深部煤層群采動影響下瓦斯運移規(guī)律的數(shù)值模擬研究論文

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1、深部煤層群采動影響下瓦斯運移規(guī)律的數(shù)值模擬研究畢業(yè)論文目錄1緒論11.1課題研究的背景、目的及意義11.1.1課題的研究目的11.1.2研究深層采煤以及開采保護(hù)層的意義11.1.3研究瓦斯運移規(guī)律的意義21.2研究現(xiàn)狀21.2.1深部煤層群開采研究現(xiàn)狀21.2.2采動裂隙場的研究現(xiàn)狀31.2.3煤與瓦斯流耦合的研究現(xiàn)狀41.3課題研究內(nèi)容及技術(shù)路線61.3.1研究內(nèi)容61.3.2技術(shù)路線72煤層瓦斯的賦存與瓦斯?jié)B流82.1煤體微結(jié)構(gòu)分析82.2煤層瓦斯的賦存狀態(tài)932.3流體在多孔介質(zhì)中的運動方程——達(dá)西定律102.4煤層瓦斯運移的基本規(guī)律112.4.

2、1開采煤層中瓦斯的流動112.4.2鄰近層與圍巖中瓦斯流動122.4.3瓦斯在采空區(qū)涌出分析133煤層開采巖層移動及規(guī)律143.1采動覆巖運動規(guī)律143.1.1采動覆巖運動形式143.1.2覆巖采動裂隙動態(tài)分布規(guī)律153.1.3煤層開采巖層運移破壞的“三帶”163.2關(guān)鍵層運動對鄰近層瓦斯涌出的影響分析173.2.1關(guān)鍵層定義及判別173.2.2關(guān)鍵層及其運動183.2.3關(guān)鍵層運動對鄰近層瓦斯涌出的影響分析193.3小結(jié)194采動影響下瓦斯運移的數(shù)學(xué)模型204.1基本假設(shè)204.2采動影響下瓦斯運移規(guī)律的數(shù)學(xué)模型205基于COMSOL的瓦斯運移規(guī)律的

3、數(shù)值模擬235.1數(shù)值方法簡介及軟件介紹235.1.1數(shù)值方法簡介2335.1.2COMSOL軟件簡介235.1.3固氣耦合方程及邊界條件245.2模型的建立245.2.1工程概況245.2.2模型的設(shè)計原則255.2.3模型的基本參數(shù)255.2.4幾何模型的確定255.2.5網(wǎng)格的劃分265.3數(shù)值模擬模擬結(jié)果及計算結(jié)果分析275.3.1采動影響下覆巖裂隙發(fā)育模擬結(jié)果分析275.3.2卸壓瓦斯運移規(guī)律模擬結(jié)果分析296結(jié)論與展望346.1結(jié)論346.2展望34參考文獻(xiàn)36附錄A38附錄B513（論文）1緒論我國是世界上第一產(chǎn)煤大國，煤炭資源分布極其廣

4、泛，儲存條件變化很大，特別是高瓦斯、復(fù)雜地質(zhì)條件的深部煤層的礦井安全問題尤為突出，嚴(yán)重影響了礦井的正常生產(chǎn)。隨著煤炭的高度開采，瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出等類似事故也頻繁發(fā)生。迄今為止，瓦斯災(zāi)害依然是我國煤礦傷亡、損失最大以及發(fā)生最頻繁的重大惡性事故，嚴(yán)重威脅著礦井的安全生產(chǎn)，并給煤礦企業(yè)帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。深部煤層群具有高瓦斯、低滲透性，開采且與單層煤開采不同的特點，不僅有上覆巖層的垮落還有下底板的瓦斯涌出。因此研究深部煤層群瓦斯運移規(guī)律尤為重要。了解瓦斯運移規(guī)律可以使開采深部煤層時更準(zhǔn)確更安全。本文針對深部煤層群的特點，研究開采保護(hù)層的情況下瓦斯的滲流

5、規(guī)律。運用數(shù)值模擬方法模擬在開采保護(hù)層時采動影響下的上覆巖層的垮落變形及裂隙場的分布規(guī)律，包括開采保護(hù)層形成的“三帶”以及裂隙與節(jié)理的分布規(guī)律，研究裂隙場的分布對被保護(hù)層的瓦斯卸壓作用以及瓦斯賦存運移在裂隙場作用下的分布規(guī)律。模擬深部煤層群煤層開采情況下瓦斯?jié)B流、煤層開采裂隙場之間的關(guān)系。1.1課題研究的背景、目的及意義1.1.1課題的研究目的深部煤層的開采具有高瓦斯、低滲透性等特點而且開采煤層群與開采單一煤層不同，開采煤層群不但會引起上覆巖層的垮落而且會引起下底板的瓦斯涌出。高瓦斯、復(fù)雜地質(zhì)條件的深部煤層的礦井安全問題尤為突出，嚴(yán)重影響了礦井的正常生

6、產(chǎn)。然而，隨著煤炭的高度開采、瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出等類似事故也頻繁發(fā)生。瓦斯的開發(fā)利用具有一舉多得得功效，提高瓦斯事故防范水平，具有安全效應(yīng)；有效減排溫室氣體，產(chǎn)生良好的環(huán)保效應(yīng)；作為一種高效、潔凈能源，商業(yè)化能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。因此研究深部煤層群瓦斯運移規(guī)律既能維護(hù)安全生產(chǎn)又能準(zhǔn)確定位瓦斯卸壓值，為瓦斯抽采創(chuàng)造良好條件，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值。1.1.2研究深層采煤以及開采保護(hù)層的意義65（論文）深部煤層具有高瓦斯低透氣性的特點。開采易造成采空坍塌。造成井下人與財產(chǎn)的巨大損失。隨著開采規(guī)模擴(kuò)大，地下采空區(qū)日見增多。地面塌陷區(qū)面積增加，直接威脅人民生活和生產(chǎn)

7、的發(fā)展。保護(hù)層開采的目的是利用礦山壓力引起的巖層運動規(guī)律，使被保護(hù)層產(chǎn)生卸壓膨脹變形釋放彈性潛能。使煤體內(nèi)瓦斯賦存狀態(tài)被激活，煤層透氣性增大，使瓦斯抽采成功成為可能。因此，巖層移動卸壓是保護(hù)層開采后卸壓瓦斯抽采的關(guān)鍵所在。1.1.3研究瓦斯運移規(guī)律的意義瓦斯在煤巖體中的運移規(guī)律理論從煤層瓦斯?jié)B流規(guī)律、煤層瓦斯擴(kuò)散理論、煤層瓦斯?jié)B流—擴(kuò)散規(guī)律、多物理場、多相煤巖瓦斯耦合規(guī)律以及煤層卸壓瓦斯越流規(guī)律到采動裂隙帶瓦斯運移規(guī)律的研究，在一定的簡化假設(shè)下，其發(fā)展已經(jīng)形成較為嚴(yán)密的理論體系，并在煤礦安全生產(chǎn)中起到了一定的作用。但由于瓦斯在煤巖體中的運移規(guī)律是一個非

8、常復(fù)雜的過程，受多種因素影響，各種理論有其一定的適用條件，且大部分的研究室集中于煤巖體在應(yīng)力峰