动力灾害多场耦合数值模拟分析

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论文以统一失稳理论为理论基础,结合含瓦斯煤岩体的耦合数学模型,利用COMSOL软件对其建模并进行数值求解,通过设定一定的物理参数和边界条件构建物理模型并进行多物理场耦合研究。采取多物理场耦合分析结果与已有理论研究成果相对比结合的研究方法研究了分别在耦合与非耦合条件下,温度场、应力场、瓦斯压力场对煤矿灾害的影响规律;在不同地应力、不同瓦斯压力和不同温度条件下,分析应力场、瓦斯压力场与温度场对煤矿灾害发生的控制作用,为进一步提出煤矿动力灾害预防措施奠定理论基础。  通过模拟分析利用COMSOL软件分别对其在弱耦合和强耦合状况下进行求解,并进行对比分析,得出进行数值模拟时强耦合情况下的模拟结果与实际情况更相近;在煤壁刚暴露的瞬间,工作面附近瓦斯浓度会急剧的增大,不过其会随着时间逐渐变小,当受到外界压力干扰时最容易失稳,从而导致动力灾害的发生,因此在掘进巷道时必须加强通风管理,避免瓦斯爆炸等事故的发生;煤岩体中,工作面附近瓦斯压力减小的速度非常快,说明在暴露煤壁前,最危险的时间是在工作面爆破或割煤的瞬间,这是因为此时瓦斯压力最大,所以煤与瓦斯突出最容易在此时发生,这同样是其最容易在石门揭煤和煤巷震动放炮时发生的非常重要的原因;而随着温度的升高瓦斯内能也会相应的增加,但是温度的增加没有导致瓦斯黏度系数发生明显改变,所以在其它条件不变的情况下,渗流速度并不会有非常明显的变化;通过对论文中数值模拟的四种方案的相互对比分析得出在几何模型中工作面面上端2.7m处,约2s时最易发生煤与瓦斯突出灾害,同样在工作面上端2.7m处,约2s时也最易发生冲击地压。因此,煤与瓦斯突出与冲击地压具有一定的统一性及相似性。
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