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水-瓦斯耦合作用下煤岩抗压特性劣化试验研究 被引量:1
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作者 吕科 江宁 +3 位作者 尹大伟 孟书宇 高志友 吕涛 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第2期477-495,共19页
闭坑高瓦斯矿井中煤岩体在水和瓦斯的劣化作用下力学特性劣化,这将直接影响其稳定性和安全性。为研究水-瓦斯耦合作用下煤岩抗压特性,基于水-岩-气耦合试验系统,开展了浸泡环境下的全水浸(EW)、半水浸半气浸(WG)及全气浸(EG)煤样和干燥(... 闭坑高瓦斯矿井中煤岩体在水和瓦斯的劣化作用下力学特性劣化,这将直接影响其稳定性和安全性。为研究水-瓦斯耦合作用下煤岩抗压特性,基于水-岩-气耦合试验系统,开展了浸泡环境下的全水浸(EW)、半水浸半气浸(WG)及全气浸(EG)煤样和干燥(CZ)煤样的单轴压缩试验,分析了煤样抗压强度及变形破坏特征,并从煤样浸泡前后的组分、宏观结构及破裂断口细观特征的角度,揭示了水-瓦斯耦合作用下煤岩的宏观、细观劣化机制。结果表明,在三种浸泡条件下,煤样抗压强度较干燥煤样均降低,EG组、WG组和EW组煤样抗压强度分别降低了18.92%、38.31%和53.45%,三种浸泡条件下煤样破坏模式由干燥煤样的剪切破坏转变为剪切-拉伸混合式破坏,破坏程度也随之增大,煤样由脆性破坏转变为塑性破坏,导致浸泡后煤样局部化带范围和错动程度增大;煤样在三种浸泡环境中劣化效果主要表现为:1)水和瓦斯的侵入导致煤样内部黏土矿物分解和析出,与CZ组相比,EG组、WG组和EW组煤样平均黏土矿物含量分别降低了3.8%、28.85%和45.94%,煤样孔隙结构发生改变;2)各组煤样浸泡后表面出现劣化效应,EG组表面孔隙发育程度劣于EW组,且EW组煤样表面出现剥落现象,WG组煤样水浸部分孔隙发育程度要胜于气浸部分;3)水和瓦斯的劣化作用使煤样内部孔隙结构发生改变,EW组、WG组和EG组煤样破裂断口平均孔隙率较CZ组分别增加了706.84%、362.95%、147.47%。在三种浸泡环境下煤样初始承载结构被破坏,降低了煤样破坏前储存能量的能力,破坏后煤样内部的剩余弹性能降低,耗散能增加,声发射累计振铃计数降低。上述研究对于认识闭坑高瓦斯矿井中煤岩体的稳定性具有一定的参考意义。 展开更多
关键词 水-瓦斯耦合 废弃矿井 抗压特性 劣化特性
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集于AutoCAD的采空区风火瓦斯耦合软件开发研究 被引量:2
2
作者 高科 刘剑 +1 位作者 邓立军 刘玉姣 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期97-103,共7页
为便于矿山管理人员操作使用,清晰了解采空区内空气流动的状态及各气体组分的浓度分布,防火防瓦斯耦合措施效果,同时考虑到基于绘图功能强大的Auto CAD及CFD技术开发了适合采空区的风火瓦斯耦合模拟软件,提供了采空区绘制、通风、注氮... 为便于矿山管理人员操作使用,清晰了解采空区内空气流动的状态及各气体组分的浓度分布,防火防瓦斯耦合措施效果,同时考虑到基于绘图功能强大的Auto CAD及CFD技术开发了适合采空区的风火瓦斯耦合模拟软件,提供了采空区绘制、通风、注氮、闭墙、瓦斯钻孔、漏风源汇等图元,可对采空区流场进行数值模拟分析,优化通风参数,降低采空区自然发火的可能,并能优化矿山防瓦斯防灭火方案,对矿山的安全管理采空区具有指导意义。 展开更多
关键词 采空区 风火瓦斯耦合软件
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煤与瓦斯耦合实验装置的设计
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作者 李伟 鹿存荣 +1 位作者 杨胜强 宋万新 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2012年第3期74-76,88,共4页
含瓦斯的风流对煤炭自燃的影响实验对于煤与瓦斯耦合研究具有重要的意义。分析了煤与瓦斯耦合实验的设计思路及方法,通过理论论证了该装置的可行性,根据设计制造出的实验装置进行实验验证,结果证实成功改进了煤炭标志性气体测试装置,而... 含瓦斯的风流对煤炭自燃的影响实验对于煤与瓦斯耦合研究具有重要的意义。分析了煤与瓦斯耦合实验的设计思路及方法,通过理论论证了该装置的可行性,根据设计制造出的实验装置进行实验验证,结果证实成功改进了煤炭标志性气体测试装置,而且该装置具有占地面积小、操作简单、安全可靠等优点,可以满足煤与瓦斯耦合实验研究的要求。 展开更多
关键词 煤与瓦斯耦合 实验装置 气体测试 煤炭自燃
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采空区瓦斯涌出与自燃耦合基础研究 被引量:73
4
作者 李宗翔 吴强 肖亚宁 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期38-42,共5页
基于漏风渗流方程、多组分气体混溶-扩散方程和综合传热方程,建立采空区瓦斯和自燃耦合数学模型.通过现场实测获得基础数据,用G3程序(有限元数值方法)求解了在煤耗氧和瓦斯涌出共同环境下采空区瓦斯-氧浓度及温度的分布.结果表明,在单... 基于漏风渗流方程、多组分气体混溶-扩散方程和综合传热方程,建立采空区瓦斯和自燃耦合数学模型.通过现场实测获得基础数据,用G3程序(有限元数值方法)求解了在煤耗氧和瓦斯涌出共同环境下采空区瓦斯-氧浓度及温度的分布.结果表明,在单纯瓦斯涌出(无消耗氧)条件下,采空区氧被瓦斯稀释现象比较显著;采空区内高强度的瓦斯涌出能够使自燃氧化区域进一步缩小,削弱了煤的自燃氧化进程;自燃产生的热风压也能加剧工作面向采空区的漏风及对采空区内瓦斯的排放.耦合影响随工作面向采空区的漏风量的提高而相对降低. 展开更多
关键词 采空区 多组分气体 温度场 瓦斯涌出与自燃耦合 有限元
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易自燃煤层采空区瓦斯与氧气耦合致灾效应分析 被引量:6
5
作者 马金魁 苏学友 赵亮宏 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2020年第8期216-219,共4页
针对"U"型通风易自然煤层开采条件下,采空区漏风使氧气与瓦斯混合具有爆炸危险性的问题,通过在采空区埋入甲烷及温度传感器进行观测,利用Fluent方法对采空区瓦斯分布规律进行模拟计算,分析瓦斯在自然发火危险区域中燃烧的可能... 针对"U"型通风易自然煤层开采条件下,采空区漏风使氧气与瓦斯混合具有爆炸危险性的问题,通过在采空区埋入甲烷及温度传感器进行观测,利用Fluent方法对采空区瓦斯分布规律进行模拟计算,分析瓦斯在自然发火危险区域中燃烧的可能性,对采空区内瓦斯与氧气相互达到爆炸危险的耦合区域进行危险判定分析,为现场瓦斯治理提供依据。 展开更多
关键词 易燃煤层 采空区 瓦斯耦合 爆炸危险 自然发火区
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高瓦斯矿井采空区瓦斯与煤自燃耦合规律研究 被引量:13
6
作者 邢震 《工矿自动化》 北大核心 2020年第3期6-11,20,共7页
针对目前采空区瓦斯与煤自燃共同致灾数值模拟仅考虑流体影响、未考虑其他物理场影响的问题,采用Comsol-Multiphysics多场耦合数值模拟软件建立了采空区瓦斯与煤自燃耦合模型,分析工作面采场与采空区瓦斯和O2分布规律,探讨抽采量和进风... 针对目前采空区瓦斯与煤自燃共同致灾数值模拟仅考虑流体影响、未考虑其他物理场影响的问题,采用Comsol-Multiphysics多场耦合数值模拟软件建立了采空区瓦斯与煤自燃耦合模型,分析工作面采场与采空区瓦斯和O2分布规律,探讨抽采量和进风量对高位抽采巷道瓦斯浓度和采空区底板O2浓度的影响,并综合确定最佳抽采量和进风量。结果表明:随着抽采量的增大,瓦斯抽采浓度先增大后减小,采空区氧化升温带宽度呈正相关增长,综合考虑瓦斯抽采效果与自然发火防治,建议高位抽采巷道最佳抽采量为90m^3/min;随着进风量的增大,高位抽采巷道瓦斯浓度和纯量先增大后减小,采空区进风侧氧化升温带宽度明显增大,最大时达到109.3m,而回风侧氧化升温带宽度变化幅度很小,综合考虑瓦斯抽采效果与自然发火防治,试验工作面最优进风量为1 500m^3/min。 展开更多
关键词 瓦斯矿井 采空区 瓦斯与煤自燃耦合规律 瓦斯抽采 氧化升温带 抽采量 进风量
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软、硬煤残余瓦斯含量差异性研究 被引量:7
7
作者 陈立伟 杨天鸿 +1 位作者 杨宏民 张书金 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期1037-1041,共5页
针对具有软煤分层的突出煤体,为了更加准确地检验瓦斯抽采效果,必须研究瓦斯抽采后软、硬煤残余瓦斯含量之间的差异性.基于抽采条件下的瓦斯渗流场分析,考虑了煤层中存在软煤条件下对瓦斯流动及煤层的综合影响,通过建立瓦斯流固耦合方程... 针对具有软煤分层的突出煤体,为了更加准确地检验瓦斯抽采效果,必须研究瓦斯抽采后软、硬煤残余瓦斯含量之间的差异性.基于抽采条件下的瓦斯渗流场分析,考虑了煤层中存在软煤条件下对瓦斯流动及煤层的综合影响,通过建立瓦斯流固耦合方程,并结合钻孔抽采瓦斯的初始条件和边界条件,运用多物理场耦合分析软件模拟了抽采条件下软、硬煤的残余瓦斯含量的差异性.数值模拟结果表明:在相同的抽采时间内,软煤的残余瓦斯含量始终高于硬煤,软煤瓦斯含量降到8 m3/t需要180 d,硬煤瓦斯含量降到8 m3/t需要162 d. 展开更多
关键词 瓦斯流固耦合方程 残余瓦斯含量 数值模拟 软煤 钻孔瓦斯抽采
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基于风量调节的高瓦斯易自燃矿井火灾与瓦斯治理 被引量:6
8
作者 吴维权 魏国山 吕明飞 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2013年第9期109-111,116,共4页
针对大兴煤矿综放工作面采空区煤易自燃、瓦斯易超限的问题,分析了采空区自燃三带宽度随风量的变化趋势及风量对煤自燃及瓦斯浓度的影响关系,提出了增风控瓦斯和减风控火的耦合分析方法,计算结果表明,进风量应选择1200—1400m3/mi... 针对大兴煤矿综放工作面采空区煤易自燃、瓦斯易超限的问题,分析了采空区自燃三带宽度随风量的变化趋势及风量对煤自燃及瓦斯浓度的影响关系,提出了增风控瓦斯和减风控火的耦合分析方法,计算结果表明,进风量应选择1200—1400m3/min,并提出了以注氮为主的防灭火措施及瓦斯抽采措施。现场实践表明:基于风量调节的防灭火和瓦斯抽采措施既有利于瓦斯治理与利用,也能防止采空区煤自燃。 展开更多
关键词 采空区 瓦斯超限与自燃耦合 防灭火 瓦斯抽采
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煤自燃气体特征及其对瓦斯爆炸下限影响实验研究 被引量:6
9
作者 顾周杰 刘贞堂 +3 位作者 刘浩雄 钱继发 林松 李晓亮 《工矿自动化》 北大核心 2019年第11期59-64,69,共7页
现有研究大多从煤自燃单组分气体或部分组分混合气体角度对瓦斯爆炸极限进行分析,而对煤自燃过程中不同阶段产生的混合气体对瓦斯爆炸极限的影响分析不足,对煤自燃与瓦斯爆炸的耦合致灾开展的实验研究较少。针对上述问题,通过模拟煤自... 现有研究大多从煤自燃单组分气体或部分组分混合气体角度对瓦斯爆炸极限进行分析,而对煤自燃过程中不同阶段产生的混合气体对瓦斯爆炸极限的影响分析不足,对煤自燃与瓦斯爆炸的耦合致灾开展的实验研究较少。针对上述问题,通过模拟煤自燃实验装置研究了煤自燃过程中气体生成特征规律;采用20L球形爆炸装置对瓦斯混合煤自燃各个阶段生成气体进行实验,研究了煤自燃气体对瓦斯爆炸下限的影响。实验结果表明,实验煤样自燃过程中产生的可燃性气体主要为CH4,CO,C2H4,C2H6,C2H2等,其中CH4和CO体积分数最高,最高体积分数分别为0.75%和0.37%;煤自燃不同阶段产生的可燃性气体含量随自燃时间的增加和温度的升高均呈现增大趋势,煤自燃加热初期,温度小于80℃主要产生了CH4,CO可燃性气体,CO可以作为煤自燃缓慢氧化阶段的标志气体;随着自燃时间的持续,温度超过80℃后,开始产生C2H4和C2H6,随后逐渐产生C3H8气体,C2H4的出现表明煤氧化进入了加速阶段;煤氧化自燃后期,大约到220℃时出现C2H2,此时煤进入激烈氧化阶段;低体积分数的CO能抑制瓦斯爆炸,高体积分数CO能促进瓦斯爆炸,导致爆炸压力变大,爆炸下限降低;煤自燃过程中产生的混合气体增大了瓦斯爆炸压力,爆炸下限最大降低了0.55%,瓦斯爆炸的危险性变大。 展开更多
关键词 煤自燃气体特征 煤自燃与瓦斯爆炸耦合致灾 瓦斯爆炸极限 瓦斯爆炸压力 瓦斯爆炸下限
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Y形通风采空区自燃与有害气体排放的数值模拟 被引量:14
10
作者 李宗翔 孙学强 贾进章 《安全与环境学报》 CAS CSCD 2005年第6期108-112,共5页
基于非均质多孔介质漏风渗流方程、多相气体渗流-扩散方程和多孔介质渗流综合传热方程,建立了采空区瓦斯与自燃发火耦合数值模型,开发了用迎风格式有限元方法联立求解的计算机程序(简称G3)。计算以图形方式给出各量的区域分布解,从理论... 基于非均质多孔介质漏风渗流方程、多相气体渗流-扩散方程和多孔介质渗流综合传热方程,建立了采空区瓦斯与自燃发火耦合数值模型,开发了用迎风格式有限元方法联立求解的计算机程序(简称G3)。计算以图形方式给出各量的区域分布解,从理论上描绘了Y形通风采空区的漏风流态,动态描绘了瓦斯、氧和CO的体积分数以及温度分布状态及其变化过程,并证明了Y形通风形式能避免采空区瓦斯向工作面涌出。计算中采空区按冒落非均质介质处理,考虑了瓦斯涌出对自燃的耦合作用,给出了这种耦合作用关系和解决办法。Y形通风采空区的大量漏风有助于瓦斯的排放,同时也加剧了采空区遗煤的自燃,两者存在着顾此失彼的关系。 展开更多
关键词 煤矿安全 Y形通风 采空区自燃 瓦斯排放 自燃与瓦斯耦合 温度场 有限元
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高抽巷抽采瓦斯流动耦合模型及内错距离分析 被引量:5
11
作者 高林 马海峰 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2014年第6期152-155,共4页
为解决回风巷和上隅角瓦斯超限的问题,对高抽巷与回风巷的内错距离进行了研究。根据采场气体的流动特征,基于Navier-Stokes、Brinkman、平移-扩散方程和Fick扩散定理建立了采场瓦斯流动耦合模型,采用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiph... 为解决回风巷和上隅角瓦斯超限的问题,对高抽巷与回风巷的内错距离进行了研究。根据采场气体的流动特征,基于Navier-Stokes、Brinkman、平移-扩散方程和Fick扩散定理建立了采场瓦斯流动耦合模型,采用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics模拟无高抽巷时和高抽巷与回风巷内错距离不同时,采场瓦斯浓度及流场分布特征,并结合具体的工程实例进行了验证。结果表明:不同内错距离的高抽巷对采场瓦斯治理效果有明显的影响;采空区及工作面上部瓦斯浓度大于下部,上隅角附近平均瓦斯浓度与内错距离呈"V"型关系,当内错距离约30 m时,上隅角和采空区上部瓦斯浓度最小,瓦斯治理效果最好。数值模拟结果与现场工程应用结果基本一致,证明了模型的合理性。 展开更多
关键词 瓦斯流动耦合模型 Brinkman方程 高抽巷 内错距离 流场
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采煤工作面高抽巷与回风巷合理内错距离确定研究 被引量:2
12
作者 高林 张国江 马海峰 《贵州大学学报(自然科学版)》 2014年第2期53-56,共4页
实践中发现,采煤工作面高抽巷与回风巷内错距离对采场瓦斯治理效果有明显的影响,为提高高抽巷瓦斯抽采效果,对确定两者合理内错距离进行了研究。首先,基于Brinkman、N-S、平移-扩散方程和Fick扩散定理结合采场气体的流动特征,建立了采... 实践中发现,采煤工作面高抽巷与回风巷内错距离对采场瓦斯治理效果有明显的影响,为提高高抽巷瓦斯抽采效果,对确定两者合理内错距离进行了研究。首先,基于Brinkman、N-S、平移-扩散方程和Fick扩散定理结合采场气体的流动特征,建立了采煤工作面瓦斯流动耦合模型。然后,以某矿11210工作面为例,采用COMSOL Multiphysics多物理场耦合分析软件模拟不同内错距离情况下采场瓦斯浓度及流场分布特征,并结合生产实践进行了验证。结果表明:上隅角和采空区上部平均瓦斯浓度与内错距离呈"V"型关系,当内错距离约30 m时,平均瓦斯浓度最小,瓦斯治理效果最好。数值模拟分析结果与生产实践应用结果基本一致,说明确定的内错距离较合理。 展开更多
关键词 高抽巷 Brinkman方程 N-S方程 瓦斯流动耦合模型 内错距离 数值分析
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A coupled DEM and LBM model for simulation of outbursts of coal and gas 被引量:9
13
作者 Sheng Xue Liang Yuan +2 位作者 Junfeng Wang Yucang Wang Jun Xie 《International Journal of Coal Science & Technology》 EI 2015年第1期22-29,共8页
An outburst of coal and gas is a major hazard in underground coal mining. It is generally accepted that an outburst occurs when certain conditions of stress, coal gassiness and physical-mechanical properties of coal a... An outburst of coal and gas is a major hazard in underground coal mining. It is generally accepted that an outburst occurs when certain conditions of stress, coal gassiness and physical-mechanical properties of coal are met. Outbursting is recognized as a two-step process, i.e., initiation and development. In this paper, we present a fully-coupled solid and fluid code to model the entire process of an outburst. The deformation, failure and fracture of solid (coal) are modeled with the discrete element method, and the flow of fluid (gas and water) such as free flow and Darcy flow are modeled with the lattice Boltzmann method. These two methods are coupled in a two-way process, i.e., the solid part provides a moving boundary condition and transfers momentum to the fluid, while the fluid exerts a dragging force upon the solid. Gas desorption from coal occurs at the solid-fluid boundary, and gas diffusion is implemented in the solid code where particles are assumed to be porous. A simple 2D example to simulate the process of an outburst with the model is also presented in this paper to demonstrate the capability of the coupled model. 展开更多
关键词 Coal and gas outburst Discrete element method Lattice Boltzmann method Solid-fluid coupling
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SOLID-GAS INTERACTION MODELLING FOR MINING SAFETY RANGE AND NUMERICAL SIMULATIONS 被引量:2
14
作者 孙培德 《Journal of Coal Science & Engineering(China)》 2000年第2期41-46,共6页
Coal and gas outburst is one of the most serious natural calamities in collieries. And protective layer mining is an effective regional method for preventing and controlling coal outburst. However, how to rationally d... Coal and gas outburst is one of the most serious natural calamities in collieries. And protective layer mining is an effective regional method for preventing and controlling coal outburst. However, how to rationally determine the mining safety range in coal mining of protective layer with quantitative analysis is a difficult problem in rock mechanics and mining engineering so far. Then in this paper applied solid gas interaction mechanics for gas leakage flow, the solid gas interaction analysis for the safety range of up protective layer mining has been achieved with the results of experimental research and in situ measurements so that the result of numerical simulation for the difficult problem is closer to reality. Furthermore, the safety range of up protective layer mining can be determined with time dependent based on the result of numerical simulation. 展开更多
关键词 coal and gas outburst mathematical modelling leakage flow solid gas interaction numerical analysis
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Gas-solid coupling analysis and numerical simulation of the dynamic process of gas drainage
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作者 Kai WANG Bo LI +1 位作者 Jian-Ping WEI Peng LI 《Journal of Coal Science & Engineering(China)》 2013年第2期187-192,共6页
Based on the basic theory of gas seepage and coal seam deformation, using the numerical simulation method, this paper established the gas-solid coupling model of gas drainage from borehole. Using multi-physical coupli... Based on the basic theory of gas seepage and coal seam deformation, using the numerical simulation method, this paper established the gas-solid coupling model of gas drainage from borehole. Using multi-physical coupling analysis software, the authors studied the stress change conditions around the drainage borehole, the influence of the gas drainage effect caused by the drilling gap, and the gas drainage effect under the conditions of different borehole radius and different permeabilities. The results show that the effective drainage radius is 1.03 m during 30 days of drainage. The effect of the diameter change of the drainage borehole is limited, but the influence of coal seam permeability is much bigger. After the same drainage period, the greater the permeability of coal seam is, the bigger the drainage radius is. For a low permeability coal seam, coal miners should take pressure-relief measures and increase the permeability to improve the drainage effects before draining gas through drilling. 展开更多
关键词 gas drainage numerical simulation drainage radius stress gas-solid coupling
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掘进巷道周围煤体渗透率演化过程数值模拟 被引量:1
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作者 郭龙 于师建 +1 位作者 孙凯 黄琪嵩 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2015年第1期17-21,共5页
煤岩体的渗透率对煤岩体和瓦斯所构成耦合系统的稳定性起着不可忽视的作用,进行掘进巷道周围岩体渗透率演化过程模拟研究对降低巷道掘进过程中煤与瓦斯突出事故发生率有一定意义。根据线性多孔弹性介质基本规律,建立渗透率和孔隙率动态... 煤岩体的渗透率对煤岩体和瓦斯所构成耦合系统的稳定性起着不可忽视的作用,进行掘进巷道周围岩体渗透率演化过程模拟研究对降低巷道掘进过程中煤与瓦斯突出事故发生率有一定意义。根据线性多孔弹性介质基本规律,建立渗透率和孔隙率动态方程;以岩体力学、渗流理论、传热学及热-流-固耦合理论为基础,建立含瓦斯煤层的热-流-固动态耦合模型。结合Comsol Multiphics和MATLAB对模型进行模拟,得出掘进巷道周围煤岩渗透率的演化过程,发现应力变化对渗透率变化的影响较大;在温度的影响作用下,渗透率演化规律和流-固耦合模型下渗透率演化规律有一定差异性。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 孔隙率 渗透率 瓦斯煤热-流-固耦合模型 数值模拟
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