炮采煤巷掘进面煤与瓦斯流固耦合数值模拟研究

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1、致谢在国家重点基础研究发展计划（973计划）项目的资助下，现已顺利完成本论文的撰写，想起求学道路上的种种，心潮澎湃万千。一路走来既有求知的喜悦也有艰辛的汗水，同时倾注了父母老师的大量心血、同学的鼓励与支持，唯有在此向他们最诚挚的感谢，才能表达我的感激之情。首先衷心地感谢我的导师梁冰教授，本文是在导师梁冰教授的悉心指导下完成的，从论文的选题、研究思路确定、论文撰写直至论文修改的每个环节上，都倾注了大量的心血和精力。在我硕士研究生学习生活期间，是她严谨的治学态度、广博的专业知识、敏锐的学术眼光和在生活中的关心使我能够在专业知识上有长足的进步

2、，又激励我克服困难，顺利完成学业和论文，使我受益终生。此恩情学生永志不忘，在此谨向导师梁冰教授致以衷心的感谢和崇高的敬意！感谢辽宁工程技术大学孙维吉博士、张春梅、姜勇硕士等师兄弟的大力帮助，在论文撰写中给予大量的宝贵意见，在此对他们表示衷心感谢！感谢辽宁工程技术大学力学学院的诸多老师们，感谢他们在我硕士生学习和研究期间曾从不同方面给予过我很大的帮助，他们对我的关怀理解和指导帮助，使我度过了愉快而充实的两年半！感谢家人多年来的关心、支持和帮助！最后向审阅本论文的各位专家以及参加本人硕士学位论文答辩的各位老师们表示诚挚的谢意！还有很多给予过

3、我关怀和帮助的人，在此一并表示忠心的感谢，并且感谢学校为我们提供的良好的学习环境和生活条件！摘要煤炭工业是我国社会经济发展的基础产业和支柱产业，是支撑我国国民经济又好又快发展的基础条件。但是，煤炭开采行业也是我国工业灾害中最严重的行业之一，其中瓦斯事故对井下工作人员及设备的损害程度最大。研究煤层瓦斯在采动影响下的流动规律是煤矿安全生产的一个关键性问题。考虑瓦斯气体的可压缩性、解吸性，假设瓦斯在煤多孔介质中流动遵循Darcy定律，建立了炮采煤层掘进面煤与瓦斯流固耦合数学模型。应用Comsol多物理场耦合数值模拟软件，模拟了煤层在爆破振动作

4、用下掘进面瓦斯流动规律。仿真结果表明：炮掘由于爆破波扰动作用，监测点位移、应力曲线有明显的波动，而综掘位移、应力曲线较平缓，炮掘位移、应力峰值大于综掘位移、应力最大值，炮掘对煤体的破坏能力大于综掘。爆破掘进对瓦斯涌出规律的影响有限，爆破瞬间爆破荷载对工作面的影响较大，随着时间的增加，综掘和炮掘工艺下煤层应力场和瓦斯流动场变化规律趋于一致。炮掘工艺下爆破应力对煤体应力、位移的作用大于考虑应力耦合对其的作用，综掘工艺应该考虑应力耦合的作用；煤层瓦斯压力随着煤壁暴露时间的增加而发生改变，整个巷道附近的瓦斯压力呈降低的趋势，呈现漏斗状分布；巷道

5、两帮在煤体内部应力的作用下产生方向相反，大小相近的横向位移，位移值约为2mm；巷道正上方煤体产生的竖直方向位移值最大，约为14mm；煤层上表面煤体竖向位移边界图呈现出了以巷道顶端为中心的“O”型分布，其中以“O”型中心处位移值最大，约为14mm。关键词：炮采掘进面；瓦斯；动载；煤与瓦斯耦合；ComsolIAbstractCoalindustryisbasicoccupationandpillarindustryinournationaldevelopment.Itpropsnationaleconomyupsoundandfastdev

6、elopment.But,coalandminingindustryisoneofthemostseriousdisasters.Methaneaccidentmakesthemostseriousextentofdamagetopeopleandequipments.Methaneflowinglawincoaliskeypointtocoalminesafety.Takingmethanegascompressibilityanddesorptionintoaccount,supposingmethanefollowsDarcyla

7、w,wefoundcoal-gascouplingmathematicalmodel.UsingComsolsoftware,wesimulategasmigrationlawincoalbyblasting.Theresultsshow:displacementandstresscurvesturntobefluctuating,butplacidbymachine.Themaximumvaluesofdisplacementandstressbyblastingisbiggerthanbymachine.Tunnelingbybla

8、stinghaslittleaffecttogasdischargelaw.Atthemomentofblasting,thereisahighloadoncoal.Astimegoeson,stressf