重要性11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 保护层开采现状11-12
• 1.2.2 本煤层瓦斯渗流-扩散理论研究12
• 1.2.3 煤岩瓦斯多物理场耦合理论12-13
• 1.2.4 覆岩采动卸压裂隙带瓦斯运移规律研究13
• 1.3 主要研究内容与技术路线13-16
• 1.3.1 工程背景13-14
• 1.3.2 主要研究内容14
• 1.3.3 研究方法与关键技术路线14-16
• 2 下保护层开采瓦斯流动模型基础16-42
• 2.1 保护层开采一般特征16-18
• 2.1.1 覆岩垮落形态与裂隙发育过程16-17
• 2.1.2 保护层开采防突机理17-18
• 2.1.3 保护层开采过程中矿井瓦斯来源18
• 2.2 下保护层开采覆岩移动规律数值分析18-32
• 2.2.1 数值计算模型建立18-20
• 2.2.2 本构模型选择20
• 2.2.3 数值计算结果及分析20-29
• 2.2.4 相对层间距对保护效果的影响29-32
• 2.3 下保护层开采固气耦合规律分析32-36
• 2.4 煤(岩)体应力作用下渗透率特征分析36-39
• 2.4.1 煤(岩)破坏前渗透率的基本特征36
• 2.4.2 二1煤应变-渗透率拟合方程36-38
• 2.4.3 围岩渗透率特征分析38-39
• 2.5 本章小结39-42
• 3 基于COMSOL Multiphysics构建瓦斯流动模型42-58
• 3.1 COMSOL Multiphysics 简介42
• 3.2 流固耦合问题的复杂性42-43
• 3.2.1 岩体边界的时间变性42
• 3.2.2 非线性、非稳态求解问题42-43
• 3.2.3 耦合关系的复杂性43
• 3.3 卸压瓦斯流动规律43-48
• 3.3.1 下保护层开采卸压瓦斯流动规律43-44
• 3.3.2 瓦斯运移与裂隙带发育的时空关系44-45
• 3.3.3 卸压瓦斯流的动力学模型45-46
• 3.3.4 瓦斯流动的基本方程46-48
• 3.4 近距离下保护层开采瓦斯流动模型构建48-55
• 3.4.1 煤体应力-透气系数和瓦斯压力分布规律49-50
• 3.4.2 流固耦合模型的实现50-51
• 3.4.3 近距离下保护层开采瓦斯流动模型及控制方程51-55
• 3.5 本章小结55-58
• 4 瓦斯流动模型的COMSOL解算及扩展应用58-70
• 4.1 应用模式与模块选择58
• 4.2 模型网格划分和求解域设定58-61
• 4.2.1 模型网格划分58-59
• 4.2.2 边界与求解域设定59-61
• 4.3 模型计算结果分析61-63
• 4.4 模型扩展应用63-68
• 4.4.1 模型的可扩展性63-64
• 4.4.2 保护层工作面瓦斯涌出量预测64-66
• 4.4.3 工作面高抽巷道位置优化选择应用[59]66-68
• 4.5 本章小结68-70
• 5 主要结论与展望70-72
• 5.1 主要结论70-71
• 5.2 展望71-72
• 参考文献72-76
• 作者简历76-78
• 学位论文数据集78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：387207