›› 2010, Vol. 31 ›› Issue (S1): 398-404.

• 数值分析 • 上一篇    下一篇

近距离上保护层开采瓦斯运移规律数值分析

张拥军,于广明,路世豹,李 亮,杨登峰   

  1. 青岛理工大学 土木工程学院,山东 青岛 266033
  • 收稿日期:2010-04-08 出版日期:2010-08-10 发布日期:2010-09-09
  • 作者简介:张拥军,男,1974年生,博士后,副教授,主要从事采矿安全、岩土与地下结构工程教学与科研工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金项目(No. 50904040,No. 50874064,No. 50804026,No. 50904039);山东省自然科学基金重点项目(No. Z2007F10)。

Numerical analysis of gas flow law with short distance upper protective layer gas extraction

ZHANG Yong-jun,YU Guang-ming,LU Shi-bao,LI Liang,YANG Deng-feng   

  1. School of Civil Engineering, Qingdao Technological University, Qingdao, Shandong 266033, China
  • Received:2010-04-08 Online:2010-08-10 Published:2010-09-09

摘要:

采动裂隙是瓦斯运移的通道,搞清瓦斯运移规律是瓦斯治理的前提。在考虑岩石动态破坏过程和含瓦斯煤岩渗流-应力-损伤耦合的基础上,结合平煤五矿实际地质条件和开采工艺,建立了数值计算模型,应用RFPA-Gas程序模拟了近距离上保护层采动顶底板岩层变形破坏、裂隙演化规律与瓦斯运移规律。模拟结果较好地再现了保护层开采过程中煤岩层应力变化、顶底板损伤及裂隙演化过程,得到了上覆岩层移动的“上三带”(冒落带、裂隙带和弯曲下沉带)和底板变形的“下两带”(底板变形破坏带和弹塑性变形带)。得到了被保护层瓦斯流量分布、瓦斯压力分布和透气系数的变化规律,卸压煤层瓦斯透气性增大了2 500倍,得到了煤壁下方压缩区和膨胀区之间的张剪瓦斯渗流通道,并将保护层底板压缩区和膨胀区的瓦斯渗流特征提炼出来:压缩区对应的是渗流减速减量区、膨胀区由卸压膨胀陡变区和卸压膨胀平稳区组成,分别对应着渗流急剧增速增量区和渗流平稳增量区。指出卸压膨胀陡变区是瓦斯突出危险区,为近距离保护层开采瓦斯治理指明了方向。实践表明,瓦斯治理效果显著。

关键词: 上保护层, 采动裂隙, 瓦斯运移, 应力分布, 数值分析

Abstract:

Mined fracture is the passage of gas flow, and gas flow law is the precondition of control gas disaster. Based on the dynamic failure process and coupled fluid-solid interaction between gas flow and solid deformation, considering geologic condition and excavating technique in Mine No. 5 in Pingdingshan, a numerical simulation model is established with the gas-solid coupling rock failure process analysis system RFPA-Gas to simulate the stress variation law, roof and floor deformation, fracture evolution law, displacement in the protected seam, change in gas permeability and gas flow law during upper protective layer extraction. The simulation results reproduced stress variations in coal and rock strata, roof and floor deformation and fracture evolution process during protective layer extraction. The movement of rock strata were characterized by upper three zones and lower two zones: caving zone, fracture zone and bending subsidence zone in the vertical direction in the overlying stratum; floor deformation and failure zone and elasto-plastic deformation zone in the vertical direction in the underlying stratum. The gas flux, gas pressure and gas permeability change with the upper protective extraction. And the gas permeability of protected coal seam dramatically increases about 2 500 times. The tensile-shear gas flow passages appear under the pillar between compression zone and expansion zone. The gas flow speed and the flux reduce at the stress-concentration zone. The expansion zone is composed of stress relief and sudden expansion zone and stress relief and steady expansion zone. The gas flow speed and the flux increase dramatically at stress relief and sudden expansion zone. The gas flow speed and the flux increase slowly at stress relief and steady expansion zone. The gas outburst often occurs at stress relief and sudden expansion zone. The results provide a clear direction for gas control in the protective layer. The simulation results are in good agreement with the stress-relief effects in field.

Key words: upper protective layer, mined fracture, gas flow and migration, stress distribution, numerical analysis

中图分类号: 

  • O 241
[1] 朱才辉, 崔 晨, 兰开江, 东永强. 砖-土结构劣化及入侵建筑物拆除 对榆林卫城稳定性影响[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3153-3166.
[2] 吴顺川, 马 骏, 程 业, 成子桥, 李建宇, . 平台巴西圆盘研究综述及三维启裂点研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1239-1247.
[3] 李 宁, 杨 敏, 李国锋. 再论岩土工程有限元方法的应用问题[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1140-1148.
[4] 郑黎明, 张洋洋, 李子丰, 马平华, 阳鑫军, . 低频波动下考虑孔隙度与压力不同程度变 化的岩土固结渗流分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1158-1168.
[5] 王建军, 陈福全, 李大勇. 低填方加筋路基沉降的Kerr模型解[J]. 岩土力学, 2019, 40(1): 250-259.
[6] 徐长节,梁禄钜,陈其志,刘元昆,. 考虑松动区内应力分布形式的松动土压力研究[J]. , 2018, 39(6): 1927-1934.
[7] 袁彦辉,肖 明,陈俊涛, . 全长黏结式锚杆沿程应力分布模拟方法[J]. , 2018, 39(5): 1908-1916.
[8] 闫澍旺,李 嘉,闫 玥,陈 浩,. 黏性土地基中竖向圆孔的极限稳定深度研究[J]. , 2018, 39(4): 1176-1181.
[9] 阿比尔的,郑颖人,冯夏庭,丛 宇,. 平行黏结模型宏细观力学参数相关性研究[J]. , 2018, 39(4): 1289-1301.
[10] 郭浩然,乔 兰,李 远. 能源桩与周围土体之间荷载传递模型的改进及其桩身承载特性研究[J]. , 2018, 39(11): 4042-4052.
[11] 李一凡,董世明,潘 鑫,李念斌,原 野. 砂岩的I/III复合型断裂试验研究[J]. , 2018, 39(11): 4063-4070.
[12] 郭 洋,李 清,徐文龙,钱 路,田 策. 条形药包爆破预制贯通裂纹动态断裂过程研究[J]. , 2018, 39(10): 3882-3890.
[13] 刘天翔,王忠福, . 隧道正交穿越深厚滑坡体的相互影响分析与应对措施[J]. , 2018, 39(1): 265-274.
[14] 黄琪嵩,程久龙, . 软硬互层岩体采场底板的应力分布及破坏特征研究[J]. , 2017, 38(S1): 36-42.
[15] 宋许根,陈从新,夏开宗,陈龙龙,付 华,邓洋洋,杜根明,. 竖井变形破坏机制与继续使用可行性探究[J]. , 2017, 38(S1): 331-342.
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[1] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[2] 张宜虎,周火明,邬爱清. 结构面网络模拟结果后处理研究[J]. , 2009, 30(9): 2855 -2861 .
[3] 杨 光,孙 逊,于玉贞,张丙印. 不同应力路径下粗粒料力学特性试验研究[J]. , 2010, 31(4): 1118 -1122 .
[4] 张常光,张庆贺,赵均海. 非饱和土抗剪强度及土压力统一解[J]. , 2010, 31(6): 1871 -1876 .
[5] 杨天鸿,陈仕阔,朱万成,刘洪磊,霍中刚,姜文忠. 煤层瓦斯卸压抽放动态过程的气-固耦合模型研究[J]. , 2010, 31(7): 2247 -2252 .
[6] 胡秀宏,伍法权. 岩体结构面间距的双参数负指数分布研究[J]. , 2009, 30(8): 2353 -2358 .
[7] 李卫超,熊巨华,杨 敏. 分层土中水泥土围护结构抗倾覆验算方法的改进[J]. , 2011, 32(8): 2435 -2440 .
[8] 张桂民 ,李银平 ,施锡林 ,杨春和 ,王李娟. 一种交互层状岩体模型材料制备方法及初步试验研究[J]. , 2011, 32(S2): 284 -289 .
[9] 王 伟 李小春 李 强 石 露 王 颖 白 冰. 小尺度原位瞬态压力脉冲渗透性测试系统及试验研究[J]. , 2011, 32(10): 3185 -3189 .
[10] 吕亚茹 ,丁选明 ,孙 甲 ,孔纲强 . 刚性荷载下现浇X形桩复合地基极限承载力特性研究[J]. , 2012, 33(9): 2691 -2696 .