[01252672]瓦斯抽采过程中孔壁的动力响应分析及失稳机理研究

本课题为计划外的自选项目。

应用领域：瓦斯抽采方案设计、瓦斯抽采孔施工和维护、瓦斯抽采量评估等。

主要技术原理：本项目基于煤矿实测数据，通过理论分析，系统地研究瓦斯抽采过程中孔壁的动力响应分析及失稳机理，详细如下：

（1）瓦斯抽采孔的弹塑性问题

分别基于Tresca屈服准则和Mohr-Coulomb屈服准则，采用复变函数的保角映射方法，分析了非均匀地应力作用下瓦斯抽采孔的弹塑性分界面、弹性区的位移和应力、塑性区位移和应力的分布特性。

（2）瓦斯抽采引起的孔壁动力响应问题

考虑瓦斯吸附产生的膨胀变形及煤岩体和瓦斯流动产生的运动变形，建立瓦斯流动的流固耦合动态方程。通过Laplace变换得到频域中的应力、位移及孔隙水压力的解析表达式，并利用Laplace数值逆变换方法求得时域解，通过数值计算了瓦斯抽采时间对动力响应。

（3）瓦斯抽采孔的抗震性能问题

运用波动理论，建立外界作用（平面SH波）对瓦斯抽采孔的动力响应的理论解答。以某气田102井套管结构为例，引入动应力集中因子概念，定性地分析了围岩和水泥环动应力集中因子的影响因素。

主要技术性能指标：

① 在地应力作用下，瓦斯抽采孔的塑性区域（即可能发生塌孔的区域）的形状、以及弹塑性边界径向应力和径向位移沿周边的分布特点。

② 非均匀地应力作用下瓦斯抽采孔的塑性区域的面积、应力和位移分布曲线，非均匀系数（最大与最小地应力的比值）对应力和位移的影响。

③ 瓦斯抽采过程中瓦斯渗透率和瓦斯压力以及瓦斯抽采孔径向位移的变化规律。

④ 瓦斯抽采过程中孔边的无量纲径向位移、径向应力和环向应力的变化规律。