發(fā)布時(shí)間：2020-08-09 08:32

【摘要】：在地應(yīng)力和瓦斯壓力的作用下,構(gòu)造軟煤發(fā)育地帶瓦斯含量高,能量遷移活躍,發(fā)生煤與瓦斯突出的潛在威脅大,是研究煤與瓦斯突出的重難點(diǎn)。采掘工程實(shí)踐表明,在采掘前煤巖體處于三維應(yīng)力平衡狀態(tài),在工作面開采過程中煤體經(jīng)歷圍壓卸載與軸壓循環(huán)加卸載。因此,研究在采動應(yīng)力影響下的構(gòu)造煤的滲流特性及其能耗特征對于構(gòu)造軟煤的瓦斯抽采利用、煤層瓦斯?jié)B透率的提高及煤與瓦斯突出的預(yù)防等具有十分重要的理論價(jià)值和實(shí)用意義�；谝陨险J(rèn)識,本文以馬蘭礦8~#煤層南翼18506工作面構(gòu)造煤為研究對象,利用WYS-800型電液伺服三軸瓦斯?jié)B流裝置,進(jìn)行了常規(guī)三軸壓縮及采動卸圍壓、軸向循環(huán)加卸載的含瓦斯構(gòu)造型煤滲流試驗(yàn),并結(jié)合能耗原理進(jìn)行煤體滲流過程中的能耗特征分析,得出了以下主要結(jié)論:單軸壓縮條件下,煤體強(qiáng)度及彈性模量隨著加載速率的增大而減小;單軸加載速率越大,煤體達(dá)到破壞時(shí)釋放的能量越多,煤體越容易破壞。固定圍壓條件下,隨著瓦斯壓力的增加,煤體滲透率呈現(xiàn)負(fù)指數(shù)函數(shù)減小的情況,但滲透率變化受瓦斯壓力的影響程度逐漸減弱;隨著瓦斯壓力的增大,達(dá)到應(yīng)力峰值時(shí)煤體吸收的總能量降低,彈性應(yīng)變能減少,煤體耗散能增加。固定瓦斯壓力條件下,隨著圍壓的增大,煤體滲透率呈線性減小,達(dá)到峰值點(diǎn)時(shí)吸收的總能量、存儲的彈性能及釋放的耗散能增加;在屈服前煤體吸收能量主要轉(zhuǎn)化為彈性能,滲透率逐漸減小;在屈服及破壞階段,彈性能大量釋放轉(zhuǎn)變?yōu)楹纳⒛?煤體滲透率持續(xù)增加。卸圍壓條件下,初始卸載圍壓越大,煤體破壞時(shí)就需要更多的能量,但卸圍壓條件下煤體達(dá)到峰值點(diǎn)破壞需要的能量要小于常規(guī)三軸壓縮;基于耗散能的煤體損傷與滲透率演化關(guān)系大致可分為3個(gè)階段:在卸圍壓前,煤體損傷緩慢增加,滲透率隨損傷增加呈對數(shù)函數(shù)減小;在卸圍壓階段,煤體損傷快速增加;煤體破壞后,損傷增加速率更快;卸圍壓后滲透率隨損傷的增加呈指數(shù)函數(shù)增大。軸向分級循環(huán)加卸載條件下,?_1-?_1曲線呈現(xiàn)螺旋式上升,滲透率呈現(xiàn)螺旋式下降,在較低圍壓下滲透率-應(yīng)變曲線出現(xiàn)交叉,隨著加卸載次數(shù)的增加,滲透率絕對恢復(fù)率減小;隨著分級加卸載上限應(yīng)力的增大,煤體在加卸載過程中吸收的總能量、彈性能和耗散能均隨著循環(huán)次數(shù)的增加而增加,煤體的損傷變量也在增大,但增加速率較緩;從循環(huán)加卸載階段至煤體屈服點(diǎn),滲透率隨損傷增加呈對數(shù)函數(shù)減小,直至達(dá)到滲透率最低點(diǎn);在屈服點(diǎn)至煤體破壞階段,煤體損傷變量增加速率變快,滲透率隨損傷的增加呈指數(shù)函數(shù)增大,煤體加速破壞。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD712
【圖文】：

隨著能源技術(shù)的不斷發(fā)展和革新，我國的能源結(jié)構(gòu)逐漸呈現(xiàn)多元化的發(fā)展“十三五”階段大力發(fā)展新能源、可再生能源的的形勢下，風(fēng)能、太陽能、種清潔可靠能源的使用得到了強(qiáng)有力的支持和推動。根據(jù)巴黎氣候變化協(xié)承諾，中國要在 2020 年將煤炭能源的消耗量降低到整個(gè)國家能源結(jié)構(gòu)的，同時(shí)大力發(fā)展新能源，提高新能源的結(jié)構(gòu)比重[1]，逐步降低對煤炭能源。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局 2018 年的能源數(shù)據(jù)顯示（圖 1-1），2018 年的煤炭消費(fèi)國家的能源結(jié)構(gòu)比重中占到 59%[2]，并且由于我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，需求量巨大，帶動了能源消費(fèi)總量的快速增長，從而使得煤炭資源的消費(fèi)持在較高的水平（圖 1-2）[3]。因此，在未來很長的一段時(shí)間內(nèi)，我國的仍將以煤炭為主，煤炭產(chǎn)業(yè)在整個(gè)社會發(fā)展上依舊具有不可替代性，依托源格局在短時(shí)間內(nèi)難以發(fā)生根本性的改變，煤炭工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍需要持注。

圖 1-2 能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)演變及預(yù)測re 1-2 Evolution and prediction of energy consumption str產(chǎn)是煤炭行業(yè)快速、穩(wěn)定發(fā)展的前提條件，但度較大，因此煤礦安全事故時(shí)有發(fā)生。由于井活動的影響下，封存在地下的瓦斯賦存平衡狀而發(fā)生危險(xiǎn)。據(jù)國家安監(jiān)總局報(bào)告中顯示，在礦安全事故的 57.3%[4]，隨著深部開采的進(jìn)行的治理形勢必將更加嚴(yán)峻。在近年來的煤礦瓦事故中的死亡人數(shù)最多，所造成的事故后果最入，煤礦企業(yè)可用于瓦斯防治的針對性措施增故的發(fā)生并不能完全避免[6]，而我國大多數(shù)的斯礦井甚至突出礦井，因此加強(qiáng)對瓦斯災(zāi)害的生產(chǎn)效率具有關(guān)鍵意義。

圖 2-1 Warren-Root 模型Figure 2-1 model of Warren-Root裂隙多孔介質(zhì)，其內(nèi)部孔隙大多是承受力化學(xué)作用后的產(chǎn)物進(jìn)制分類，將煤層孔隙分為 4 類：表 2-1 孔隙分類標(biāo)準(zhǔn)Table 2-1 Classification standard of coal seam porosity大孔 中孔 過渡孔 >1000 100-1000 10-100 上的孔隙大多為直徑 5 ~ 10um 的微孔，微孔比表面積的主要附著空間，過渡孔和中孔成為內(nèi)部瓦斯的初始滲成為運(yùn)移通道，有利于瓦斯?jié)B流�？紫督Y(jié)構(gòu)對煤體內(nèi)部瓦斯賦存狀態(tài)、運(yùn)動狀態(tài)有著直接示，孔隙率的大小直接決定著煤體內(nèi)瓦斯吸附解吸及

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本文編號：2786874