受载含瓦斯煤岩组合体损伤与煤中瓦斯渗流耦合失稳灾变机制

基本信息
批准号:51874314
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:王凯
学科分类:
依托单位:中国矿业大学(北京)
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:周爱桃,徐超,杜锋,辛程鹏,娄振,邵本初
关键词:
含瓦斯煤岩组合体复合动力灾害损伤演化瓦斯渗流固气耦合
结项摘要

As mining depth increasing, the compound dynamic disaster of gas-bearing coal-rock has become more and more serious. By taking gas-bearing coal-rock combination bodies as the research objects and using the methods of laboratory tests, numerical simulation, physical simulation and theoretical analysis, this project will take an experimental investigation on the characteristics of damage in stressed gas-bearing coal-rock combinations and gas seepage in coal. The precursory characteristics of destabilizing failure of gas-bearing coal-rock combinations will be analyzed and extracted, the damage constitutive model of the stressed gas -bearing coal-rock combinations and the coupling model of damage and gas seepage in coal part under the condition of coal and rock combination will be developed, and the coupling evolution mechanism of damage in gas-bearing coal-rock combination bodies and gas seepage in coal will be clarified. Then the physical simulation experiments will be conducted to simulate the disaster occurrence induced by the coupling effect of damage in gas-bearing coal-rock combination bodies and gas seepage in coal, which could be used to analyze the occurrence conditions and dynamic response characteristics of the disasters. Meanwhile, the multi-scale DEM-LBM coupling model will be used to analyze the coupling evolution of damage in coal-rock combinations and gas permeability in coal under the conditions of physical simulation experiments and the laws of energy accumulation and dissipation. As a result, the catastrophic energy criterion is supposed to be developed. Finally, the destabilizing catastrophic mechanism induced by damage in gas-bearing coal-rock combination bodies coupled with gas seepage in coal will be revealed and verified by typical case analysis on the spot. The expected results of this project have scientific significance to deep understanding of the mechanism of the compound dynamic disaster of gas-bearing coal-rock.

随着煤矿进入深部开采,复合型煤岩瓦斯动力灾害的危险性凸显。本项目以含瓦斯煤岩组合体为研究对象,综合采用实验测试、数值计算、物理模拟和理论分析等方法,实验研究受载含瓦斯煤岩组合体损伤破坏及其煤中瓦斯渗流特征,分析提取含瓦斯煤岩组合体失稳破坏前兆特征,建立受载含瓦斯煤岩组合体损伤本构模型以及煤岩组合体条件下单煤体损伤与渗流耦合模型,阐明受载含瓦斯煤岩组合体损伤与煤中瓦斯渗流耦合演化机制。进行受载含瓦斯煤岩组合体损伤与煤中瓦斯渗流耦合失稳致灾物理模拟实验,分析灾害发生条件与动力学响应特征,同时采用DEM-LBM双向耦合数值模拟方法,分析物理模拟实验条件下含瓦斯煤岩组合体损伤与煤中瓦斯渗流耦合演化以及能量积聚与耗散规律,建立灾变能量判据,揭示受载含瓦斯煤岩组合体损伤与煤中瓦斯渗流耦合失稳灾变机制,并结合现场典型案例进行分析验证。预期研究成果对深入认识煤岩瓦斯复合动力灾害的机理具有重要的科学意义。

项目摘要

本项目综合采用实验测试、数值计算、物理模拟和理论分析等方法,研究了受载含瓦斯煤岩组合体损伤与煤中瓦斯渗流耦合失稳诱发煤岩瓦斯复合动力灾害机制。进行了不同应力路径下含瓦斯煤体、煤岩组合体及岩煤岩组合体应力-损伤-渗流同步实验,分析了煤体变形破坏过程中的渗透率变化规律以及含瓦斯煤岩组合体失稳破坏前兆特征;建立了受载含瓦斯煤岩组合体损伤本构模型以及煤岩组合体条件下单煤体损伤与渗流耦合模型,构建了煤岩组合体的三维重构模型,数值模拟了含瓦斯煤岩组合体的宏细观变形破坏和煤体内瓦斯渗流规律,并分析了该过程中的能量积聚与耗散规律。进行了受载含瓦斯煤岩组合体损伤与煤中瓦斯渗流耦合致灾物理模拟实验研究,分析了灾害发生条件与动力学响应特征;数值模拟分析了物理模拟实验条件下含瓦斯煤岩组合体损伤与煤中瓦斯渗流耦合演化以及能量积聚与耗散规律,建立了灾变能量判据,结合现场案例分析,揭示了受载含瓦斯煤岩组合体损伤与煤中瓦斯渗流耦合失稳灾变机制。本项目研究成果有助于深入认识煤岩瓦斯复合动力灾害的机理,为煤岩瓦斯复合动力灾害防治提供了理论基础,对保障深部矿井安全高效生产具有重要意义。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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