基于COMSOL-Multiphysics研究煤与瓦斯突出

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基于COMSOLMultiphysic的煤层甲烷拟稳态吸附_运移数值模拟

[ 3, 4 ]
61
1 渗流数学模型的建立
的流量 qm 等于浓度变化率乘几何因子 GS , 即
qm = - GS dcm dt
1. 1 基本假设 ( 1 )煤体是由大小均匀的球状基质块组成 , 球
=
GS
τ
[ cm - cE ( pg ) ]
( 7)
状基质块之间有较大的裂隙 ; ( 2 ) 微孔隙中气体组分无选择性吸附和扩散 , 基质块裂隙之间存在游离气体 ,其余气体以吸附气形式储集在煤基质的内表面 ,气体为真实气体 ,基质块的整体总浓度为游离和吸附之和 ; ( 3 ) 流体流动为等温线性渗流 ; ( 4 ) 煤岩体不变形 ; ( 5 ) 煤基质中气体的扩散过程为拟稳态非平衡吸附过程 ,服从 Fick第一定律。 1. 2 煤层甲烷控制方程 1. 2. 1 渗流方程 ① 运动方程 : 由于煤层气在裂隙中的运动属于低速渗流 , 用 Darcy 定律来描述其运动规律 ,方程为 :
2 COM SOL M ultiphysic 对煤层
甲烷单井分析模拟
求解参数为 : 煤层厚度 3m , 煤体长取 160 m , 渗 - 3 2 3 3 透率 1 × 10 μm , 含气量 28. 07 m /m , 储层压力梯度 8. 715M Pa,临界解吸压力 2. 245M Pa,孔隙体积 3 压缩系数 0. 036 7 ( 1 /M Pa ) ,煤密度 1. 5 g / cm , 扩散系数 2. 16 × 10 m / d,煤层孔隙度 0. 13, 吸附时间 100 h,温度 300 K。建模及其求解 : 所建立的物理模型为二维平面模型 ,长宽为 160 × 3 (m × m ) ,由于所建立的数学模型为二阶强非线性偏微分方程 , 因此需要用 PDE, General form 模型进行建模 , 所选用的因变量为 p, 这样在 subdomain setting设置中使流固耦合控制方程和拟稳态扩散方程进行耦合 , 以便在求解器中进行耦合计算 ; 在 boundary setting设置中井点和远端分别安定压处理 ,煤储层上下边无通量。利用 COMSOL Multiphysic 软件对煤层甲烷的运移进行数值模拟 ,模拟压降和浓度随时间的变化结果如下图 1 和图 2 所示 ,从图中可以看出 ,模拟数据与 [5] 文献提供的实测数据具有较好的吻合特性 ,说明采用 COMSOL Multiphysic软件对所建立的拟稳态非平衡吸附数学模型能够很好的模拟。从图 1 可见 ,煤层中压降开始时间变化较快 ,而后变化较慢 ,并且压降在煤层中传递较快。图 2 变化曲线说明由于吸附解

基于流-固-热耦合的煤层瓦斯抽采数值模拟研究

基于流-固-热耦合的煤层瓦斯抽采数值模拟研究凡永鹏【摘要】为了提高煤层瓦斯抽采效果预测的准确性,揭示瓦斯抽采过程中煤层各参数的变化规律,基于煤岩结构和瓦斯煤层内运移特征,结合岩体力学、渗流力学、传热学相关理论,建立了煤层瓦斯抽采的流-固-热耦合模型,进行了单裸竖直钻井瓦斯抽采数值模拟,结果表明:所建模型解算结果与工程实际相吻合,能够满足工程需要;在瓦斯抽采过程中煤层温度、瓦斯压力和产气速率均随着抽采时间的增加而减小,瓦斯抽采活动对煤层温度的变化有着很大影响;由于瓦斯吸附量减少和温度降低引起的煤基质应变降低值大于煤层压力降低引起应变增高值,瓦斯抽采影响范围内煤体渗透率不断增高,但受煤层瓦斯运移、解吸速度的影响,煤体渗透率增高速率不断减缓.【期刊名称】《山西焦煤科技》【年(卷),期】2017(041)008【总页数】6页(P70-74,115)【关键词】煤层气;瓦斯抽釆;流-固-热耦合;孔隙率;渗透率【作者】凡永鹏【作者单位】辽宁工程技术大学矿业学院,辽宁阜新 123000【正文语种】中文【中图分类】TD712+.61随着我国经济的迅速发展，国内对化石能源的需求不断提高。

煤炭作为我国能源的主体，在今后很长一段时间不会变化[1-2]. 随着煤炭开采强度的增加，开采深度的延伸，矿井瓦斯涌出量加大，给煤矿安全生产带来了很大的威胁[3-4]. 通过瓦斯抽采的方法减少煤层瓦斯含量是降低煤炭开采过程中瓦斯灾害的主要手段[5].许多学者对煤层瓦斯抽采和煤层瓦斯运移规律做出了大量研究，袁亮等[6]通过数值模拟和现场实验验证的方法揭示了大直径瓦斯抽采地面钻井的可行性及增产效果。

王兆丰等[7-9]揭示了羽状钻孔、穿层钻孔和顺层钻孔的作用机理及效果预测模型。

赵景国等[10]利用连续介质力学方法建立了描述煤层中瓦斯渗流的两相介质模型，并利用有限元法模拟分析。

徐涛等[11]结合岩体变形理论及瓦斯渗流理论，考虑岩体的非均值特征，建立了瓦斯非均值渗流耦合模型，为煤层瓦斯抽采和煤与瓦斯突出预测提供了理论依据。

基于贝叶斯分类器的煤与瓦斯突出强度预测研究

一
用朴素贝叶斯分类器建立煤与瓦斯突出发生的危险程度与其影响因素之间的非线性映射模型，并利用待测样本对模型进行了预测验证．
直影响着煤矿的安全生产，如火灾、瓦斯、煤尘及
１朴素贝叶斯分类器预测模型
第６期
边平勇，等：基于贝叶斯分类器的煤与瓦斯突出强度预测研究
８９１
贝叶斯分类器模型需要寻找给定属性样本时最大可能假设分类Ｃ ∈Ｃ．即：
ｃ柚＝ａｒｇｍａｘＰ（ＣＩ）应用经典贝叶斯公式可以得到：
Ｐ（）＝＝寺Ｐ（）＝４＋１＝寺
８９２
佳木斯大学学报（自然科学版）
２Ｏ１３卑
能分类的概率，从中选择具有最大后验概率的类别
作为该样本所属的类别，达到分类或预测的目的．
贝叶斯公式如下：ｅ（ｎ：（１）
非常复杂的动力学现象，它受到煤层物理力学性质、地应力和瓦斯三个因素的共同作用，甚至可能还有其它至今未被人们认识的参量影响，并且我国各地煤炭赋存条件具有多样性、复杂性，用传统方法对其预测是比较困难的，且精度也不高．本文使
爱ｌＥ臻州｝曩妻；攀曩＿誊；、 ■ 冀≯ 搿＊＿董譬ｌ
２３２４２５２６２７２８２９３０
其中，是表示第＿『个属性的值，Ｐ（Ａｊｌｃ）和Ｐ（ｃ）的值可以通过训练样本学习得到，具体计算如下：

煤与瓦斯突出多物理场分布特征的数值模拟研究

扫码阅读下载曹偈，赵旭生，刘延保.煤与瓦斯突出多物理场分布特征的数值模拟研究[J].矿业安全与环保,2021,48(2)：7-11. CAO Jie,ZHAO Xusheng,LIU Yanbao.Numerical simulation on multiphysics field distribution characteristics of coal and gas outburst[J].Mining Safety&Environmental Protection,2021,48(2)：7-11.DOI：10.19835/j.issn.1008-4495.2021.02.002煤与瓦斯突出多物理场分布特征的数值模拟研究曹偈I，2,赵旭生I，2,刘延保I，2(1.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆400037； 2.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400037)摘要：为揭示煤与瓦斯突出过程煤体多物理场耦合灾变机制，在含瓦斯煤气固耦合方程基础上，利用COMSOL软件中的固体力学与PDE模块，模拟了突出前后煤体应力场、变形场、气体流动场分布规律。

与前期开展的突出物理模拟试验结果进行对比验证，证实了数值分析方法的可行性。

模拟结果表明：突出后孔洞壁附近煤体发生塑性变形，导致此处煤体渗透率增大，且随着应力增大，突出孔洞壁处煤体渗透率可比原始渗透率增加2~3个数量级；突出后气体压力从突出孔洞壁面到煤体深部呈现先急剧上升后降低至原始气压的变化趋势，在孔洞壁处形成较高压力梯度，是突出持续发生的必要条件。

关键词：煤与瓦斯突出；数值模拟；气固耦合；渗透率；应力中图分类号:TD713文献标志码：A文章编号：1008-4495(2021)02-0007-05Numerical simulation on multiphysics field distribution characteristics ofcoal and gas outburstCAO Jie1,2,ZHAO Xusheng1，2,LIU Yanbao1,2(1.State Key Laboratory of the Gas Disaster Detecting,Preventing and Emergency Controlling,Chongqing400037,China；TEG Chongqing Research Institute,Chongqing400037,China)Abstract:In order to reveal the mechanism of multiphysics field coupling catastrophe of coal and gas outburst,based on the gas-solid coupling equation of gas-containing coal,the solid mechanics and PDE modules in the COMSOL software were used to simulate the distribution law of coal stress field,deformation field and gas flow field before and after pared with the results of outburst physical simulation experiments carried out in the early stage,the feasibility of the numerical analysis method was confirmed.The simulation results show that the plastic deformation of the coal mass near the wall of the hole after outburst causes the permeability increase,and with the increase of stress,the permeability at the wall of outburst hole can be increased by2to3orders of magnitude from the original value；from the wall surface of outburst hole to the deep part of the coal mass, the gas pressure shows a tendency to rise sharply and then decreases to the original pressure when the outburst occurs.The formation of higher pressure gradient at the wall of hole is a necessary condition for the continuous occurrence of outburst.Keywords:coal and gas outburst；numerical simulation；gas-solid coupling；permeability；stress2019年我国煤炭消费量占能源消费总量的57.7%［|］，煤炭在未来相当长一段时间内还将作为收稿日期：2020-05-06；2021-03-16修订基金项目：重庆市自然科学基金(面上)项目(cstc2019j c yj-m sxmX0531)；天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项项目(2019-TD-QN037)；国家自然科学基金面上项目(51774319)作者简介：曹偈(1988—),女，四川岳池人，助理研究员,现从事矿井瓦斯灾害防治技术研究工作。

COMSOL软件文档资料集锦(二)

结合人体肺部组织的结构特征,运用大型有限元仿真软件COMSOL,根据CT肺部扫描图像构建人体肺部模型,通过肺部模型仿真实验,设定各组织的电导率特性,分析组织器官电导率变化对各电极测量数据影响,并进行仿真成像,从而对动态心肺监测活动的临床应用可行性进行分析。
19.基于COMSOL Multiphysics的等离子体气动激励系统仿真为了揭示介质阻挡放电产生等离子体过程中电参数的演化机制,进行基于
14.基于comsol软件的光子晶体通信器件模拟
利用comsol软件对几种光子晶体通信器件的模拟,有光子晶体光纤、波导、分波器以及滤波器等器件,模拟结果很好,可以更直观地了解光子晶体器件的优越性,更为开发集成光通信器件提供了有益的参考.
15.基于COMSOL有限元软件在三侧向测井深模式中的研究基于COMSOL Multiphysics有限元软件在三侧向测井中的研究进行了介绍,对
软件在几何建模,网格剖分,加源计算中的问题进行了探究。结果表明,三侧向
测井深模式响应与解析解相符。
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利用COMSOL"静磁场,无电流"的应用模式给出了相对放置的永磁条、具有磁回路结构的磁轭磁极、环形磁体的磁场分布图,并分析了这3组磁体的磁场和梯度情况,更关注于均匀磁场和恒梯度磁场的分布情况。
17.基于COMSOL汽车曲轴的模态分析及设计利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合分析软件,基于模态叠加法,对某型号汽车曲轴进行了模态分析,获得了汽车曲轴的的前六阶固有特征频率和振型。
模态分析结果表明,该型汽车曲轴不会由于路面激励而产生共振。这表明该汽
车曲轴的设计比较合理。
18.基于comsol的肺部EIT仿真研究

基于人工神经网络的煤与瓦斯突出预测通用版

安全管理编号：YTO-FS-PD565基于人工神经网络的煤与瓦斯突出预测通用版In The Production, The Safety And Health Of Workers, The Production And Labor Process And The Various Measures T aken And All Activities Engaged In The Management, So That The Normal Production Activities.标准/ 权威/ 规范/ 实用Authoritative And Practical Standards基于人工神经网络的煤与瓦斯突出预测通用版使用提示：本安全管理文件可用于在生产中，对保障劳动者的安全健康和生产、劳动过程的正常进行而采取的各种措施和从事的一切活动实施管理，包含对生产、财物、环境的保护，最终使生产活动正常进行。

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随着我国煤炭科学技术的迅速发展，在煤与瓦斯突出预测方面取得了突出进展，提出了许多预测煤与瓦斯突出的方法和指标，如基于煤体破裂过程中的声发射和电磁辐射现象的非接触式预测方法；根据工作面打钻时的钻屑量、瓦斯涌出量及解吸量进行的接触式预测方法；以及其它预测指标等。

但是这些方法和指标主要是使用回归分析的方法得出的，它考虑的是影响煤与瓦斯突出的个别是或重要因素，没有全面考虑影响煤与瓦斯突出的因素，致使突出敏感指标因地而异，突出临界值随矿井不同而变化。

因此，预测结果常常不很准确。

人工神经网络技术（ANN）的飞速发展，基于人工神经网络的预测煤与瓦斯突出预测已经能够达到很高的预测精度，优于其它预测方法，完全可以满足煤矿煤与瓦斯突出预测精度的要求。

1 影响煤与瓦斯突出事故的因素（1）煤层瓦斯压力。

原始瓦斯压力越高，煤体内的瓦斯含量越大，煤体破裂时单位面积裂隙上涌出的瓦斯量就越多，裂隙中就越可能积聚起较高的瓦斯压力，从而越可能撕裂煤体，并将撕裂形成的球盖状煤壳抛向巷道。

基于人工神经网络的煤与瓦斯突出预测

基于人工神经网络的煤与瓦斯突出预测随着我国煤炭科学技术的迅速发展，在煤与瓦斯突出预测方面取得了突出进展，提出了许多预测煤与瓦斯突出的方法和指标，例如，基于声发射和电磁辐射的煤体破裂过程非接触预测方法；根据工作面打钻时的钻屑量、瓦斯涌出量及解吸量进行的接触式预测方法；以及其它预测指标等。

因此，预测结果常常不很准确。

人工神经网络技术（ANN）的飞速发展，基于人工神经网络的煤与瓦斯突出预测取得了较高的预测精度，优于其它预测方法，完全可以满足煤矿煤与瓦斯突出预测精度的要求。

1 影响煤与瓦斯突出事故的因素（1）煤层瓦斯压力。

原始瓦斯压力越高，煤体内的瓦斯含量越大，当煤体破裂时，单位面积内从裂缝中排放的气体越多，裂隙中就越可能积聚起较高的瓦斯压力，从而越可能撕裂煤体，并将撕裂形成的球盖状煤壳抛向巷道。

（2）围岩的透气性系数。

围岩的透气性系数越大，更有利于煤层瓦斯泄漏，在同样瓦斯压力下，煤层中赋存的瓦斯越小。

（3）构造煤的类型。

构造煤是煤与瓦斯突出的必要条件，不同类型的构造煤具有不同的突出风险。

（4）瓦斯放散初速度。

煤样放散瓦斯快慢的程度用△P值表示，其大小与煤的微孔隙结构，孔表面性质与孔径有关，随构造煤破坏类型的增高，△P值也增高。

（5）软弱煤层厚度。

由下式可以看出，煤体撕裂后形成的球形煤壳曲率半径Ri及煤壳中心角Φi越大，下式就容易满足，煤壳就容易失稳抛出。

当突出阵面沿软分层发展时，在垂直煤层方向上有如下关系：H=2Risin (Φi）式中 H——软弱煤层厚度Ri——煤壳曲率半径Φi——煤壳中心角软煤厚度越小，沿垂直于煤层的方向形成的煤壳的曲率半径和中心角越小，煤壳就越不容易失稳抛出，煤与瓦斯突出灾害也就越不容易发生。

2 基于人工神经网络的预测模型2.1 反向传播算法（BP）的拓扑结构BP（Back Propagation）算法 1985年由Rumel-hart等提出，该方法系统地解决了多层神经网络中隐单元层连接权重的学习问题，并在数学上给出了完整的推导。

基于小波变换的煤与瓦斯突出预测去噪技术的研究

射是煤与瓦斯突出时的一种明显的前兆信息，可以利用声发射检测技术对煤岩体破裂过程当中产生的
（６￡厂，））．：，＝（（
声发射信号进行检测。根据矿井动力灾害发生前的声发射波形特征规律，进行突出预测预报。而利用声发射技术对突出进行预测的关键是识别所接收的
ｉｕｔｙｎｄｓｒ．Ｔｈｃｓｉｅｉｓｏｉａｓｉｏｌａｒｆｅｔｔｅｏｃｓｆｔｅｃａｏｙｎａｅａｏｕｔｃｍｓｉｎｓｇｎｌｎｃａｃｎｅｃｈｆｒｅｏｈｏｌｂｄ，ａｄｗｅｃｎｌｍｏｉｏｈｃｕｔｃｅｉｓｏｉｎｌｔｃｉｖｈｎｃｎａｔｏｏｌａｄｇｓｏｕｂｒｔｐｅｉｔｏｎＩｎｔｒｔｅａｏｓｉｍｓｉｎｓｇａｏａｈｅｅｔｅｎｏ — ｏｔｃｆｃａｎａｔｕｓｒｄｃｉｎｔｓｐｐｅ，ａｅｅｒｎｆｒｓｕｅｎｔｅｅｔａｔｏｆｃｌａｄｇｓｏｕｂｕｓｆｅｔｖｅｙｓｇ１Ｕｓｎｈｉａｒｗｖｌｔｔａｓｏｍｉｓｄｉｈｘｒｃｉｎｏｏａｎａｔｒｔｅｆｃｉｌｉｎａ．ｉｇｔｅｅｙｃａａｔｒｓｉｓｏｅｗａｅｅｒｎｆｒ，ａｏｓｉｍｉｓｏｉｎａｏｌｅｔｄｃｎｄｅｏｐｓｈｅｆｑｕｎｃｈｒｃｅｉｔｃｆｔｖｌｔａｓｏｍｒｈｔｃｕｔｃｅｓｉｎｓｇｌｃｌｃｅａｃｍｏｅｉｉｆｒｎｃｌ，Ｓｈａｔｃｎｆｌｅｕｈｉｅｖｅｙｗｅ１ＴｈｆｅｔｖｅｅｓｏｉｅｈｏａｅｎｎａｄｆｅｅｔｓａｅＯｔｔｉａｔｒｏｔｔｅｎｏｓｒｌ．ｅｅｆｃｉｎｓｆｔｓｍｔｄｈｓｂｅｉｈｖｅｉｅｎＭａｌｂｓｍｕａｉｎＳｔａｅｒｆｄｉｔａｉｌｔｏＯｆｗｒ．ｉ

基于SVM的煤与瓦斯突出预测模型研究的开题报告

基于SVM的煤与瓦斯突出预测模型研究的开题报告一、选题背景分析煤矿瓦斯突出是一种危险的矿山灾害形式，可能导致矿工伤亡和生产损失等问题。

由于瓦斯突出常常伴随着煤与岩层断裂、煤层裂隙严重等问题，因此其预测和防治工作具有一定的难度。

目前，对于煤与瓦斯突出的预测方法，国内外研究广泛，但是依然存在着一些问题。

传统的预测方法主要是基于物理模型，如地质、地球物理等学科，而这类方法往往需要大量的实验和资料支持，且精度往往较低。

近年来，基于机器学习方法的研究受到了广泛关注，其中支持向量机模型（SVM）已经在许多研究领域取得了显著的成果，在煤与瓦斯突出的预测方面也已经有不少研究。

二、选题研究意义本研究的主要目的是将SVM模型应用于煤与瓦斯突出的预测中，建立一种基于SVM的煤与瓦斯突出预测模型，并对其效果进行评估。

具体意义在于：1. 探究SVM模型在煤与瓦斯突出预测中的应用效果，为突出预测提供更为准确和可靠的方法。

2. 建立基于SVM的预测模型，为煤矿安全生产提供保障，减少煤矿生产中的矿难事故。

3. 增加用机器学习方法进行煤与瓦斯突出预测研究的实践经验，为相关领域提供经验借鉴。

三、研究内容与方法本研究的主要内容包括：1. 收集煤与瓦斯突出的有关数据，包括瓦斯含量、煤的含水率、地质构造信息等，建立数据集。

2. 使用SVM模型进行数据训练，寻找最优的预测模型。

3. 对模型进行测试和验证，比较模型输出与实际值，评估模型的预测效果。

4. 对比分析SVM模型和其他预测模型（如BP神经网络等），并探究其优劣之处。

本研究将采用实证分析的方法，收集实际数据并与模型输出进行对比，以评估模型的精度和可靠性。

在模型构建过程中，将运用SVM模型进行多元数据分析，并结合地质信息等其他因素综合考虑，提高预测效果。

四、预期成果及意义本研究预期产生以下成果：1. 建立基于SVM的煤与瓦斯突出预测模型，并对其进行测试和验证。

2. 比较分析SVM模型与其他预测模型的优劣，探究机器学习方法在煤与瓦斯突出预测中的应用优势。

基于COMSOL Multiphysics的瓦斯有效抽采半径的研究

ｗｏｒｋａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｑｕａｎｔｉｔｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌｓｅａｍｇａｓ；ｇａｓ — ｓｏｌｉｄｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｐｕｍｐｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｖｅｒａｄｉｕｓ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧａｓＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＧａｓＣｏｎｔｒｏｌ，Ｊｉａｏｚｕｏ４５４００３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｍｅｔｈａｎｅｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆＨｅｂｉ１０ｔｈＣｏａｌＭｉｎｅ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙｏｆｒｏｃｋｍａｓｓａｎｄｔｈｅｆｌｏｗｔｈｅｏｒｙｏｆｇａｓｉｎｔｈｅｃｏａｌｓｅａｍａｎｄａｓｅｒｉｅｓｏｆａｓｓｕｍｐｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｃｏａｌｓｅａｍｇａｓ，ａｇａｓ・ｓｏｌｉｄｃｏｕｐｌｉｎｇｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｂｏｕｔｔｈｅｌｏｆｗｉｎｇｏｆｇａｓｉｎｔｈｅｃｏａｌｓｅａｍ．Ｓｉｍｕｌａｔｅｄｔｈｅｇａｓｆｌｏｗｉｎｃｏａｌｏｆｔｈｅｇａｓ — ｓｏｌｉｄｃｏｕｐｌｉｎｇａｎ—

水力造穴瓦斯治理技术的研究与应用

202瓦斯作为矿井五大灾害之一，受复杂赋存环境的影响，深井煤层孔隙细小密集，渗透率低且受高地应力影响瓦斯吸附能力强不易解析，瓦斯抽采效果不佳。

在开采过程中受强动压影响，瓦斯极易从煤层中解析出来且短时间内造成工作面瓦斯含量激增，存在较大的安全隐患。

因此，增大煤层间孔隙，扩展煤层间瓦斯运移通道，加速煤层吸附瓦斯解析，降低煤层原始瓦斯压力是提高深井煤层瓦斯抽采效果的主要途径。

高压水射流增透技术作为低透气性煤层瓦斯治理领域的主要手段，因其适用性强、增透效果好被广泛应用。

通过在煤层中布置钻孔，借助钻孔深入煤层内部，接通高压水利用水射流对钻孔内部煤体进行切割，破坏钻孔周围煤体稳定的内部结构，构建围岩弱结构裂隙扩展区域，改善煤层高应力环境，形成煤层间瓦斯自由运移通道，加速煤层吸附瓦斯解析过程。

同时，在高压水射流的冲击切割作用下，使钻孔间煤体扰动范围增大，减小钻孔布置密度，减小钻孔施工数量，有效缩减钻孔成本进而提高瓦斯抽采效率[1]。

1 矿井概况及工作面瓦斯分布规律1.1 矿井概况白羊岭煤矿隶属于中煤国投昔阳能源有限责任公司，位于昔阳县城南约13km处，北侧为丰汇煤矿，东和南侧为松溪河，井田东西宽约4km，南北长约4.5km，井田面积为12.482km 2。

矿井核定生产能力1.50Mt/a，15号煤层为全井田稳定可采煤层。

煤层厚度为3.79～5.89m，平均约4.65m。

含0～3层夹矸，结构简单-复杂，夹矸岩性为泥岩。

顶板为深灰色泥岩及砂质泥岩，水平层理，含植物化石，底板为灰黑色砂质泥岩及泥岩。

矿井实测原始瓦斯含量为4.17～12.99m 3/t，瓦斯压力为0.37～0.54MPa，瓦斯放散初速度为34.7～36.7mmHg，煤的坚固性系数为0.52～0.66，煤层破坏类型为Ⅲ类强烈破坏煤。

1.2 工作面回采期间瓦斯涌出量及分布规律对15110综采工作面进行为期10d的瓦斯含量监测，主要涉及顶板钻孔瓦斯抽采量、高抽巷瓦斯抽采量、采空区瓦斯抽采量以及本煤层瓦斯抽采量。

基于联系熵的煤与瓦斯突出区域预测方法

通信作者：念其锋（１９７７一），男，福建平潭人，讲师，博士生，研究方向：安全技术及工程．Ｅ～ｍａｉｌ：ｎｉａｎｑｉｆｅｎｇ＠ｔｏｍ．ｃｏｎｒ
２５
素引起的确定不确定系统］，已经在多个工程领域中
１１月２１日２时３０分，我国黑龙江龙煤集团鹤岗分公司新兴煤矿，三水平二石门后组１５层探煤道发生煤与瓦斯突出，引起风流逆向，瓦斯随逆向风流进入二段钢
统【３和模糊数学等理论基础上的方法等．文献［２］
的集对．集对的两个集合之间具有同一、差异、对立的属性，这些属性之间联系程度称为联系度．ＳＰＡ研究这
量大、计算过程复杂等缺点．煤与瓦斯突出影响因素复杂，致灾环境层次多，结构复杂，且存在大量的不确定性，是一个典型的多目标
带机机头硐室发生爆炸，造成巨大财产损失和１０８人
遇难．因此，采取有效的预测评价方法对预防和控制煤
ＳＰＡ）是由我国学者赵克勤在２Ｏ世纪８０年代末期提出的一个研究确定不确定问题的系统理论方法，可以统一描述和处理随机性、模糊性、不完整性等不确定因
前，具有代表性的突出机理包括：半经验统计理论、固一流耦合失稳理论、弹性应变能理论、瓦斯地质理论和地球物探理论等．从不同角度来认识突出机理，则形

基于COMSOL Multiphysics的瓦斯抽采有效钻孔间距的研究

基于COMSOL Multiphysics的瓦斯抽采有效钻孔间距的研究马金飞;李金华;雒晨辉;张宗良【摘要】为提高司马煤业3号煤层瓦斯抽采时钻孔布置的合理性与准确度,以煤介质的双重孔隙结构特征以及瓦斯流动理论为基础,根据质量守恒及Darcy定律,建立了气固耦合的瓦斯流动模型,并将其植入到COMSOL Multiphysics软件中进行模拟计算,得到了钻孔参数对瓦斯抽采的影响规律以及单排抽采孔布置方式下的有效钻孔间距,为现场瓦斯抽采钻孔的施工提供了理论支持与技术指导,避免了现场施工的盲目性,验证了所建立的瓦斯流动模型的有效性.【期刊名称】《煤》【年(卷),期】2016(025)012【总页数】4页(P11-13,56)【关键词】瓦斯流动模型;有效钻孔间距;COMSOL Multiphysics;数值模拟【作者】马金飞;李金华;雒晨辉;张宗良【作者单位】潞安集团司马煤业有限公司,山西长治 047105;潞安集团司马煤业有限公司,山西长治 047105;潞安集团司马煤业有限公司,山西长治 047105;中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221116【正文语种】中文【中图分类】TD712.6矿井瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出是煤矿安全生产中最为严重的灾害，因此，矿井瓦斯灾害治理是煤矿安全工作中的重中之重。

瓦斯抽采是降低煤层瓦斯含量、防止瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出的重要措施。

司马煤业随着开采强度的逐渐增加，特别是后期向西侧的深部开采，瓦斯涌出量将不断增大，因此要采取预先抽放瓦斯的措施，保证矿井的衔接和生产的安全。

利用COMSOL Multiphysics软件对瓦斯抽采进行数值模拟，确定钻孔的有效抽采半径是现今瓦斯抽采模拟的主流。

为了解决司马煤业瓦斯抽采施工过程中钻孔布置的问题，提高瓦斯抽采的效率与现场施工的精准度，从现场单排孔的施工角度出发，以有效钻孔间距作为计算目标进行模拟，以此来指导现场施工。

对煤层瓦斯抽采进行数值模拟所建立的模型，即为瓦斯流动模型，它描述了瓦斯在煤层中的运移规律。

基于COMSOL Multi-physic的瓦斯抽采地面井的流场数值分析

基于COMSOL Multi-physic的瓦斯抽采地面井的流场数值分析翟清伟【摘要】由于煤层气在煤岩体中的运移过程极其复杂,因此用来描述其流场的数学模型常常是高阶非线性的偏微分方程,为了能更好的解决此类问题,本文采用多重物理量数值模拟软件COMSOL Mul-ti-physic对所建的Darcy-Brinkman模型进行了模拟求解的研究,结果表明用该软件模拟的压力和速度动态曲线更符合实际情况,而且可以用动态可视化模块来模拟压降过程.【期刊名称】《煤矿现代化》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】4页(P102-104,107)【关键词】抽采地面井;煤层气流场;数值模拟【作者】翟清伟【作者单位】兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿,山东济宁 273500【正文语种】中文【中图分类】TD7120 引言COMSOL Multi-physic是一种多重物理量耦合软件，该软件是由MATLAB软件工具箱发展而来的，以有限元方法进行分析求解，其优点在于高度的灵活性,强大的求解器和较高的计算精度，进行求解时只需要将所建立的数学模型输入软件的PDE模块中，设定求解域，指定边界条件并划分网格后就可以进行求解，此外该软件具有强大的后处理功能，能够对结果数据进行各种形式的处理并绘制图像，便于研究人员对结果的分析[1]。

煤层气俗称瓦斯，是煤炭开采与含煤岩地区隧道工程的重大灾害隐患，但又是一种洁净的能源，我国煤层气资源丰富,约，但勘探试验工作起步较晚，煤层气抽放过程中其运移过程与机理复杂，因此，深究煤层气运移机理，对瓦斯抽采地面井的流场进行分析，合理开发煤层气资源，不仅能为国民经济的发展提供优质能源，有利于保护生态环境，而且有助于分析和了解瓦斯抽放的机理,寻求钻孔或巷道抽放瓦斯的合理布置方式[2]，从根本上消除或减少瓦斯爆炸事故，这都具有十分重要的意义[3]。

在瓦斯抽放过程中，钻孔周围的瓦斯在多孔介质中的流动速度由慢速流变为快速流变，对于这种过渡流动的模拟，属于需要自编程序计算的领域，因为转换不同的流动定律就需要转换不同的数学表达式。

基于COMSOL Multiphysics的三维地质建模方法

基于COMSOL Multiphysics的三维地质建模方法张亮;姚磊华;王迎东【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2014(000)006【摘要】三维地质建模具有直观、形象、便捷等优点，在地质、矿产、地下施工等领域有着突出贡献。

COMSOL Multiphysics 作为多物理场耦合模拟仿真软件，具备一定的三维建模能力。

通过充分挖掘该软件自身潜力，结合Kriging插值方法，尝试建立了山西某井田的三维地质模型。

研究结果显示，基于COMSOL Multiphysics的三维地质建模方法可实现地质体模型的缩放、旋转和平移等操作，生成地质剖切面图、透视图，展示地质体内部的各个细节。

实例证明了 COMSOL Multiphysics软件的三维地质建模能力及其在地质解译、矿产评估和多物理场求解等方面的应用价值。

【总页数】6页(P14-19)【作者】张亮;姚磊华;王迎东【作者单位】中国地质大学工程技术学院，北京 100083;中国地质大学工程技术学院，北京 100083;中国地质大学工程技术学院，北京 100083【正文语种】中文【中图分类】P628【相关文献】1.基于三维激光扫描技术的复杂三维地质体建模方法 [J], 邓小龙;李丽慧2.基于 GOCAD 平台二、三维联动技术的三维地质建模方法研究 [J], 刘聪元;李焕3.基于地质体产状特征及建模数据特点的三维地质建模方法探讨——以安徽月山矿田为例 [J], 赵义来;刘亮明;胡荣国4.基于地质横剖面的隧道工程三维地质建模方法研究 [J], 崔兆东; 冷彪; 朱泳标; 杨辉; 侯高鹏5.基于COMSOL Multiphysics的流体静压轴承快速建模分析方法研究 [J], 李梦阳;胡秋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于爆炸应力波和构造煤带孕育煤与瓦斯突出危险状态的模型

㊀第39卷第11期煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报Vol.39㊀No.11㊀㊀2014年11月JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETYNov.㊀2014㊀常未斌 ,樊少武,张㊀浪,等.基于爆炸应力波和构造煤带孕育煤与瓦斯突出危险状态的模型[J].煤炭学报,2014,39(11):2226-2231.doi:10.13225/ki.jccs.2013.1278Chang Weibin,Fan Shaowu,Zhang Lang,et al.A model based on explosive stress wave and tectonic coal zone which gestate dangerous state of coal and gas outburst[J].Journal of China Coal Society,2014,39(11):2226-2231.doi:10.13225/ki.jccs.2013.1278基于爆炸应力波和构造煤带孕育煤与瓦斯突出危险状态的模型常未斌1,2,樊少武1,2,张㊀浪1,2,舒龙勇1,2(1.煤炭科学研究总院矿山安全技术研究分院,北京㊀100013;2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院),北京㊀100013)摘㊀要:针对华南地区突出矿区分布广泛㊁煤与瓦斯突出事故严重的现状,结合该地区地质构造复杂构造煤广泛分布和大部分矿井采用炮采炮掘工艺的特点,提出一种基于爆炸应力波和构造煤带孕育煤与瓦斯突出危险状态的模型,并对该模型进行了理论分析㊂研究表明:爆炸应力波在传播过程中形成的稀疏波会引起该波经过的区域密度减小㊁体积增大,煤层瓦斯压力降低,进而破坏煤体瓦斯原有吸附平衡状态,大量吸附瓦斯解吸导致煤层瓦斯压力上升;当掘进工作面前方煤体一定深度存在构造煤带时,爆炸应力波从掘进工作面爆源传至未破坏煤体与构造煤带交界面,由于爆炸应力波的反射加强作用使构造煤迎波一侧未破坏煤体产生拉伸破坏,而掘进工作面前方存在的应力集中带不会引起爆炸应力波对煤体产生反射拉伸加强破坏作用;掘进工作面向构造煤带推进需要周期性的爆破作业,爆炸应力波的强度随着距爆源的距离增加而衰减,产生的爆炸应力波对煤体的瓦斯解吸作用和破坏作用不断增强,产生爆炸应力波的累加效应㊂关键词:爆炸应力波;构造煤带;煤与瓦斯突出;炮掘工艺;爆破累加效应中图分类号:TD712㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:0253-9993(2014)11-2226-06收稿日期:2013-09-05㊀责任编辑:张晓宁㊀㊀基金项目:国家科技重大专项资助项目(2011ZX05040-001-007);山西省煤层气联合研究基金资助项目(2013012007)㊀㊀作者简介:常未斌(1986 ),男,山西定襄人,助理工程师,硕士㊂E -mail:ccrichang@A model based on explosive stress wave and tectonic coal zone whichgestate dangerous state of coal and gas outburstCHANG Wei-bin 1,2,FAN Shao-wu 1,2,ZHANG Lang 1,2,SHU Long-yong 1,2(1.Mine Safety Technology Research Branch ,China Coal Research Institute ,Beijing ㊀100013,China ;2.State Key Laboratory of Coal Resource High-Efficiency Mining and Clean Utilization (China Coal Research Institute ),Beijing ㊀100013,China )Abstract :In terms of the current state of widespread and serious coal and gas outburst problem in south China,bycombining widespread tectonic coal,complex geological structure and the process of blast mining and driving used in most ofthe mines,a model based on tectonic coal and explosive stress wave which gestate the dangerous state of coal and gas outburst was proposed and was theoretically analyzed.Study shows that the sparse wave formed by explosive stress wave would lead to coal s density decrease and volume expansion,coal seam gas pressure decrease,coal seam methane adsorption unbalance,and the desorption methane which converted from adsorption methane finally leads to the rise of coal seam gas pressure.When there are tectonic coal zone inthe front of drivageface,the explosive stress wave from explosion source located in drivageface propagates to the interface between no-destruction coal and tectoniccoal zone.Due to the strengthened effect of the reflection wave,no-destruction coal which located between tectonic coal第11期常未斌等:基于爆炸应力波和构造煤带孕育煤与瓦斯突出危险状态的模型and drivageface generates tensile failure.When there are stress concentrated zones inthe front of the drivageface,coal mass would not generate tensile failure like above.With the periodic blasting and driving towardthe tectonic coal zone, the destruction and methane desorption effects on coal mass is constantly strengthened.The strength of explosive stress wave constantly decreases with the increase of distance from explosion source.Finally,the process generates a blastin-gaccumulation effect.Key words:explosive stress wave;tectonic coal zone;coal and gas outburst;process of blasting driving;blasting accu-mulation effectt㊀㊀2009 2013年,上报国家安全生产监督管理总局的煤与瓦斯突出事故[1]共计68起,其中,华南地区(包括云南㊁贵州㊁湖南㊁四川㊁重庆等地区)共发生63起,占总突出事故次数的93%㊂与其他地区相比,华南地区矿井具有地质构造复杂㊁构造煤广泛丰富[2]㊁大多数矿井采用炮采炮掘工艺的特点[3]㊂前人对爆破与煤与瓦斯突出的关系进行了统计研究和理论研究,统计结果[4-6]表明煤与瓦斯突出与爆破有直接的相关关系,即大部分煤与瓦斯突出是放炮引起的,并且一些矿井[7-8]采用振动爆破的方式诱导煤与瓦斯突出;理论研究表明[4,9-11],爆破使巷道瞬间进入深部煤体,四周煤岩的应力状态突然改变,煤体由三向受力变为两向或单向,使煤体产生破坏;一些学者[9,11]提出爆炸应力波遇到应力集中带反弹回来的应力波会对煤体产生拉伸破坏;还有一些学者通过实验验证[11-12]爆破振动能促进煤体解吸瓦斯㊂前人对地质构造煤与煤与瓦斯突出的关系也进行了大量的研究,包括统计研究[13-20]和理论研究[21-23]㊂统计研究表明地质构造处存在大量构造煤,煤与瓦斯突出大多发生在构造煤赋存的区域;理论研究了各种地质构造对煤与瓦斯突出的控制作用㊂㊀前人在研究炮掘工艺对煤与瓦斯突出的影响主要集中在统计规律上,没有进行深入的理论研究,其中包括爆炸应力波遇到应力集中带发生反射对煤体产生拉伸破坏,这种解释是不合理的;对于爆炸应力波对煤体瓦斯解吸的理论研究较少;前人分别研究了构造煤和炮掘工艺对煤与瓦斯突出的影响,没有将二者结合起来考虑对煤与瓦斯突出的影响㊂本文着重阐述一种基于爆炸应力波和构造煤带孕育煤与瓦斯突出危险状态的模型,通过该模型分析爆炸应力波遇到构造煤发生反射对煤体产生拉伸破坏和促进煤体解吸瓦斯的机理㊂1㊀孕育煤与瓦斯突出危险状态的模型模型的地质原型是我国华南地区富含构造煤的炮掘工作面㊂华南地区在地史时期构造运动频繁,有些地区煤层受后期构造运动破坏而出现不同程度的褶皱㊁错动和破碎,破坏了原有煤的光泽㊁成分和构造,在一定区域内形成了构造煤㊂构造煤带可能位于断层处,也可能位于褶皱部位,即使是无明显地质构造处也可能形成构造煤(图1),因为经过复杂的地质运动后,在力学性质上表现出高度的非均质性,在煤层内部事先存在高度揉摺而已发生塑性变形的区域㊂图1㊀塑性区和弹性区地质模型Fig．1㊀Geological model of original elastic andplastic zone in coal seam在一些矿井井下施工抽放钻孔或者测压钻孔的过程中可以发现,打钻过程中会发生时断时续的喷孔现象,发生喷孔的区域就是构造煤发育的区域,未发生喷孔的区域就是煤体较完整的区域㊂本文以图2地质模型为研究对象,模型中包含3个基本要素:①掘进工作面;②掘进工作面前方煤体内存在的一定厚度的构造煤带;③掘进工作面使用炮掘工艺,掘进过程中会产生周期性的爆炸应力波㊂图2㊀基于爆炸应力波和构造煤带的地质模型Fig．2㊀Geological model based on explosive stresswave and tectonic coal zone2㊀爆炸应力波对煤体瓦斯解吸的影响机理2．1㊀爆炸应力波的产生和传播在炮掘工作面进行爆破作业时,炸药在炮孔中起爆后形成强大的冲击载荷,这种载荷作用在煤体中会7222煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报2014年第39卷产生过渡性的扰动现象,即产生波动㊂煤体内的应力以波动的方式传播,即应力波㊂对爆破来说这种应力波是有爆炸冲击载荷产生的,即爆炸应力波㊂本文讨论爆炸应力波中纵波对煤体瓦斯放散性的影响,纵波的特点[24]是波的传播方向和传播途中介质质点的振动方向一致,这种波在传播过程中会引起物体产生压缩和拉伸变形,压缩和拉伸变形从微观角度就是纵波在传播介质中产生压缩波和稀疏波㊂煤体受扰动后波阵面上介质的压力和密度均增大的波称为压缩波,受扰动后波阵面上介质的压力和密度减小的波称为稀疏波㊂2．2㊀爆炸应力波影响煤体瓦斯放散性的机理爆炸应力波中的纵波在掘进工作面前方煤体内传播的过程中会产生压缩波和稀疏波,在纵波经过的煤体产生压缩区域和膨胀区域㊂煤体有别于其他岩体介质的地方在于煤体的孔隙裂隙系统中赋存有大量的游离瓦斯和吸附瓦斯,其中赋存在孔隙裂隙系统中的游离瓦斯形成煤层瓦斯压力㊂当煤体处于相对静止状态时,即煤体未受爆炸应力波影响,煤体孔隙裂隙中的游离瓦斯和吸附瓦斯处于动态吸附平衡状态,当稀疏波经过掘进工作面前方煤体时,该区域的煤体就会膨胀变形,导致体积增大㊁密度减小,煤体的孔隙裂隙容积增大,相应的游离瓦斯在煤体中形成的煤层瓦斯压力降低,破坏了煤体中的瓦斯吸附平衡状态,导致处于吸附态的瓦斯转化为游离态的瓦斯,吸附瓦斯大量解吸,导致煤层瓦斯压力的升高㊂2．3㊀爆炸应力波的累加效应在炮掘工作面和揭煤工作面,工作面的推进不是一次爆破作业完成的,而是随着工作面的推进,需要不断的放炮作业,所以工作面前方构造煤带一侧的煤体不断受到爆炸应力波的扰动,在煤体中不断产生压缩区域和膨胀区域㊂选取工作面前方一定范围内任意一个六面体微元A,随工作面的放炮推进,每次放炮过程对A区域的扰动都是不同的(图3,其中a~d 表示每次放炮后掘进工作面煤壁推进到的位置),因为爆炸应力波在煤体中传播过程,其强度随着距离的增加不断衰减,所以掘进工作面越靠近A,应力波对A的扰动越强,即A产生膨胀区域的压力和密度相对于前一次爆破更小,由于微元体体积的不断增大,煤体内瓦斯的吸附平衡状态不断被破坏,吸附态的瓦斯随着掘进工作面的推进不断转化成游离态瓦斯,从而使A附近的煤层瓦斯压力不断升高㊂图4为爆炸应力波影响煤体解吸瓦斯的过程㊂图3㊀随掘进工作面推进稀疏波经过区域微元体体积变化趋势Fig．3㊀Volume change trend of micro-body which sparsewave go through with promoting of driving face图4㊀爆炸应力波对煤体瓦斯解吸的影响过程Fig．4㊀Influence of explosive stress wave oncoal desorption process3㊀爆炸应力波与构造煤耦合对煤体强度的影响3．1㊀应力波的反射机理设介质1(ρ1,c p1)与介质2(ρ2,c p2)的交界面为Aᶄ Aᶄ(ρ为介质的密度;c p为纵波在介质中传播的速度)㊂当应力波到达交界面是垂直入射时,会产生垂直反射和垂直透射,由于交界面处应力波具有连续性,则质点的振动速度相等,即v i-v r=v t(1)式中,下标i,r,t分别表示入射㊁反射和透射;v为质点的振动速度㊂同时,在交界面处的作用力与反作用力相等,即交界面两侧的应力状态相等,则8222第11期常未斌等:基于爆炸应力波和构造煤带孕育煤与瓦斯突出危险状态的模型σi +σr =σt(2)式中,σ为纵波应力㊂如果传播中的应力波为纵波,则根据σ=ρc p ,v p得σi =ρ1c p1v i ,v i =σiρ1c p1σr =ρ1c p1v r ,v r =σr ρ1c p1σt =ρ2c p2v t ,v r =σtρ2c p2ìîí(3)㊀㊀将式(3)代入式(1)得σi ρ1c p1-σr ρ1c p1=σtρ2c p2(4)㊀㊀将式(4)与式(2)联立求解,得σr =R r σi(5)σt =R t σi(6)式中,R r 为应力波垂直反射系数,且R r =ρ2c p2-ρ1c p1ρ2c p2+ρ1c p1(7)R t 为应力波的垂直透射系数,且R t =2ρ2c p2ρ2c p2+ρ1c p1(8)㊀㊀式(5)和式(6)表明,反射应力波和透射应力波的大小是交界面两侧介质波阻抗(ρc )的函数㊂(1)当两种介质的波阻抗相等,即ρ1c p1=ρ2c p2时,σr =0,σt =σi ,说明透射波与入射波性质完全一样,且全部通过交界面进入第2种介质,不产生波的反射㊂(2)当ρ2c p2>ρ1c p1时,则σr >0,σt >0,说明交界面有反射波,也有透射波;如果ρ2c p2≫ρ1c p1时,则ρ1c p1可以忽略不计,即σr =σi ,σt =2σi ㊂说明在交界面上反射应力波的符号㊁大小与入射应力波完全相同,透射应力波是入射应力波的两倍,叠加的结果使交界面处的应力值为入射应力波的两倍,其质点的运动速度为0,此交界面即为固定端㊂(3)当ρ2c p2=0或ρ2c p2≪ρ1c p1时,即应力波到达的交界面是自由端,则σr =-σi ,σt =0,这时反射波与入射波的符号相反,大小相等,叠加的结果使交界面处得应力值为0,即入射波全部反射呈拉伸波,而没有透射波产生㊂(4)当ρ2c p2<ρ1c p1时,则σr <0,σt >0,即在交界面既有透射压缩波又有反射拉伸波㊂由于煤体的极限抗拉强度非常小,后两种情况都会引起煤体破碎㊂3．2㊀构造煤加强爆炸应力波反射拉伸破坏煤体机理当掘进工作面前方煤体内存在一定深度的构造煤时(图5),由于构造煤带的密度,弹性模量和应力波传播的速度均小于未破坏煤体,即ρ2c p2<ρ1c p1或ρ2c p2≪ρ1c p1的情况㊂当爆炸应力波传至D D 界面时,则发生反射,反射回去的爆炸应力波与随后传向D D 界面的爆炸应力波相互叠加,当相遇的两个波同相位时,应力波则会增强,使构造煤迎波一侧煤体A 产生拉伸破坏㊂图5㊀构造煤带与未破坏煤体界面D DFig．5㊀Interface D D between tectonic coal zone andno-destruction coal当爆炸应力波传播过程中足以使构造煤带紧密闭合或使构造煤带的密度增加到与两侧未破坏煤体相差不大时,构造煤带对应力波的反射增强作用可以忽略不计㊂也就是说爆炸应力波的反射增强作用取决于构造煤带的厚度和范围,即构造煤带越大,分布范围越广,爆炸应力波的反射增强作用越大,构造煤迎波一侧煤体拉伸破坏越严重㊂通过理论分析还可以说明,当掘进工作面前方煤体内不存在构造煤带B 时,即ρ2c p2ʈρ1c p1,可得σr =0,σt =σi 的情况出现,透射波与入射波性质完全一样,并全部通过交界面D D 进入构造煤带B,从而不产生波的反射㊂所以,只有当掘进工作面前方煤体中存在构造煤时,可加强构造煤带迎波一侧煤体的破坏㊂3．3㊀应力集中带对爆炸应力波反射破坏煤体作用的影响㊀㊀一些学者[11]提出,压缩应力波传播到煤体一定深度时,被集中应力带所阻,反弹回来,转向自由面方向,这时,对新暴露煤壁附近煤体起拉应力的作用,如果煤体的抗拉强度抵抗不住这些合力的推动作用,则有可能突破煤壁上抗拉强度最低部位而发生突出㊂随着掘进工作面的推进,工作面前方的煤体可以划分为3个区域(图6),即卸压带㊁应力集中带㊁原岩应力带㊂其中卸压带内的煤体发生塑性屈服,而应力集中带内的煤体处于三向应力状态,应力集中的强度还没有超过煤体的屈服强度㊂由于卸压带内煤体裂隙增加㊁体积扩容,该区域内煤体介质的密度㊁弹性模9222煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报2014年第39卷量和应力波传播的速度均比处于原岩应力状态煤体的小,而处于应力集中带的煤体还没有发生破坏,在集中应力的作用下,煤体的孔隙裂隙闭合密度增大,且应力波传播的速度均比处于原岩应力状态煤体的大,即应力集中带内煤体的波阻抗大于或远大于卸压带内煤体的波阻抗(ρ2c p2>ρ1c p1),当爆炸应力波从卸压带煤体传到与应力集中带交界面E E 时,则有σr >0,σt >0,说明交界面有反射波,也有透射波,且反射应力波的方向与入射应力波的方向相同,这样只会对煤体产生压应力,而煤体的抗压强度远远大于抗拉强度(煤体的抗拉强度仅为其抗压强度的1/10~1/20),在这种情况下不会对煤体产生拉伸破坏,所以前人的观点是错误的㊂图6㊀炮掘工作面前方煤体应力分布Fig．6㊀Stress system of coal located to anteriorto driving face由于爆炸应力波的强度随着距爆源距离的增加而衰减,所以随着掘进工作面向前推进,爆源距离距构造煤带越来越近,即爆炸应力波的反射拉伸作用也会越来越强,对掘进工作面前方煤体的破坏作用也会越来越强,掘进工作面越靠近构造煤带,爆破作用越容易导致大量煤体突出抛出,这也是爆炸应力波的累加效应㊂4㊀探㊀㊀讨仅从理论上分析了爆炸应力波对煤体瓦斯解吸的影响,以及爆炸应力波和构造煤带的相互作用对煤体的破坏㊂许多学者对爆破振动作用对岩体的累积损伤作用进行了大量的研究,对煤体的损伤研究较少,所以需要不断的从井下获取实测资料进行验证和完善,可以通过声波测试的方法研究爆炸应力波对煤体的累积损伤效应[25-26],以及实测掘进工作面前方一定深度内的煤层瓦斯压力㊂而且上述机理的理论基础都是源于岩石爆破工程,但是煤体和岩体的物理力学性质有很大的差别,需要进一步研究爆炸应力波在煤体中的传播特点㊂5㊀结㊀㊀论(1)建立了一种基于构造煤带和爆炸应力波的掘进工作面孕育煤与瓦斯突出危险状态的模型,分析了在该模型条件下构造煤带和爆炸应力波的相互作用下对煤体瓦斯放散和煤体破坏程度的影响㊂(2)理论分析了爆炸应力波对煤体瓦斯解吸的影响㊂爆炸应力波在煤体中传播会形成压缩波和稀疏波,当稀疏波经过一定区域时,引起该区域密度减小㊁体积增大㊂从而引起该区域内瓦斯压力降低,破坏了煤体的瓦斯吸附平衡状态,煤体内吸附态瓦斯大量解吸,导致煤层瓦斯压力升高㊂(3)当掘进工作面前方煤体内存在构造煤带时,爆炸应力波传至构造煤带与未破坏煤体的交界面时,由于爆炸应力波的反射拉伸破坏作用,促进构造煤带迎波一侧煤体的破坏;而掘进工作面前方煤体内存在的应力集中带不会引起爆炸应力波对煤体产生反射拉伸加强破坏作用㊂(4)随着掘进工作面的推进,需要不断地进行放炮,在向构造煤带推进的过程中,爆炸应力波不断促进煤体解吸瓦斯,且强度越来越大;同理,爆炸应力波对煤体的反射拉伸破坏作用也越来越强,这就是爆炸应力波的累加效应,最终导致该模型下煤体越来越接近煤与瓦斯突出危险状态㊂参考文献:[1]㊀国家安全生产监督管理总局和国家煤矿安全监察局网站事故查询系统[EB /OL].:8090/iSys-tem /shigumain.jsp,2013-08-15.[2]㊀韩德馨.煤岩学[M].徐州:中国矿业大学出版社,1995:89-90.[3]㊀马㊀曙.贵州矿区煤与瓦斯突出主控因素及规律研究[D].贵阳:贵州大学,2011:14-15.[4]㊀孙重旭,孔凡正.炮采炮掘工作面煤与瓦斯突出的特点与防治[J].煤炭工程师,1998(3):19-22.Sun Chongxu,Kong Fanzheng.Characteristics of gas and coal out-burst at coal heading faces by blasting and its prevention and control [J].Journal of China Coal Engineer,1998(3):19-22.[5]㊀于不凡.煤和瓦斯突出机理[M].北京:煤炭工业出版社,1985.[6]㊀Hiramatsu Y,Saito T.谭学术,鲜学福,译.日本煤矿中煤与瓦斯突出机理的研究[J].陕西煤炭,1986(1):59-63.Hiramatsu Y,Saito T.Tan Xueshu,Xian Xuefu,trans.Study of mechanism of coal and gas outburst in Japan mining [J].Shaanxi Coal,1986(1):59-63.[7]㊀抚顺煤炭科学研究所革委会生产组情报班.国外防止煤与瓦斯突出技术措施[J].煤矿安全,1971(4):33-33.[8]㊀中梁山煤矿.煤和瓦斯突出实测[J].煤矿安全,1979(1):45-50.Zhongliangshan Coal Mine.Measurement of coal and gas outburst 0322第11期常未斌等:基于爆炸应力波和构造煤带孕育煤与瓦斯突出危险状态的模型[J].Safety in Coal Mines,1979(1):45-50.[9]㊀刘保县,鲜学福,刘新荣,等.爆破激发煤瓦斯突出的研究[J].中国矿业,2000,9(2):89-91.Liu Baoxian,Xian Xuefu,Liu Xinrong,et al.Coal gas outburst in-duced by blasting[J].Journal of China Mining Industry,2000,9(2):89-91.[10]㊀周世宁,何学秋.煤和瓦斯突出机理的流变假说[J].中国矿业大学学报,1990,19(2):1-7.Zhou Shining,He Xueqiu.Rheological hypothesis of coal and meth-ane outburst mechanism[J].Journal of China University of Mining&Technology,1990,19(2):1-7.[11]㊀李中成.煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出机理探讨[J].煤炭学报,1987,12(1):17-27.Li Zhongcheng.Study on mechanism of coal and gas outburst in in-seam drivage[J].Journal of China Coal Society,1987,12(1):17-27.[12]㊀李祥春,聂百胜,何学秋.振动诱发煤与瓦斯突出的机理[J].北京科技大学学报,2011,33(3):149-152.Li Xiangchun,Nie Baisheng,He Xueqiu.Mechanism of coal andgas bursts caused by vibration[J].Journal of University of Scienceand Technology Beijing,2011,33(3):149-152. [13]㊀瓦斯地质课题组.地质条件对煤和瓦斯突出的控制[J].焦作矿业学院学报,1984(1):45-70.Gas Geology Studying Team.Geological conditions affected to coaland gas outburst[J].Journal of Jiaozuo Institute of Technology,1984(1):45-70.[14]㊀杨陆武,郭德勇.煤体结构在煤与瓦斯突出研究中的应用[J].煤炭科学技术,1996,24(7):49-52.Yang Luwu,Guo Deyong.Application of coal mass structure instudy of coal and gas outburst[J].Journal of Coal Science Technol-ogy,1996,24(7):49-52.[15]㊀邵㊀强,王恩元.构造煤分布规律对煤与瓦斯突出的控制[J].煤炭学报,2010,35(2):250-254.Shao Qiang,Wang Enyuan.Control to coal and gas outburst of tec-tonic coal distribution[J].Journal of China Coal Society,2010,35(2):250-254.[16]㊀彭㊀力.开滦矿区瓦斯地质分布规律[J].煤炭科学技术,2001,29(2):35-38.Peng Li.Distribution law of gas geology in Kailuan mining area[J].Coal Science and Technology,2001,29(2):35-38. [17]㊀王生全,李树刚,王贵荣,等.韩城矿区煤与瓦斯突出主控因素及突出区预测[J].煤田地质与勘探,2006,34(3):36-39.Wang Shengquan,Li Shugang,Wang Guirong,et al.Control factorsof coal and gas outburst and regional prediction in Hancheng min-ing area,Shanxi[J].Coal Geology&Exploration,2006,34(3):36-39.[18]㊀Shephed J,Rixon L K,Griffiths L.Outbursts and geological struc-tures in coal mines:A review[J].Int.J.Rock Mech.Min.Sci.andGeomech.Abstr.,1981,18:267-283.[19]㊀郭德勇.煤和瓦斯突出构造物理学研究[D].北京:中国矿业大学(北京),1996.[20]㊀曹运兴.瓦斯地质单元法预测瓦斯突出的认识基础与实践[J].煤炭学报,1995,20(4):76-78.Cao Yunxing.Knowledge and practice for prediction of gas outburstby gas geological unit methods[J].Journal of China Coal Society,1995,20(4):76-78.[21]㊀韩㊀军,张宏伟,霍丙杰.向斜构造煤与瓦斯突出机理探讨[J].煤炭学报,2008,38(7):908-913.Han Jun,Zhang Hongwei,Huo Bingjie.Discussion of coal and gasoutburst mechanism of syncline[J].Journal of China Coal Society,2008,38(7):908-913.[22]㊀刘咸卫,曹运兴,刘瑞旬,等.正断层两盘的瓦斯突出分布特征及其地质成因浅析[J].煤炭学报,2000,25(6):571-575.Liu Xianwei,Cao Yunxing,Liu Ruixun,et al.Analysis on distribu-tion features of gas outburst from two walls of normal fault and geo-logical origin[J].Journal of China Coal Society,2000,25(6):571-575.[23]㊀郝吉生,袁崇孚,张子戌.构造煤及其对煤与瓦斯突出的控制作用[J].焦作工学院学报(自然科学版),2000,19(6):403-406.Hao Jisheng,Yuan Chongfu,Zhang Zixu.The tectonic coal and itseffects on coal and gas outburst[J].Journal of Jiaozuo Institute ofTechnology(Natural Science),2000,19(6):403-406. [24]㊀王玉杰,梁开水.爆破工程[M].武汉:武汉理工大学出版社,2007:114-115.[25]㊀费鸿禄,赵昕普.爆破振动对岩质边坡累积损伤影响实验研究[J].爆破,2009,26(4):1-3.Fei Honglu,Zhao Xinpu.Experimental study on cumulative damagein rock slope caused by blasting vibration[J].Blasting,2009,26(4):1-3.[26]㊀闫长斌,徐国元,杨㊀飞.爆破动载荷作用下围岩累积损伤效应声波测试研究[J].岩土力学学报,2007,29(1):88-93.Yan Changbin,Xu Guoyuan,Yang Fei.Measurement of soundwaves to study cumulative damage effect on surrounding rock underblasting load[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2007,29(1):88-93.1322。

基于COMSOL数值模拟的瓦斯抽采半径测定

基于COMSOL数值模拟的瓦斯抽采半径测定崔永青;李永军;刘飞【摘要】山西马堡煤业有限公司经国家安全部门鉴定属于高瓦斯矿井,矿井绝对斯涌出量高达58.17m3/min,瓦斯问题严重威胁着矿井的安全和生产的效率.所以瓦斯预抽工作显得尤为重要,要进行高效的预抽工作\"有效半径测定\"是必不可少的重要过程.本文利用数值模拟软件COMSOL对15号煤层进行模拟解析,通过软件运算得出有效的抽采半径并且进行了现场的实际施工检验,准确的测定了马堡矿15号煤层的抽采半径.为以后的生产提供了有力的基础数据.【期刊名称】《煤矿现代化》【年(卷),期】2019(000)003【总页数】3页(P194-196)【关键词】开采煤层;瓦斯抽采;数值模拟;抽采半径【作者】崔永青;李永军;刘飞【作者单位】山西马堡煤业有限公司, 山西长治046013;山西马堡煤业有限公司, 山西长治046013;煤科集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室, 辽宁沈阳 110000【正文语种】中文【中图分类】TD7120 引言煤层瓦斯抽采影响半径是指：在规定或允许的时间内，煤层瓦斯压力开始下降点到抽采钻孔中心的距离[1]。

钻孔有效可抽范围：在规定或允许的时间内，煤层瓦斯压力下降到安全容许值的点到抽采钻孔中心的距离。

抽采钻孔间距的选择是影响瓦斯抽采效率的一个重要的因素[2]。

钻孔间距合理，对钻孔布置和提高整个煤层的瓦斯抽采率具有重要意义。

每个钻孔在某一流动时间内都有自己控制的一个瓦斯流动场[3]，所以只有在流动场内相互不受干扰时增加钻孔密度，才能经济有效的提高煤层瓦斯抽采量[4]。

1 概况马堡矿隶属于晋能集团，目前主采煤层为15号煤层，生产规模150万t/a，开采深度标高由+1220m～+660m，批准开采面积为12.8688km2，矿井绝对斯涌出量高达58.17m3/min。

矿井现阶段开采进入井田深部区域，生产期间瓦斯问题是矿井面临的主要问题之一。

基于COMSOL Multiphysic的煤层瓦斯压力测定数值模拟

基于COMSOL Multiphysic的煤层瓦斯压力测定数值模拟戴巍
【期刊名称】《内蒙古煤炭经济》
【年(卷),期】2021()20
【摘要】为研究煤层瓦斯压力测定过程中煤层瓦斯压力的变化规律,实现煤矿瓦斯灾害等级科学鉴定和精确防治,本文通过数值模拟的方法,以孔隙——裂隙双重介质模型为基础建立了测压过程中的煤层瓦斯流动数学模型,并通过COMSOL Multiphysic软件进行解算。

研究结果表明;采用COMSOL Multiphysic软件模拟的煤层瓦斯压力符合实际规律,可实现煤层瓦斯压力分布、瓦斯压力平衡的模拟计算;相较于传统的单孔——单渗透数学模型,采用孔隙——裂隙双重介质模型建立的数学模型减少了煤层瓦斯压力的损失,更能反映瓦斯运移的本质规律。

【总页数】3页(P52-54)
【作者】戴巍
【作者单位】华北科技学院
【正文语种】中文
【中图分类】F406.3;TD712
【相关文献】
1.基于COMSOL Multiphysic的煤层甲烷拟稳态吸附-运移数值模拟
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模拟的瓦斯抽采钻孔合理间距研究5.基于COMSOL Multiphysics模拟的瓦斯抽采钻孔合理间距研究
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煤与瓦斯突出冲击气流数值模拟研究

煤与瓦斯突出冲击气流数值模拟研究
左文哲;谯永刚;华杰;秦鹏飞;王海杰
【期刊名称】《煤矿安全》
【年(卷),期】2024(55)2
【摘要】为揭示煤与瓦斯突出冲击气流传播规律,利用COMSOL软件中高马赫流动与浓物质传递模块,模拟了煤与瓦斯突出过程中冲击气流的速度场、压力场、冲击力场、浓度场等分布规律。

模拟结果表明:巷道内冲击气流呈射流状,速度可高达378.6 m/s,且随着距离的增大,呈现多峰值振荡衰减趋势,在射流中出现周期性的膨胀波区和压缩波区,射流尾部发展为湍流并失稳,在巷道内无序运移;突出冲击气流冲击力可高达246.3 kPa,冲击波以当地音速在巷道内运移;瓦斯气体最大扩散距离为133.6 m,巷道中部瓦斯体积分数接近于100%;由于突出后期巷道内存在压力差,瓦斯气体回流,高体积分数瓦斯和巷道内空气进一步混合。

【总页数】7页(P55-61)
【作者】左文哲;谯永刚;华杰;秦鹏飞;王海杰
【作者单位】太原理工大学安全与应急管理工程学院;山西襄垣七一新发煤业有限公司;山西黄土坡鑫运煤业有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TD712
【相关文献】
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煤与瓦斯突出一直都是困扰煤矿安全开采的主进行了探讨和深入分析，出了五种假说：提于不凡教要隐患，其产生的灾难性后果，重地威胁着煤炭工授于１７严９５年、９９年提出中心扩张学说；萍丰博１７李业的稳步健康发展。国内外研究者在研究煤与瓦斯
总第１７期２
ｄｉ１．９９ｊｉｎ１０２９．００８２１．５０５ｓ
基于ＣＭＳＬ—Ｍｕｉｈｓｓ研究煤与瓦斯突出ＯＯｈｐｙｉｃ
韦善阳，马科伟，李波波
（ｈｎｎｏｅｅｏｕｈｕＵｉｒｔ，ｕａｇ５００，ｈｎ）ＴｅＭｉｉＣｌｇＧｉｏｎｖｓｙＧｉｎ５０３Ｃｉｇｌｆｚｅｉｙａ
Ａｂｔａｔ：ａｅｎａｙｅｈｅｓｂｉｔｎｈｕｐｒｏｉｙｏｓｒｃＴｈｅｐｐｒａｌｚｓｔｅｆａｉｌｙａｄｔｅｓｅｉｒｔｆＣＯＭＳｉＯＬｕｐｈｓｃｎｓａｃｎｇｏｏｌａａｕｂｒｔＰｉｔＭｈｉｙｉｓｉｅｒｈｉｎｃａｎｄｇｓｏｔｕｓ．ｏｎ—
通过模拟仿真软件进行卓有成效的处理。以下将讨计算和进行流固等多场耦合模拟。
论应用ＣＭＳＬＭｕｉｈｓｓ研究煤与瓦斯突出的ＯＯｈｐｙｉｃ
可行性及优越性。
２ＣＭＳＬＭｕｉｈｓｓ研究煤与瓦斯突出ＯＯｈｐｙｉｃ的优越性分析
另一个视角。
关键词：与瓦斯突出；ＯＯｈｐｙｉ；煤ＣＭＳＬＭｕｉｈｓｓ多物理场耦合ｃ中图分类号：Ｄ１Ｔ７３文献标识码：Ａ文章编号：０ — ７８２１）５０１ — ３１５２９（０００ — ０４００
ＳａｃｎＣｏｌａｄＧａｔｕｓｙＣＯＭＳｅｒｈｏａｎｓＯｕｂｒｔｂＯＬ－ｕｔｐｙｉｓＭｌｉｈｓｃ
ＷＥＩＳａｙｎＭＡｈｎ－ａｇ，Ｋｅ－ｉＬｗｅ，ＩＢｏ－ｏｂ
ｉｇｏｔｔｅｗａｎｈｅｈｉｕｏｔｓａｈｅｅ．Ｉｔｏｕｅｔｅｎｗｔｏｎｓａｃｉｇｏｏｌａｄｇｓｏｔｕｓ．Ａｎｕｏｗｒｎｕｈｙａｄｔｅｔｃｎｑｅｒｕｅｉｉｃｉｖｄｎｒｄｃｈｅｏｌｅｒｈｎｎｃａｎａｕｂｒｔｔｉｄｐｔｆｒａｄ
突出机理和方法上投入了大量的时间和精力，得取
士于１８９９年提出二相流体假说；世宁教授和何学周秋教授于１９９０年提出流变假说；承林教授和俞启蒋
９５年提出地壳失稳假说；梁冰教授和张了较好的成果。随着计算机在矿业研究和生产中的香教授于１９广泛应用，据的有效收集，数资料的科学快速整理等梦涛教授于１９９５年提出流固耦合理论，通过相应的
都有显著提高。同时，种模拟软件的问世也为我控制微分方程（力场，各应渗流场，度场，温电磁场等）载荷条件构造对应的数学模型，整建调们研究煤与瓦斯突出提供了更为高效和有效的工和边界条件、具，其是实验室目前仍很难进行的一些工作，以模后可以输入ＣＭＳＬＭｕｉｈｓｓ进行数值模拟尤可ＯＯｈｐｙｉｃ
ＣＭＯｕｉｈｓｓ基于偏微分方程的专ＯＳＬＭｈｐｙｉ是ｃ
１ＣＭＳＬＭｕｉｈｓｓ研究煤与瓦斯突出ＯＯｈｐｙｉｃ２１ＣＭＳＬＭｈｐｙｉ软件的运行机理和特色．ＯＯｕｉｈｓｓｃ的可行性分析
（州大学矿业学院，贵州贵阳贵摘５００）５０３要：章分析多物理场耦合分析软件 — — ＣＭ０ｈｐｙｉ文０ＳＬＭｕｉｈｓｓ在研究煤与瓦斯突出方面的可行性和ｃ
优越性，并指出其实现方式和技术路线。介绍新的研究煤与瓦斯突出的工具和提出研究煤与瓦斯突出的
用煤与瓦斯突出机理在一定程度上都可以应用微业有限元数值分析软件，于建模和仿真计算各学科的科学和工程问题。是全球领先的对多物理场耦分方程形式表达。关于煤与瓦斯突出问题国外学者
ａｎｅｐｒｐｃｉｅ．ｗｅｓｅｔｖ
Ｋｅｗｏｄｓ：ｏｌａｄｇｓｏｔｕｓ；ＣＯＭＳｙｒｃａｎａｕｂｒｔＯＬ－ｕｐｈｓｃ；ｍｕ－ｙｉｓｃｕｎＭｈｉｙｉｓｈｉｐｈｓｃｏｐｉｇ