本文關(guān)鍵詞：軟煤體孔隙結(jié)構(gòu)及其瓦斯吸附特性研究

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【摘要】：軟煤層因其煤體強度低、透氣性差、瓦斯放散能力強而易誘發(fā)瓦斯事故災(zāi)害,軟煤層孔隙結(jié)構(gòu)特征及其中瓦斯運移規(guī)律是掌握軟煤層瓦斯涌出規(guī)律的前提,也是實現(xiàn)煤與瓦斯安全共采的基礎(chǔ)。本文系統(tǒng)總結(jié)了煤體孔裂隙結(jié)構(gòu)特征和瓦斯吸附特性的諸多研究成果,從理論上分析了多孔介質(zhì)的基本特征及煤體孔隙性的影響因素,以澄合礦區(qū)軟煤為研究對象,應(yīng)用壓汞實驗、低溫氮吸附實驗、掃描電鏡實驗、X射線衍射實驗,得出軟煤內(nèi)孔隙主要以小孔、微孔為主,微孔中吸附力場的疊加作用使得軟煤吸附勢能增強,一端幾乎封閉的不透氣性孔及細頸瓶狀孔等孔型有利于瓦斯的吸附聚集,不利于瓦斯的擴散運移,構(gòu)造應(yīng)力提高了軟煤中中孔和大孔的連通性,軟煤分子結(jié)構(gòu)的芳核層間距d002小于硬煤,芳核延展度La和芳核堆積厚度Lc大于硬煤。分析了軟煤孔隙結(jié)構(gòu)分形特征規(guī)律,闡述了軟煤體特征分維度的定義,總結(jié)了軟煤體特征分維度變化規(guī)律。通過物理實驗和分子模擬,考察了軟煤在不同溫度條件下吸附瓦斯特性規(guī)律,構(gòu)建了軟煤體分形吸附模型,得出軟煤對溫度的變化更為敏感,在相同溫度梯度變化下,軟煤吸附常數(shù)a值和b值的變化幅度均大于硬煤,分析了等量吸附熱隨吸附量的變化規(guī)律,驗證了煤表面能量的不均性。基于煤層瓦斯流動理論,建立瓦斯流動數(shù)學(xué)模型,對鉆孔周圍瓦斯流動進行有限元分析,確定出符合澄合礦區(qū)軟煤層特點的瓦斯抽采鉆孔布置方案。研究結(jié)果對優(yōu)化軟煤層瓦斯治理技術(shù)、實現(xiàn)煤與瓦斯安全共采提供了一定的理論依據(jù)和技術(shù)支持。
【關(guān)鍵詞】：吸附特性 孔隙結(jié)構(gòu) 軟煤體 瓦斯抽采
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD712
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 緒論9-14
• 1.1 研究背景及意義9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.1 煤體孔裂隙結(jié)構(gòu)特征研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 煤體吸附瓦斯特性研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.3 存在的問題11
• 1.3 研究內(nèi)容11-12
• 1.4 研究方法及技術(shù)路線12-14
• 1.4.1 研究方法12
• 1.4.2 技術(shù)路線12-14
• 2 軟煤體孔裂隙特征與微結(jié)構(gòu)分析14-35
• 2.1 多孔介質(zhì)的基本特征14
• 2.2 軟煤體結(jié)構(gòu)參數(shù)的測定14-16
• 2.2.1 工業(yè)分析15
• 2.2.2 煤巖組分分析15
• 2.2.3 堅固性系數(shù)的測定15-16
• 2.3 軟煤體的孔裂隙結(jié)構(gòu)分析16-25
• 2.3.1 煤的孔裂隙結(jié)構(gòu)分類與表征16-17
• 2.3.2 壓汞法測定孔隙結(jié)構(gòu)17-19
• 2.3.3 低溫氮吸附法測定孔隙結(jié)構(gòu)19-22
• 2.3.4 掃描電鏡觀測孔隙結(jié)構(gòu)22-24
• 2.3.5 軟煤體孔隙特征分析24
• 2.3.6 煤體孔隙性的影響因素24-25
• 2.4 軟煤體的孔隙分形特征分析25-29
• 2.4.1 壓汞法研究煤的孔隙分形特征25-26
• 2.4.2 低溫氮吸附法研究煤的孔隙分形特征26-27
• 2.4.3 掃描電鏡研究煤的孔隙分形特征27-28
• 2.4.4 軟煤體特征分維度變化規(guī)律分析28-29
• 2.5 軟煤體微結(jié)構(gòu)分析29-34
• 2.5.1 實驗原理及方法29-31
• 2.5.2 XRD圖譜分析31-32
• 2.5.3 物相分析32-33
• 2.5.4 分子結(jié)構(gòu)參數(shù)分析33-34
• 2.6 本章小結(jié)34-35
• 3 軟煤體吸附瓦斯特性實驗分析35-53
• 3.1 煤體吸附瓦斯模型35-37
• 3.1.1 理論模型35-36
• 3.1.2 煤體吸附瓦斯過程36-37
• 3.2 軟煤體吸附瓦斯實驗37-43
• 3.2.1 實驗設(shè)計37-38
• 3.2.2 恒溫吸附實驗結(jié)果分析38-41
• 3.2.3 變溫吸附實驗結(jié)果分析41-43
• 3.3 軟煤體吸附瓦斯熱效應(yīng)特征43-47
• 3.3.1 等量吸附熱分析43-44
• 3.3.2 極限吸附熱分析44-46
• 3.3.3 吸附熱效應(yīng)分析46-47
• 3.4 軟煤體分形吸附模型47-51
• 3.4.1 分形吸附模型的建立47-49
• 3.4.2 吸附數(shù)據(jù)的擬合49
• 3.4.3 擬合結(jié)果分析49-51
• 3.5 軟煤體吸附瓦斯特性影響因素分析51-52
• 3.5.1 煤巖組分對軟煤體吸附瓦斯的影響51
• 3.5.2 煤的孔隙結(jié)構(gòu)對軟煤體吸附瓦斯的影響51
• 3.5.3 煤體微結(jié)構(gòu)對軟煤體吸附瓦斯的影響51-52
• 3.5.4 煤中含水量對軟煤體吸附瓦斯的影響52
• 3.6 本章小結(jié)52-53
• 4 軟煤體吸附特性的分子動力學(xué)分析53-60
• 4.1 分子動力學(xué)模擬53-55
• 4.1.1 模擬方法53-54
• 4.1.2 模型的構(gòu)建54
• 4.1.3 參數(shù)的設(shè)置54-55
• 4.2 分子模擬結(jié)果及分析55-58
• 4.2.1 單組分的吸附55-56
• 4.2.2 混合組分的吸附56
• 4.2.3 吸附熱測定56-58
• 4.3 本章小結(jié)58-60
• 5 軟煤體順層瓦斯抽采鉆孔數(shù)值模擬60-69
• 5.1 煤層瓦斯流固耦合數(shù)學(xué)模型60-62
• 5.1.1 基本假設(shè)60
• 5.1.2 控制方程的建立60-62
• 5.2 軟煤體順層瓦斯抽采鉆孔數(shù)值模型62-64
• 5.2.1 COMSOL-Multiphysics軟件介紹62
• 5.2.2 幾何物理模型62-63
• 5.2.3 模型網(wǎng)格剖分63
• 5.2.4 模型計算參數(shù)63-64
• 5.3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析64-68
• 5.3.1 瓦斯壓力分布規(guī)律64-65
• 5.3.2 瓦斯抽采鉆孔失效判斷65-66
• 5.3.3 煤體孔隙率變化規(guī)律66-67
• 5.3.4 煤體滲透率變化規(guī)律67-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 6 結(jié)論及展望69-71
• 6.1 主要結(jié)論69-70
• 6.2 論文展望70-71
• 致謝71-72
• 參考文獻72-79
• 附錄79-80

【參考文獻】

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本文編號：1010692