【摘要】：根據(jù)煤與瓦斯突出發(fā)生的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,突出多出現(xiàn)在掘進(jìn)工作面和地質(zhì)構(gòu)造帶,而石門揭煤常常涉及到這兩個(gè)地點(diǎn),所以在石門揭煤過程中,煤巖體極易發(fā)生失穩(wěn)突出,具有極高的危險(xiǎn)性。研究表明,煤體強(qiáng)度決定了它在地應(yīng)力和瓦斯壓力的作用下能否被破壞,能否抵擋能量的沖擊,所以煤體的強(qiáng)度是其能否抵擋突出的關(guān)鍵因素�，F(xiàn)有的煤體強(qiáng)度加固技術(shù)對石門揭煤防突取得了一定的成效,但是也存在一定的局限性。液氮凍結(jié)是一種已經(jīng)比較成熟的施工技術(shù),可實(shí)現(xiàn)對巖、土體的快速凍結(jié),顯著提高了巖、土層的強(qiáng)度,有效保證了施工作業(yè)的安全性,因此液氮凍結(jié)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于礦井建設(shè)、建筑施工、隧道掘進(jìn)等工程領(lǐng)域。根據(jù)上述背景,可將液氮凍結(jié)技術(shù)應(yīng)用于井下石門揭煤作業(yè)中,揭煤前對待揭煤體迅速進(jìn)行凍結(jié),提高待揭煤巖強(qiáng)度和圍巖整體性,從而增強(qiáng)煤體抵御突出能量沖擊的能力,降低突出危險(xiǎn)性。目前國內(nèi)外液氮凍結(jié)的研究對象主要是巖石和土壤,而對煤層的研究較少。針對上述問題,本文采用理論分析和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,探究液氮凍結(jié)對煤體的影響規(guī)律,為基于液氮的石門揭煤防突提供理論支撐和技術(shù)參數(shù)。首先分析了石門揭煤時(shí)煤與瓦斯突出的特點(diǎn)及影響因素,結(jié)合液氮凍結(jié)技術(shù),闡述了基于液氮凍結(jié)的石門揭煤防突機(jī)理,使用模擬軟件進(jìn)行驗(yàn)證,并分析了影響液氮凍結(jié)效果的因素;分析了未凍水這一影響煤體凍結(jié)效果的關(guān)鍵因素,借助核磁共振技術(shù)測量并總結(jié)了煤體內(nèi)未凍水含量在凍融過程中的動(dòng)態(tài)變化特征,結(jié)合T_2分布曲線分析了凍融過程中不同類型煤樣內(nèi)孔隙水的分布和變化;開展了液氮凍結(jié)狀態(tài)下煤體超聲波檢測實(shí)驗(yàn)研究,根據(jù)超聲波的波速變化分析煤體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化,并結(jié)合彈性力學(xué)知識,探討液氮凍結(jié)對煤體動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,煤體在液氮凍結(jié)狀態(tài)下的超聲波波速顯著提高,說明液氮凍結(jié)對煤體的整體性有顯著改善,煤體更加穩(wěn)固。同時(shí),煤體的動(dòng)彈性模量、動(dòng)體積模量和動(dòng)剪切模量也均有明顯的提高;開展了液氮凍結(jié)狀態(tài)下煤體力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)研究,采用單軸壓縮試驗(yàn)和巴西劈裂實(shí)驗(yàn)測量了液氮凍結(jié)狀態(tài)下煤體的抗壓強(qiáng)度、彈性模量和抗拉強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,液氮凍結(jié)對煤體的力學(xué)性質(zhì)有顯著的提升作用,煤體的彈性模量、抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度得到提高,說明煤體的剛度和強(qiáng)度增加,抵御擠壓、拉伸破壞的能力也有所增強(qiáng),這些變化均說明液氮凍結(jié)可有效降低石門揭煤發(fā)生突出的危險(xiǎn)性。
【圖文】：

推動(dòng)了該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。因此，根據(jù)上述背景，可將液氮凍結(jié)技術(shù)應(yīng)用于井下石門揭煤作業(yè)中，如圖1-1 所示。揭煤前利用液氮的低溫對待揭煤體迅速進(jìn)行凍結(jié)，一方面提高待揭煤巖強(qiáng)度，增強(qiáng)煤體抵御突出能量沖擊的能力，使煤體不容易發(fā)生較大變形乃至被破壞；另一方面，提升煤層及附近圍巖的整體性，減少揭煤巷道周圍的應(yīng)力突變和不連續(xù)，從而降低突出危險(xiǎn)性。此外，液氮凍結(jié)法還有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如液氮汽化變?yōu)榈牡獨(dú)鉃闊o毒無害的惰性氣體，不會污染井下空氣；液氮的冷量對改善井下作業(yè)環(huán)境也有幫助等。

無煙煤A1 24.79×51.11 4.11A2 25.06×51.28 4.14A3 24.89×49.67 4.213.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備本實(shí)驗(yàn)所采用的設(shè)備主要包括核磁共振儀和全自動(dòng)低溫凍融機(jī)等。其中共振儀為蘇州紐邁公司生產(chǎn)的型號為 MesoMR23-060H 核磁共振分析儀，主永磁體、試樣管、射頻系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)組成。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，盛放試載具用隔溫材料包裹，，并且單次測試時(shí)間不超過 1min，盡可能減小因溫度的測量誤差。全自動(dòng)低溫凍融機(jī)采用天津市港源試驗(yàn)儀器廠生產(chǎn)的 CLD 型動(dòng)低溫凍融試驗(yàn)機(jī)。該凍融試驗(yàn)機(jī)由制冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及注水系統(tǒng)三大部成，采用空氣冷凍的凍結(jié)方式，工作溫度范圍為-30℃~50℃，測溫度精度 0備的啟動(dòng)、延時(shí)保持、停止都由儀表自動(dòng)控制，無需人為調(diào)整和監(jiān)視。該凍驗(yàn)機(jī)從環(huán)境溫度降到-20℃只需 1.5~2 小時(shí)，降溫速度快，所有標(biāo)準(zhǔn)均滿足煤結(jié)實(shí)驗(yàn)的要求；；真空加壓飽水裝置為 ZN-BSJ 型智能真空飽水機(jī)，裝置腔大負(fù)壓可達(dá)-1MPa，實(shí)驗(yàn)設(shè)備及流程如圖 3-1 所示。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD713

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;我國用液氮凍結(jié)表土首次試驗(yàn)成功[J];深冷技術(shù);1980年06期

2 楊巖斌;;袁大灘礦井副斜井液氮凍結(jié)技術(shù)應(yīng)用[J];煤炭與化工;2016年06期

3 倪群;;液氮凍結(jié)施工技術(shù)[J];施工技術(shù);2018年S1期

4 王朝暉,朱向榮,曾國熙,翁家杰;動(dòng)水條件下土層液氮凍結(jié)模型試驗(yàn)的研究[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1998年05期

5 翁家杰;液氮凍結(jié)土層的理論與實(shí)踐[J];煤炭科學(xué)技術(shù);1994年09期

6 史一忠;;我國液氮凍結(jié)技術(shù)研究達(dá)世界先進(jìn)水平[J];制冷;1993年04期

7 劉sネ

本文編號：2641113