本文關(guān)鍵詞：采動應(yīng)力擾動下滲透性分區(qū)特征及對瓦斯流動的影響　出處：《中國礦業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：本文通過實驗室含瓦斯煤的加卸載滲透性實驗,結(jié)合滲透性隨軟化模量演化方程和基于PM模型的雙重孔隙介質(zhì)滲透性演化方程建立采動應(yīng)力擾動下的滲透性演化方程,同時建立了采動應(yīng)力擾動下含瓦斯煤的氣固耦合模型。利用COMSOL Multiphysics軟件模擬了采掘面前方煤體的滲透性和瓦斯壓力分布規(guī)律及煤層低滲帶瓦斯富集作用。分析煤樣加、卸載實驗可知:加載初期煤樣滲透率急劇減小,隨后趨于恒定;卸載初期煤樣滲透率緩慢增加,隨后迅速增大,卸載使煤樣產(chǎn)生了新的裂隙;隨著圍壓卸荷量的增大,滲透率變化經(jīng)歷了緩慢增加、較快增加和迅速增加三個階段;卸載過程的滲透率變化不是加載的逆過程,卸載初期滲透率低于加載,隨后迅速增大并超過加載過程的滲透率。采掘擾動后煤體滲透性大小相對于原始煤層滲透性具有顯著的分區(qū)特性。在距離煤壁1.5m范圍內(nèi)煤層受擾動應(yīng)力影響煤體屈服破壞,煤體內(nèi)部裂隙充分連通和擴展,為高滲透性區(qū)域,其具有的高滲透性降低了瓦斯壓力和瓦斯壓力梯度構(gòu)成了防止煤體瓦斯突出的安全帶;在距離煤壁1.5m到2.75m范圍煤體處于應(yīng)力集中峰值點前方而且煤體發(fā)生塑性屈服,為滲透性增加區(qū);在距2.75m到20m范圍內(nèi)煤體為彈性煤體,為滲透性減小區(qū),其具有的低滲透率增加了前方煤體瓦斯壓力和瓦斯壓力梯度,為誘發(fā)突出積攢了能量。根據(jù)基于啟動壓力梯度的煤層瓦斯一維流動模型數(shù)值模擬結(jié)果,低滲帶滲透性大小及區(qū)域大小是影響瓦斯異常富集的重要因素。在低滲帶滲透性為正常煤層的0.1、0.01倍時,在順煤層瓦斯自然流出后低滲帶內(nèi)外瓦斯壓力會有極其顯著差別。低滲帶的存在阻礙了低滲帶包圍煤層中瓦斯的流出,初期無低滲帶和低滲條件煤層瓦斯含量隨時間的變化曲線是一致的,而隨著時間的變化,低滲帶外部煤層瓦斯流出后,低滲帶煤層和低滲帶包圍煤層的瓦斯進一步向外部補充,但是低滲條件和啟動壓力梯度阻礙了這種補充,使整個煤層的瓦斯含量高于無低滲條件的瓦斯含量。低滲帶降低了突出發(fā)動耗能和增加了突出潛能,從而增加煤與瓦斯突出的危險。
【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】：2016
【分類號】：TD712

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本文編號：1328089