破碎岩体的渗流理论及其应用研究

摘要

以国家自然基金重点项目“煤矿瓦斯灾害预防及煤层气开采中的应用基础研究”和教育部博士点基金“峰后应力状态下的岩石渗透性研究”为背景,通过理论、试验、数值模拟和结合潞安王庄煤矿采空区通风渗流问题的具体应用,进行了如下具有创新意义的工作:(1) 自行研制开发出目前已获国家专利的破碎岩石压实渗透仪，并给出了一套进行破碎岩石压实水渗透测试的试验方法。利用开发的渗透仪和试验方法，系统测定并分析了砂岩、页岩和煤3种岩样在不同破碎程度下压实的渗透系数变化规律。 (2) 利用置信区间方法、随机过程理论深入分析了破碎岩体渗透性的随机性特性，并建立破碎岩体渗流的随机微分控制方程。 (3) 用控制体欧拉法建立了描述破碎岩体塑性大变形的基本方法，开展了试验背景下破碎岩体渗流场的数值模拟。推导出求解破碎岩体渗流方程的一、二阶摄动随机有限元列式。 (4) 计算并给出采空区破碎岩体的支承压力分布规律，建立了采空区破碎岩体渗流分析的数值模型，结合潞安王庄煤矿综放面采空区的破碎岩体通风渗流，系统分析并得出了与理论和实测相吻合的流场分布和近似瓦斯浓度的分布规律。