掘进巷道煤岩瓦斯流固耦合效应数值模拟研究

论文摘要

我国煤矿灾害类型众多,其中瓦斯事故是所有事故中危害性最大的,是名副其实的煤矿安全的“第一杀手”。其中掘进工作面事故起数和死亡人数分别占40.92%和42.62%,2008年17起重大以上瓦斯事故中,掘进工作面发生11起,占65%,因此对于采掘应力影响下的瓦斯流动规律的研究工作越发重要。以往学者往往只单纯的研究掘进面应力、能量或者瓦斯分布和演化特征,很少对应力与瓦斯的耦合效应进行分析。本文在前人的研究基础上针对不同采掘工艺下掘进巷道煤岩瓦斯流固耦合效应的展开了数值模拟研究工作:首先通过实验为数值模拟提供相关参数,并得出体积应变与瓦斯解析量之间关系方程;其次分别建立了机掘,炮掘条件下的煤岩瓦斯流固耦合数学模型;利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合数值模拟软件对渗流-应力耦合数学模型进行了验证,并总结了在机掘与炮掘条件下掘进巷道瓦斯压力分布与流速等规律。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本文的选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 渗流-应力耦合现状
• 1.2.2 渗流-损伤耦合研究现状
• 1.3 本文的研究内容和技术路线
• 1.3.1 本文的研究内容
• 1.3.2 本文技术路线
• 2 煤岩结构特征和运移机理
• 2.1 煤岩孔隙、裂隙结构特征及其分类
• 2.2 煤岩瓦斯的渗流特性
• 2.2.1 煤岩渗透性
• 2.2.2 煤岩渗流的非均匀性
• 2.2.3 煤岩渗流的各向异性
• 2.2.4 煤岩渗透性的尺度效应
• 2.2.5 煤岩的渗透非线性特征
• 2.3 层瓦斯的储集及运移机理
• 2.3.1 吸附瓦斯储集机理
• 2.3.2 煤层瓦斯的运移机理
• 3 瓦斯解吸与煤岩变形关系实验研究
• 3.1 实验目的和原理
• 3.2 实验装置及实验方法
• 3.3 实验煤样参数
• 3.4 实验步骤
• 3.5 实验结果及分析
• 4 不同掘进工艺下煤岩瓦斯流固耦合数学模型的建立
• 4.1 基本假设条件
• 4.2 太沙基有效应力原理
• 4.3 炮掘巷道爆破理论
• 4.4 不同掘进工艺下煤岩瓦斯流固耦合数学模型的建立
• 4.4.1 煤岩瓦斯渗流场控制方程
• 4.4.2 煤岩变形场控制方程
• 4.4.3 参数的确定
• 4.4.4 定解条件
• 5 不同掘进工艺下煤岩瓦斯流固耦合效应数值模拟研究
• 5.1 保德矿地质条件介绍
• 5.2 COMSOL Multiphysic 简介
• 5.3 数值模型的建立
• 5.4 模型求解及结果分析
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集