本文關(guān)鍵詞： 采空區(qū) 覆巖冒落 孔隙率 巖體力學(xué) CDEM軟件　出處：《河南理工大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：采空區(qū)是由遺煤與破碎巖石堆積形成的多孔介質(zhì)區(qū)域,其內(nèi)部氣體流場分布主要受采空區(qū)孔隙率及滲透率的影響,而孔隙率與滲透率是由采空區(qū)覆巖冒落下沉規(guī)律決定的。因此,分析采空區(qū)覆巖隨開采變化的冒落規(guī)律及三維空間孔隙率分布規(guī)律,對研究采空區(qū)流場分布規(guī)律有重要指導(dǎo)意義。本文以王莊煤礦井田地質(zhì)概況為研究背景,結(jié)合巖體質(zhì)量評價(jià)方法,得到各巖層的節(jié)理間距及巖體力學(xué)參數(shù)。采用CDEM軟件對8101工作面進(jìn)行數(shù)值模擬,確定了采空區(qū)“豎三帶”的分布范圍:采空區(qū)冒落帶范圍為0~23m,裂隙帶范圍為25~60m,并與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算和現(xiàn)場高位鉆孔考察結(jié)果進(jìn)行對比,結(jié)果表明模擬得到的覆巖“豎三帶”范圍與工程實(shí)際接近,驗(yàn)證了節(jié)理間距和巖體力學(xué)參數(shù)確定的合理性。通過建立采空區(qū)三維物理模型,模擬三維空間條件下采空區(qū)覆巖冒落過程,在模型中沿工作面走向、傾向分別取剖面進(jìn)行分析:當(dāng)工作面推進(jìn)500m時(shí),各巖層下沉量均已基本穩(wěn)定,巖層下沉量達(dá)到最大,隨著距工作面和煤壁距離的增加,巖層下沉量越大;靠近工作面及煤壁附近,由于受煤壁支撐的影響,下沉量明顯減小;沿采空區(qū)豎直方向,巖層從下往上下沉量逐漸減小。結(jié)合得到的采空區(qū)各巖層下沉量,計(jì)算得到采空區(qū)孔隙率的表達(dá)式,并利用MATLAB軟件擬合得出采空區(qū)三維空間孔隙率分布圖,結(jié)果表明:沿采空區(qū)走向方向,孔隙率隨距工作面距離的增大逐漸變小,最大可達(dá)到0.3,當(dāng)距工作面距離大于100m時(shí),孔隙率基本不再變化;沿采空區(qū)豎直方向,孔隙率從下往上逐漸減小,但在遠(yuǎn)離工作面及煤壁處,冒落帶范圍孔隙率小于裂隙帶孔隙率。將三維空間孔隙率分布導(dǎo)入Fluent軟件中,模擬工作面及采空區(qū)流場分布規(guī)律,得到的上隅角瓦斯?jié)舛群凸ぷ髅鎯啥藟翰钆c實(shí)測結(jié)果接近,驗(yàn)證了數(shù)值模擬得到的三維空間孔隙率分布的合理性,為進(jìn)一步研究采空區(qū)流場分布研究提供了理論依據(jù)。
[Abstract]:Goaf is a porous media area formed by the accumulation of residual coal and broken rock. The distribution of gas flow field in goaf is mainly affected by porosity and permeability of goaf. The porosity and permeability are determined by the caving and sinking law of overburden rock in goaf. Therefore, the caving law of overburden rock in goaf with mining variation and the distribution law of porosity in three dimensional space are analyzed. It is of great significance to study the distribution of flow field in goaf. This paper takes the geological survey of Wangzhuang coal mine as the research background and combines with the evaluation method of rock mass quality. The joint spacing and mechanical parameters of rock mass are obtained, and the numerical simulation of 8101 working face is carried out by using CDEM software. The distribution range of "vertical three zones" in goaf is determined: the range of falling zone of goaf is 0 ~ 23m, the range of fracture zone is 2560 m, and the result is compared with the result of empirical formula calculation and field high hole drilling. The results show that the range of vertical three zones obtained by simulation is close to that of engineering practice, which verifies the rationality of the determination of joint spacing and mechanical parameters of rock mass. The three-dimensional physical model of goaf is established. Under the condition of three dimensional space, the overlying rock caving process in goaf is simulated, in the model, along the face direction, the tendency is to take the section separately to carry on the analysis: when the face advances 500m, the rock stratum subsidence quantity has basically stabilized. The amount of rock subsidence reaches the maximum, with the increase of the distance from the face and the coal wall, the more the rock subsidence; Near the face and the coal wall, due to the influence of the coal wall support, the subsidence is obviously reduced; Along the vertical direction of goaf, the subsidence amount of rock layer gradually decreases from the bottom to the top. The expression of porosity of goaf is calculated by combining the subsidence amount of each stratum in goaf. MATLAB software is used to fit the three-dimensional spatial porosity distribution map of goaf. The results show that along the direction of goaf, porosity becomes smaller with the increase of distance from face to face, and the maximum can reach 0.3. When the distance from the working face is more than 100m, the porosity will not change basically. Along the vertical direction of the goaf, the porosity decreases gradually from the bottom to the top, but far away from the face and the coal wall. The porosity of caving zone is smaller than that of fracture zone. The distribution of porosity in 3D space is introduced into Fluent software to simulate the distribution of flow field in face and goaf. The gas concentration in the upper corner and the pressure difference between the two ends of the working face are close to the measured results, which verifies the rationality of the three-dimensional space porosity distribution obtained by the numerical simulation. It provides a theoretical basis for further study on the flow field distribution in goaf.
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD325.3

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本文編號：1464069