煤岩体采动裂隙场演化及瓦斯渗流规律研究

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采动条件下煤岩的物理性质、力学响应和瓦斯运移规律是认识瓦斯动力灾害机理、提高矿井瓦斯抽采效率和预测预防煤矿瓦斯动力灾害的基础。论文基于煤岩体的宏细观实验研究,提出了一种新的裂隙演化表征,并用此表征对采动条件下煤岩体裂隙演化及瓦斯渗流规律进行系统研究。  论文通过煤岩微观、宏观裂隙演化实验研究,直观得到煤岩体在外载作用下裂隙演化规律;在煤岩体裂隙演化特征研究基础上,提出了表征煤岩体内裂隙、孔洞在受力过程中演化程度的物理量—裂隙集度,通过能量平衡方程推导了裂隙集度演化方程;开发了考虑裂隙演化过程的煤岩采动过程中应力分析程序,并对典型工况进行了数值模拟。  通过不同加载条件下煤岩体渗流实验研究,得到了煤岩渗透系数随轴压、围压变化的规律;结合煤岩全应力应变曲线,对煤岩试样在不同变形阶段的渗透规律进行了理论分析,并根据裂隙演化方程推导得到裂隙集度与渗透系数之间的理论公式,建立了裂隙煤岩体流固耦合方程。  对煤岩体的流固耦合方程中的变量、控制方程、定解条件进行有限元离散,编写均匀场及非均匀场瓦斯渗流与裂隙场演化用户子程序,通过数值模拟,研究了采动裂隙场瓦斯渗流过程中的应力、位移、裂隙集度分布规律。  进行现场采动过程中煤层透气性、钻孔测压及瓦斯抽放实验,研究煤层采动过程中透气性规律、工作面支承压力分布规律,结合理论、实验和数值模拟及现场测试结果,进一步凝炼了考虑现场复杂因素的采动裂隙场演化及瓦斯渗流特征,为煤矿安全高效开采提供理论和实践指导。
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