上行开采瓦斯运移规律模拟

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1、分类号：密级：公开UDC：单位代码：10424学位论文上行开采瓦斯运移规律数值模拟研究王太茂申请学位级别：硕士学位领域名称：工程力学指导教师姓名：王同旭职称：教授　　　山东科技大学二零一三年六月54论文题目：上行开采瓦斯运移规律数值模拟研究作者姓名：王太茂入学时间：2010年9月领域名称：工程力学研究方向：矿山岩石力学指导教师：王同旭职称：教授论文提交日期：2013年6月论文答辩日期：2013年6月授予学位日期：54目录1绪论51.1课题的提出51.1.1国内外瓦斯灾害现状51.1.2矿井开采瓦斯治理存

2、在的问题61.1.3课题立论依据61.2课题研究目的及意义71.3瓦斯运移规律研究现状81.3.1瓦斯扩散理论的研究现状81.3.2瓦斯渗流理论的研究现状81.3.3瓦斯渗流——扩散理论的研究91.3.4多物理场瓦斯耦合理论的研究101.4主要研究内容及方法122采空区底板破碎形态数值模拟及其裂隙演化规律132.1煤岩体应力演化分析132.2加卸压开采损伤煤岩渗透率试验142.3离散单元法和UDEC数值模拟软件162.3.1离散元法的基本原理162.3.2离散元的基本假定和基本方程162.3.3UDEC

3、软件介绍182.4采空区底板裂隙演化规律182.4.1UDEC力学数值模型及岩体参数182.4.2模拟结果与分析212.5本章小结253采空区瓦斯运移理论研究253.1采空区瓦斯来源分析253.1.1采空区中瓦斯的主要来源253.1.2采空区中邻近层瓦斯涌入机制263.2采空区垮落岩体特性273.2.1采空区损伤演化特征273.2.3采空区垮落岩体碎胀特征283.2.2采空区瓦斯渗流特性293.3多孔介质的基本性质303.3.1多孔介质的孔隙性303.3.2多孔介质的压缩性313.4多孔介质中气体的流动

4、特性323.4.1多孔介质中气体流动状态323.4.2多孔介质中气体流动力学特征323.4.3多孔介质中气体流动质量守恒规律32543.4.4达西定律在气体流动中的应用334采空区瓦斯运移规律数值模拟研究344.1GAMBIT数值建模344.2Fluent数值建模364.2.1Fluent软件介绍364.2.2基本假设374.2.3数学模型374.2.4模型边界条件384.3计算结果与分析394.3.1本煤层采空区瓦斯运移规律研究394.3.2考虑邻近煤层影响的采空区瓦斯运移规律454.4本章小结505

5、结论与展望51参考文献51541绪论1.1课题的提出1.1.1国内外瓦斯灾害现状我国煤矿事故主要呈现以下几方面特点：一、事故总数量高（图1），事故导致每年死亡人数为6000人左右；二、特大事故频发，一次死亡10人以上的特大事故每年发生十起，死亡1000多人，三、瓦斯事故所占比例高（图1），人员伤亡大，在特大事故中89%是瓦斯事故，每年因瓦斯事故造成的死亡人数约2000人，占事故总死亡人数的1/3[1]。a、2011年全国所有煤矿事故分类统计b、2011年全国煤矿10人以上事故统计图12011年全国煤矿事

6、故统计据我国煤矿历年事故资料统计，瓦斯爆炸事故人数在全部伤亡人数中所占比例呈上升趋势。，我国现有国有重点井工煤矿751处，年产量大于30万吨的地方国有煤矿1850个。根据2010年矿井瓦斯鉴定，全国共有1134个突出和高瓦斯矿井，占全国总矿井数44%；国有重点煤矿的矿井瓦斯涌出总量由2000年的51.8亿增至2010年的60.6。瓦斯灾害不仅威胁到井下工作人员生命安全，摧毁矿井设施，造成巨大的直接经济损失和恶劣的社会影响，还迫使矿井停产停工，并投入大量人力物力抢险救灾，造成难以估量的间接经济损失。据统计

7、，1981年～1995年，我国重点煤矿在加强瓦斯灾害防治的前提下，仍因瓦斯灾害死亡1582人，其中，瓦斯突出造成死亡人数为569人，瓦斯爆炸导致死亡278人，造成直接经济损失近15亿元[2]。新世纪以来54，我国煤矿瓦斯灾害事故仍呈不断上升趋势，给煤矿安全生产造成极大威胁。1.1.2矿井开采瓦斯治理存在的问题从1984年我国首次将综放开采设备进行工业性试验到现在，综采技术发展已经过20余年的历程，在不断完善综采技术的实践过程中，我国克服了各种技术难题，积累了综采设计、工艺生产、岩层控制、设备研制、资源回

8、收及生产管理等方面一整套理论实践经验，具备在多种条件下实现高产高效目标的条件。与传统的采煤方法相比，综放开采有其不可比拟的优越性，其特点是：①掘金率低，减少了巷道掘进率及巷道维护量，掘进率可降低40%～60%；②回采工效高，工人的工作效率大大提高；③适应性强，可适应多种地质环境；④成本费用低，与分层开采相比，节省吨煤成本费用。近年来，综放采煤法在我国煤矿厚煤层开采中得到广泛应用，成为我国煤矿高产高效的主要途径。但是综放采煤法也存在很多问题。