高瓦斯易自燃煤層深部開采過程中,瓦斯與煤自燃復(fù)合災(zāi)害已經(jīng)成為制約礦井安全高效生產(chǎn)的重要因素。復(fù)合災(zāi)害的形成過程極為復(fù)雜且表現(xiàn)形式紛雜多樣,嚴(yán)重制約了研究的深度及廣度,導(dǎo)致對其系統(tǒng)性的研究較為匱乏。而煤體孔隙的結(jié)構(gòu)及數(shù)量決定了CH₄、O₂和N₂等多元混合氣體的物理吸附能力,是連接瓦斯災(zāi)害和煤自燃災(zāi)害的重要紐帶。因此,本文針對有關(guān)煤自燃過程中孔隙演化規(guī)律及其影響因素以及孔隙演化對CH₄、O₂和N₂等多元?dú)怏w吸附特性的影響展開研究。通過理論分析、物理實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場調(diào)研等研究方法,開展煤自燃過程中孔隙演變規(guī)律研究,揭示部分狀況下瓦斯與煤自燃復(fù)合災(zāi)害的致災(zāi)機(jī)理,為科學(xué)地制定切實(shí)可行的復(fù)合災(zāi)害防治措施提供理論依據(jù)。獲得以下主要結(jié)論:煤自燃過程中不同尺度孔隙演化的基本規(guī)律為:前中期階段（30¹10℃）,氧化溫度較低,煤氧復(fù)合反應(yīng)主要集中在煤體表面且速率較低,導(dǎo)致此階段不同尺度孔隙數(shù)量的增長較為緩慢且以微孔與中孔為主;中后期階段（110²

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：178 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

煤自燃自由基循環(huán)反應(yīng)示意圖

1緒論9化至不同氧化溫度后，其二次氧化初期對O2、CH4及N2等多元混合氣體競爭吸附特性的演變規(guī)律，并結(jié)合孔隙演化規(guī)律，揭示煤自燃過程中孔隙發(fā)育對多元?dú)怏w競爭吸附特性的影響機(jī)制。1.5.2技術(shù)路線圖1-2論文總體研究思路Figure1-2Researchrouteofthethesis本文通過理論分析和大量基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法開展瓦斯與煤自燃復(fù)合災(zāi)害致災(zāi)機(jī)理與協(xié)同防治研究，具體技術(shù)路線及研究思路如圖1-2所示。1.6研究進(jìn)展及重要成果（ResearchProgressandMainAchievements）本課題以探索瓦斯與煤自燃復(fù)合災(zāi)害致災(zāi)機(jī)理為研究目標(biāo)，圍繞煤自燃過程中孔隙演化及其影響因素與孔隙演化對多元?dú)怏w吸附特性的影響規(guī)律兩個(gè)方面，通過大量基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、理論分析和現(xiàn)場調(diào)研，開展煤自燃過程中孔隙結(jié)構(gòu)與自由基參數(shù)的演化規(guī)律及影響因素，以及煤體孔隙結(jié)構(gòu)演變對O2、CH4和N2等多元?dú)怏w吸附特征演化規(guī)律的影響研究，最終以實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)一步完善了瓦斯與煤自燃復(fù)合災(zāi)害致災(zāi)理論。博士期間初步取得一些成果，以第一作者和通訊作者已發(fā)表檢索SCI論文8篇，處于投稿階段SCI論文2篇；申請國家發(fā)明專利13項(xiàng)，已授權(quán)12項(xiàng)，申請PCT國際專利4項(xiàng)，已授權(quán)4項(xiàng)；主持江蘇省和中國礦業(yè)大學(xué)創(chuàng)新基金項(xiàng)目各2項(xiàng)；獲得中國礦業(yè)大學(xué)創(chuàng)新優(yōu)博博士獎學(xué)金1項(xiàng)并榮獲當(dāng)年中國礦業(yè)大學(xué)“校級

博士學(xué)位論文12圖2-1核磁測試實(shí)驗(yàn)煤樣Figure2-1CoalsampleofNMRtest2.1.2試驗(yàn)系統(tǒng)和設(shè)備本研究涉及的主要系統(tǒng)包括：1）煤自燃模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)整個(gè)煤自燃模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由恒壓定流供氣系統(tǒng)、程序升溫系統(tǒng)和氣體監(jiān)測分析系統(tǒng)組成。恒壓定流供氣系統(tǒng)通過穩(wěn)壓閥調(diào)節(jié)高壓氮?dú)夤尴騼夤掭敵龅獨(dú)獾膲毫�，�?shí)現(xiàn)氮?dú)夤迌?nèi)氮?dú)庖院愣ǖ膲毫鶆驍D壓混合氣體儲氣囊，使得儲氣囊中的氣體以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的固定流量流入煤樣罐中。程序升溫系統(tǒng)包括2001程序升溫儀和煤樣高溫反應(yīng)罐兩部分，其中程序升溫儀可實(shí)現(xiàn)氣體流量和溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，升溫速率精度可達(dá)0.01℃/min，幅度為室溫至460℃，煤樣高溫反應(yīng)罐由壁厚為3mm的銅質(zhì)罐體構(gòu)成，具有良好的導(dǎo)熱和耐高溫高壓特性。氣體監(jiān)測分析系統(tǒng)包括GC4000A型氣相色譜儀和計(jì)算機(jī)兩部分，其中GC4000A型氣相色譜儀可在20~420℃范圍內(nèi)實(shí)時(shí)采集并分析包括CH4、C2H2、C2H4、C2H6、O2、CO和CO2等煤自燃過程中所產(chǎn)生標(biāo)志性氣體的生成速率和濃度。圖2-2煤自燃模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖Figure2-2Testsystemdiagramofcoalspontaneouscombustion


本文編號：3221587