本文選題：破碎煤巖體 + 流固耦合��； 參考：《西安科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：隨著煤炭開采深度的增加,越來越多的礦井面臨突水或煤與瓦斯突出等動力災(zāi)害的威脅,此類動力災(zāi)害的發(fā)生常與水、瓦斯在破碎煤巖體中的滲流密切相關(guān)。因此,對于破碎煤巖體流固耦合滲流規(guī)律的研究成為突水或煤與瓦斯突出災(zāi)害防治的基礎(chǔ)課題。本文采用室內(nèi)試驗、理論分析及數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究了破碎煤巖體流固耦合滲流規(guī)律,取得如下研究成果:(1)開展了分級加載下破碎煤巖體的滲流試驗,給出了各級軸向荷載下孔隙率隨時間的變化規(guī)律;定義了描述滲流速度變化程度的參數(shù)Dv,且給出了該參數(shù)與有效應(yīng)力的關(guān)系式;得到了不同粒徑破碎煤巖體試樣的滲透特性參量及蠕變參數(shù)變化規(guī)律。(2)利用自主研發(fā)的破碎巖石三軸滲流試驗系統(tǒng),測試了三軸應(yīng)力下破碎煤巖體滲透特性,結(jié)果表明三軸應(yīng)力下破碎煤巖體的滲流規(guī)律符合Forchheimer關(guān)系;推導(dǎo)了滲流速度與有效應(yīng)力之間的關(guān)系;得到了破碎煤巖體圍壓與滲透率的變化規(guī)律,且可用指數(shù)型公式k= aebσ3描述;分析了三軸應(yīng)力下破碎煤巖體孔隙率對滲透特性的具體影響。(3)基于試驗結(jié)果與理論分析,建立了破碎煤巖體流固耦合滲流動力學(xué)模型,利用解耦方法對模型進(jìn)行簡化,得到破碎煤巖體滲流系統(tǒng)的總平衡態(tài),結(jié)合試驗現(xiàn)象及結(jié)果,給出了破碎煤巖體發(fā)生滲流失穩(wěn)的條件,得到了破碎煤巖體滲流失穩(wěn)的臨界壓力梯度值,可為礦井突水或煤與瓦斯突出等動力災(zāi)害的預(yù)防提供參考。(4)采用數(shù)值模擬方法,對破碎煤巖體流固耦合滲流動力學(xué)模型進(jìn)行求解,數(shù)值模擬計算結(jié)果中的孔隙壓力、孔隙率、滲透率及非Darcy流β因子等參量的變化規(guī)律與試驗得到的變化規(guī)律基本吻合,文中建立的流固耦合滲流動力學(xué)模型可用于描述破碎煤巖體的滲流行為。
[Abstract]:With the increase of coal mining depth, more and more mines are faced with the threat of water inrush or coal and gas outburst. The occurrence of such dynamic disasters is often closely related to the seepage of water and gas in broken coal and rock mass.Therefore, the study of fluid-solid coupling seepage law of broken coal and rock mass becomes the basic subject of water inrush or prevention of coal and gas outburst disaster.In this paper, laboratory tests, theoretical analysis and numerical simulation are used to study the fluid-solid coupling seepage law of broken coal and rock mass. The following research results are obtained: 1) the seepage test of broken coal and rock mass under graded loading is carried out.The variation of porosity with time under various axial loads is given, the parameter of the variation degree of seepage velocity is defined, and the relationship between the parameter and the effective stress is given.The permeability characteristic parameters and creep parameters of broken coal and rock mass samples with different particle sizes are obtained. The permeability characteristics of broken coal and rock mass under triaxial stress are tested by using the self-developed triaxial seepage test system.The results show that the percolation law of broken coal and rock mass under triaxial stress accords with Forchheimer relation, deduces the relationship between seepage velocity and effective stress, obtains the variation law of confining pressure and permeability of broken coal and rock mass, and can be described by exponential formula k = aeb 蟽 3.Based on the experimental results and theoretical analysis, a hydrodynamic model of fluid-solid coupling seepage of broken coal and rock mass is established, and the model is simplified by decoupling method.The total equilibrium state of the seepage system of broken coal and rock mass is obtained. Combined with the experimental phenomena and results, the condition of seepage instability of broken coal and rock mass is given, and the critical pressure gradient of seepage instability of broken coal and rock mass is obtained.It can provide a reference for the prevention of mine water inrush or coal and gas outburst. The numerical simulation method is used to solve the hydrodynamic model of fluid-solid coupling seepage of broken coal and rock mass. The pore pressure and porosity in the numerical simulation results are obtained.The variation of permeability and 尾 factor of non- flow is basically consistent with the experimental results. The fluid-solid coupled seepage dynamic model can be used to describe the seepage behavior of broken coal and rock mass.
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD315

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1752784