煤體非均質(zhì)隨機裂隙模型及滲流—應力耦合分析.pdf

1、煤層瓦斯抽采利用既可以解決煤層瓦斯排放污染環(huán)境和能源浪費問題,又能大幅度地降低煤層瓦斯含量,消除瓦斯突出和瓦斯爆炸的危險。煤的非均質(zhì)及其內(nèi)的隨機裂隙存在影響著煤的力學和滲流特性,甚至起到控制作用。為了用數(shù)值方法分析煤層中瓦斯流動問題時,必須考慮煤儲層基質(zhì)塊體的非均質(zhì)力學特性及其內(nèi)的隨機裂隙展布,只有這樣得到的計算結果才具有工程價值?？梢?科學地模擬煤儲層的力學特性非均質(zhì)及其內(nèi)的隨機裂隙展布是數(shù)值方法應用于煤層瓦斯抽采工程理論研究與工程設

2、計的關鍵。本文綜合應用實驗室試驗、理論分析、數(shù)值模擬等方法對非均質(zhì)隨機裂隙煤巖體滲流問題進行研究,論文主要研究成果:
　　(1)對煤的峰后軟化特征和擴容行為進行了探討,在已有研究基礎上建立了考慮圍壓影響的煤峰后軟化模型和擴容模型,并通過數(shù)值算例驗證,結果表明此模型能反映圍壓對煤巖剪脹擴容行為。
　　(2)通過實驗研究瓦斯在煤層內(nèi)的滲流特征,得出對于“滑脫”效應不明顯的煤在計算滲透率時優(yōu)先采用Louis公式,由此建立了煤的變形

3、和瓦斯流動的耦合模型,通過瓦斯抽采實例證明,瓦斯壓力分布關于井心對稱。
　　(3)通過試驗研究煤塊力學參數(shù)的統(tǒng)計分布規(guī)律,利用Weibull分布模擬煤的力學參數(shù)的非均質(zhì),建立考慮煤的非均質(zhì)力學特性的概率模型,進而建立非均質(zhì)煤的滲流應力耦合模型,通過瓦斯抽采實例證明,結果表明瓦斯壓力,煤的有效應力和煤變形都呈現(xiàn)非對稱性。
　　(4)研究煤層內(nèi)隨機裂隙的模擬方法,建立隨機裂隙煤的概率表征模型,進而建立隨機裂隙煤的滲流應力耦合模型