基于数字图像重构的含瓦斯煤失稳模拟研究 论文

为了深入理解和研究含瓦斯煤在瓦斯压力作用下的变形破坏过程及其塑性区的扩展规律，从而降低煤与瓦斯突出灾害的风险，确保煤矿的安全生产，本文采用了基于数字图像重构技术结合FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）3D有限差分软件进行数值模拟的方法，对无侧限压缩条件下煤样的失稳破坏过程进行了模拟。在此项研究中，首先通过数字图像重构技术获取到煤样在不同瓦斯压力下的三维图像，通过这些图像可以直观地分析和理解含瓦斯煤样的变形破坏过程。然后利用FLAC 3D有限差分软件，对得到的图像进行数值模拟，分析瓦斯压力对煤峰值强度和破坏形态的影响。研究结果显示，在无瓦斯压力的情况下，煤样主要表现为剪切破坏，存在一个贯穿整个模型的主剪切破坏面。而在含有瓦斯的条件下，煤样的失稳破坏则表现为剪切破坏和拉伸破坏的叠加。具体来说，在剪切破坏的基础上，增加了由瓦斯压力引起的拉伸破坏。此外，含瓦斯煤样的峰值强度和峰值点应变会随着瓦斯压力的增大而减小，且这种关系呈线性趋势。通过结合数字图像重构技术和有限元程序，研究者成功建立了一个能够反映出煤真实结构的数值模型。这为研究煤岩非均质性对煤的力学特性影响提供了一种非常有效的手段。通过这种模型，可以更精确地模拟和预测含瓦斯煤在不同瓦斯压力条件下的变形破坏行为。此外，文中提到的关键词“含瓦斯煤”、“图像重构”、“煤与瓦斯突出”、“变形破坏”以及“数值模拟”，均为该研究领域的核心概念。其中，“含瓦斯煤”指的是含有瓦斯气体的煤体，这类煤体在特定的地质和压力条件下，容易发生瓦斯突然释放而引起的煤与瓦斯突出的危险现象。“图像重构”是指利用计算机技术将二维图像重建成三维模型的过程，这对于理解煤样内部的复杂结构和裂隙分布至关重要。“煤与瓦斯突出”是煤矿开采中的一种严重灾害，它涉及瓦斯的快速释放和煤体的突然破坏。“变形破坏”是指材料在外力作用下产生的形状和结构的改变。“数值模拟”则是利用计算机程序，对物理问题进行数值计算和模拟的技术。从实际应用层面来看，这项研究可以为煤矿工程提供重要的技术支撑，有助于设计更安全的采掘方案，预测潜在的瓦斯突出风险，从而提前采取预防措施，减少煤矿灾害事故的发生。同时，这项研究的技术和方法可以推广到其他类似领域的岩土工程问题的分析和解决，具有广泛的应用前景。