基于COMSOL的近距离下保护层开采瓦斯流动模型-采矿工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 中图分类号：TD712 密 级：公开 UDC：622 单位代码：10460 基于 COMSOL 的近距离下保护层开采瓦斯流动模型 Methane Flow Model of the Near Distance Lower Protective coal seam Based on COMSOL 申请人姓名 许灿荣 申请学 位 工学硕士 学 科 专 业 采矿工程 研究方 向 采矿理论与技术 导 师 李东印 职 称 副教授 提 交 日 期 2012.4 答辩日 期 2012.6 河南理工大学 河 南 理 工 大 学 学 位 论 文 原 创 性 声 明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他 个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做 的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。 本人愿意承担因本学位论文引发的一切相关责任。 学位论文作者签名 : 年 月 日 河 南理工 大学 学 位论文 使用授 权声明 本学位论文作者及导师完全了解河南理工大学有关保留、使用学位论文的规 定，即：学校有权保留和向有关部门、机构或单位送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅，允许将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索和传播，允许采用任何方式公布论文内容，并可以采用影印、缩印、扫描 或其他手段保存、汇编、出版本学位论文。 必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权。 学位论文作者签名： 导师签名： 年 月 日 年 月 日 致 谢 本论文首先要特别感谢我的导师李东印副教授，在其悉心教导和无私帮助下 本论文才得以顺利完成。李老师严谨的治学态度、求实的工作作风和精深的学术 造诣时刻影响着我，让我从中学到许多做人、做事的真谛，它将是伴随我一生的 宝贵财富。三年的研究生生活，无论是生活上还是学习上，李老师都对我给予了 极大的帮助和无微不至的关怀，值此论文完成之际，谨向恩师李东印副教授致以 最诚挚的感谢。 感谢感谢父母及家人对我的学业做出的牺牲，以及对我生活的支持。在今后 的日子里，我将尽力工作学习，以求不辜负他们的期盼。 感谢能源科学与工程学院李化敏教授、熊祖强副教授、袁瑞甫副教授和王文 老师给予我在研究生期间学习上的指导和生活中对我的无私帮助。感谢李林博师 弟在论文翻译方面的帮助，感谢蒋东杰师兄、杨正凯同学、李宁同学、任耀同学、 马智慧同学、李红斌同学、秋琳杰同学等众多矿山开发设计所的师兄弟对我论文 和生活上的支持和帮助。 感谢河南省重点攻关项目(092102310311)“近距离下保护层开采瓦斯异常预报 与防治技术研究”与河南理工大学研究生创新基金对本论文的大力支持。 最后，感谢各位专家、老师在百忙之中评审本论文，并殷切希望得到您的指 正和赐教。 许灿荣 2012.4.6 I 摘 要 豫西“三软”煤层赋存的特殊性决定了近距离下保护层开采是该地区最经济、最 有效的区域性防突措施之一，研究并掌握保护层开采过程中瓦斯的分布和运移规 律，是近距离下保护层安全开采的根本保障。保护层开采瓦斯流动机理是一个复 杂的过程，基本的CFD模型未能很好地解决瓦斯运移与煤层卸压膨胀间的耦合关 系。为构建近距离下保护层开采瓦斯流动模型，从近距离下保护层开采的覆岩变 形与瓦斯流动特征出发，采用数值模拟方法对保护层工作面上覆岩层和被保护层 应力分布、瓦斯运移规律进行深入研究，并利用平面应变压缩实验得出了二1煤应 力作用下煤体渗透性特征。在此基础上，结合瓦斯卸压流动理论，构建了基于 COMSOL的近距离下保护层开采瓦斯流动耦合模型；通过孔隙度、孔隙压力传递 煤层变形与瓦斯运移之间耦合作用，将Navier-Stokes和Brinkman流动形式与瓦斯扩 散的菲克定律有机联系在一起；利用COMSOL Multiphysics软件求解得到整个流场 瓦斯分布与运移规律，并实现了结果的可视化；利用该模型对豫西矿区不同覆岩 条件下保护层开采效果进行预测，证明了模型的合理性，并将模型扩展应用到瓦 斯专排巷的位置选择、工作面通风方式优劣的对比判断中。 关键词：近距离下保护层；瓦斯运移；流固耦合；COMSOL Multiphysics I Abstract The particularity of “three soft” coal seam in henna waster area decides near distance lower protective coal seam is the most economical、the most effective regional outburst prevention measures