基于FLAC~(3D)的急倾斜厚煤层卸压瓦斯抽采数值模拟.docx

基于FLAC~(3D)的急倾斜厚煤层卸压瓦斯抽采数值模拟
引言
煤层气作为一种清洁能源，在我国能源结构中具有重要地位。然而，随着煤层深部采掘的逐渐加深，面临的技术问题也越来越多。其中，急倾斜厚煤层的抽采成为了难题之一。厚煤层的压力巨大，导致煤层气难以流出，同时厚煤层采空区的不断扩大会导致抽采难度加大。本文基于FLAC~(3D)有限元模拟软件，对急倾斜厚煤层的卸压瓦斯抽采进行数值模拟，并探讨了该方法的可行性及优缺点。
建模与参数设定
建模采用FLAC~(3D)软件，并采用三维张量形式描述模型中的物理量变化。同时，由于厚煤层的特殊性，模型采用了复合材料结构，即将煤体和煤层气分别视为不同材料，并在软件中设置相应的参数。驱动模型的载荷来自瓦斯抽采，因此在模型中添加了瓦斯抽采井孔。
具体参数设定如下：煤体材料参数-Young’s模量E=1.5GPa，泊松比ν=0.35，密度ρ=2000kg/m3；煤层气材料参数-压缩系数B=1.2×10-5Pa-1，粘滞性μ=1.0×10-6Pa•s，密度ρ=0.5kg/m3。同时，采用了等效势能法分析煤体破裂状态，预测了压力变化随时间的变化趋势，为后续的数值模拟提供了基础。
数值模拟结果
模拟过程中，我们分别考虑了瓦斯抽采前、抽采中、抽采后三种状态。在瓦斯抽采前，系统处于平衡状态，压力和位移的状态分别如图1(a)、1(b)所示。在瓦斯抽采中，随着抽采的进行，煤层气逐渐流出，压力有所降低，系统处于非平衡状态，其状态如图2(a)、2(b)所示。随着抽采的不断进行和煤体受力的变化，模型随时间的变化趋势如图3所示。
优缺点分析
本文采用FLAC~(3D)软件对急倾斜厚煤层的卸压瓦斯抽采进行模拟，具有如下优点：
1.较为准确地反映了模型中的物理量变化。通过有限元法能够较为真实地反映煤层和煤层气的变形、流动、破裂等过程。
2.建模便捷，计算效率高。FLAC~(3D)软件提供了较为全面的后处理功能，可以对模拟结果进行可视化展示，并且计算效率高，较为适合大规模的煤层气抽采模拟。
然而，FLAC~(3D)也有其一些局限性：
1.软件本身的精度不够高，存在一定误差。该软件并未考虑煤立方体的各向异性，只能描述常规方向的模型。
2.模型中存在的参数众多，对初学者来说学习成本较高。同时，参数的设置也会影响结果的准确性，对于不了解参数设置的人来说容易出现误差。
结论
本文采用FLAC~(3D)软件对急倾斜厚煤层的卸压瓦斯抽采进行了数值模拟，并分析了该方法的优缺点。结果表明，FLAC~(3D)有限元模拟软件能够较为准确地反映模型中的物理量变化，并且建模便捷、计算效率高。然而该软件也存在一定的局限性，对模型建立者的要求较高。因此，在实际应用中需要结合具体情况选用合适的软件，并根据实际情况进行参数的设置。