【摘要】：礦井瓦斯涌出量高、治理困難成為了近年來高瓦斯礦井亟待解決的問題之一,而解決問題的關鍵在于如何實現(xiàn)瓦斯高效抽采。屯蘭礦為煤與瓦斯突出礦井,并且煤層透氣性系數(shù)較低,開展含瓦斯煤滲透性影響因素重要程度研究,對于利用水力壓裂提高瓦斯抽采效率、防治瓦斯災害事故有著重要的意義。本文以屯蘭礦8~#煤層焦煤作為研究對象,利用MTS815巖石伺服試驗系統(tǒng)、電液伺服瓦斯?jié)B流試驗裝置配合聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng),對含瓦斯煤滲透性影響因素重要程度以及常規(guī)三軸加載條件下含瓦斯煤聲發(fā)射特征進行了試驗研究,并利用COMSOL Multiphysics對不同圍壓、瓦斯壓力條件下含瓦斯煤滲流特性進行了數(shù)值模擬,得出了以下主要結(jié)論:(1)恒溫條件下,圍壓以及煤體含水率的大小對煤體滲透率的變化都有著顯著的影響,且煤體滲透率隨著圍壓、含水率的增加而降低,均呈現(xiàn)負指數(shù)函數(shù)變化規(guī)律。在圍壓6MPa、瓦斯壓力0.5MPa條件下,隨著含水率從0.18%升至3.15%,煤體滲透率降低幅度達到了69.0%;在圍壓8MPa、瓦斯壓力1.1MPa條件下,煤體滲透率降低幅度則達到了72.5%,降低幅度非常明顯。在不同含水率以及固定圍壓條件下,試件滲透率隨著瓦斯壓力的增加存在先減小后增大的規(guī)律,有非常明顯的Klinberg效應,變化趨勢呈現(xiàn)為“V”字形。(2)對不同圍壓條件以及不同瓦斯壓力條件下含瓦斯煤聲發(fā)射特征與滲流特性進行了研究,發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射計數(shù)、幅值與含瓦斯煤應力曲線之間存在著滯后對應關系,而聲發(fā)射計數(shù)、幅值與煤巖體的破壞變形以及煤巖體內(nèi)部瓦斯?jié)B流特征存在較好的一致性,能夠較好的反映出二者的變化規(guī)律。試驗結(jié)果對于我們研究含瓦斯煤滲透性影響因素重要程度有一定的理論價值。(3)對不同含水率煤樣進行了三軸加載條件下的聲發(fā)射特征研究,試驗結(jié)果表明,煤樣含水率越低,應力加載過程中的應力峰值越高,變形量越大,達到峰值后,軸向應力迅速降低,煤巖體破壞類型趨近于脆性破壞。聲發(fā)射計數(shù)、幅值會在軸向應力前達到峰值,高含水率煤樣會比低含水率煤樣發(fā)生聲發(fā)射計數(shù)時間晚,計數(shù)小,同時,高含水率煤樣軸向應力峰值較小,聲發(fā)射計數(shù)延續(xù)的時間也比低含水率煤樣短。(4)根據(jù)理論分析以及試驗結(jié)果,對不同圍壓、瓦斯壓力條件下煤體滲透率變化規(guī)律進行了數(shù)值模擬,將模擬結(jié)果與試驗結(jié)果對比分析后,發(fā)現(xiàn)二者具有較好的一致性,實現(xiàn)了數(shù)值模擬與試驗結(jié)果的互相驗證。(5)對瓦斯壓力與圍壓、軸壓對含瓦斯煤滲透性影響程度進行分析后,發(fā)現(xiàn)在影響含瓦斯煤滲透性方面,瓦斯壓力大于圍壓大于軸壓。本文主要研究內(nèi)容為含瓦斯煤滲透性影響因素重要程度以及常規(guī)三軸加載條件下含瓦斯煤聲發(fā)射特征,試驗結(jié)果對于我們研究含瓦斯煤巖體的滲流特性、豐富瓦斯?jié)B流理論以及煤巖體變形破壞機理提供了一定的理論價值,可以為實現(xiàn)礦井瓦斯高效抽采以及判定含瓦斯煤巖體失穩(wěn)破壞提供一定的理論基礎。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TD712

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本文編號：2795898