采动煤体渗透率演化特征及其应用摘要
采煤工作面瓦斯问题是制约煤矿安全生产和高效开采的关键问题之一,对于高瓦斯煤层来说,尤为突出。本文以某煤矿3#煤层为研究对象,采用实验研究、理论分析与数值模拟相结合的方法,研究该煤层在采动过程中煤体渗透率的演化特征,并将其用于现场的工程实践。通过现场采集煤样,利用气固耦合三轴渗流试验平台和岩石力学试验系统(GCTS)对煤样进行峰前加卸载实验,研究煤样在不同加卸载速率下内部裂隙的演化规律;进一步开展煤样峰后加卸载实验,探讨损伤煤体的渗透率变化特征,并观察三轴加卸载渗流试验前后损伤煤体微观孔径和孔喉的变化。基于损伤力学原理,根据采动煤体损伤累积特征,建立含损伤因子7)9)()的采动损伤煤体渗透率模型,探讨了渗透率与损伤煤体偏应力之间的定量关系。建立工作面超前支承压力的非内联函数,导入COMSOL数值模拟软件中,结合所建立的损伤煤体渗透率模型对工作面瓦斯涌出规律进行模拟,研究了工作面回采过程中煤层中瓦斯压力和瓦斯涌出量随时间的变化关系,为指导高瓦斯煤层工作面的安全高效开采提供了一定的科学基础。本文有图51幅,表5个,参考文献58篇。
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