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基于COMSOL的近距离下保护层开采瓦斯流动模型

许灿荣  
【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。


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