地应力-渗流耦合作用下的巷道预排瓦斯宽度研究

摘要

准确确定巷道预排瓦斯宽度对于进行瓦斯含量测定煤样采取深度具有重要的意义。本文首先在分析含瓦斯煤力学特性的基础上，建立了考虑煤体塑性软化和扩容特性的巷道周围煤体弹塑性力学模型，得到了巷道周围煤体的应力、体积应变、卸压范围的表达式，确定了不同煤体条件下的巷道周围煤体的卸压范围。采用 Darcy定律、瓦斯含量方程等建立了含瓦斯煤体渗流模型；综合考虑地应力和瓦斯压力对渗透率的影响，建立了巷道周围煤体渗透率的动态演化模型。基于建立的巷道周围煤体流固耦合模型，利用COMSOL Multiphysic软件对宝雨山煤矿的巷道预排瓦斯宽度进行数值模拟研究，得到其瓦斯压力分布规律并对其控制影响因素进行探讨。利用钻屑量法对巷道卸压宽度进行验证，利用瓦斯含量法对流固耦合模型的准确性进行验证。结果表明：确定了埋藏深度、巷道半径、支护应力、煤体强度为巷道卸压范围的主要控制因素；埋藏深度越大，巷道卸压范围应越长；巷道半径越大，巷道卸压范围较大；巷道卸压范围与支护应力、煤体强度呈负相关的关系。通过对宝雨山煤矿巷道进行数值模拟，确定其巷道预排瓦斯宽度为13m，通过验证，证明结果与实际相符合。确定支护应力、初始瓦斯含量、埋藏深度、巷道半径为影响巷道预排瓦斯宽度的主要控制因素，埋藏深度、初始瓦斯含量、支护应力与巷道预排瓦斯宽度呈负相关，而巷道半径与巷道预排瓦斯宽度呈正相关。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1引言

1.2 国内外研究现状

1.3主要研究内容及创新点

1.4 研究方案

2 考虑塑性软化和扩容特性的巷道周围煤体力学模型的建立

2.1巷道周围煤体力学模型的建立

2.2 本构关系及屈服准则

2.3 巷道周围煤体应力应变分析

2.4 巷道周围煤体卸压范围研究

2.5 现场测试分析

2.6 本章小结

3 地应力-渗流耦合作用下的巷道周围煤体流固耦合模型

3.1 煤层瓦斯渗流模型的建立

3.2 孔隙率动态演化模型

3.3 渗透率动态演化模型

3.4 本章小结

4 基于流固耦合模型的巷道预排瓦斯宽度数值模拟

4.1 COMSOL软件简介

4.2 巷道预排瓦斯宽度的数值模拟分析

4.3 巷道周围煤体应力应变分析

4.4 巷道预排瓦斯宽度的影响因素分析

4.5 现场实测验证

4.6 结语

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

作者简历

学位论文数据集