基于流固耦合动态模型的煤层钻孔成拱特性研究

韩颖^1,2,3，张飞燕^4,5，董博文¹

1. 河南理工大学能源科学与工程学院2. 中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心3. 深井岩层控制与瓦斯抽采国家安监局科技支撑平台4. 河南理工大学安全科学与工程学院5. 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室—省部共建国家重点实验室培育基地

摘 要：为探讨煤层钻孔周围是否存在压力拱,构建了基于Hoek-Brown准则的含瓦斯煤流固耦合动态模型,并运用COMSOL软件进行解算,分析了钻孔施工前后孔周煤体主应力及应变能密度分布规律,研究了不同煤体结构煤层孔周煤体位移量及压力拱内边界、厚度的变化特征,并结合孔周煤体塑性区分布规律对煤层钻孔成拱特性进行了探讨。研究结果表明:煤层钻孔顶底部存在压力拱,其拱脚与拱座位于钻孔两侧;压力拱区域内孔周煤体水平位移量变化较为平缓;压力拱内边界及厚度可作为评判钻孔稳定性的指标,两者随地质强度指标GSI值的增大而逐渐减小,即煤体结构越完整、强度越高,压力拱范围越小;当GSI值非常大或非常小时,压力拱效应不明显,甚至趋于消失。

关键词：含瓦斯煤;流固耦合模型;煤层钻孔;压力拱;地质强度指标;