一、大煤样瓦斯抽放试验研究及尺寸效应现象(论文文献综述)
王龙飞[1](2021)在《综采工作面煤层注水渗流模型及防突机理研究与应用》文中研究指明对于已实施区域防突措施的突出煤层,其在开采过程中仍可能会发生煤与瓦斯突出,威胁着工作人员生命健康及矿山安全生产。为降低综采工作面开采过程中的突出危险性,以首山一矿已15-12070综采工作面为研究背景,采用理论分析、数值模拟、实验室实验及现场试验相结合的方法,研究了综采工作面煤层注水两相渗流规律及其防突机理,得出了各因素对煤层注水两相渗流及其防突效果的影响规律,制定了综采工作面煤层注水防突工艺方案,并进行现场试验,取得了良好效果。根据多孔介质渗流理论,建立了综采工作面煤层注水两相渗流数学模型通过有限元数值模拟方法,得到了工作面应力“三带”内煤层注水两相渗流规律,并确定出其主要影响因素。得出注水后水与瓦斯形成交界面,离注水孔越远,两相压力、压力梯度、渗流速度、渗流速度梯度及含水饱和度越小;各应力带湿润半径不同,湿润半径随注水压力、注水时间的增大呈对数函数型增大,随煤层瓦斯压力、溶液表面张力的增大呈二次函数型减小,封孔深度对注水效果影响较大。根据煤与瓦斯突出理论,确定出综采工作面突出的主要影响因素为煤体物理力学性质、地应力及煤体瓦斯。建立了可注水型瓦斯吸附-解吸装置,利用该装置及其他实验系统,实验研究了煤层注水对突出因素的影响规律。得出了注水后随着煤的含水率增大,突出强度、脆性系数、抗拉强度、抗压强度、弹性模量、泊松比、粘聚力及内摩擦角减小,瓦斯驱排效应、置换效应呈二次函数型增强,抑制效应呈对数函数型增强;煤粒吸附和存储瓦斯的能力随着注水压力增大而增大。采用有限差分数值模拟方法得到了综采工作面煤层注水对煤体应力及瓦斯分布的影响规律。得出了注水后随着煤体含水率增大,卸压带宽度呈对数函数型增大,应力峰值呈幂函数型降低,应力峰值位置向煤体深部转移;在压力水驱排作用下,注水区域内瓦斯含量及压力大幅降低。根据实验及数值模拟结果,揭示了综采工作面煤层注水防突机理。现场试验结果表明,注水后各应力带湿润半径达2.36~2.59m,煤体内瓦斯压力降低了 20.04%~46.56%,瓦斯含量降低了 53.96%~71.79%,突出危险性指标均降低至临界值以下,取得了较好的注水防突效果。
王春博[2](2020)在《微波辐射降低煤体冲击倾向性试验研究》文中进行了进一步梳理随着我国煤炭开采逐渐向深部发展,煤矿发生冲击地压的频率激增,如何有效改变煤岩体物理力学性质是防治冲击地压领域亟待解决的难题,而微波致裂弱化法是解决这一难题的新途径。为探究微波致裂弱化法降低硬煤冲击倾向性的可行性与实效性,采用自主研制的微波辐射试验装置与C46.106型MTS电液伺服试验机,开展了煤体微波致裂弱化试验,研究了微波辐射对煤体的动态破坏时间、冲击能量指数、弹性能指数、单轴抗压强度和纵波波速等参数的影响规律,获得了降低煤体冲击倾向性的最优微波参量范围;在此基础上,研究了微波辐射下冲击倾向煤体的损伤致裂效应,分析了微波对煤体内各矿物的选择性热效应、煤体损伤因子与微波参量之间的变化关系,揭示了微波致裂弱化法降低巷道围岩冲击危险性的作用机理。结果表明:(1)微波致裂弱化法能够有效地降低或消除煤体冲击倾向性。煤体微波致裂后,煤样峰值载荷大幅下降,应力-应变曲线峰后段的应力降增多,使峰前积聚的总能量降低且得到分级释放,煤体由脆性向塑性转变;同时煤样的载荷-时间曲线峰后阶段表现出多台阶、分级跌落的特征,煤体内部积蓄的弹性能减少,从而使得煤体的4项冲击倾向指标均有不同程度降低。(2)微波致裂弱化法对煤体的减冲效果表现为显着的能量阈值现象;在微波能量恒定条件下,高功率、短时间的能量组合更有利于煤体减冲。(3)微波对煤体内各矿物的选择性热效应导致煤体温度分布不均,且煤样表面温度差与微波能量呈指数函数关系。煤体温度差的存在势必引起煤体热破裂,表现为煤样内部的结构破裂与颗粒条带张拉破坏,使煤样表面出现多条纵向裂缝以及与之垂直的分支裂隙。(4)煤样冲击倾向性与煤样纵波速度存在显着相关性。微波能量越大,煤体纵波波速降幅越大,则煤体的冲击倾向性越小。(5)煤巷微波致裂弱化防冲机理在于增大冲击地压发生的临界塑性软化区半径,引起巷道围岩的高应力区域向深部转移,进而提高巷道围岩塑性软化区对弹性区释放能量的耗散能力;同时,煤体峰后软化模量显着降低,导致冲击地压发生的临界载荷增大,从而降低巷道发生冲击地压的可能性。该论文有图49幅,表18个,参考文献55篇。
曹建军[3](2020)在《深部煤层煤巷条带底板巷卸压抽瓦斯防突方法研究》文中提出我国煤矿进入深部开采后,高瓦斯、低透气性突出煤层瓦斯灾害防治难度进一步加大,现有卸压增透技术在一定地质条件下能够取得较好应用效果,对深部煤层煤巷条带超前于措施钻孔的区域卸压增透技术尚不成熟,在如何充分利用底板措施巷实现主动性、均匀性卸压增透方面需要研究新的方法工艺。本文结合国家重点研发项目(2017YFC0804206),提出了一种新的深部煤层煤巷条带底板巷卸压抽瓦斯防突方法,以丰城曲江煤矿为工程背景,综合多种研究方法,以卸压增透试验为基础,研究了底板巷卸压增透机理、覆岩变形特征、关联影响因素,得到了底板巷上覆煤层变形、应力、渗透率变化规律及安全岩柱的确定方法,完善了底板巷掘进安全保障技术,优化了抽瓦斯钻孔布置工艺,考察了防突效果,创新了煤巷条带区域性防突方式。(1)分析了深部煤层煤巷条带底板巷卸压应力变化路径,试验研究了恒定围压轴向加卸载煤体强度、渗透率变化规律,卸载过程煤体渗透率增高;针对不同围压和瓦斯压力条件,煤体渗透率随瓦斯压力增大、围压增高均呈对数关系增加,深部高应力、高瓦斯煤层轴向卸载渗透率能够显着提高。(2)基于统一强度准则及非关联流动法则、流变时间效应,建立了深部巷道围岩应力和变形解析方程,结合曲江煤矿213底板巷工程条件进行了试算,底板巷对上覆煤层卸压程度由巷道中心向两侧逐渐减小,随至底板巷距离增加逐渐降低,随时间推移有较大提升;研究了深部煤层煤巷条带底板巷卸压的破裂分区、透气性变化规律,213底板巷对上覆煤巷条带有效卸压距离小于13.6m;构建了底板巷安全岩柱确定方法模型,213底板巷理论最小安全距离为7.43m。(3)设计了四面加载高应力相似模拟试验,模拟了曲江煤矿213底板巷布置于煤层底板10m时覆岩位移变化、裂隙发育、应变分布;埋深800m时底板巷顶板及两帮影响范围均达到10m以上,巷道中心线两侧各15.6m范围的煤层处于卸压状态;煤巷开挖后两巷间岩柱保持了较好的稳定性,验证了安全岩柱确定方法的合理性及底板巷位置的可靠性。(4)建立了反映煤体屈服破坏非线性变化的FLAC3D有限差分数值分析模型,研究了底板巷布置间距、地层倾角、埋深、水平应力侧压系数等静态因素及其掘进动态变化对上覆煤岩层应力影响的演化规律,随布置间距增大卸压效果逐渐减弱,随倾角增大最佳卸压位置向下帮呈对数关系偏移、卸压程度逐渐降低,随埋深的增加卸压程度呈指数关系增大,随水平应力侧压系数的增大卸压程度逐渐降低,随滞后掘进面距离增加走向卸压影响逐渐增大后趋于稳定、产生一定滞后效应;曲江煤矿213底板巷布置间距11.2m时,卸压稳定的滞后掘进面最小距离为25m。(5)建立了反映煤层变形及瓦斯流动的多场耦合COMSOL数值分析模型,研究了底板巷对上覆煤层瓦斯卸压、渗流速度的影响规律,瓦斯卸压效果和渗流速度随底板巷布置间距增大呈负指数关系下降,随时间和滞后掘进面距离增加均呈对数关系增加;曲江煤矿213底板巷对上覆煤层卸压增透效果明显的底板巷布置间距小于11m,布置间距11.2m时达到卸压稳定的滞后掘进面最小距离为30m;研究了底板穿层抽采瓦斯钻孔对上覆煤层卸压影响规律,提出了基于底板巷卸压的煤巷条带非等间距钻孔布置方式。(6)基于“时间、空间、突出危险性”时空关系,提出了深部煤层煤巷条带底板巷卸压抽瓦斯防突方法,主要包括底板巷合理位置确定、掘进安全保障技术及瓦斯抽采钻孔布置;确定了试验区底板巷与煤层合理间距为10~15m,形成了长、短钻探相结合的掘进安全保障技术,开展了研究成果应用及卸压增透、抽采防突效果考察,卸压后煤巷条带煤层透气性系数提高到12.10~55.74倍、抽采有效半径至少增加20%~40%,表明卸压增透抽瓦斯防突效果显着。图[151]表[32]参[196]
张冰[4](2020)在《煤体瓦斯卸压损伤致突机理及前兆信息演化规律研究》文中认为煤与瓦斯突出是一种极其复杂的矿井动力事故,常常造成大量的人员伤亡、恶劣的社会影响和重大的经济损失,已成为制约我国煤炭工业健康发展的关键因素。揭示煤与瓦斯突出的致灾机理,对突出进行准确预测、预警,才能有效预防突出事故发生。然而,由于突出过程的复杂性及涉及因素的多样性,现有突出机理研究仍不能准确阐述各因素在突出中的作用机制,无法用数学模型定量地描述各因素的作用效应,无法为突出预警提供科学可靠的理论依据,加之突出前兆信息研究方法发展不均衡,物理模型试验作为在各方法中尚处于弱势地位,突出前兆信息演化规律研究及突出预警理论技术仍不满足安全生产的需求。本文采用室内试验、理论分析、数值模拟、模型试验等多种手段,从煤与瓦斯突出都存在的瓦斯卸压这一关键致灾因素入手,研究分析了简单工况下煤体瓦斯卸压损伤致突机理,重点研究了瓦斯卸压过程中吸附气体解吸扩散规律、气体动力作用诱发的煤体损伤劣化规律、煤体有效应力变化规律,构建了描述该动态过程更准确的含瓦斯煤气固耦合动力学模型,并基于煤体瓦斯卸压损伤致突机理,提出了具有普适性的突出前兆敏感指标,开展了巷道掘进诱发的煤与瓦斯突出模拟试验,监测并揭示了普适性敏感指标的敏感性、演化趋势及突出前兆特征。获取的主要成果如下:(1)自主研发了“煤粒瓦斯放散测定仪”,满足复杂赋存环境中煤样瓦斯吸附、解吸特性测试的需求。采用该仪器开展了不同环境气压、不同损伤状态煤样的瓦斯解吸试验,获取了卸压过程关键变量对瓦斯解吸动态参量的影响规律:1)瓦斯解吸速度、解吸量随着环境气压增大而减小;2)环境气压对扩散系数的影响程度与时间有关,在初始阶段影响甚微,在4000 s后影响程度逐渐增大;3)随着煤体损伤增大,瓦斯扩散渗流路径变化,瓦斯解吸量明显增大,两者呈线性关系。基于测试获取的试验数据,构建形成了适用性更广的煤体瓦斯解吸扩散模型。(2)研发形成的“含瓦斯煤动静组合加载试验系统”,实现了“静态应力+冲击扰动”和“静态应力+瞬时卸气压扰动”组合加载下吸附瓦斯煤变形破坏机制的可视化研究。采用该仪器开展了不同损伤状态/气体卸压速率/气体种类条件下的吸附煤体气体卸压试验,获取了瓦斯卸压动力作用诱发的煤体损伤劣化规律:1)气体卸压动力作用可对煤体造成了明显的不可逆损伤,导致煤体损伤变量骤增,甚至张拉破坏;2)基于气体卸压过程中煤体不可逆损伤产生与否及其增量大小,可将煤体损伤状态分为三个阶段:无影响阶段、稳定影响阶段、不稳定影响阶段;3)解吸气体量越大,气体卸压诱发损伤增量越大;4)煤体损伤增量随气体卸压速率呈线性增大关系。基于损伤变量变化率与各影响因素之间的数学关系,构建形成了考虑气体卸压动力作用的煤体损伤演化数学模型。(3)采用“含瓦斯煤三轴力学渗透试验仪”,开展了不同煤体损伤状态/气体压力/气体吸附含量条件下三轴受力吸附煤样卸压变形试验,基于有效应力与基质变形的对应关系,获取了瓦斯卸压动态过程煤体有效应力变化规律:1)随着游离气体、吸附气体的放散,煤体有效应力骤增;2)由于煤样损伤变量差异,游离气体、吸附气体放散诱发的有效应力瞬时增量呈现明显差异;3)吸附气体、游离气体放散诱发的有效应力增量分别与吸附气体含量、气体压力呈截距为零的线性关系。基于试验结果,探明了游离气体、吸附气体对煤体有效应力的影响机制:游离气体直接分担了部分外荷载,吸附气体产生的吸附膨胀应力抵消了煤体骨架所承担的外荷载;并据此在煤体双孔-单渗透理论模型基础上推导获取了适用于瓦斯卸压动态过程的含瓦斯煤有效应力数学模型。(4)针对瓦斯卸压动态过程,综合考虑吸附瓦斯的解吸补充作用、煤体有效应力突增作用、气压动力作用及各部分之间的相互影响,将瓦斯解吸扩散方程作为裂隙系统瓦斯流动控制方程汇源项,重新定义了煤体变形控制方程中煤体损伤演化方程、煤体有效应力演化方程,构建了含瓦斯煤体的气固耦合动力学模型。将新模型导入COMSOL Multiphysics对瞬间揭露诱发突出模拟试验进行了模拟,模拟结果与试验结果完全一致,证明了新模型可以更加准确描述煤体瓦斯卸压动态过程与致突机制,同时也证明了煤体瓦斯卸压损伤致突机制的科学性:瓦斯卸压诱发的突出是瓦斯瞬间解吸、瓦斯卸压动力作用和卸压瞬间煤体有效应力突增三种作用耦合、不断演化的结果。(5)基于煤体瓦斯卸压损伤致突机理,提出了将煤层瓦斯压力、煤体应力状态、煤体温度、巷道瓦斯动态指标、声发射、微震等物理信息作为普适性的突出前兆预警指标;研发了一种低渗透性岩层相似材料,克服了高压瓦斯赋存及巷道掘进真实模拟难题;依托于该材料及“巷道掘进揭煤诱导煤与瓦斯突出模拟试验系统”,以典型突出案例为原型,成功开展了巷道掘进诱发的煤与瓦斯突出模拟试验,监测并揭示了普适性预警指标的演化趋势及突出前兆特征,确定了突出普适性指标的敏感性由高到低依次是煤层温度、巷道内气体浓度、巷道内温度、煤层应力、煤层气压。研究成果有益于煤与瓦斯突出机理深化及突出精准预警防控。
刘正东[5](2020)在《高应力煤体物理结构演化特性对瓦斯运移影响机制研究》文中认为煤层瓦斯是一种重要的清洁能源,而影响其运移规律的主要参数为扩散和渗流。当开采进入深部高应力区域,煤层瓦斯抽采相对困难,利用以经典双重孔隙裂隙煤体结构为基础的气体运移模型预测瓦斯产量效果较差。这主要是由于高应力条件下煤体物理结构变化,从而影响了瓦斯气体的扩散和渗流运移规律。本文主要采用岩石力学、流体力学、渗流力学、吸附科学、分形几何学、扩散动力学等理论知识,利用流体侵入法、扫描电镜法、CT处理法、自主研制的高应力煤体扩散特性测试装置等不同实验手段,分析了煤体孔隙扩散和裂隙渗流系统;并结合以基质微元体概念为基础的高应力煤体扩散模型,获取了不同应力条件下有效体扩散系数和体扩散系数的演化规律;利用裂隙结构中的岩桥物质对应力的工程和自然应变响应规律,建立相应的渗透率演化模型;最终,构建了适用于深部高应力煤层瓦斯运移的气固耦合模型,得到的主要结论如下:1)采用多种测试手段从不同角度表征了煤的孔裂隙系统。基于分形维数理论和压汞法确定了孔隙扩散和裂隙渗流系统的分界孔径,对于比表面积分形和孔容分形,可知研究样品中1-3 mm颗粒煤和块状煤的分界孔径基本均处于30-40nm之间,两种分形方法获取的分界孔径较为接近。煤体孔隙率在高应力状态下对应力变化的敏感度较低,反应了裂隙渗透率变化幅度较小,说明了裂隙在高应力状态基本处于“闭合”形态。结合孔裂隙系统中气体的运移规律,建立了不同运移行为对瓦斯产量主控作用转换模型。2)煤的形态差异造成扩散特性不同。基于全过程解吸量与时间关系,建立了考虑吸附态瓦斯损失量的煤粒扩散模型,结果表明粒径为0.2-0.25 mm和1-3mm样品的扩散系数大约在1×10-11 m2/s-2×10-11 m2/s和1.1×10-9 m2/s-1.7×10-9m2/s之间,说明粒径越大扩散系数越大。此外,以圆柱体形状为基质单元,建立了无应力状态下圆柱体和立方体形状煤体扩散模型,在不同吸附平衡压力条件下,两者的扩散系数分别大约在0.8×10-1010 m2/s-3.3×10-1010 m2/s和0.76×10-1010 m2/s-1.95×10-1010 m2/s之间,同处相同量级。0.2-0.25 mm颗粒煤与圆柱形态煤体扩散系数量级相同,但相同时间单位质量煤解吸量却相差2-2.5倍左右,这主要是由于两种形态煤的基质形状因子存在差异,而形状因子同样是影响解吸扩散量的重要因素,经计算0.2-0.25 mm颗粒煤的形状因子大约是圆柱形态煤的26.5倍。3)探讨了高应力对煤体物理结构的改造作用。分别从CT和渗透率实验来研究煤体裂隙空间随应力变化的演化特性,获取高应力状态下煤体结构特征,并基于此将煤体看作由无数连通的孔隙外加煤实体组成的一个拓扑形态网络,网络中存在无数个相似的局部孔隙系统,而局部孔隙系统是以气体分子扩散长度为量纲截取基质微元体,从而提出了高应力状态下煤体的孔隙网络拓扑微元体结构模型。同时,在一定的合理假设条件下,提出了扩散长度与应力之间满足Langmuir形式的理论关系,建立了考虑应力因素的高应力煤体扩散模型。4)获得高应力煤体自然放散条件下扩散系数规律。应力为20 MPa、30 MPa和40 MPa的不同吸附平衡压力下,体扩散系数和有效体扩散系数分别处于1.83×10-19 m2/s-7.02×10-19 m2/s和5.6×10-6 1/s-25.41×10-6 1/s之间。并且高应力煤体的体扩散系数和有效体扩散系数均是随着吸附平衡压力增加而增加的;但在相同吸附平衡压力前提下,煤体应力越大,体扩散系数越大,而有效体扩散系数越小。相比无应力煤体,高应力煤体因应力因素造成物理结构发生改造,引起扩散形式转变为低扩散能力的表面扩散为主,这也是造成高应力煤层瓦斯难抽采的重要因素之一。5)获取高应力煤体逐级放散条件下扩散系数规律。不同放散压力梯度对瓦斯扩散性能同样影响较大,以40 MPa应力及5 MPa瓦斯平衡压力为实验基础,获得当压力梯度均为1 MPa时,体扩散系数最大为1-0.1 MPa对应的9.96×10-19m2/s,最小值为5-4 MPa对应的3.21×10-19 m2/s,说明体扩散系数在边界条件压力递减过程中是逐步增加的;而对于不同放散压力梯度5-4 MPa、5-2 MPa和5-0.1 MPa实验,体扩散系数分别为3.21×10-19 m2/s、6.37×10-19 m2/s和7.02×10-19m2/s,体现了压力梯度越大,体扩散系数越大。6)构建基于不同裂隙应变响应模式的渗透率演化模型。根据渗透率受控于有效应力变形和吸附膨胀变形共同影响,获得了渗透率演化中回弹和恢复机制;研究固定参数条件下,储层初始压力和裂隙压缩系数对渗透率回弹和恢复影响,获取瓦斯压力达到阈值后,渗透率均会出现回弹和恢复现象;而对于内部膨胀系数而言,则相反,煤体渗透率始终不会出现回弹和恢复现象。7)运用多场气固耦合模型分析煤层瓦斯运移规律。分别采用适用于深部高应力和浅部低应力煤体的多场气-固耦合模型,获取两种应力区域下煤体瓦斯的运移特性,对比分析获取了深部高应力煤体瓦斯难以抽采的本质原因为煤体物理结构模型改造。此外,针对于深部煤层瓦斯抽采量主控因素转换关系展开数值研究,可知渗流起到主控作用相比于扩散作用的时间较短,深部煤层瓦斯的流动基本受控于扩散机制。最终,利用压降系数探讨了抽采钻孔互扰情况,获取了梯形布孔模式效果是优于矩形模式、菱形模式的。该论文有图95幅,表32个,参考文献213篇。
马征[6](2020)在《煤体层理方向对液态CO2致裂增透的影响规律研究》文中研究说明我国煤层地质条件复杂,且普遍存在低渗透性、高吸附性的特点,给瓦斯的抽采带来了很大的困难,必须采用人工致裂增透技术来改善煤层的透气性从而促进瓦斯的抽采利用。无水压裂技术是近些年的研究热点。液态CO2循环致裂,即以液态CO2介质作为压裂液,通过循环注入煤岩体的方式,提高煤体的透气性。层理结构对煤体的物理力学性质有较为明显的影响,为了进一步的认识层理结构发育的煤体在循环注入液态CO2过程中的损伤演化特征,本文通过理论分析、实验和数据分析的方法,研究层理方向对煤体致裂前后的规律特征的影响,进而为现场层理结构发育煤层注入液态CO2增透瓦斯抽采提供理论和技术支持。首先以液态CO2致裂为基础,以煤体的层理方向为切入点,结合岩石力学的相关知识,主要从热应力和孔隙水作用的角度分析了层理方向对煤体在液态CO2循环致裂的损伤破坏机理,并且总结了液态CO2致裂的优点。从宏观角度观察分析了不同层理方向煤体在致裂过程中的表面裂纹的发育规律,同时开展了液态CO2致裂时的声学特性分析,根据纵、横波波速的变化规律分析其各向异性特征,分析纵波波速的动态变化,引入双因素分析和动力学参数计算。实验结果表明,致裂后层理煤体纵波波速下降明显,煤体的动力学参数也均有明显的变化,且层理效应明显。说明注入液态CO2对煤体内部孔隙有显着改善作用,使煤体内部损伤增大,且层理方向效应明显。开展了液态CO2循环致裂不同层理方向煤体的力学特性实验研究,通过单轴压缩和巴西劈裂实验测试致裂前后层理煤体的各种力学参数的变化特征。实验结果表明,循环注入液态CO2对煤体的力学性质有显着的影响,煤体的峰值强度、弹性模量和抗拉强度均出现明显下降,损伤变量明显,表明煤体的强度和刚度、抵抗拉伸破坏的能力均有所下降,且与层理方向有明显相关的关系。利用核磁共振从微观角度定量地分析了层理方向对煤体内部孔隙发育的影响,通过T2谱图的变化特征分析煤体致裂前后的孔径分布、孔隙度和孔隙空间。结果表明,致裂后煤体内部孔隙发育明显,由中小孔径向大孔径发展,总孔隙度和有效孔隙度均增加,孔隙空间更大,且与层理方向成正相关关系。开展了液态CO2循环致裂不同层理方向煤体的渗透率测试实验,并分析了层理方向和瓦斯压力下的渗透率变化规律。通过双因素方差分析影响因素,结果表明,渗透率随着循环次数的增加而提高,随着层理角度的增大而增大,且二者在致裂过程中均对渗透率的变化有着显着的影响。该论文有图50幅,表13个,参考文献109篇。
刘俊峰[7](2020)在《煤与水的耦合作用及其在胡家河煤矿瓦斯治理中的应用》文中认为由于我国煤矿地质条件复杂,煤矿瓦斯依然是矿井灾害事故的主要致灾源。据统计,我国煤炭资源赋存中,中高阶煤与低阶煤各占半壁江山,因此,低阶煤储层瓦斯高效抽采与煤矿安全生产对保障我国煤炭能源供应具有重要意义。实践证明,瓦斯抽采是煤矿瓦斯灾害防治的主要技术手段之一,但高瓦斯、低渗透、低阶煤储层瓦斯由于煤层特点导致抽采瓦斯浓度低、抽采效果差,使得常规抽采技术难以满足矿井安全生产的要求。已有研究证实,高压注水措施是瓦斯治理的有效技术措施之一,因此针对低阶煤储层瓦斯赋存的特点,深入研究高瓦斯低渗透低阶煤层瓦斯水力化防治的新技术,对于降低低阶煤瓦斯灾害、保障我国西部低阶煤安全开采具有重要实际意义。本文以胡家河煤矿为研究对象,采用理论分析、实验研究、现场试验等手段相互结合的方法,系统研究了高压水侵入煤体过程中煤与水的耦合作用及其对煤体致裂、瓦斯解吸、驱替、渗流等的作用规律,并以此为基础提出了“高压水致裂增透瓦斯抽采与残余瓦斯水锁封堵”相结合的低阶煤瓦斯治理新方法。具体研究成果如下:1)对胡家河矿煤体润湿特性及影响因素进行实验分析发现,润湿特性较差。胡家河矿煤体润湿特性受活性剂、孔隙结构、表面官能团等因素影响:表面活性剂能够显着改善煤体润湿特性,煤体孔隙呈倒墨水瓶型孔隙,且表面孔隙较多,煤体表面亲水基团占较低,不易被润湿。2)采用静态吸附装置进行含水煤体等温吸附实验发现,煤体瓦斯吸附量随着平衡压力的增加而增大。由于水分子的存在,其与甲烷具有竞争吸附、封堵孔隙通道、阻碍煤体吸附作用,使得等压条件下随着含水率的增加,煤体瓦斯吸附量逐渐降低;在含水率为8%时,最终吸附量最小。3)采用渗流实验平台对含水煤体进行渗流实验发现,恒定气压条件下,煤样渗透率随着含水率的增加呈逐渐降低的趋势;恒定含水率,不同气压条件下,煤样的渗透率k随着围压的增大呈现逐渐减小的趋势;恒定含水率,不同围压条件下,随着瓦斯气压的增大,煤体渗透率k先减小后增大,呈现“V”字型,且煤样渗透率k的拐点在2.5 MPa附近。4)采用单轴压机压裂不同含水煤体的实验发现,随着含水率的增大,煤样的抗压强度逐渐降低,峰值应变增大。在其他条件相同的情况下,平行层理方向的屈服极限均明显大于垂直层理方向的屈服极限。胡家河煤硬度较强,实验过程中,开始声发射信号较少,而在屈服阶段,应力与声发射信号几乎同时达到峰值5)通过高压水作用含水煤体实验发现,含水煤体起裂点随着煤体含水率增加,呈指数函数下降。抗压强度峰值随着含水率的增大,不断发生右移,且煤体压密区间也随着含水率增加而不断扩大。在压裂过程中,吸附孔随着含水率的增加逐渐减少,渗流孔逐渐增加。在高压注水前后煤样的解吸实验中发现,煤体解吸量随着含水率的升高而降低;对比注水前后煤样的解吸规律可知,注水后解吸的瓦斯量减少。6)通过高压注水现场试验发现,高压水压裂试验中瓦斯长达30天处于高浓度,说明压裂试验增透效果显着;注水试验钻孔最终稳定瓦斯浓度相比抽采试验较低,注水对抽采煤体瓦斯具有阻滞缓释作用,因此注水能够明显抑制煤体瓦斯释放。本论文所获得的研究成果对高压注水增透和封堵残余瓦斯的工程应用具有一定科学意义,有利于胡家河矿区更好掌握煤层瓦斯吸附渗流的变化规律及其瓦斯抽采机制,为胡家河矿区煤储层瓦斯高效抽采方法的建立与工程应用提供理论支撑和指导。该论文共有图81幅,表22个,参考文献99篇。
宋斌[8](2020)在《大采高工作面顺序开采瓦斯渗流规律与高位钻孔层位确定方法》文中研究说明高位钻孔瓦斯抽采技术是预防治理瓦斯灾害的有效途径之一,安全有效的高位钻孔抽采系统可以达到良好的抽采效果。本文以晋煤集团寺河煤矿高瓦斯大采高工作面顺序开采中瓦斯高位钻孔层位精准确定为工程背景,分析了临空开采对瓦斯运移规律的影响,研究了大采高工作面不同临空条件下围岩渗透率与应力应变之间的关系,提出了寺河矿顺序开采高位钻孔层位精准确定方法。本文主要研究成果如下:(1)分析了不同临近空区尺寸采动过程中高位瓦斯抽采区域的采动应力变化特征,设计了不同临空开采条件采动应力路径的煤岩样加卸载三轴渗流实验方案。分析测试了煤样与泥岩样全应力应变、轴压不等幅循环加卸载应力路径下和轴压不等幅循环加卸载应力路径下不同损伤煤岩样的瓦斯渗流特征。结果表明受载裂隙煤岩的渗透率均呈现随着应力的增加逐渐降低,并且第二次加卸载渗透率的变化幅度相对较小,渗透率的损失量也在逐渐减小。(2)建立了不同损伤程度煤岩样不同次循环加卸载的应力-渗透率模型,并借助实验室三轴渗流实验,拟合获得不同损伤煤岩样在开采过程中应力-渗透率耦合模型,分析裂隙煤岩体不同次加卸载过程中的应力敏感性,并将上述不同损伤煤样的渗流-应力耦合模型写入COMSOL,再结合计算单元的损伤变量对渗流模块进行二次开发,采用多场耦合模型分析不同影响因素对瓦斯抽采量比值、钻孔周边瓦斯压力分布特征以及渗透率演变规律,研究表明裂隙渗透率、瓦斯压力钻孔尺寸对抽采钻孔的累计产气量影响较大,基质渗透率对抽采钻孔的累计产气量影响较小。(3)以寺河矿东五盘区为地质原型,模拟分析了不同临近空区尺寸下采空区覆岩的应力演变与覆岩渗透率演化特征。采用Fluent数值模拟软件对比分析不同临空开采各工作面高位钻孔不同终孔层位下瓦斯抽放效果,确定不同临空开采条件下高位钻孔最佳布置层位。研究表明全实体煤开采下高位钻孔最佳布置层位为3540 m,单侧单临空开采下高位钻孔最佳布置层位为4045 m,单侧双临空开采下高位钻孔最佳布置层位为4045 m。(4)以纯瓦斯流量以及瓦斯浓度作为评定指标,分析了不同开采工况下高位钻孔抽采过程中纯瓦斯流量以及瓦斯浓度随钻孔层位、抽采负压的变化特征,研究了工作面回采过程中瓦斯涌出、高位钻孔瓦斯抽采规律及综合治理效果,最终确定寺河矿高位钻孔精准抽采参数,提出了高位瓦斯钻孔层位的具体确定方法,在寺河矿东五盘区5010工作面进行实测验证。该论文有图114幅,表34个,参考文献136篇。
段新伟[9](2019)在《断层区煤层自燃特性及防控体系研究》文中指出断层区工作面易自燃,防治难度大,论文针对断层影响煤自燃的效应不清,断层区与正常区煤自燃差异不明,断层区煤自燃三带和漏风情况未知,煤自燃分级预报和防控不科学等问题,运用实验室测试、物理相似模拟、Fluent数值模拟及现场综合分析相结合,围绕无断层和断层工作面覆岩垮落的差异性,最可能自燃区分布,构造煤多尺度孔隙特征与煤自燃特性,断层区工作面煤自燃三带分布和煤自燃分级防控展开研究。这对于断层区煤层自然发火防治具有重要的理论价值和实际意义,为矿井的安全高效生产提供了理论依据和技术支撑。论文通过无断层和有断层工作面开采的物理相似模拟,发现断层活化影响顶板垮落周期、冒落带高度和裂隙带发育。断层工作面顶板垮落周期比无断层工作面增加了两次,冒落带高度比无断层作面高了3.6m,裂隙带平均裂隙率(19.36%)高于无断层工作面(14.56%)。提出了断层直过工作面最可能自燃区为“两道两线+断层直过形成的三角煤和破碎煤岩堆积区”。遇断层工作面搬家的最可能自燃区为“两道两线”+“断层活化影响区”+“两道两线”。基于构造煤与原煤多尺度孔隙、热重与差示扫描量热等的综合测试,结果表明构造煤(孔径>100nm,孔径介于2-100nm和孔径<2nm)的累计孔容均大于原煤。构造煤比原煤具有更多的开放孔和墨水瓶型孔且连通度高,构造煤开放孔比表面积高于原煤。构造煤与原煤受热自燃都经历了失水反应失重、氧化反应增重和燃烧反应失重三个过程与吸热、放热两个阶段。但原煤氧化反应增重阶段的活化能是构造煤活化能的1.486倍;构造煤吸热阶段的吸热量小于原煤;原煤放热阶段的放热量大于构造煤。建立了断层工作面煤自燃危险区的模拟模型,模拟了大气压力、风量、地温、注氮步距及设置堵漏对采空区氧浓度场和温度场的分布影响。结果表明,进风巷风压降低会减少采空区漏风和漏风影响范围。地温升高时采空区内的漏风影响范围扩大且采空区易氧化升温。增阻堵漏和注氮均可使采空区的氧化自燃带变窄,延缓高温区的出现。确定出了构造煤的复合预测指标,基于现场实测和数据统计,把断层区煤自燃的危险划为安全、基本安全、自燃威胁、自燃危险四个级别。确定并提出了工作面防灭火四级响应参数及防控措施。
李光[10](2019)在《采空区瓦斯抽采条件下煤自然发火规律及关键防控技术研究》文中提出随着煤矿开采水平的不断延深,瓦斯异常与地温升高,瓦斯和煤自燃耦合致灾将逐渐成为我国深部矿井资源开采下发生重大安全事故的普遍模式。为了解决高瓦斯采区开采过程中工作面局部瓦斯超限的问题,一般采用对采空区瓦斯抽采的方法。采空区预埋管瓦斯抽采具有投资少、见效快的优势,但同时这种采空区瓦斯抽采方法也会导致采空区内风流紊乱、漏风强度增大、氧气含量升高等一系列问题,从而引起采空区煤自燃频发。为有效防控瓦斯抽采带来的煤自然发火威胁,有必要开展采空区瓦斯抽采条件下自然发火规律及防治技术的研究。围绕揭示抽采条件下采空区煤自然发火规律、构建关键防控核心技术的研究目标,本文以实施采空区瓦斯抽采综放工作面为例,首先开展了煤层自燃特性的实验研究,得出了煤在温升过程中的产气、产热规律,测算了煤自燃临界厚度和最短自然发火期,获得了煤反应动力学参数;应用量子化学理论,通过基团修正建立了煤分子结构模型,推导了煤中活性基团的反应过程。为掌握瓦斯抽采条件下采空区遗煤自热环境特性,在特征的基础上通过现场敷设抽气管路和测温传感器,实测了抽采条件下采空区内部O2、CH4、CO等气体和温度随工作面回采的变化规律,得出了抽采条件下易自燃区域的分布范围特征。针对采空区瓦斯抽采对煤自燃的诱导作用机制不明,自燃危险区域分布随抽采参数演化规律不清的难题,搭建了相似模拟实验平台,开展了瓦斯抽采条件下采空区流场特性的物理模拟实验,得出了抽采条件对采空区流场内部气体分布规律的影响;利用煤化学、传热传质、计算流体动力学理论,构建了瓦斯抽采条件下采空区自然发火的多场耦合数学模型。综合采用物理模拟和数值模拟方法系统研究了不同位置、不同抽采强度条件下采空区CH4和O2浓度场的演化规律,分析了采空区自燃危险区和窒息区的三维空间分布及其随抽采强度和抽采位置的变化规律。基于研究结论,在满足上隅角瓦斯控制的前提下,从防止自然发火的角度,优化确立了采空区回风侧预埋管抽采瓦斯时抽采位置、抽采强度参数。为降低采空区瓦斯抽采增加自然发火的危险性,采用进风侧灌注CO2的方法置换抽采引起的附加漏风,以控制自燃危险区域范围。采用数值模拟方法系统研究了采空区瓦斯抽采和灌注CO2交叉干扰条件下的煤自燃危险区和窒息区的分布与变化规律,优化设计了瓦斯抽采条件下采空区注CO2防灭火工艺参数;基于高位钻孔大流量灌注防灭火泡沫技术,形成了采空区煤自燃隐患的定向快速治理方法。将以上研究成果用于瓦斯抽采条件下采空区煤自然发火的防治工作,取得了较好的效果。
二、大煤样瓦斯抽放试验研究及尺寸效应现象(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、大煤样瓦斯抽放试验研究及尺寸效应现象(论文提纲范文)
(1)综采工作面煤层注水渗流模型及防突机理研究与应用(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
2 文献综述 |
2.1 选题的意义及目的 |
2.1.1 选题意义 |
2.1.2 课题来源及目的 |
2.2 国内外煤层注水渗流模型的研究现状 |
2.2.1 煤层注水技术的研究现状 |
2.2.2 多孔介质多相渗流理论的研究现状 |
2.2.3 煤层注水渗流数值模拟的研究现状 |
2.3 国内外水力化防突技术及其防突机理的研究现状 |
2.3.1 煤与瓦斯突出机理的研究现状 |
2.3.2 水力化防突技术的研究现状 |
2.3.3 煤层注水防突机理的研究现状 |
2.4 课题的研究内容及方法 |
2.4.1 研究内容 |
2.4.2 研究方法 |
3 综采工作面煤层注水两相渗流模型研究 |
3.1 综采工作面煤层注水两相渗流过程及影响因素 |
3.1.1 煤层注水两相渗流过程 |
3.1.2 煤层注水两相渗流影响因素 |
3.2 综采工作面煤层注水两相渗流物理模型及假设条件 |
3.2.1 多孔介质水气两相渗流机理 |
3.2.2 煤层注水两相渗流物理模型 |
3.2.3 煤层注水两相渗流假设条件 |
3.3 综采工作面煤层注水两相渗流数学模型的建立 |
3.3.1 水相渗流区域数学模型 |
3.3.2 瓦斯相渗流区域数学模型 |
3.3.3 两相交界面数学模型 |
3.3.4 含水饱和度分布数学模型 |
3.4 本章小结 |
4 综采工作面煤层注水两相渗流及影响因素的数值模拟研究 |
4.1 数值模拟方法及模型参数设定 |
4.1.1 数值模拟方法 |
4.1.2 数值模型建立及参数设定 |
4.2 综采工作面煤层注水两相渗流的数值模拟及分析 |
4.2.1 两相压力分布规律 |
4.2.2 两相渗流速度分布规律 |
4.2.3 含水饱和度分布规律 |
4.2.4 综采工作面煤层注水两相渗流规律分析 |
4.3 综采工作面煤层注水影响因素的数值模拟及分析 |
4.3.1 注水压力 |
4.3.2 注水时间 |
4.3.3 封孔深度 |
4.3.4 注水孔直径 |
4.3.5 煤层瓦斯压力 |
4.3.6 溶液表面张力 |
4.4 本章小结 |
5 煤层注水对综采工作面突出因素影响的实验研究 |
5.1 综采工作面煤与瓦斯突出因素分析 |
5.2 煤层注水对煤体物理力学性质影响实验 |
5.2.1 对煤体突出强度的影响 |
5.2.2 对煤体脆性系数的影响 |
5.2.3 对煤体力学参数的影响 |
5.3 煤层注水对煤体瓦斯赋存影响实验 |
5.3.1 实验装置、计算方法及实验方案 |
5.3.2 不同粒度干燥煤样的瓦斯吸附-解吸实验结果与分析 |
5.3.3 注水对煤体瓦斯驱排效应的影响 |
5.3.4 注水对煤体瓦斯置换效应的影响 |
5.3.5 注水对煤体瓦斯抑制效应的影响 |
5.4 煤层注水对煤体孔隙瓦斯吸-脱附特性影响实验 |
5.4.1 实验装置及实验方案 |
5.4.2 注水对孔隙瓦斯吸脱-附特性的影响 |
5.4.3 注水对孔隙特征的影响 |
5.4.4 注水改变孔隙吸-脱附特性机理分析 |
5.5 本章小结 |
6 基于煤层注水的综采工作面防突机理研究 |
6.1 煤层注水对煤体应力及瓦斯分布影响的研究 |
6.1.1 研究方法及控制方程 |
6.1.2 煤层注水对煤体应力分布的影响 |
6.1.3 煤层注水对煤体瓦斯分布的影响 |
6.2 综采工作面煤层注水防突机理的综合分析 |
6.2.1 煤层注水对煤体物理力学性质影响机理分析 |
6.2.2 煤层注水对煤体应力影响机理分析 |
6.2.3 煤层注水对煤体瓦斯影响机理分析 |
6.2.4 煤层注水防突作用机理综合分析 |
6.3 本章小结 |
7 综采工作面煤层注水防突的现场试验研究 |
7.1 现场概况 |
7.1.1 矿井概况 |
7.1.2 工作面概况 |
7.2 煤层注水防突工艺方案的制定 |
7.2.1 煤层可注性分析 |
7.2.2 煤层注水系统的布置 |
7.2.3 煤层注水防突工艺参数的选取 |
7.3 煤层注水湿润煤体效果的测定及验证 |
7.3.1 测定方案 |
7.3.2 测定结果及分析 |
7.3.3 现场试验与数值模拟结果的对比验证 |
7.4 煤层注水防突效果测定及分析 |
7.4.1 注水前后煤体瓦斯压力及瓦斯含量变化 |
7.4.2 注水前后煤体突出危险性指标的变化 |
7.4.3 注水前后瓦斯排放孔中瓦斯涌出速度的变化 |
7.5 本章小结 |
8 结论 |
8.1 结论 |
8.2 创新点 |
8.3 建议及展望 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(2)微波辐射降低煤体冲击倾向性试验研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 研究内容和研究方法 |
2 微波辐射降低煤体冲击倾向性的试验研究方法 |
2.1 微波辐射加热机理及试验装置 |
2.2 煤的冲击倾向性测试装置与方法 |
2.3 试验方案 |
2.4 本章小结 |
3 微波辐射对煤体冲击倾向性指标的影响规律 |
3.1 样品制备及基础参数测定 |
3.2 微波辐射对煤动态破坏时间的影响 |
3.3 微波辐射对煤冲击能量指数、变形模量指数的影响 |
3.4 微波辐射对煤弹性能量指数的影响 |
3.5 微波辐射对煤单轴抗压强度的影响 |
3.6 微波辐射对煤冲击倾向性的影响 |
3.7 本章小结 |
4 微波致裂弱化减冲作用机制研究 |
4.1 微波辐射对煤体温升特性的影响规律 |
4.2 微波辐射对煤体孔裂隙结构的影响规律 |
4.3 微波辐射下煤体的纵波波速演化规律研究 |
4.4 微波致裂弱化法防治煤层冲击地压机理 |
4.5 本章小结 |
5 工程应用设想 |
5.1 方案的提出 |
5.2 微波在弱化煤层冲击倾向性方面的优势及方案 |
5.3 本章小结 |
6 结论及成果 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(3)深部煤层煤巷条带底板巷卸压抽瓦斯防突方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 选题的背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 突出机理及防治方法 |
1.2.2 煤巷条带区域防突措施 |
1.2.3 煤巷条带卸压增透技术 |
1.2.4 硐室扰动卸压技术 |
1.2.5 相关基础理论 |
1.2.6 存在的问题及发展趋势 |
1.3 主要研究内容及拟解决的问题 |
1.3.1 主要研究内容 |
1.3.2 拟解决的关键问题 |
1.4 研究的方法路线 |
2 含瓦斯煤加卸载力学及渗流特性试验 |
2.1 工程背景 |
2.2 试验系统及方案 |
2.2.1 试验系统 |
2.2.2 试验方案 |
2.2.3 试件制备 |
2.3 含瓦斯煤常规三轴加载试验结果分析 |
2.3.1 不同瓦斯压力轴向加载力学及渗流特性 |
2.3.2 不同围压轴向加载力学及渗流特性 |
2.4 含瓦斯煤常规三轴卸载试验结果分析 |
2.4.1 不同瓦斯压力轴向卸载力学及渗流特性 |
2.4.2 不同围压轴向卸载力学及渗流特性 |
2.5 本章小结 |
3 深部煤层底板巷卸压增透机理研究 |
3.1 巷道覆岩层状岩层等效模型研究 |
3.2 深部巷道围岩应力应变理论方程构建 |
3.2.1 围岩应力应变力学模型 |
3.2.2 基本理论方程 |
3.2.3 围岩分区应力及变形方程 |
3.3 深部煤层底板巷卸压规律分析 |
3.3.1 极坐标系下扰动区范围 |
3.3.2 直角坐标系下应力及变形 |
3.3.3 深部巷道卸压影响的流变效应 |
3.3.4 不同间距底板巷卸压效果工程试算 |
3.4 深部煤层底板巷卸压增透特性分析 |
3.4.1 卸压破裂分区范围 |
3.4.2 煤层透气性变化规律 |
3.4.3 不同间距底板巷卸压增透效果工程试算 |
3.5 深部煤巷条带卸压底板巷安全岩柱分析 |
3.5.1 卸压底板巷安全岩柱确定方法 |
3.5.2 底板巷卸压安全岩柱工程试算 |
3.6 本章小结 |
4 深部巷道卸压覆岩变形特征相似模拟 |
4.1 相似模拟方案及参数确定 |
4.1.1 试验装置 |
4.1.2 试验参数 |
4.1.3 试验方案 |
4.2 底板巷开挖覆岩变形破坏特征分析 |
4.2.1 覆岩位移演化特征 |
4.2.2 覆岩裂隙发育特征 |
4.2.3 覆岩应变分布特征 |
4.3 煤巷掘进二次扰动影响效应分析 |
4.3.1 顶底板岩层变形规律 |
4.3.2 层间岩柱稳定性分析 |
4.4 本章小结 |
5 深部煤层煤巷条带底板巷卸压关联因素影响数值分析 |
5.1 FLAC~(3D)模拟理论基础及方案 |
5.1.1 有限差分理论基础 |
5.1.2 数值计算模型及方案 |
5.2 煤巷条带底板巷卸压静态影响因素分析 |
5.2.1 不同间距条件卸压效果 |
5.2.2 不同倾角条件卸压效果 |
5.2.3 不同埋深条件卸压效果 |
5.2.4 不同侧压系数条件卸压效果 |
5.3 深部煤巷条带底板巷卸压时空关系研究 |
5.3.1 巷道掘进方向卸压规律 |
5.3.2 垂直巷道掘进方向卸压规律 |
5.4 深井卸压底板巷岩柱稳定性研究 |
5.4.1 二次卸压前后应力变化规律 |
5.4.2 二次卸压前后塑性区分布 |
5.5 本章小结 |
6 深部煤层煤巷条带底板巷卸压抽采瓦斯运移模拟研究 |
6.1 COMSOL模拟理论基础及方案 |
6.1.1 气固耦合理论基础 |
6.1.2 数值计算模型 |
6.2 深井底板巷卸载煤巷条带瓦斯效果分析 |
6.3 深部煤巷条带底板巷卸压增透时空关系研究 |
6.3.1 不同卸压时间下卸压增透规律 |
6.3.2 不同掘进距离下卸压增透规律 |
6.4 深部煤巷条带底板巷卸压瓦斯抽采规律研究 |
6.4.1 穿层钻孔二次应力卸载效果 |
6.4.2 常规等间距钻孔抽采效果 |
6.4.3 非等间距抽采钻孔优化布置 |
6.5 本章小结 |
7 深部煤层煤巷条带底板巷卸压抽瓦斯防突方法应用研究 |
7.1 深部煤巷条带卸压分区及抽采防突理论方法研究 |
7.1.1 煤巷条带分区特征及卸压防突模式 |
7.1.2 煤巷条带底板巷卸压抽瓦斯防突理论方法 |
7.2 丰城矿区煤巷条带卸压底板巷位置及掘进安全保障技术研究 |
7.2.1 卸压底板巷合理位置 |
7.2.2 卸压底板巷掘进超前探测技术 |
7.3 深部煤巷条带底板巷卸压规律考察 |
7.3.1 覆岩位移变化 |
7.3.2 围岩破裂分区 |
7.4 深部煤巷条带底板巷卸压抽瓦斯防突效果考察 |
7.4.1 煤巷条带增透效果 |
7.4.2 煤巷条带卸压抽采区域防突效果 |
7.5 本章小结 |
8 结论与展望 |
8.1 主要结论 |
8.2 创新点 |
8.3 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介及读博期间主要科研成果 |
(4)煤体瓦斯卸压损伤致突机理及前兆信息演化规律研究(论文提纲范文)
关键符号注释表 |
中文摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 煤与瓦斯突出致灾机理方面 |
1.2.2 煤与瓦斯突出前兆信息演化规律方面 |
1.3 主要研究内容 |
1.4 技术路线 |
1.5 创新点 |
第二章 卸压过程煤体瓦斯解吸-扩散特征 |
2.1 引言 |
2.2 煤体瓦斯解吸扩散机理 |
2.2.1 煤的孔隙特征 |
2.2.2 煤基质瓦斯扩散物理过程 |
2.3 煤粒瓦斯放散测定仪 |
2.3.1 仪器结构与工作原理 |
2.3.2 技术参数与操作方法 |
2.4 环境气压对煤体瓦斯解吸影响试验研究 |
2.4.1 试验方案 |
2.4.2 环境气压对煤体瓦斯扩散动力学影响 |
2.5 煤体损伤对瓦斯解吸影响试验研究 |
2.5.1 试验方案 |
2.5.2 煤体损伤对瓦斯解吸影响及机理分析 |
2.6 考虑环境气压和煤体损伤的瓦斯解吸模型 |
2.6.1 模型形式确定 |
2.6.2 模型中环境气压的引入 |
2.6.3 模型中损伤变量的引入 |
2.7 小结 |
第三章 瓦斯卸压诱发煤体损伤劣化研究 |
3.1 引言 |
3.2 含瓦斯煤动静组合加载试验系统 |
3.2.1 仪器结构 |
3.2.2 关键技术 |
3.2.3 仪器初步检查 |
3.2.4 主要功能与技术参数 |
3.3 吸附煤体气体卸压试验 |
3.3.1 试验方案 |
3.3.2 试验步骤 |
3.3.3 试验结果 |
3.4 气体卸压诱发煤体损伤演化规律及机理分析 |
3.5 考虑气体卸压过程的煤体损伤演化数学模型 |
3.5.1 煤体损伤本构关系 |
3.5.2 考虑外部加载与气体卸压的煤体损伤演化方程 |
3.6 小结 |
第四章 瓦斯卸压过程煤体有效应力突变规律与影响机制 |
4.1 引言 |
4.2 瓦斯卸压过程煤体有效应力变化规律试验研究 |
4.2.1 试验原理 |
4.2.2 试验方案 |
4.2.3 试验仪器 |
4.2.4 试验步骤 |
4.2.5 试验结果 |
4.3 气体卸压对煤体有效应力影响及机制分析 |
4.3.1 有效应力总体变化规律 |
4.3.2 煤体损伤对有效应力突增量的影响 |
4.3.3 气体吸附含量对有效应力突增量的影响 |
4.3.4 气体压力对有效应力突增量的影响 |
4.3.5 时间对有效应力突增量的影响 |
4.4 瓦斯卸压过程煤体有效应力数学模型 |
4.4.1 含瓦斯煤有效应力模型研究现状 |
4.4.2 考虑瓦斯卸压过程的含瓦斯煤有效应力数学模型 |
4.5 小结 |
第五章 含瓦斯煤体气固耦合动力学模型及瓦斯卸压致突数值模拟 |
5.1 引言 |
5.2 含瓦斯煤气固耦合动力学模型 |
5.2.1 基本假设 |
5.2.2 裂隙系统瓦斯流动控制方程 |
5.2.3 煤体变形控制方程 |
5.2.4 含瓦斯煤气固耦合动力学模型 |
5.3 瓦斯卸压致突数值模拟 |
5.3.1 模拟算例 |
5.3.2 COMSOL Multiphysics软件介绍 |
5.3.3 模型建立 |
5.3.4 数值计算结果及分析 |
5.4 小结 |
第六章 基于全过程相似模型试验的突出前兆信息演化规律研究 |
6.1 引言 |
6.2 突出预警指标体系搭建 |
6.3 低渗透性岩层相似材料研发 |
6.3.1 研究目的 |
6.3.2 原材料及成型工艺 |
6.3.3 性质测试 |
6.3.4 物理力学参数 |
6.3.5 适用性分析 |
6.4 巷道掘进揭煤诱发煤与瓦斯突出模型试验 |
6.4.1 试验原型及参数 |
6.4.2 试验仪器 |
6.4.3 试验模型搭建 |
6.4.4 试验过程 |
6.4.5 试验结果 |
6.5 突出前兆信息演化规律 |
6.5.1 地应力变化规律 |
6.5.2 气体压力变化规律 |
6.5.3 二氧化碳浓度变化规律 |
6.5.4 温度变化规律 |
6.6 小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
在读期间参与的科研项目 |
在读期间主要学术成果 |
学术论文 |
国家发明专利 |
软件着作权 |
致谢 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(5)高应力煤体物理结构演化特性对瓦斯运移影响机制研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 选题背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 存在问题 |
1.4 主要研究内容及思路 |
2 煤体瓦斯运移通道物理结构特性及其对产量控制作用 |
2.1 煤样多元物性参数及表面孔隙结构 |
2.2 煤体瓦斯扩散和渗流系统界限划分 |
2.3 煤体不同物理结构形态下瓦斯运移模式 |
2.4 运移行为对瓦斯产量主控作用转换的影响 |
2.5 本章小结 |
3 不同形态煤甲烷放散特性及扩散动力学模型 |
3.1 煤基质基本形状单元及扩散路径 |
3.2 煤粒扩散动力学模型 |
3.3 煤体扩散动力学模型 |
3.4 不同形态煤扩散系数测定对比分析 |
3.5 本章小结 |
4 高应力煤体瓦斯扩散及逐级放散特性试验研究 |
4.1 高应力煤体瓦斯扩散及逐级放散试验装置研发 |
4.2 煤体裂隙开度对应力的响应特征 |
4.3 煤体的体扩散系数与应力关系的确定 |
4.4 内在质量源浓度及应力与煤体扩散特性的联系 |
4.5 逐级放散压力梯度对体扩散系数影响 |
4.6 本章小结 |
5 基于不同裂隙应变响应机制的煤体渗透率演化规律 |
5.1 煤体力学特性测定试验装置 |
5.2 煤体力学参数 |
5.3 煤体裂隙结构形态 |
5.4 基于不同应变响应的煤体渗透率模型构建 |
5.5 渗透率回弹和恢复效应分析 |
5.6 本章小结 |
6 气固耦合模型在深部高应力煤层瓦斯抽采中的应用 |
6.1 深部煤层瓦斯运移多场耦合模型 |
6.2 深部高应力煤层瓦斯抽采特性分析 |
6.3 深部煤层瓦斯产量主控因素转换作用分析 |
6.4 高应力煤层瓦斯运移特性对钻孔布置模式的影响 |
6.5 本章小结 |
7 主要结论、创新点及展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(6)煤体层理方向对液态CO2致裂增透的影响规律研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 现存的主要问题 |
1.4 主要研究内容及思路 |
2 实验系统构建及液态CO_2致裂机理分析 |
2.1 液态CO_2注入实验系统构建 |
2.2 液态CO_2的致裂煤体机理研究 |
2.3 本章小结 |
3 层理方向对液态CO_2致裂煤体的宏观破坏与声学特性的影响 |
3.1 实验准备及测试原理 |
3.2 煤体表面裂隙扩展特征变化 |
3.3 超声波波速变化分析 |
3.4 煤体动力学参数变化分析 |
3.5 本章小结 |
4 层理方向对液态CO_2致裂煤体力学性质的影响 |
4.1 单轴压缩实验测试分析 |
4.2 基于巴西劈裂实验的抗拉强度测试分析 |
4.3 本章小结 |
5 层理方向对液态CO_2致裂煤体微观孔隙结构的影响 |
5.1 实验准备 |
5.2 NMR测试分析 |
5.3 扫描电镜分析 |
5.4 本章小结 |
6 层理方向对液态CO_2致裂煤体渗透率变化规律影响 |
6.1 实验样品及装置 |
6.2 实验原理及步骤 |
6.3 实验结果及分析 |
6.4 本章小结 |
7 结论,创新点及展望 |
7.1 结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(7)煤与水的耦合作用及其在胡家河煤矿瓦斯治理中的应用(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 存在的主要问题 |
1.4 研究内容及方法 |
1.5 主要研究进展 |
2 胡家河低阶煤的润湿特性及其影响因素 |
2.1 胡家河原始煤体含水率分析 |
2.2 胡家河矿煤体的润湿特性 |
2.3 煤体润湿特性的关键影响因素分析 |
2.4 本章小结 |
3 含水率对煤体瓦斯吸附特性影响 |
3.1 煤体吸附瓦斯基本原理 |
3.2 吸附解吸实验系统及方法 |
3.3 水分对煤体吸附瓦斯的影响规律 |
3.4 水对煤体瓦斯吸附控制机理研究 |
3.5 本章小结 |
4 含水煤体瓦斯渗流特性 |
4.1 渗流实验原理及实验系统 |
4.2 煤样制备 |
4.3 煤体瓦斯渗流特性的关键影响因素及其规律 |
4.4 本章小结 |
5 含水煤体力学特性与损伤特性 |
5.1 实验系统及实验步骤 |
5.2 基于压机应力参数特征分析 |
5.3 基于声发射的煤体损伤特征演化分析 |
5.4 本章小结 |
6 高压注水作用下煤体结构的演化特性 |
6.1 高压水作用含水煤体损伤演化规律 |
6.2 高压水作用含水煤体孔隙结构及吸附渗流演化规律 |
6.3 高压水作用抑制瓦斯影响规律 |
6.4 本章小结 |
7 胡家河低阶煤高压注水强化瓦斯抽采的现场应用 |
7.1 胡家河矿工作面工程概况 |
7.2 现场施工方案 |
7.3 现场试验数据分析 |
7.4 本章小结 |
8 结论 |
8.1 主要结论 |
8.2 创新点 |
8.3 研究展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(8)大采高工作面顺序开采瓦斯渗流规律与高位钻孔层位确定方法(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 选题背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 研究目标与内容 |
1.4 主要创新点 |
2 不同临空开采条件采动应力分布与煤岩应力路径 |
2.1 研究区工程地质条件以及瓦斯赋存特征 |
2.2 不同临空开采条件下采动应力分布规律研究 |
2.3 基于采动应力路径的煤岩渗流实验加载方案设计 |
2.4 本章小结 |
3 不等幅循环加卸载煤岩渗流特性实验研究 |
3.1 渗流测试系统结构与实验原理 |
3.2 研究区域煤岩样制备 |
3.3 全应力应变过程煤岩瓦斯渗流特征研究 |
3.4 轴压围压不等幅循环同时加卸载路径下煤岩渗流特征 |
3.5 轴压不等幅循环加卸载煤岩瓦斯渗流特征研究 |
3.6 本章小结 |
4 高位钻孔抽采瓦斯渗流运移规律 |
4.1 不同损伤煤岩应力-渗流模型构建 |
4.2 不同损伤煤岩样应力敏感性分析 |
4.3 不同损伤渗流-应力模型验证及流固耦合特性研究 |
4.4 瓦斯抽采效果影响因素及其影响规律 |
4.5 本章小结 |
5 大采高工作面顺序接替高位钻孔层位确定 |
5.1 不同临空条件下覆岩应力与裂隙发育特征 |
5.2 不同临空条件下覆岩损伤变形及渗透性分析 |
5.3 高位瓦斯抽采方案制定与效果模拟分析 |
5.4 本章小结 |
6 寺河矿高位钻孔现场试验 |
6.1 不同临空状态高位钻孔瓦斯抽采数据分析 |
6.2 5310工作面高位钻孔工程应用 |
6.3 瓦斯抽采数据综合分析 |
6.4 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(9)断层区煤层自燃特性及防控体系研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外综合研究现状 |
1.2.1 煤自燃的内在影响因素 |
1.2.2 煤自燃的外部影响因素 |
1.2.3 覆岩垮落对煤自燃的影响 |
1.2.4 断层对煤自燃的影响 |
1.2.5 煤自燃的预测预报 |
1.2.6 煤自燃的防控技术 |
1.2.7 采动空间的漏风规律 |
1.3 研究不足及科学问题 |
1.4 研究内容及技术路线 |
1.4.1 研究内容 |
1.4.2 技术路线 |
2 断层区覆岩垮落影响煤自燃分析 |
2.1 试验矿井概况及区域地质 |
2.1.1 试验矿井概况 |
2.1.2 矿井区域地质概况 |
2.1.3 区域内可采煤层情况 |
2.2 煤岩层物理力学参数测试 |
2.2.1 实验内容与有关仪器 |
2.2.2 试样采集与加工制备 |
2.2.3 煤岩物理力学测试结果 |
2.3 断层区覆煤岩垮落的相似模拟 |
2.3.1 相似模拟设计与实验方案 |
2.3.2 模型的制作与测点布置 |
2.3.3 回釆程序设计 |
2.4 断层区与无断层区覆煤岩垮落分析 |
2.4.1 顶板垮落规律的对比分析 |
2.4.2 应力分布规律的对比分析 |
2.4.3 破断裂隙发育规律的对比分析 |
2.5 断层区覆岩垮落对煤自燃的宏观影响 |
2.5.1 无断层工作面的最可能自燃区 |
2.5.2 断层影响下的最可能自燃区 |
2.6 本章小结 |
3 构造煤物性参数对煤自燃的影响分析 |
3.1 构造煤与原煤的物性参数测试 |
3.1.1 构造煤与原煤煤样的采集与制备 |
3.1.2 构造煤与原煤的物性参数测试 |
3.2 构造煤与原煤孔隙特征的综合表征 |
3.2.1 压汞法的煤孔隙特征测试 |
3.2.2 低温氮气吸附法的煤孔隙特征测试 |
3.2.3 二氧化碳吸附法的煤孔隙特征测试 |
3.2.4 小角X射线法 |
3.3 构造煤与原煤的TG-DSC综合分析 |
3.3.1 实验工况及实验参数 |
3.3.2 构造煤与原煤的特征温度 |
3.3.3 构造煤与原煤的吸放热特性 |
3.3.4 构造煤与原煤的动力学参数 |
3.4 构造煤与原煤的程序升温实验 |
3.4.1 实验过程 |
3.4.2 实验结果 |
3.4.3 原煤和构造煤实验数据对比 |
3.5 本章小结 |
4 断层区煤层采动时的煤自燃危险区 |
4.1 煤自燃危险区的Fluent模拟分析 |
4.1.1 采场气体的运移理论 |
4.1.2 采场气热场模型的建构 |
4.2 大气压力影响煤自燃危险区的模拟分析 |
4.2.1 进风巷压力变化对采空区氧气浓度的影响 |
4.2.2 进风巷压力变化对采空区温度的影响 |
4.2.3 不同进风巷压力时采空区氧化带分布 |
4.3 风量影响煤自燃危险区的模拟分析 |
4.3.1 风量变化对采空区氧气浓度的影响 |
4.3.2 风量变化对采空区温度的影响 |
4.3.3 不同风量时采空区氧化带分布 |
4.4 地温影响煤自燃危险区的模拟分析 |
4.4.1 地温变化对采空区氧气浓度的影响 |
4.4.2 地温变化对采空区温度的影响 |
4.4.3 不同地温时采空区氧化带分布 |
4.5 本章小结 |
5 断层区工作面煤自燃分级防控体系 |
5.1 断层区煤自燃的预测指标优选 |
5.1.1 预测指标优选方法 |
5.1.2 煤自燃预测指标优选 |
5.1.3 煤自燃预测指标确定 |
5.2 断层区工作面漏风情况分析 |
5.2.1 现场漏风的SF6测试方案 |
5.2.2 漏风计算假设与公式 |
5.2.3 断层工作面漏风分析 |
5.3 断层工作面煤自燃分级响应体系 |
5.3.1 断层工作面煤自燃分级响应参数 |
5.3.2 断层区工作面煤自燃分级响应措施 |
5.4 断层区工作面煤自燃防控技术 |
5.4.1 增阻堵漏防控煤自燃技术 |
5.4.2 注氮防控煤自燃的关键参数 |
5.4.3 预注阻化液防控煤自燃技术 |
5.5 本章小结 |
6 主要结论及创新点 |
6.1 主要结论 |
6.2 创新点 |
6.3 研究不足及展望 |
参考文献 |
作者简历 |
一、基本情况 |
二、学术论文 |
三、专利情况 |
四、获奖情况 |
五、研究项目 |
学位论文数据集 |
(10)采空区瓦斯抽采条件下煤自然发火规律及关键防控技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 研究内容与目标 |
1.4 研究技术路线 |
2 煤自燃特性研究 |
2.1 煤样成分 |
2.2 煤自燃过程中气体产物特性 |
2.3 煤自燃倾向性研究 |
2.4 煤最短自然发火期 |
2.5 煤自燃过程的产热特征 |
2.6 煤自燃的临界堆积厚度 |
2.7 煤氧化过程中活性官能团分布及变化规律 |
2.8 本章小结 |
3 瓦斯抽采条件下采空区气热环境分析与测试 |
3.1 采空区空间与流场特性 |
3.2 采空区气热环境测试方案 |
3.3 结果及分析 |
3.4 本章小结 |
4 采空区瓦斯抽采条件下流场特征实验研究 |
4.1 相似模拟理论 |
4.2 实验装置 |
4.3 实验方案及实验安全性分析 |
4.4 实验结果与数据分析 |
4.5 本章小结 |
5 瓦斯抽采条件下采空区自然发火规律数值模拟研究 |
5.1 抽采条件下采空区自然发火模型 |
5.2 模型中关键参数取值 |
5.3 几何模型与网格划分 |
5.4 模拟结果及分析 |
5.5 本章小结 |
6 瓦斯抽采条件下综放面采空区煤自燃关键防控技术 |
6.1 采空区惰化技术原理与工艺 |
6.2 CO_2惰化效果数值模拟研究 |
6.3 煤自燃隐患定向综合防控技术 |
6.4 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 主要研究结论 |
7.2 创新点 |
7.3 研究展望 |
参考文献 |
作者简历 |
致谢 |
学位论文数据集 |
四、大煤样瓦斯抽放试验研究及尺寸效应现象(论文参考文献)
- [1]综采工作面煤层注水渗流模型及防突机理研究与应用[D]. 王龙飞. 北京科技大学, 2021(08)
- [2]微波辐射降低煤体冲击倾向性试验研究[D]. 王春博. 中国矿业大学, 2020
- [3]深部煤层煤巷条带底板巷卸压抽瓦斯防突方法研究[D]. 曹建军. 安徽理工大学, 2020(03)
- [4]煤体瓦斯卸压损伤致突机理及前兆信息演化规律研究[D]. 张冰. 山东大学, 2020(08)
- [5]高应力煤体物理结构演化特性对瓦斯运移影响机制研究[D]. 刘正东. 中国矿业大学, 2020(01)
- [6]煤体层理方向对液态CO2致裂增透的影响规律研究[D]. 马征. 中国矿业大学, 2020
- [7]煤与水的耦合作用及其在胡家河煤矿瓦斯治理中的应用[D]. 刘俊峰. 中国矿业大学, 2020(01)
- [8]大采高工作面顺序开采瓦斯渗流规律与高位钻孔层位确定方法[D]. 宋斌. 中国矿业大学, 2020(01)
- [9]断层区煤层自燃特性及防控体系研究[D]. 段新伟. 河南理工大学, 2019(04)
- [10]采空区瓦斯抽采条件下煤自然发火规律及关键防控技术研究[D]. 李光. 山东科技大学, 2019(03)