含瓦斯煤岩破裂过程流固耦合数值模拟

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1、第24卷第10期岩石力学与工程学报Vol.24No.102005年5月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringMay，2005含瓦斯煤岩破裂过程流固耦合数值模拟12121，2徐涛，唐春安，宋力，杨天鸿，梁正召(1.大连大学材料破坏力学数值试验研究中心，辽宁大连116622；2.东北大学岩石破裂与失稳研究中心，辽宁沈阳110004)摘要：根据煤岩体介质变形与瓦斯渗流的基本理论，考虑到煤岩介质材料力学性质的非均匀性特点以及煤岩介质变形破裂过程中透气性的非线性变化特性以及煤岩体变形破裂过程中瓦斯渗流与煤岩体变形间的耦合作

2、用，在岩2D2D石破裂过程分析系统(RFPA)的基础上，建立了含瓦斯煤岩破裂过程流固耦合作用的RFPA–Flow耦合模型，并2D给出了RFPA–Flow耦合模型的数值求解方法。并应用该模型对石门掘进诱发煤与瓦斯的延期突出进行了数值模拟，模拟结果再现了含瓦斯煤岩在瓦斯压力、地应力及煤岩力学性质共同作用下渐进损伤破裂诱致突出的全过程，模拟结果进一步表明延期突出与瞬时突出都是地应力、瓦斯压力和煤体物理力学性质3个因素综合作用的结果，都具备突出的4个阶段，即应力集中阶段、应力诱发煤岩破裂阶段、瓦斯动力驱动裂纹扩展阶段和突出阶段，为进一步深入理解煤与瓦斯突出机理及瓦斯抽

3、放防治突出等提供理论基础和科学依据。2D关键词：采矿工程；含瓦斯煤岩；破裂过程；流固耦合；RFPA–Flow耦合模型；数值模拟中图分类号：TD713文献标识码：A文章编号：1000–6915(2005)10–1667–07NUMERICALSIMULATIONOFCOUPLEDGASFLOWINFAILUREPROCESSOFGASSYCOAL-ROCK12121，2XUTao，TANGChun-an，SONGLi，YANGTian-hong，LIANGZheng-zhao(1.ResearchCenterforNumericalTestsonMaterial

4、Failure，DalianUniversity，Dalian116622，China；2.CentreforRockInstabilityandSeismicityResearch，NortheasternUniversity，Shenyang110004，China)Abstract：Basedonthebasictheoryofcoal-rockdeformationandgasflowincoalandrockformations，consideringtheheterogeneityofthecoal-rock，thenonlinearvariati

5、oncharacteristicsofgaspermeability，andthecoupledfluid-solidinteractionbetweengasflowandsoliddeformationduringthecoal-rockdeformationand2Dfailureprocess，anumericalmodel(RFPA–Flow)oncoupledgasflowincoal-rockformationsduringthefailureprocessofgassycoal-rockisestablished；andthenumerical

6、solutionmethodforthemodelisalsopresented.Then，2DusingtheRFPA–Flowcode，thecatastrophicdelayoutburstofcoalandgasinducedbycross-cuttingundergroundcoalmineisnumericallymodeledtoinvestigatethemechanismofcoalandgasoutbursts.Thenumericalsimulationsreproducethewholeprocessoftheinitiation，pr

7、opagation，interaction，coalescenceofthemicrocracksunderthecombinedactionofgaspressure，in-situstress，andphysicalandmechanicalpropertiesofcoal-rock.Itisindicatedthatdelayoutburststogetherwithinstantaneousoutburstsarebothcausedbycombinedactionofgaspressure，in-situstressandphysicalandmec

8、hanicalpropertiesof