液氮对煤裂隙扩展的热固流耦合模拟

为探究液氮低温致裂层理煤体裂纹扩展及劣化失稳机制,基于细观基元理论和损伤力学理论建立热–流–固-损伤耦合模型,建立三场耦合模型环境并以此进行计算。基于Monte-Carlo法构建自然裂隙模型和水力压裂裂隙模型,旨在中西部深部煤层低渗透、低孔隙率特点选取陕西神木矿烟煤为模拟裂隙及煤体材料,研究各裂隙在液氮冲击下的变化情况。Darcy’sLaw(dl)物理场的计算结果表明液氮注入过程中前期反应迅速,在短时间内能够达到较高流速。但在后续变化中长时间的反应不明显并逐渐趋于平衡。HeatTransferinPorousMedia(ht)多孔介质传热物理场计算结果表明液氮的低温特性在两种煤裂隙中的传到效果存在不同。分布呈现出环绕液氮注入槽的温度递增分布带。SolidMechanics(solid)固体力学物理场计算结果表明在相同注入压力的条件下,自然裂隙所受液氮作用应力明显高于水力压裂裂隙并且在自然裂隙与注入槽交界处达到峰值。水力压裂裂隙对液氮致裂抵抗性相对自然裂隙强,不容易发生过大破裂发育。