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采动裂隙场瓦斯流动模型及数值模拟

冯瑞  
【摘要】:近年来,我国采煤技术与设备有很大程度的提高,开采强度加大,煤矿产量也随之加大,同时煤层瓦斯涌出量也大大增加。工业迅速发展的同时,也给煤矿动力灾害留下隐患,给煤矿的安全生产带来更高层次的挑战。因此,国内外学者都热衷于研究采动裂隙场瓦斯渗流规律。 为了提高瓦斯抽采效率,预防煤矿瓦斯动力灾害的发生,本文开展采动裂隙场瓦斯渗流规律的研究。文章在国内外对采场裂隙场瓦斯流动规律研究的基础上,以采动煤岩体为研究对象,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,运用岩石力学、渗流力学、断裂力学、损伤力学、采矿学、有限元分析等交叉学科的理论,利用FEPG有限元软件对采场煤岩裂隙场演化规律及裂隙场瓦斯渗流规律进行分析,具体内容如下: (1)研究采动煤岩体裂隙场分布规律,对煤岩体的内生裂隙和外生裂隙进行了分析。 (2)为了模拟采场煤岩体裂隙分布及其演化规律,在实验室进行煤岩裂隙演化相似材料模拟实验,验证理论的正确性。 (3)在煤试件应力应变过程渗透性能实验的基础上,建立渗透率与应力和应变状态的理论模型。 (4)用损伤理论对采场裂隙扩展进行描述,建立了渗流-损伤耦合方程以及流固耦合方程。 (5)模拟采动裂隙场瓦斯渗流规律,应用有限元软件,实现采动裂隙场瓦斯渗流规律模拟,得到应力、位移、瓦斯孔隙压力等变量的分布规律。


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