掘進(jìn)巷道煤與瓦斯突出數(shù)值模擬研究.pdf

1、煤與瓦斯突出是一種極為復(fù)雜的礦井動(dòng)力災(zāi)害。整個(gè)發(fā)生過(guò)程涉及吸附解吸動(dòng)力學(xué)、構(gòu)造動(dòng)力學(xué)、瓦斯煤巖體兩相耦合的災(zāi)害動(dòng)力學(xué)、滲流動(dòng)力學(xué)、地球物理學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)煤與瓦斯突出過(guò)程機(jī)理進(jìn)行了大量的研究，但是仍舊不能滿足對(duì)煤與瓦斯突出預(yù)防與控制的要求。近年來(lái)，隨著礦井開(kāi)采深度不斷增加，礦井溫度隨之提高，溫度已成為煤與瓦斯突出機(jī)理研究中不可忽視的一個(gè)因素。因此，在煤與瓦斯突出演化過(guò)程模擬研究中需要考慮溫度。本文建立了煤與瓦斯突出孕育過(guò)程的

2、熱-流-固耦合模型，根據(jù)某高瓦斯礦井實(shí)測(cè)參數(shù)，運(yùn)用耦合軟件COMSOL Multiphics與真實(shí)破壞過(guò)程分析軟件RFPA（Realistic Failure Process Analysis）對(duì)煤與瓦斯突出發(fā)生過(guò)程進(jìn)行模擬研究，模擬得出整個(gè)發(fā)生過(guò)程中各參數(shù)的變化規(guī)律及煤巖破裂過(guò)程本文主要研究?jī)?nèi)容:
　　(1)系統(tǒng)分析了煤與瓦斯突出機(jī)理及影響因素;提出煤與瓦斯突出孕育過(guò)程中煤巖孔隙率、滲透率動(dòng)態(tài)方程及熱-流-固耦合模型基本數(shù)學(xué)假設(shè)

3、，建立相應(yīng)動(dòng)態(tài)方程;
　　(2)根據(jù)某高瓦斯礦井巖層實(shí)測(cè)參數(shù)及掘進(jìn)巷道幾何斷面尺寸，運(yùn)用三維建模軟件Solidworks建立相應(yīng)的幾何模型，與數(shù)值模擬軟件COMSOL Multiphysics同步鏈接。
　　(3)建立高瓦斯礦井煤與瓦斯突出孕育過(guò)程熱-流-固耦合模型，運(yùn)用COMSOLMultiphysics結(jié)合MATLAB進(jìn)行數(shù)值模擬，得巷道掘進(jìn)后一段時(shí)間內(nèi)圍巖孔隙率、滲透率、瓦斯壓力、瓦斯流動(dòng)速度等參數(shù)演化圖。
　　

4、(4)煤與瓦斯突出之前有放炮作業(yè)等擾動(dòng);將這種擾動(dòng)以外界動(dòng)載荷的形式加載于真實(shí)破壞過(guò)程分析模型中，運(yùn)用RFPA軟件對(duì)煤與瓦斯突出過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，得出了煤與瓦斯突出發(fā)生過(guò)程中煤巖破裂演化過(guò)程模擬圖。
　　本文數(shù)值模擬針對(duì)于某高瓦斯礦井巖層特征及梯形巷道斷面方式，整個(gè)模擬過(guò)程系統(tǒng)反應(yīng)了煤與瓦斯突出發(fā)生整個(gè)過(guò)程，模擬結(jié)果對(duì)煤與瓦斯突出防治理論研究有一定指導(dǎo)意義;分析得出各參數(shù)演化規(guī)律對(duì)煤與瓦斯突出預(yù)防與控制具有一定的理論價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值