本文選題：煤瓦斯突出 + 能量源��； 參考：《重慶大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：煤與瓦斯突出是煤礦地下開采過程中遇到的一種極其復(fù)雜的瓦斯動力災(zāi)害現(xiàn)象,威脅著礦井安全以及生產(chǎn),是地下空間行業(yè)亟需攻克的難題之一。煤與瓦斯突出過程從能量學(xué)角度上看,是一個能量聚集與耗散的過程。本文以突出原煤和非突出原煤為研究對象,通過實驗室實驗與理論分析相結(jié)合的方法,對煤與瓦斯突出過程中能量源及能量耗散過程進行深入探索。在以下方面取得了一些進展:(1)為分析煤與瓦斯突出過程中吸附瓦斯解吸后參與突出做功,研制了一種高壓氣體瞬間對稱卸壓實驗裝置。該裝置主要由加載系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)、溫度和氣體壓力檢測系統(tǒng)及瞬間對稱卸壓系統(tǒng)4個部分組成。具有以下特點:可在不同氣體不同氣壓條件下對煤巖材料進行保壓吸附一段時間后瞬間卸壓實驗;對稱卸壓系統(tǒng)保證瞬間卸壓,同時也兼顧了卸壓過程中煤樣受力均衡,克服了傳統(tǒng)單向煤瓦斯突出試驗裝置存在的不足;能提供軸向加壓裝置,模擬煤瓦斯突出過程中地應(yīng)力作用。(2)通過煤顆粒形狀的理論分析可知,顆粒形狀對表面積的確定影響很大;在計算破碎功時,將煤顆粒視作圓球形處理,所得到的破碎功是下限;由煤粉顯微鏡觀測實驗可知,不論是突出煤還是非突出煤,當煤破碎到0.075mm以下時,其顆粒形狀均以橢球形和球形為主;且這些微小顆粒形狀與破碎前的塊度、施加能量的方式和大小、所經(jīng)歷的破碎過程均無關(guān)。這為采用球表面積計算煤破碎后顆粒新增表面積提供了依據(jù)。(3)突出煤與非突出煤破碎后,小于0.075mm微小顆粒的篩下累計質(zhì)量分布均服從Logistic分布;而篩上質(zhì)量分布卻不同,突出煤服從Gauss分布;而非突出煤服從正態(tài)分布。為突出煤與非突出煤的鑒別提供一種輔助手段,同時也為精確計算煤巖破碎功提供實驗指導(dǎo)。(4)當煤巖體破碎后,0.075mm以下的微小顆粒所占比例不大,卻占有相當大的表面積;兩種煤的比表面積隨能量增加而增加,在相同的能量條件下,突出煤的比表面積比非突出煤的大1~2倍;非突出煤的破碎比功隨能量增加先下降后保持平穩(wěn)不變,而突出煤的破碎比功隨能量的增加而增加,說明給予同樣的能量突出煤更容易破碎;煤巖破碎后其新增表面積與能量之間呈指數(shù)關(guān)系;把煤破碎得越小,顆粒形狀越趨于穩(wěn)定,進一步破碎的難度就越大,要達到同一破碎增量所需的破碎功就越多。(5)在不考慮溫度影響時,將朗格繆爾方程展開成泰勒級數(shù)并保留前兩項,使得吸附瓦斯對外做功的計算得到了簡化,從而得到了吸附瓦斯解吸對外膨脹的計算式。由該計算式可知,不同吸附氣體做功的能力取決于氣體吸附常數(shù)。(6)通過理論分析可知,相同條件下且不考慮吸附,不同氣體瞬間卸壓對外做功相同;結(jié)合實驗后煤樣破碎程度分析可知,不同氣體進行實驗時,煤樣破碎程度不同,因此說明在瞬間卸壓破碎煤實驗過程中吸附瓦斯參與了做功。施加軸壓后,煤試樣破碎程度加劇,說明在地應(yīng)力作用下致使煤體產(chǎn)生大量裂紋裂隙,降低了煤體強度同時給瓦斯足夠的流動和儲存空間,當瓦斯壓力瞬間降低時瓦斯氣體膨脹才能繼續(xù)破壞并粉碎煤體。(7)在分析煤與瓦斯突出能量來源及能量耗散過程,建立了煤瓦斯突出能量方程:煤與瓦斯突出的主要能量源為煤巖體彈性應(yīng)變能、煤體中游離瓦斯以及吸附瓦斯解吸后的膨脹能;而能量耗散煤巖體破碎、拋出、移動、振動和聲響等。通過對以往突出案例的能量分析,突出煤體孔隙瓦斯的膨脹能小于煤體破碎功,因此僅突出煤體的孔隙瓦斯不足以提供煤瓦斯突出所需的能量。突出過程中涌出瓦斯量遠大于孔隙游離瓦斯,且涌出瓦斯所提供的能量與孔隙游離瓦斯提供的能量相差3~4個數(shù)量級。(8)根據(jù)突出的強度大小和突出的終止位置,可得到突出強度較小且突出終止面在應(yīng)力峰值前、突出強度較小且突出終止面在應(yīng)力峰值后、突出強度較大且突出終止面在應(yīng)力峰值前、突出強度較大且突出終止面在應(yīng)力峰值后四個煤與瓦斯突出能量條件。
[Abstract]:Coal and gas outburst is an extremely complex gas dynamic disaster encountered during underground coal mining , which threatens the safety and production of coal mine . It is one of the most important problems in underground space industry . ( 4 ) When the coal rock mass is broken , the small particles below 0.075mm occupy a relatively large surface area , and the specific surface area of the coal is increased with the increase of energy . ( 7 ) In the analysis of energy source and energy dissipation process of coal and gas outburst , the energy equation of coal gas outburst is established : the main energy source of coal and gas outburst is elastic strain energy of coal rock mass , free gas in coal body and expansion energy after adsorption gas desorption .

【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD713.1

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 蔡燦;伍開松;袁曉紅;吳霽薇;趙攀;;基于巖石損傷本構(gòu)的破碎比功評價模型研究與應(yīng)用[J];巖土力學(xué);2015年09期

2 涂慶毅;程遠平;王亮;張榮;;煤與瓦斯突出的動態(tài)過程研究[J];煤炭科學(xué)技術(shù);2015年06期

3 胡振中;莊亞明;蔡天意;陳曉平;;單顆粒煤巖沖擊破碎能耗與粒度分布特性試驗研究[J];煤炭學(xué)報;2015年S1期

4 王剛;武猛猛;王海洋;黃啟銘;鐘陽;;基于能量平衡模型的煤與瓦斯突出影響因素的靈敏度分析[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報;2015年02期

5 胡振中;賽俊聰;陳曉平;趙明;邱亞林;;粒度對原煤破碎特性的影響[J];煤炭學(xué)報;2014年S2期

6 張遵國;曹樹剛;郭平;劉延保;;原煤和型煤吸附-解吸瓦斯變形特性對比研究[J];中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報;2014年03期

7 陳力;喬繼延;丁雁生;;一維煤與瓦斯突出波模型[J];中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2014年01期

8 曹樹剛;張遵國;李毅;郭平;劉延保;;突出危險煤吸附、解吸瓦斯變形特性試驗研究[J];煤炭學(xué)報;2013年10期

9 于寶海;王德明;;煤層釋放瓦斯膨脹能研究[J];采礦與安全工程學(xué)報;2013年05期

10 姜永東;鄭權(quán);劉浩;宋曉;;煤與瓦斯突出過程的能量分析[J];重慶大學(xué)學(xué)報;2013年07期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 歐建春;煤與瓦斯突出演化過程模擬實驗研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2012年

2 周軍平;CH_4、CO_2、N_2及其多元氣體在煤層中的吸附-運移機理研究[D];重慶大學(xué);2010年

3 王振;煤巖瓦斯動力災(zāi)害新的分類及誘發(fā)轉(zhuǎn)化條件研究[D];重慶大學(xué);2010年

4 謝雄剛;石門揭煤過程煤與瓦斯突出的注液凍結(jié)防治理論及技術(shù)研究[D];中南大學(xué);2010年

5 崔永君;煤對CH_4、N_2、CO_2及多組分氣體吸附的研究[D];煤炭科學(xué)研究總院;2003年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 宋曉;聲波作用下煤層氣吸附解吸特性研究[D];重慶大學(xué);2014年

2 袁泉;煤顆粒超細粉碎過程的分形研究[D];華東理工大學(xué);2013年

3 周文杰;煤與瓦斯突出影響因素的模擬實驗研究[D];重慶大學(xué);2012年

4 李毅;原煤、型煤吸附—解吸變形規(guī)律對比研究[D];重慶大學(xué);2012年

，

本文編號：1863229