冲击载荷下含瓦斯煤动力学破坏特征与瓦斯渗流规律分析

为探究不同冲击载荷和瓦斯压力作用下的含瓦斯煤动力学特征、裂隙扩展及瓦斯渗流变化规律,采用含瓦斯煤岩冲击损伤-渗流试验系统开展含瓦斯煤冲击试验以及原位渗流测试,并结合工业CT扫描系统进行试样裂隙结构的三维重构,分析含瓦斯煤内部裂隙扩展特征及其对瓦斯渗流的影响规律。研究结果表明,冲击载荷和瓦斯压力对含瓦斯煤的动力学性质、变形过程、裂隙扩展和渗流规律均具有重要影响,具体表现在:①受围压和轴压的影响,冲击载荷耦合瓦斯压力条件下的含瓦斯煤应力-应变曲线无明显压密阶段;含瓦斯煤的变形过程主要经历了弹性变形阶段、应变强化阶段及破坏阶段。②冲击载荷的增加对含瓦斯煤动力学参数具有强化作用,气体压力的升高则劣化了含瓦斯煤动力学参数;冲击载荷越大,瓦斯压力越高,含瓦斯煤的裂隙扩展愈充分,所形成的裂隙结构愈复杂。③含瓦斯煤的渗流规律受控于裂隙扩展,冲击载荷耦合瓦斯压力作用下,含瓦斯煤中存在孔隙流动、孔隙流动-裂隙流动并存及裂隙流动等3种气体流动形式;含瓦斯煤冲击破坏后,随着气体压力增加以及气楔作用的增强,瓦斯流动形式可由孔隙流动依次转变为孔隙流动-裂隙流动并存和裂隙流动;裂隙扩展和流动形式共同影响含瓦斯煤渗流规律,含瓦斯煤渗透率随瓦斯压力的增大总体上符合先增大后减小的变化趋势。

综放采空区瓦斯渗流规律数值模拟研究

根据综放采空区破碎岩体的垮落特征,将其分为自然堆积区、载荷影响区和压实稳定区等3个区域,分析计算了各区的空隙率。在此基础上,结合采空区瓦斯渗流的控制方程,利用CFD软件建立了采空区瓦斯渗流三维非均质数值模型,得到了漏风条件下有无瓦斯抽放措施的采空区瓦斯涌出规律,对防治综放工作面瓦斯超限具有一定的理论价值及实践指导意义。

瓦斯抽采有效半径影响因素的数值模拟

采用Fluent数值模拟软件对钻孔周围煤体瓦斯渗流规律进行了模拟,包括煤层渗透率、煤层瓦斯压力、钻孔直径、抽采负压及抽采时间对抽采半径的影响。得出结论:煤层渗透率是决定抽采半径及钻孔抽采能力的决定性因素,其次是抽采时间与钻孔直径;抽采负压与煤层原始瓦斯压力为次要因素,对抽采半径及抽采量影响很小。因此,减少钻孔施工量、提高抽采量的最有效方法就是提高煤层渗透率,如采用水力割缝、水力压裂、深孔松动爆破等措施,以及增大钻孔直径等。