《煤體的三維微觀重構及其與瓦斯耦合的動力學基礎研究》是依託山東科技大學，由王剛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：煤體的三維微觀重構及其與瓦斯耦合的動力學基礎研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王剛
- 依託單位：山東科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為了從微觀上揭示采動條件下煤體內瓦斯的運移規律，以煤體微觀結構特性和瓦斯為研究對象，首先使用微焦點CT系統，採用細化算法和定義局部圓柱形搜尋區域的方法對煤體的斷層圖像三維建模處理技術進行開發，實現對煤孔隙特徵的三維可視化；然後進行煤體中瓦斯的剪下滲流實驗研究，分析在剪下作用下煤中瓦斯的滲流特性；採用氣體滲透穩態法，在恆溫、恆濕和徑向應變受到嚴格約束的情況下，測定不同孔隙壓力和不同壓差條件下的滲透率，得出煤體在應力變化狀態下瓦斯的解吸/吸附和運移模型；並將其與煤體三維重構網路模型進行耦合。項目預期將揭示微觀狀態下瓦斯在煤體中的運移特性，實現煤體三維孔隙結構的微觀重構，建立基於三維微觀結構的煤與瓦斯動力學模型。項目的研究成果對於煤與瓦斯突出機理的深入研究具有重要意義，可以為煤與瓦斯突出的防治提供科學依據。
結題摘要
為了獲取能夠表征煤體孔裂隙結構的真實物理模型，進而通過數值模擬探討其內部瓦斯滲流規律。首先藉助於µCT225KvFCB高精度CT系統得到了大柳塔煤礦長焰煤CT數據。採用補充後的DTM法對煤樣CT數據進行閾值分割。使用基於Matlab語言的三維重建程式結合逆向工程技術，提出了一種將煤體CT三維數據轉換為CAD數字模型的方法。其次利用自主研發的真三軸氣固耦合煤體滲流試驗系統，探究煤岩在變軸壓載入下的變形破壞和瓦斯滲流演化規律。以原煤煤粉壓制的煤體試件為研究對象，採用含瓦斯煤熱流固耦合三軸伺服滲流試驗系統，進行了五種不同軸壓載入路徑下的煤體三軸壓縮及瓦斯滲流試驗。同時基於煤樣單軸壓縮和抗拉物理實驗的實測巨觀參數，推算出模擬含瓦斯煤變形破壞所需的細觀參數，利用平行黏結模型和推導得出的細觀參數對煤體進行了不同圍壓和瓦斯壓力條件下常規三軸試驗的顆粒流模擬，並將模擬結果與物理實驗結果進行對比及誤差分析，對煤體巨觀力學參數的變化規律進行了總結。再則利用煤體三維重構模型進行了煤體瓦斯滲流的有限元數值模擬試驗,探究了瓦斯在裂隙煤體中的流動規律，分析了裂隙的空間幾何形狀及位置對瓦斯滲流的影響，以及有效孔隙率對滲透率和滲透速度的影響。最後通過三維突出模型的構建和不規則突出孔洞體積的求解得出了突出煤體釋放的彈性勢能，結合突出過程中瓦斯內能和突出後能量的分析，得到煤與瓦斯突出發生的能量條件模型與突出強度預測模型。在統計十次瓦斯突出事故的基礎上，對能量條件模型與強度預測模型進行驗證。在突出能量條件模型基礎上，採用Morris篩選法對突出影響因素的靈敏度進行了分析。項目的研究成果對於煤與瓦斯突出機理的深入研究具有重要意義，可以為煤與瓦斯突出防治與瓦斯抽采提供科學依據。
