發(fā)布時(shí)間：2020-07-03 16:56

【摘要】：針對(duì)煤與瓦斯突出孕育、啟動(dòng)兩個(gè)階段中瓦斯對(duì)煤巖力學(xué)狀態(tài)的影響,在前人的研究基礎(chǔ)上,將吸附態(tài)瓦斯和游離態(tài)瓦斯對(duì)煤巖的影響分離研究。高壓吸附瓦斯對(duì)煤巖力學(xué)性質(zhì)的劣化作用研究采用了物理試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法。物理試驗(yàn)儀器采用自主研發(fā)的可視化恒容氣固耦合試驗(yàn)系統(tǒng),試驗(yàn)采用與原煤力學(xué)性質(zhì)相似度較高且物理力學(xué)參數(shù)受控可調(diào)的型煤標(biāo)準(zhǔn)試件,用CO2代替瓦斯氣體。理論分析從拉伸破壞條件、剪切破壞條件和變形性質(zhì)三個(gè)方面總結(jié)了劣化原因,得到了吸附態(tài)瓦斯對(duì)煤巖力學(xué)性質(zhì)劣化的理論公式。在此基礎(chǔ)上,為了更加精準(zhǔn)的描述分析高壓瓦斯吸附對(duì)煤巖的劣化現(xiàn)象,創(chuàng)新性地,從顆粒離散元的角度分析了高壓瓦斯吸附對(duì)煤巖的劣化作用,并通過劣化試驗(yàn)與PFC2D數(shù)值模擬驗(yàn)證了顆粒離散元分析方法的的適用性。游離瓦斯對(duì)煤巖裂隙的擴(kuò)容作用研究采用物理試驗(yàn)的方法。物理試驗(yàn)儀器在劣化試驗(yàn)的基礎(chǔ)上改造而成,實(shí)現(xiàn)了氣體高速釋放。試驗(yàn)對(duì)象仍是型煤與CO2。主要得到以下結(jié)論:(1)型煤力學(xué)性質(zhì)的劣化率隨氣體壓力的增大變化呈包含冪函數(shù)項(xiàng)的復(fù)合函數(shù)關(guān)系,單軸抗壓強(qiáng)度最大約降低44%,彈性模量最大約降低42%;(2)相同氣體壓力下,吸附性越大的氣體在相同的吸附平衡壓力環(huán)境下對(duì)型煤的劣化作用越大。(3)為了降低煤巖顆粒表面自由能,瓦斯吸附于煤巖顆粒表面,將導(dǎo)致煤巖顆粒接觸的粘結(jié)抗拉強(qiáng)度、粘結(jié)粘聚力與粘結(jié)有效模量降低,氣體吸附平衡壓力越大,粘結(jié)抗拉強(qiáng)度、粘結(jié)粘聚力與粘結(jié)有效模量越小,粘結(jié)越容易發(fā)生破壞,從而降低了煤巖宏觀強(qiáng)度與彈性模量。(4)力學(xué)狀態(tài)良好的煤巖在揭露瞬間不會(huì)發(fā)生突出現(xiàn)象,煤巖進(jìn)入峰后狀態(tài)是發(fā)生突出的前提;(5)揭露瞬間造成的煤層內(nèi)外氣體壓差是誘發(fā)突出的必要條件;(6)峰后煤巖在力學(xué)狀態(tài)相同、瓦斯壓力相同的情況下,隨著煤巖強(qiáng)度的減小,發(fā)生突出的可能性增大,并存在一個(gè)強(qiáng)度閥值,小于該閥值發(fā)生突出,同時(shí)體應(yīng)變?cè)隽侩S型煤強(qiáng)度呈負(fù)冪函數(shù)關(guān)系。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TD712
【圖文】：

。逡逑如圖２－１所示。試件制備過程包含較多的人工操作，系統(tǒng)免，每一批制備好的型煤標(biāo)準(zhǔn)試件在使用前均會(huì)隨機(jī)檢驗(yàn)結(jié)果科學(xué)合理。型煤標(biāo)準(zhǔn)試件成品如圖２－２所示，每組試件

圖２－２型煤標(biāo)準(zhǔn)試件逡逑Ｆｉｇ邋２－２邋Ｓｔａｎｄａｒｄ邋ｓｐｅｃｉｍｅｎ邋ｏｆ邋ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ逡逑件從中隨機(jī)選取３個(gè)進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)強(qiáng)度檢驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)每大８．４％，可以較好的用于試驗(yàn)研究，如表２－２所示。逡逑表２－２型煤強(qiáng)度隨機(jī)檢驗(yàn)結(jié)果逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－２邋Ｒａｎｄｏｍ邋ｔｅｓｔ邋ｒｅｓｕｌｔｓ邋ｏｆ邋ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ邋ｓｔｒｅｎｇｔｈ逡逑強(qiáng)度／ＭＰａ邐實(shí)際強(qiáng)度／ＭＰａ邐離散度逡逑０．５邐０．５１２邐０．４８０邐０．５０９邐４％逡逑１．０邐０．９８６邐１．０５３邐１．０１８邐５．３％逡逑１．５邐１．５０２邐１．４５７邐１．３９０邐７．３％逡逑２．０邐２．０５１邐１．９９８邐１．９８４邐２．５％逡逑２．５邐２．５６１邐２．４８０邐２．７１０邐８．４％逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2739922