软煤峰后渗透特性及气体流动规律研究

摘要

随着科学技术的发展，瓦斯抽采技术在各个矿区的应用，我国在煤体渗透特性演化规律研究方面已取得了一些成果，在一定程度上较好的指导了煤矿开采过程中的瓦斯抽采及增透技术。目前存在的问题主要是针对煤体峰值强度后的渗透率演化特征及气体流动规律研究较少。基于此，本文结合理论分析、实验室实验、数值模拟等多种手段，开展了煤体峰值强度后渗透特性及气体流动规律研究。取得的主要成果如下： （1）建立了煤体全应力-应变以及破坏后卸载过程中的渗透率演化模型，得到了渗透率与应力的基本函数关系，并用图像直观表示出来； （2）在实验室进行了标准型煤煤样不同围压作用下（2MPa、3MPa、4MPa）峰后强度的渗透率演化实验，比较分析实验数据得到，在围压分别为：2MPa、3MPa、4Mpa时，卸载轴压及围压后渗透率均增大约1.3倍，并绘制了峰值强度后卸载过程中及给定围压加载至二次破坏过程中的渗透率演化曲线，与应力进行了拟合，得出了渗透率随应力变化的基本规律； （3）运用RFPA 软件模拟了不同围压条件下煤样的裂纹扩展过程和对应的声发射能量图，分析得出裂隙的发展分为四个阶段分别为：微损伤成核、生长阶段，微损伤生长、连接，形成大尺度裂隙阶段，宏观裂隙快速扩展、连接阶段，大断裂贯通阶段。并深入分析了此过程中煤样的X、Y方向位移矢量变化过程，以更好的理解裂纹扩展的全过程； （4）运用comsol软件，模拟了裂隙位于煤体不同位置，以及煤体内部裂隙数目不同时，气体压力和流场在煤体中的分布情况，研究表明，裂隙的存在改变了煤体内原有的气体流动规律，引导气体沿裂隙通道流动，一部分气体从裂隙入口进入裂隙通道，另一部分从煤体基质垂直于裂隙面进入裂隙通道，在裂隙进出口处流速远远大于其它位置，裂隙可在很大程度上增加煤体的透气性； 本文的研究内容，进一步为瓦斯抽采及瓦斯治理提供了理论基础，在探索出峰后强度渗透率演化的基础上，结合其它瓦斯治理措施，进行全方位的瓦斯治理，才能更好的解决瓦斯超限和局部瓦斯积聚的问题。

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