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)雜的礦井動力災(zāi)害。整個發(fā)生過程涉及吸附解吸動力學(xué)、構(gòu)造動力學(xué)、瓦斯煤巖體兩相耦合的災(zāi)害動力學(xué)、滲流動力學(xué)、地球物理學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域。國內(nèi)外學(xué)者對煤與瓦斯突出過程機(jī)理進(jìn)行了大量的研究，但是仍舊不能滿足對煤與瓦斯突出預(yù)防與控制的要求。近年來，隨著礦井開采深度不斷增加，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因素。因此，在煤與瓦斯突出演化過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程的

2、熱-流-固耦合模型，根據(jù)某高瓦斯礦井實測參數(shù)，運用耦合軟件COMSOL Multiphics與真實破壞過程分析軟件RFPA（Realistic Failure Process Analysis）對煤與瓦斯突出發(fā)生過程進(jìn)行模擬研究，模擬得出整個發(fā)生過程中各參數(shù)的變化規(guī)律及煤巖破裂過程本文主要研究內(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程中煤巖孔隙率、滲透率動態(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)動態(tài)方程;
　　(2)根據(jù)某高瓦斯礦井巖層實測參數(shù)及掘進(jìn)巷道幾何斷面尺寸，運用三維建模軟件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程熱-流-固耦合模型，運用COMSOLMultiphysics結(jié)合MATLAB進(jìn)行數(shù)值模擬，得巷道掘進(jìn)后一段時間內(nèi)圍巖孔隙率、滲透率、瓦斯壓力、瓦斯流動速度等參數(shù)演化圖。
　　

4、(4)煤與瓦斯突出之前有放炮作業(yè)等擾動;將這種擾動以外界動載荷的形式加載于真實破壞過程分析模型中，運用RFPA軟件對煤與瓦斯突出過程進(jìn)行數(shù)值模擬，得出了煤與瓦斯突出發(fā)生過程中煤巖破裂演化過程模擬圖。
　　本文數(shù)值模擬針對于某高瓦斯礦井巖層特征及梯形巷道斷面方式，整個模擬過程系統(tǒng)反應(yīng)了煤與瓦斯突出發(fā)生整個過程，模擬結(jié)果對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)律對煤與瓦斯突出預(yù)防與控制具有一定的理論價值和應(yīng)用價值