隨著我國淺部煤炭資源的枯竭,向深部開采已成為必然趨勢。深部同一深度不同應(yīng)力相對集中區(qū)以及不同深度煤層,煤體賦存的應(yīng)力狀態(tài)差異顯著,均積蓄了大量的彈性變形勢能,采動過程中受加卸荷或反復(fù)加卸荷作用的影響,煤體蓄存的彈性勢能得以釋放,煤體孔裂隙將發(fā)育、發(fā)展、變形與貫通,加之深部礦井工作面采動裂隙漏風(fēng)、采空區(qū)漏風(fēng)的影響,煤的吸氧特性和蓄熱環(huán)境將發(fā)生顯著變化,從而增大煤體發(fā)生自燃的危險性。為研究深部采動卸荷煤體的氧化特性規(guī)律,對不同初始載荷、反復(fù)加卸荷以及不同漏風(fēng)條件下卸荷煤體氧化自燃特性與微觀活性結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系進行分析,同時對不同條件下卸荷煤體微觀孔裂隙結(jié)構(gòu)進行實驗研究,揭示深部采動卸荷煤體的氧化自燃特性與微觀孔裂隙變化之間的內(nèi)在聯(lián)系,其成果對深部開采煤層煤自燃的防治具有重要的實踐意義。采用程序升溫氧化和FTIR紅外實驗,研究了深部采動卸荷煤體氧化過程中氣體產(chǎn)物和微觀活性基團隨初始載荷、漏風(fēng)量、反復(fù)加卸荷作用的變化規(guī)律,得出王臺礦原煤的氧化自燃難易程度隨初始載荷、漏風(fēng)量的增大先增強后減弱,建立煤體氧化難易程度與煤層賦存應(yīng)力環(huán)境和煤體強度之間的關(guān)系式,即:,0 sts(28)ks指出煤體初期氧化難易程度與賦存應(yīng)力、煤體強度之間存在著臨界閥值;0k≤1.136時,隨著埋深的增大,地應(yīng)力增高,采動后的煤層氧化難易程度不斷升高,k1.136時,地應(yīng)力達到一定程度后,煤樣隨地應(yīng)力的增高,采動后的煤層氧化難易程度又降低;確定了促使煤體最容易氧化的最佳初始應(yīng)力P=25Mpa和當(dāng)量流量Q=150m L/min;在上述最優(yōu)條件下,煤體氧化自燃危險性隨反復(fù)加卸荷作用逐漸增強,相鄰工況煤樣氧化特性參數(shù)增幅逐漸減小。不同應(yīng)力條件的加卸荷作用改變了煤樣與氧氣的接觸能力,間接影響煤樣氧化進程,隨氧化進程深入,煤中羥基含量逐漸較少,芳香核縮聚力度增強,脂肪烴受氧攻擊,側(cè)鏈斷裂產(chǎn)生大量酸、酯、醚,脂肪烴含量逐漸較少,含氧官能團先減少后增多。利用原子力顯微鏡、壓汞和低溫液氮吸附實驗研究了不同應(yīng)力條件下煤樣的孔容、各孔徑孔容占比以及比表面等微觀孔裂隙結(jié)構(gòu)特征,并對比分析了煤體氧化特性與微觀孔裂隙的內(nèi)在關(guān)系,得出初始載荷使煤體的孔容積、孔徑增大,微孔和小孔是O2與煤基質(zhì)氧化反應(yīng)區(qū)域的主要貢獻者;反復(fù)加卸荷作用過程中存在微孔和小孔增加,中孔和較大孔塌陷或裂變成裂隙現(xiàn)象,存在最佳的加卸荷作用次數(shù)(≥3次)和最佳BJH比表面積(≥27.002m2/g)使得煤體發(fā)生氧化自燃的能力最強。
【學(xué)位單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TD752.2
【部分圖文】：

加卸荷模塊

部分實驗儀器與設(shè)備Fig.2-4Partsofexperimentalinstrumentsandequipments

TENSOR-37主要組成部分

【參考文獻】

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本文編號：2832057