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炮采煤巷掘进面煤与瓦斯流固耦合数值模拟研究

李野

  煤炭工业是我国社会经济发展的基础产业和支柱产业,是支撑我国国民经济又好又快发展的基础条件。但是,煤炭开采行业也是我国工业灾害中最严重的行业之一,其中瓦斯事故对井下工作人员及设备的损害程度最大。 研究煤层瓦斯在采动影响下的流动规律是煤矿安全生产的一个关键性问题。考虑瓦斯气体的可压缩性、解吸性,假设瓦斯在煤多孔介质中流动遵循Darcy定律,建立了炮采煤层掘进面煤与瓦斯流固耦合数学模型。应用Comsol多物理场耦合数值模拟软件,模拟了煤层在爆破振动作用下掘进面瓦斯流动规律。仿真结果表明:炮掘由于爆破波扰动作用,监测点位移、应力曲线有明显的波动,而综掘位移、应力曲线较平缓,炮掘位移、应力峰值大于综掘位移、应力最大值,炮掘对煤体的破坏能力大于综掘。爆破掘进对瓦斯涌出规律的影响有限,爆破瞬间爆破荷载对工作面的影响较大,随着时间的增加,综掘和炮掘工艺下煤层应力场和瓦斯流动场变化规律趋于一致。炮掘工艺下爆破应力对煤体应力、位移的作用大于考虑应力耦合对其的作用,综掘工艺应该考虑应力耦合的作用;煤层瓦斯压力随着煤壁暴露时间的增加而发生改变,整个巷道附近的瓦斯压力呈降低的趋势,呈现漏斗状分布;巷道两帮在煤体内部应力的作用下产生方向相反,大小相近的横向位移,位移值约为2mm;巷道正上方煤体产生的竖直方向位移值最大,约为14mm;煤层上表面煤体竖向位移边界图呈现出了以巷道顶端为中心的“O”型分布,其中以“O”型中心处位移值最大,约为14mm。……   
[关键词]:炮采掘进面;瓦斯;动载;煤与瓦斯耦合;Comsol
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:辽宁工程技术大学2011年