基于煤与瓦斯突出物理模拟试验的数值模拟分析研究

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作者罗小航
来源重庆大学
出版年2018
摘要
论文基于煤与瓦斯突出的综合作用假说,利用重庆大学自主研发的多场耦合煤矿动力灾害大型物理模拟试验系统,较为系统地开展了考虑采掘工作面前方地应力“三带”非均匀分布的煤与瓦斯突出物理模拟试验,并在此基础上利用COMSOL多物理场数据仿真软件提出了煤与瓦斯突出过程煤层瓦斯压力等参数时空演化数值模拟分析方法,系统分析了有无气源、地应力状态、初始瓦斯压力、煤层渗透率等因素对煤与瓦斯突出过程中煤层瓦斯压力等参数时空演化规律的影响。其主要研究工作及其取得的研究成果如下:(1)利用数据处理软件MATLAB和OriginLab等,对煤与瓦斯突出物理模拟试验数据进行了不同角度的优化分析,建立了一套数据的分析方法,对数据进行点,线,面,体的系统分析;通过对测点的分析,得出突出口附近的测点瓦斯压力变化最快,其他区域气压变化相对有延时性;线分析和面分析的结果表明瓦斯压力的变化呈现倒置的U形变化;体分析的结果更加证明了线面的分析,表明瓦斯压力的变化呈现喇叭形状分布,符合经典的球壳瓦斯压力分布规律。(2)通过对物理模拟试验数据结果的对比分析,验证了煤与瓦斯突出的数值计算模型的可靠性。对比对应测点的数据可以得出,建立的数据模型计算的数据结果和物理模拟试验的数据结果吻合,有较高的匹配性;对相同时刻的主纵面的瓦斯压力图的对比分析,大体的变化趋势相同,但数值模拟的数值更加理想。(3)利用建立的数值模拟模型,参考煤与瓦斯突出的综合作用假说中的突出影响因素,分别对气源、地应力、瓦斯压力、渗透率四个条件,建立对应的数值计算组。数值模拟计算结果,表明突出过程中,有气源补充条件下,瓦斯压力变化成半U形状;地应力越小,初始瓦斯压力越大,渗透率越大瓦斯压力变化越快。

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