采動(dòng)裂隙場(chǎng)中瓦斯運(yùn)移規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究及數(shù)值模擬
本文關(guān)鍵詞:采動(dòng)裂隙場(chǎng)中瓦斯運(yùn)移規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究及數(shù)值模擬,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
【摘要】:采動(dòng)裂隙場(chǎng)中瓦斯運(yùn)移規(guī)律是實(shí)現(xiàn)深部煤與瓦斯共采的重要基礎(chǔ)。本文以打通一礦7#煤層為研究對(duì)象,采用含瓦斯煤熱流固耦合三軸伺服滲流裝置,進(jìn)行了含瓦斯煤巖力學(xué)和滲流特性研究。建立了采動(dòng)裂隙場(chǎng)工程簡(jiǎn)化三維矩形梯臺(tái)幾何模型,采用運(yùn)移-擴(kuò)散方程和Fick擴(kuò)散定理構(gòu)建瓦斯運(yùn)移數(shù)學(xué)模型。利用COMSOLMultiphysics數(shù)值模擬軟件,對(duì)Y型通風(fēng)條件下采動(dòng)裂隙場(chǎng)瓦斯運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬,并與U型通風(fēng)進(jìn)行對(duì)比,分析兩種通風(fēng)下采動(dòng)裂隙場(chǎng)中的瓦斯運(yùn)移及濃度分布規(guī)律,得出以下主要研究成果: (1)從煤層微結(jié)構(gòu)、煤層瓦斯賦存狀態(tài)、采動(dòng)裂隙場(chǎng)特性及形成過(guò)程、卸壓煤巖體的滲流特性和影響煤層瓦斯含量的主要因素等幾個(gè)方面入手對(duì)煤層中瓦斯流動(dòng)特征進(jìn)行了較深入的理論分析,將采動(dòng)覆巖用裂隙發(fā)育的矩形梯臺(tái)三維工程模型來(lái)描述,并對(duì)矩形梯臺(tái)分區(qū),更為準(zhǔn)確的描述了采動(dòng)條件下采空區(qū)裂隙場(chǎng)的分布規(guī)律。 (2)分別進(jìn)行了不同瓦斯壓力和不同圍壓下型煤全應(yīng)力-應(yīng)變瓦斯?jié)B流實(shí)驗(yàn),并得到了含瓦斯煤在三軸條件下的力學(xué)特性與滲流規(guī)律。在圍壓一定的條件下,,型煤三軸抗壓強(qiáng)度隨著瓦斯壓力的增加而減小,滲透率隨瓦斯壓力的增加不呈單調(diào)的變化;在瓦斯壓力一定的條件下,型煤三軸抗壓強(qiáng)度隨著圍壓的增加而增加,滲透率隨圍壓的增加呈現(xiàn)單調(diào)減小的趨勢(shì)。從滲透率—軸向應(yīng)變曲線看,滲透率在軸向應(yīng)變?cè)黾拥倪M(jìn)程中呈“U”字型變化,即滲透率隨軸向應(yīng)變?cè)黾酉冉档秃笊摺?(3)在本次模擬所設(shè)定的條件下,與U型通風(fēng)相比較,Y型通風(fēng)條件下整個(gè)工作面的瓦斯?jié)舛榷急容^低,沿煤層走向瓦斯?jié)舛葟墓ぷ髅嫱煽諈^(qū)深部區(qū)域逐漸升高,離工作面距離越遠(yuǎn)的區(qū)域,瓦斯?jié)舛仍礁撸咚沟戎得鎴D形態(tài)越趨近于空間V字形。U型通風(fēng)工作面回風(fēng)巷附近瓦斯?jié)舛容^高,瓦斯?jié)舛茸兓螒B(tài)比較規(guī)則,瓦斯?jié)舛茸兓俣瓤臁1敬文M結(jié)果顯示:Y型通風(fēng),上隅角瓦斯?jié)舛葹?.26%;U型通風(fēng),上隅角瓦斯?jié)舛葹?.62%,Y型通風(fēng)較好地解決了工作面瓦斯超限的問(wèn)題。
【關(guān)鍵詞】:采動(dòng)裂隙場(chǎng) 滲透率 煤與瓦斯共采 Y型通風(fēng) 瓦斯?jié)舛?/strong>
【學(xué)位授予單位】:重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2014
【分類號(hào)】:TD712
【目錄】:
- 摘要3-4
- ABSTRACT4-9
- 1 緒論9-17
- 1.1 選題意義9-10
- 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析10-13
- 1.2.1 巖體裂隙場(chǎng)演化研究現(xiàn)狀10
- 1.2.2 采動(dòng)裂隙場(chǎng)演化研究現(xiàn)狀10-11
- 1.2.3 瓦斯流動(dòng)理論的發(fā)展11-13
- 1.2.4 采動(dòng)裂隙帶與瓦斯流動(dòng)規(guī)律研究現(xiàn)狀13
- 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線13-15
- 1.4 本文主要研究方法15-17
- 2 瓦斯在煤層中流動(dòng)的理論分析17-37
- 2.1 煤層微結(jié)構(gòu)17-21
- 2.1.1 孔隙微結(jié)構(gòu)類型17-18
- 2.1.2 裂隙微結(jié)構(gòu)類型18-20
- 2.1.3 煤體微結(jié)構(gòu)特性的主要影響因素20-21
- 2.2 煤層瓦斯的賦存狀態(tài)21-22
- 2.3 采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)的形成22-25
- 2.3.1 采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)三區(qū)劃分23
- 2.3.2 采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)三帶劃分23-24
- 2.3.3 采動(dòng)裂隙場(chǎng)的空間形態(tài)24-25
- 2.4 采動(dòng)裂隙場(chǎng)基本特性25-27
- 2.4.1 煤層空隙特點(diǎn)25-26
- 2.4.2 多孔介質(zhì)特性26
- 2.4.3 采空區(qū)瓦斯的升浮26-27
- 2.4.4 采空區(qū)瓦斯的擴(kuò)散27
- 2.4.5 采空區(qū)瓦斯的聚集27
- 2.5 卸壓煤巖體的空隙滲流特性27-32
- 2.5.1 采動(dòng)卸壓瓦斯空隙滲流特性27-28
- 2.5.2 卸壓瓦斯運(yùn)移特性28-29
- 2.5.3 瓦斯運(yùn)移關(guān)鍵控制因素29-32
- 2.6 煤層瓦斯含量影響因素32-34
- 2.7 煤層瓦斯涌出量分析34-36
- 2.8 本章小結(jié)36-37
- 3 煤巖瓦斯流動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究37-53
- 3.1 實(shí)驗(yàn)原理37-38
- 3.2 實(shí)驗(yàn)裝置38-39
- 3.3 試驗(yàn)方案39-41
- 3.3.1 試件準(zhǔn)備40
- 3.3.2 試驗(yàn)過(guò)程40-41
- 3.4 試驗(yàn)結(jié)果分析41-50
- 3.4.1 不同瓦斯壓力煤巖全應(yīng)力-應(yīng)變瓦斯?jié)B流實(shí)驗(yàn)41-43
- 3.4.2 不同圍壓煤巖全應(yīng)力-應(yīng)變瓦斯?jié)B流實(shí)驗(yàn)43-45
- 3.4.3 應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^(guò)程中含瓦斯煤巖滲透率變化規(guī)律45-50
- 3.5 本章小結(jié)50-53
- 4 采動(dòng)裂隙場(chǎng)中瓦斯運(yùn)移規(guī)律數(shù)值模擬研究53-71
- 4.1 采動(dòng)裂隙場(chǎng)中卸壓瓦斯運(yùn)移數(shù)學(xué)模型53-56
- 4.2 COMSOL Multiphysics 數(shù)值計(jì)算軟件介紹56-57
- 4.2.1 結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊56
- 4.2.2 地球科學(xué)模塊56-57
- 4.2.3 CAD 導(dǎo)入模塊57
- 4.3 采場(chǎng)幾何模型57-59
- 4.4 模型網(wǎng)格劃分59
- 4.5 主要模型參數(shù)的確定59-62
- 4.5.1 滲透率和孔隙率60-61
- 4.5.2 瓦斯質(zhì)量源項(xiàng)61-62
- 4.5.3 模型邊界條件設(shè)置62
- 4.6 采動(dòng)裂隙場(chǎng)中瓦斯運(yùn)移規(guī)律研究62-68
- 4.6.1 采空區(qū)瓦斯平面分布特征62-64
- 4.6.2 采空區(qū)瓦斯三維空間分布特征64-67
- 4.6.3 Y 型通風(fēng)工作面瓦斯治理情況67-68
- 4.7 本章小結(jié)68-71
- 5 結(jié)論及展望71-73
- 5.1 主要結(jié)論及創(chuàng)新71-72
- 5.1.1 主要結(jié)論71
- 5.1.2 主要?jiǎng)?chuàng)新71-72
- 5.2 展望72-73
- 致謝73-75
- 參考文獻(xiàn)75-79
- 附錄79
- A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄79
- B. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目79
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