發(fā)布時間：2018-03-13 07:48

  本文選題：鄰近煤層　切入點：結(jié)構(gòu)簡化模型　出處：《河北農(nóng)業(yè)大學(xué)》2013年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：鄰近煤層的開采將會導(dǎo)致采場產(chǎn)生一系列連鎖反應(yīng)，圍巖卸壓，應(yīng)力重分布，在圍巖中形成應(yīng)力分區(qū)，最終導(dǎo)致巖體損傷，破斷，裂隙發(fā)育，增大煤巖體的滲透性，進而瓦斯解吸，擴散，滲流等。由于瓦斯突出是煤礦中的一大災(zāi)難，因此弄清瓦斯的運移特征將是保證含瓦斯煤安全生產(chǎn)的前提。鑒于此本文以鄰近煤層開采為研究對象，綜合運用結(jié)構(gòu)力學(xué)、巖石力學(xué)、流體力學(xué)、采礦工程、數(shù)值計算等理論，提出了鄰近煤層開采圍巖結(jié)構(gòu)簡化模型，并給出了該結(jié)構(gòu)的內(nèi)力解析解；研究了鄰近煤層開采圍巖體應(yīng)力演化移動變形規(guī)律；建立了鄰近煤層開采瓦斯越流流固耦合控制方程組，并通過數(shù)值計算的方法進行驗證，分析鄰近煤層中瓦斯的運移規(guī)律，為瓦斯防突、瓦斯抽放合理布置鉆孔等提供理論依據(jù)。論文主要研究內(nèi)容有： （1）闡述了煤巖體結(jié)構(gòu)的斷裂損傷機理及不同部位煤巖體的受力狀態(tài)，提出了鄰近煤層煤巖體采場圍巖的結(jié)構(gòu)簡化模型，并給出該結(jié)構(gòu)模型受載分布形式及其煤巖體拱結(jié)構(gòu)的內(nèi)力解析解。 （2）基于FLAC~(3D)分析了鄰近煤層開采時圍巖應(yīng)力場演化規(guī)律，采場頂板圍巖的應(yīng)力分布演化規(guī)律，依據(jù)采場應(yīng)力分析了不同區(qū)域的受力情況及裂隙發(fā)育情況；分析了圍巖體積應(yīng)變和剪應(yīng)力的分布規(guī)律及開采速度對圍巖應(yīng)力分布的影響，，驗證了第2章結(jié)構(gòu)模型的合理性。 （3）基于構(gòu)建的煤巖體變形本構(gòu)方程、瓦斯連續(xù)方程、孔隙度及滲透系數(shù)的動態(tài)演化方程建立了單一煤層及圍巖中的瓦斯流固耦合方程、鄰近煤層瓦斯越流流固耦合控制方程組。 （4）利用COMSOL Muliphisics有限元軟件，將鄰近煤層越流控制方程組采用固體力學(xué)模塊、流體力學(xué)模塊及PDE模式進行數(shù)值計算，研究了不同時刻煤層中瓦斯壓力、孔隙度、滲透系數(shù)的變化規(guī)律，分析了開采長度、開采厚度對孔隙度和滲透系數(shù)的影響及瓦斯速度場的分布規(guī)律。
[Abstract]:The mining of adjacent coal seam will cause a series of chain reaction in the stope, the surrounding rock will be decompressed, the stress will be redistributed, and the stress zone will be formed in the surrounding rock, which will eventually lead to rock mass damage, fracture, crack development, and increase the permeability of coal and rock mass. Gas desorption, diffusion, seepage and so on. Since gas outburst is a major disaster in coal mines, understanding the migration characteristics of gas will be the prerequisite to ensure the safe production of gas-bearing coal. Based on the theories of structural mechanics, rock mechanics, fluid mechanics, mining engineering and numerical calculation, the simplified model of surrounding rock structure in adjacent coal seam mining is put forward, and the analytical solution of the internal force of the structure is given. The law of stress evolution, displacement and deformation of surrounding rock mass in adjacent coal seam mining is studied, and the coupled control equations of gas overflowing and fluid-solid in adjacent coal seam mining are established, and verified by numerical calculation, and the law of gas migration in adjacent coal seam is analyzed. This paper provides theoretical basis for gas outburst prevention and reasonable arrangement of gas drainage drilling. The main contents of this paper are as follows:. 1) the fracture damage mechanism of coal and rock mass structure and the stress state of coal and rock mass in different positions are expounded, and a simplified structural model of surrounding rock in coal and rock mining stope adjacent to coal seam is put forward. The load distribution form of the structure model and the analytical solution of the internal force of the arch structure of coal and rock mass are given. (2) based on FLACU 3D), the evolution law of surrounding rock stress field and the stress distribution of roof surrounding rock in adjacent coal seam mining are analyzed. According to the stress of stope, the stress situation and crack development in different areas are analyzed. The distribution law of volume strain and shear stress of surrounding rock and the influence of mining speed on the stress distribution of surrounding rock are analyzed, and the rationality of the structure model in Chapter 2 is verified. Based on the constitutive equation of deformation of coal and rock mass, the gas continuity equation, the dynamic evolution equation of porosity and permeability coefficient, the gas fluid-solid coupling equation in single coal seam and surrounding rock is established, and the governing equations of gas flowing over flow structure in adjacent coal seam are established. 4) by using COMSOL Muliphisics finite element software, the governing equations of passing flow in adjacent coal seams are numerically calculated by using solid mechanics module, fluid dynamics module and PDE model, and the gas pressure and porosity in coal seam at different times are studied. The influence of mining length, mining thickness on porosity and permeability coefficient and the distribution of gas velocity field are analyzed.
【學(xué)位授予單位】：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TD712

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本文編號：1605473