【摘要】：在煤層構(gòu)造演化過程中,煤體受到地質(zhì)作用致使其粒徑逐漸變小,這種演化過程改變了煤體的粒徑分布,使其孔隙結(jié)構(gòu)特征發(fā)生改變,進而引起煤對瓦斯吸附-解吸性能的改變。因此研究煤層構(gòu)造演化過程對煤體孔隙結(jié)構(gòu)特征及吸附-解吸、擴散性能差異具有重要意義。本文在寺家莊礦15#煤層15106進風(fēng)巷選取了受構(gòu)造作用較小的煤樣(SJZY)和受構(gòu)造作用較大的煤樣(SJZR)。在煤層構(gòu)造演化過程中會發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化,并伴隨著煤體的不斷破碎粉化,但由于其過程的復(fù)雜性和不可模擬性,本文在實驗室中將煤樣破碎成不同粒徑來模擬其物理變化,以此來研究構(gòu)造作用對煤體的影響。通過對煤層地質(zhì)構(gòu)造分析、實驗室實驗,分析煤層構(gòu)造演化對煤孔隙結(jié)構(gòu)特征及瓦斯吸附-解吸、擴散性能的影響�；谛×健胺勖骸彼憩F(xiàn)出的對瓦斯極強的吸附能力和解吸能力,本文計算了SJZY和SJZR煤樣不同粒徑下的瓦斯膨脹能,結(jié)合前人的研究成果,判斷出“粉煤”是造成煤與瓦斯突出過程的必要條件之一,并在此基礎(chǔ)上分析了煤體粉化、快速解吸對突出的影響。本文的主要研究結(jié)論如下:1)構(gòu)造演化對SJZY煤樣的水分、揮發(fā)分及固定碳含量的影響大于SJZR煤樣。實驗測得SJZY煤樣的堅固性系數(shù)f為1.14,SJZR煤樣的堅固性系數(shù)f為0.15。SJZY煤樣N_2最大吸附量從1.41ml/g增加至15.19ml/g,SJZR煤樣從5.53ml/g增加至19.86ml/g;SJZY煤樣CO_2吸附量跨度為5.96ml/g,SJZR煤樣跨度為1.96ml/g,說明SJZY煤樣吸附量隨粒徑的變化波動范圍較大。兩種煤樣N_2脫附等溫線反應(yīng)出兩種煤樣的孔型都多以柱狀孔為主。2)BJH-N_2模型展現(xiàn)出兩種煤樣孔容分布是一種多峰的狀態(tài),煤樣內(nèi)部存在不連續(xù)的孔結(jié)構(gòu)。DFT-CO_2模型展現(xiàn)出兩種煤樣峰值數(shù)量在1-3mm和0.5-1mm的大粒徑處出現(xiàn)的4個波動的峰值最終變?yōu)橐粋�峰值,說明煤樣孔隙在0.4-0.7nm孔徑處的連續(xù)性變好。兩種煤樣一號峰值最可幾孔徑均為0.35nm,構(gòu)造作用并沒有改變孔徑0.4nm孔容分布的最可幾孔徑值。DFT-N_2模型展現(xiàn)出兩種煤樣峰值數(shù)量變化并不明顯。3)SJZY煤樣微孔孔容在0.218×10~(-3)ml/g~2.13×10~(-3)ml/g之間,最大值是最小值的9.771倍;SJZR煤樣微孔孔容在1.16×10~(-3)ml/g~2.58×10~(-3)ml/g之間,最大值是最小值的2.224倍;SJZY煤樣BET比表面積在0.719m~2/g~3.117m~2/g之間,分別在0.5-1mm和0.074mm處取得最小值和最大值,兩者相差4.335倍;SJZR煤樣BET比表面積在2.386m~2/g~4.022m~2/g之間,分別在0.5-1mm和0.074mm處取得最小值和最大值,兩者相差1.686倍。說明煤層構(gòu)造演化中會使得微孔容和比表面積逐漸增大,吸附瓦斯能力增強。SJZY煤樣孔結(jié)構(gòu)分形維數(shù)D_1介于2.469~2.683之間,SJZR煤樣孔結(jié)構(gòu)分形維數(shù)D_1介于2.438~2.598之間。兩種煤樣均在0.074mm和1-3mm處取得最小值和最大值,其中SJZY煤樣最大值是最小值的1.087倍,SJZR煤樣最大值是最小值的1.066倍。SJZY煤樣不同粒徑分形維數(shù)均高于SJZR煤樣,這說明SJZR煤樣孔隙結(jié)構(gòu)較SJZY煤樣簡單,這與SJZR煤樣由于受到較大構(gòu)造作用有密切關(guān)系。4)SJZY煤樣a值介于27.6988~42.8633ml/g之間,跨度為15.1645ml/g;SJZR煤樣介于37.6249~43.0575ml/g,跨度為5.4326ml/g。對兩種煤樣前30s解吸量Q_(30)而言:SJZR煤樣增幅為5.15m~3/t,SJZY煤樣增幅為2.25m~3/t;對前60s解吸量Q_(60)而言:SJZR煤樣增幅為5.69m~3/t,SJZY煤樣增幅為3.04m~3/t。第10min解吸速率除了1-3mm粒徑,SJZR煤樣的解吸速率均低于SJZY煤樣,并且隨著粒徑的減小兩者的速率差在0.074mm粒徑時增大到了-0.1(g·min)。SJZY煤樣有效擴散系數(shù)位于1.94×10~(-5)~7.14×10~(-5)之間,SJZR煤樣有效擴散系數(shù)位于5.90×10~(-5)~1.65×10~(-4)之間。對比兩種煤樣可以發(fā)現(xiàn),對于相同粒徑,SJZR煤樣的有效擴散系數(shù)是SJZY煤樣的1.95~3.63倍。5)隨著構(gòu)造演化過程中煤樣粒徑的逐漸減小,SJZY煤樣前30s平均瓦斯解吸速度從0.03033ml/g·s增加到0.10467ml/g·s,SJZR煤樣從0.09567ml/g·s增加到0.26733ml/g·s。當SJZY煤樣在粒徑小于0.23mm時,超過了臨界瓦斯解吸速度0.05646ml/g·s,而SJZR煤樣在六種粒徑下都超過了此臨界值。SJZY煤樣各個粒徑段的瓦斯膨脹能介于177.8kJ/t~613.6kJ/t之間,其中最大值是最小值的3.5倍;SJZR煤樣各個粒徑段的瓦斯膨脹能介于560.9kJ/t~1567.3kJ/t之間,其中最大值是最小值的2.8倍。通過分析含瓦斯煤粉化、快速解吸在推動突出發(fā)展過程中的作用,得出小粒徑“粉煤”和煤中所吸附得瓦斯快速解吸在推動突出過程中起到?jīng)Q定性的作用。
【圖文】：

技術(shù)路線圖

amples究構(gòu)造演化對不同破碎程度煤體的孔隙結(jié)構(gòu)特征及吸附-解吸采用堅固性系數(shù)、工業(yè)分析、瓦斯放散初速度對兩種構(gòu)造程度行了基礎(chǔ)物性參數(shù)的表征。進一步介紹了表征孔隙結(jié)構(gòu)特征的2吸附法和 CO2吸附法）和煤樣瓦斯吸附、解吸的實驗測定方樣 地 質(zhì) 構(gòu) 造 背 景 （ Geological Background os）造位置及區(qū)域構(gòu)造概況井田位于山西省晉中市昔陽縣境內(nèi)，縣城西測，其地理坐標：″～113°39′28″，北緯 37°30′52″～37°40′19″。東部與樂安煤礦、公司、黃巖匯煤礦、豐匯煤業(yè)有限責(zé)任公司邊界相接；北與五17 km，東西寬約 9 km，近似梯形，面積約 124.0838km2。
【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】：TD712

【參考文獻】

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本文編號：2656809