本文關(guān)鍵詞：采動煤巖體損傷演化與瓦斯?jié)B流耦合作用分析

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【摘要】：由于鉆孔或煤層開挖擾動影響，周圍煤巖體經(jīng)歷了從原始未擾動狀態(tài)到產(chǎn)生損傷、裂隙擴展直至煤體破碎幾個階段，煤體的結(jié)構(gòu)屬性、力學(xué)行為和滲流特征都發(fā)生了本質(zhì)性變化，煤體不可單純的看做某一特定介質(zhì)，其介質(zhì)屬性與煤巖體損傷大小直接相關(guān)。 本文基于巖體損傷力學(xué)、滲流力學(xué)等相關(guān)理論，針對煤巖體損傷破壞特征，引入了以應(yīng)變?yōu)閮?nèi)變量的損傷變量，推導(dǎo)了相應(yīng)的彈性損傷本構(gòu)方程，并基于有效應(yīng)力原理，推導(dǎo)了氣固耦合作用下?lián)p傷煤巖體變形控制方程。另根據(jù)煤巖體損傷度的大小確定煤體中瓦斯運移的基本形態(tài)，即擴散運動、滲流運動、擴散滲流耦合運動，建立了氣固耦合作用下?lián)p傷煤巖體瓦斯?jié)B流控制方程，定義了與損傷變量相關(guān)的氣固耦合變量。在此理論基礎(chǔ)上，論文推導(dǎo)了可計算煤巖體損傷和瓦斯流動的有限元基本方程，，并利用FORTRAN語言完成了相應(yīng)的損傷煤巖體氣固耦合作用分析有限元程序開發(fā)。本文利用此程序?qū)θ齻�工程算例進(jìn)行了數(shù)值計算，主要內(nèi)容及結(jié)論如下： （1）對鉆孔瓦斯抽放過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。計算結(jié)果表明：隨著瓦斯抽采時間的增加，煤層滲透率逐漸增大，瓦斯逐步向鉆孔流出，瓦斯抽采有效半徑逐漸增加。 （2）利用開發(fā)的有限元程序，對單一煤層開采過程進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：隨工作面從20m推進(jìn)到100m，工作面前方煤體損傷范圍也由4.3m增加到33.5m，損傷區(qū)內(nèi)滲透率最大可增加2-3個量級；隨工作面的推進(jìn)，瓦斯流動影響范圍逐漸增大，工作面前方的瓦斯壓力及其梯度逐漸減小。 （3）利用開發(fā)的有限元程序，計算分析了烏蘭煤礦雙保護(hù)層條件下被保護(hù)層損傷場及滲流場的分布及演化規(guī)律。計算結(jié)果表明：保護(hù)層開采后，采空區(qū)下部巖層出現(xiàn)膨脹裂隙，頂板巖層、被保護(hù)層出現(xiàn)張拉裂隙，產(chǎn)生較大損傷，煤巖體滲透率顯著增大，被保護(hù)層瓦斯卸壓效果明顯，瓦斯逐步由煤層流進(jìn)巖層，有利于巖層內(nèi)對瓦斯進(jìn)行抽采。 總的計算結(jié)果表明，本文建立的損傷分區(qū)氣固耦合理論與實際工程更加相符。
【關(guān)鍵詞】：損傷 氣固耦合 滲透率 有限元
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TD712
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 變量注釋表15-16
• 1 緒論16-26
• 1.1 研究背景及意義16-17
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-24
• 1.3 研究內(nèi)容與方法24-25
• 1.4 研究的技術(shù)路線25-26
• 2 含瓦斯損傷煤巖體變形與瓦斯流動氣固耦合控制方程26-42
• 2.1 引言26
• 2.2 含瓦斯損傷煤巖體變形場控制方程26-30
• 2.3 含瓦斯損傷煤巖體瓦斯運移規(guī)律30-35
• 2.4 氣固耦合模型的數(shù)值解法35-39
• 2.5 氣固耦合作用下?lián)p傷煤巖體滲流規(guī)律分析有限元程序的開發(fā)39
• 2.6 本章小結(jié)39-42
• 3 單一煤層采動過程中損傷演化特征及瓦斯流動規(guī)律分析42-53
• 3.1 引言42
• 3.2 模型的建立42-45
• 3.3 計算結(jié)果及分析45-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 4 鉆孔抽采瓦斯氣固耦合分析53-62
• 4.1 引言53
• 4.2 計算模型及參數(shù)53-55
• 4.3 計算結(jié)果及分析55-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 5 保護(hù)層開采過程中瓦斯流動規(guī)律分析62-73
• 5.1 引言62
• 5.2 模型概況62-64
• 5.3 計算結(jié)果及分析64-72
• 5.4 本章小結(jié)72-73
• 6 結(jié)論與展望73-75
• 6.1 結(jié)論73-74
• 6.2 展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-81
• 作者簡歷81-83
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：775957