彭瑞东,张玉军,杨永明,刘坚志

(1.中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京 100083;2.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083)

孔隙煤岩损伤破坏行为的数值模拟

彭瑞东1,2,张玉军2,杨永明2,刘坚志2

(1.中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京 100083;2.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083)

利用ANSYS有限元软件,构建了孔隙煤岩细观单元的二维数值计算模型;提出了一种针对孔隙煤岩复杂几何模型的网格优化措施,实现了整体映射网格与局部自由网格相结合的划分方法,提高了生成单元的质量以及求解效率;借助单元生死技术模拟了孔隙煤岩的脆性损伤破坏过程,研究了孔隙率及孔隙形态对煤岩整体力学行为的影响。研究表明,孔隙煤岩的损伤破坏行为和孔隙率、孔隙位置、孔隙形态等几何参数有关。孔隙集中的区域会出现应力或应变集中的现象,随着孔隙率及孔隙长短轴比增大,煤岩细观单元损伤现象更加明显,弹性模量下降,煤岩强度急剧下降,且损伤阈值也有所下降。

煤岩;孔隙;损伤;单元生死

随着我国煤炭开采深度及难度的不断发展,以及煤层气开发的逐渐发展,与此相关的岩石力学问题也变得更加棘手。科学准确地掌握煤岩的非线性力学响应已成为采矿工程中亟需解决的关键基础问题之一。作为一种复杂的地质材料,煤岩具有非均质的不连续的多相复合结构,其内部大量存在不同尺度的不规则的孔隙,这些孔隙往往又是各种伴生气体或水的贮藏空间及运移通道。……