软煤峰后渗透特性及气体流动规律研究

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1、全日制硕士学位论文软煤峰后渗透特性及气体流动规律研究申请人姓名：候超指导教师：马建宏副教授学位类别：工学硕士专业名称：矿业工程研究方向：煤层气（瓦斯）抽采理论与技术河南理工大学能源科学与工程学院二○一七年六月中图分类号：TD713密级：公开UDC：622单位代码：10460软煤峰后渗透特性及气体流动规律研究Researchontheflowcharacteristicsandgaspermeabilityofsoftcoalafterstresspeak申请人姓名候超学位类别工学硕士煤层气（瓦斯）专业名称矿业工程研究方向抽采理论

2、与技术导师马建宏职称副教授提交日期2017年3月答辩日期2017年6月河南理工大学致谢本文是在我的导师马建宏老师的悉心指导下完成的，从论文的选题到中间漫长的写作及最后的审稿、定稿马老师都给予了我悉心指导，提出了诸多宝贵的修改意见。马老师不仅学识渊博、思维敏锐、现场经验丰富，而且为人和蔼，经常关心我的学习和生活，不仅在学业上为我指导迷津，而且教会了我许多做人的道理，对我今后的学习和生活产生了深远影响，使我终生受益！在此，特向我的恩师马建宏老师致以衷心的感谢和崇高的敬意！感谢周英老师、翟新献老师、王兵建老师、熊祖强老师在论文开题、中

3、期检查及预答辩过程中给我提出的宝贵意见，向各位老师表示衷心的感谢！感谢同门师兄侯江涛、汪宾、李建明、耿朝光对我研究生期间的帮助，我将不负众望，继续努力，开辟一片属于自己的新天地，谢谢！感谢百忙之中评阅本论文的专家、教授！最后，谨向文中引用到其学术论著及研究成果的学术前辈与同行。摘要随着科学技术的发展，瓦斯抽采技术在各个矿区的应用，我国在煤体渗透特性演化规律研究方面已取得了一些成果，在一定程度上较好的指导了煤矿开采过程中的瓦斯抽采及增透技术。目前存在的问题主要是针对煤体峰值强度后的渗透率演化特征及气体流动规律研究较少。基于此，本文

4、结合理论分析、实验室实验、数值模拟等多种手段，开展了煤体峰值强度后渗透特性及气体流动规律研究。取得的主要成果如下：（1）建立了煤体全应力-应变以及破坏后卸载过程中的渗透率演化模型，得到了渗透率与应力的基本函数关系，并用图像直观表示出来；（2）在实验室进行了标准型煤煤样不同围压作用下（2MPa、3MPa、4MPa）峰后强度的渗透率演化实验，比较分析实验数据得到，在围压分别为：2MPa、3MPa、4Mpa时，卸载轴压及围压后渗透率均增大约1.3倍，并绘制了峰值强度后卸载过程中及给定围压加载至二次破坏过程中的渗透率演化曲线，与应力进行

5、了拟合，得出了渗透率随应力变化的基本规律；（3）运用RFPA软件模拟了不同围压条件下煤样的裂纹扩展过程和对应的声发射能量图，分析得出裂隙的发展分为四个阶段分别为：微损伤成核、生长阶段，微损伤生长、连接，形成大尺度裂隙阶段，宏观裂隙快速扩展、连接阶段，大断裂贯通阶段。并深入分析了此过程中煤样的X、Y方向位移矢量变化过程，以更好的理解裂纹扩展的全过程；（4）运用comsol软件，模拟了裂隙位于煤体不同位置，以及煤体内部裂隙数目不同时，气体压力和流场在煤体中的分布情况，研究表明，裂隙的存在改变了煤体内原有的气体流动规律，引导气体沿裂隙

6、通道流动，一部分气体从裂隙入口进入裂隙通道，另一部分从煤体基质垂直于裂隙面进入裂隙通道，在裂隙进出口处流速远远大于其它位置，裂隙可在很大程度上增加煤体的透气性；本文的研究内容，进一步为瓦斯抽采及瓦斯治理提供了理论基础，在探索出峰后强度渗透率演化的基础上，结合其它瓦斯治理措施，进行全方位的瓦斯治理，才能更好的解决瓦斯超限和局部瓦斯积聚的问题。关键词：峰值强度；渗透率；裂隙；气体流动IAbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,theapplicationofgasdrainag

7、etechnologyintheminingarea,seepagecharacteristicsinChinaCoalevolutionhasmadesomeachievements,toacertainextent,betterguidanceintheprocessofcoalmininggasdrainageandanti-reflectiontechnology.Atpresent,therearefewresearchesontheevolutioncharacteristicsofpermeabilityandth

8、elawofgasflowforthepeakstrengthofcoal.Basedonthis,thispapercombinesthetheoreticalanalysis,laboratoryexperiments,numericalsimulation