【摘要】：瓦斯異常涌出和煤與瓦斯突出事故是在多場(chǎng)耦合作用下煤體失穩(wěn)破壞而引發(fā)的動(dòng)力災(zāi)害，而作為煤層中瓦斯流動(dòng)難易程度指標(biāo)的滲透率和煤層瓦斯多場(chǎng)耦合模型共同成為煤層內(nèi)瓦斯運(yùn)移規(guī)律研究中最重要也最基礎(chǔ)的關(guān)鍵問題，本文通過自主搭建受載含瓦斯煤體滲流特性實(shí)驗(yàn)裝置，，研究了不同孔隙壓力、不同圍壓、不同有效應(yīng)力和不同溫度條件下煤樣瓦斯?jié)B透特性，在考慮吸附變形量、孔隙氣體壓縮量和溫度膨脹變化量的基礎(chǔ)上，建立了受載含瓦斯煤的孔隙率與有效應(yīng)力之間的關(guān)系方程、滲透率與有效應(yīng)力的關(guān)系方程及瓦斯在受載煤體中的非線性滲流方程。將原有有效應(yīng)力理論與損傷力學(xué)的基本原理相結(jié)合，在考慮應(yīng)力、孔隙壓力和溫度效應(yīng)影響下把受載含瓦斯煤體的變形機(jī)制分為三種，根據(jù)煤體的應(yīng)變量是有效應(yīng)力σe的函數(shù)，建立了含瓦斯煤體的應(yīng)力-應(yīng)變的本構(gòu)關(guān)系，結(jié)合滲透率與有效應(yīng)力的關(guān)系方程，建立了滲透率的動(dòng)態(tài)演化模型。并將受載含瓦斯煤體的應(yīng)力-應(yīng)變過程與動(dòng)壓巷道周圍煤體的應(yīng)力-應(yīng)變過程相結(jié)合，視受載含瓦斯煤體為粘彈塑性軟化介質(zhì)，理論推導(dǎo)了巷道周圍煤體塑性軟化區(qū)和破碎區(qū)半徑的計(jì)算公式，建立了考慮滲透率動(dòng)態(tài)演化的巷道周圍煤體瓦斯?jié)B流方程及流固耦合模型。結(jié)合數(shù)值模擬的研究方法，分析了不同條件下巷道周圍煤體不同區(qū)域應(yīng)力分布及滲透率變化規(guī)律，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際驗(yàn)證，得出現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證、理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果基本相一致。
[Abstract]:Abnormal gas emission and coal and gas outburst accidents are dynamic disasters caused by instability and failure of coal body under multi-field coupling. As an index of the difficulty of gas flow in coal seam, permeability and multi-field coupling model of gas flow in coal seam are the most important and basic key issues in the study of gas migration in coal seam. In this paper, the seepage characteristics of coal samples under different pore pressures, different confining pressures, different effective stresses and different temperatures are studied by building an experimental apparatus for seepage characteristics of loaded gas-bearing coal bodies. The adsorption deformation is considered. On the basis of pore gas compression and temperature expansion change, the relationship equation between porosity and effective stress of loaded gas-bearing coal, the relation equation between permeability and effective stress, and the nonlinear seepage equation of gas in loaded coal body are established. Combining the original effective stress theory with the basic principle of damage mechanics, the deformation mechanism of loaded gas-bearing coal body is divided into three kinds under the influence of stress, pore pressure and temperature effect. According to the function of effective stress 蟽 e, the strain of coal body is the function of effective stress 蟽 e. The constitutive relation of stress-strain of gas-bearing coal is established, and the dynamic evolution model of permeability is established by combining the equation of permeability and effective stress. The stress-strain process of loaded gas-bearing coal is combined with the stress-strain process of coal around dynamic pressure roadway, and the loaded gas-bearing coal is regarded as viscoelastic-plastic softening medium. The formulas for calculating the radius of the ductile softening zone and the broken zone around the roadway are derived theoretically, and the seepage equation and fluid-solid coupling model of the coal body around the roadway considering the dynamic evolution of permeability are established. Combined with the research method of numerical simulation, the stress distribution and permeability change law of coal body around roadway under different conditions are analyzed. Through field verification, the field verification is obtained, and the theoretical analysis is basically consistent with the numerical simulation result.
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)（北京）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TD712

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 翟所業(yè),賀憲國;巷道圍巖塑性區(qū)的德魯克-普拉格準(zhǔn)則解[J];地下空間與工程學(xué)報(bào);2005年02期

2 王學(xué)濱;潘一山;李英杰;;圍壓對(duì)巷道圍巖應(yīng)力分布及松動(dòng)圈的影響[J];地下空間與工程學(xué)報(bào);2006年06期

3 楊彩紅;毛君;李劍光;;改進(jìn)的蠕變模型及其穩(wěn)定性[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版);2008年01期

4 王道成;李閩;譚建為;王明軍;楊志均;;氣體低速非線性滲流研究[J];大慶石油地質(zhì)與開發(fā);2007年06期

5 朱益華;陶果;方偉;王勝奎;;低滲氣藏中氣體滲流Klinkenberg效應(yīng)研究進(jìn)展[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2007年05期

6 王生維，陳鐘惠;煤儲(chǔ)層孔隙、裂隙系統(tǒng)研究進(jìn)展[J];地質(zhì)科技情報(bào);1995年01期

7 董平川,徐小荷,何順利;流固耦合問題及研究進(jìn)展[J];地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào);1999年01期

8 程瑞端,陳海焱,鮮學(xué)福,王國超;溫度對(duì)煤樣滲透系數(shù)影響的實(shí)驗(yàn)研究[J];煤炭工程師;1998年01期

9 許江,鮮學(xué)福,杜云貴,張廣洋;含瓦斯煤的力學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)分析[J];重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1993年05期

10 劉�？h,鮮學(xué)福,徐龍君,李秀清;地球物理場(chǎng)對(duì)煤吸附瓦斯特性的影響[J];重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2000年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 王永巖;軟巖巷道變形與壓力分析控制及預(yù)測(cè)[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2001年

2 劉高;高地應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)性流變圍巖穩(wěn)定性研究[D];成都理工大學(xué);2002年

3 王自明;油藏?zé)崃鞴恬詈夏Ｐ脱芯考皯?yīng)用初探[D];西南石油學(xué)院;2002年

4 王登科;含瓦斯煤巖本構(gòu)模型與失穩(wěn)規(guī)律研究[D];重慶大學(xué);2009年

5 陶云奇;含瓦斯煤THM耦合模型及煤與瓦斯突出模擬研究[D];重慶大學(xué);2009年

6 郝富昌;基于多物理場(chǎng)耦合的瓦斯抽采參數(shù)優(yōu)化研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)(北京);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 馬士進(jìn);軟巖巷道圍巖擴(kuò)容軟化變形分析及模擬計(jì)算[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2002年

2 吳金隨;多孔介質(zhì)里流動(dòng)阻力分析[D];華中科技大學(xué);2007年

3 郭平;基于含瓦斯煤體滲流特性的研究及固—?dú)怦詈夏Ｐ偷臉?gòu)建[D];重慶大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2182529