【摘要】：構(gòu)造煤圍巖相似材料研發(fā)是開展構(gòu)造煤洞穴卸壓煤層氣開發(fā)物理模擬實驗的前提。論文以我國典型構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)淮北礦區(qū)為研究區(qū),采集了構(gòu)造煤韌性圍巖原巖樣品,研究了其礦物學(xué)、滲透性及巖石力學(xué)特征。結(jié)合相似理論研究成果及大型模擬設(shè)備實驗條件,確定了相似材料的相似要求。開展了相似材料原料優(yōu)選及相似材料配比、成型優(yōu)選實驗方案設(shè)計,測試了相似材料試樣的滲透率及力學(xué)性質(zhì)參數(shù),確定了相似材料原料選擇、優(yōu)化配比及成型方案。論文研究主要取得了以下認(rèn)識及成果:(1)研究區(qū)構(gòu)造煤韌性圍巖主要為砂質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥巖,主要礦物為石英及伊利石為主的粘土礦物。模擬原巖15 MPa地層壓力條件下,韌性圍巖三軸抗壓強(qiáng)度平均為90.85 MPa;彈性模量平均為7.16×10~3 MPa;泊松比平均為0.135。(2)基于韌性圍巖原型與試樣模型應(yīng)力相似的條件,確定了相似材料的相似原則與相似比。具體包括:(1)相似材料試樣需具有較低的原始滲透率;(2)相似材料試樣在模擬試驗裝置5MPa加載條件下不破裂,且三軸抗壓強(qiáng)度為原巖的1/5;(3)相似材料試樣彈性模量為原巖的1/5。(3)基于相似材料原料優(yōu)選實驗,選擇80目石英砂為骨料,高強(qiáng)建筑石膏及1250目滑石粉為膠結(jié)材料,分析純硼砂為緩凝劑開展實驗室構(gòu)造煤韌性圍巖相似材料研發(fā)。綜合考慮砂膠比、石膏:滑石粉、水與固體用量比、成型壓力、成型時間5個因素對相似材料試樣滲透性及巖石力學(xué)特征的影響,設(shè)計了5因素4水平的正交試驗。(4)砂膠比對相似材料試樣滲透性的影響顯著。隨著砂膠比增大,相似材料試樣的滲透張率明顯升高。此外,當(dāng)膠結(jié)材料中石膏:滑石粉1:2時,相似材料試樣滲透率顯著增大。(5)砂膠比、石膏:滑石粉、水與固體用量比、成型壓力對相似材料巖石力學(xué)特征均有影響。其中,砂膠比、石膏:滑石粉對相似材料試樣巖石力學(xué)參數(shù)的影響顯著。隨著砂膠比增大,相似材料試樣三軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量均呈減小的趨勢。膠結(jié)材料中,隨著石膏占比增加,相似材料試樣三軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量均呈增大趨勢。(6)基于正交試驗結(jié)果分析,認(rèn)為研究區(qū)構(gòu)造煤韌性圍巖相似材料最優(yōu)配比及成型方案為:砂膠比為1:1,石膏:滑石粉為1:1,水與固體用量比為25%,成型壓力為16.26MPa(3t壓力作用于直徑48mm左右的圓柱面),壓制成型時間為6h。
【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】：TE37

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2758066