项目名称: 采动裂隙-变形-瓦斯渗流增透耦合机理及逾渗演化研究

项目编号: No.51504257

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 矿业工程

项目作者: 薛东杰

作者单位: 中国矿业大学(北京)

项目金额: 20万元

中文摘要: 煤岩体采动力学行为、采动裂隙量化表征及增透耦合机理研究对于增透低渗透煤岩层具有重要的科学意义。本项目以采动裂隙作为研究对象,基于逾渗理论研究裂隙联通的非线性突变及演化规律;以变形为桥梁,研究采动裂隙场与瓦斯渗流场耦合机制。开展相似材料模型实验及数值模拟实验,揭示典型开采条件下采场裂隙时-空演化规律,建立裂隙几何表征到物理特性的关联,得到定量评价裂隙场增透效果的逾渗理论模型。开展不同开采条件下煤岩体试样裂隙发育拓展规律实验和含瓦斯煤体渗流耦合实验,揭示煤体瓦斯渗流规律。开展采动裂隙场、变形场及瓦斯渗流场耦合数值实验,获得不同采动条件下三场演化分布特征;进一步建立三场耦合增透理论模型。项目成果将为煤与瓦斯共采及瓦斯灾害防治提供新的增透理论。

中文关键词: 采动裂隙;变形;瓦斯渗流;增透;逾渗模型

英文摘要: Mining-induced mechanical behavior of coal and rock provides theoretical basis of the quantitative calculation and accurate explanation on coupling of cracks and enhanced permeability of coal and rock. Based on percolation theory, the evolution law and nonlinear catastrophe of connectivity between generated and initial cracks can be studied. The coupling mechanism between cracks and enhanced permeability is obtained from the deformation of coal as a key bond. The relationship established between geometric characterization and physical parameter make quantitative evaluation of enhanced permeability coupling with crack growth feasible in the percolation model. To obtain the law of gas flowing, the following tests need to be carried out including reconstruction of crack growth in coal samples and the coupling test of mining-induced stress and gas flowing under various mining layouts. The numerical simulation for coupling mechanism of mining-induced cracks, deformation and gas flowing is further developed considering pressure relief induced by dilatation. The theoretical coupling model is then obtained. The results provide new theory for simultaneous exploitation of coal and gas in deep coal mining, and prevention from disasters induced by gas.

英文关键词: mining-induced crack;deformation;gas flowing;enhanced permeability;percolation model

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