本文選題：煤瓦斯突出 + 能量源　； 參考：《重慶大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：煤與瓦斯突出是煤礦地下開(kāi)采過(guò)程中遇到的一種極其復(fù)雜的瓦斯動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)象,威脅著礦井安全以及生產(chǎn),是地下空間行業(yè)亟需攻克的難題之一。煤與瓦斯突出過(guò)程從能量學(xué)角度上看,是一個(gè)能量聚集與耗散的過(guò)程。本文以突出原煤和非突出原煤為研究對(duì)象,通過(guò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的方法,對(duì)煤與瓦斯突出過(guò)程中能量源及能量耗散過(guò)程進(jìn)行深入探索。在以下方面取得了一些進(jìn)展:(1)為分析煤與瓦斯突出過(guò)程中吸附瓦斯解吸后參與突出做功,研制了一種高壓氣體瞬間對(duì)稱(chēng)卸壓實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置主要由加載系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)、溫度和氣體壓力檢測(cè)系統(tǒng)及瞬間對(duì)稱(chēng)卸壓系統(tǒng)4個(gè)部分組成。具有以下特點(diǎn):可在不同氣體不同氣壓條件下對(duì)煤巖材料進(jìn)行保壓吸附一段時(shí)間后瞬間卸壓實(shí)驗(yàn);對(duì)稱(chēng)卸壓系統(tǒng)保證瞬間卸壓,同時(shí)也兼顧了卸壓過(guò)程中煤樣受力均衡,克服了傳統(tǒng)單向煤瓦斯突出試驗(yàn)裝置存在的不足;能提供軸向加壓裝置,模擬煤瓦斯突出過(guò)程中地應(yīng)力作用。(2)通過(guò)煤顆粒形狀的理論分析可知,顆粒形狀對(duì)表面積的確定影響很大;在計(jì)算破碎功時(shí),將煤顆粒視作圓球形處理,所得到的破碎功是下限;由煤粉顯微鏡觀測(cè)實(shí)驗(yàn)可知,不論是突出煤還是非突出煤,當(dāng)煤破碎到0.075mm以下時(shí),其顆粒形狀均以橢球形和球形為主;且這些微小顆粒形狀與破碎前的塊度、施加能量的方式和大小、所經(jīng)歷的破碎過(guò)程均無(wú)關(guān)。這為采用球表面積計(jì)算煤破碎后顆粒新增表面積提供了依據(jù)。(3)突出煤與非突出煤破碎后,小于0.075mm微小顆粒的篩下累計(jì)質(zhì)量分布均服從Logistic分布;而篩上質(zhì)量分布卻不同,突出煤服從Gauss分布;而非突出煤服從正態(tài)分布。為突出煤與非突出煤的鑒別提供一種輔助手段,同時(shí)也為精確計(jì)算煤巖破碎功提供實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。(4)當(dāng)煤巖體破碎后,0.075mm以下的微小顆粒所占比例不大,卻占有相當(dāng)大的表面積;兩種煤的比表面積隨能量增加而增加,在相同的能量條件下,突出煤的比表面積比非突出煤的大1~2倍;非突出煤的破碎比功隨能量增加先下降后保持平穩(wěn)不變,而突出煤的破碎比功隨能量的增加而增加,說(shuō)明給予同樣的能量突出煤更容易破碎;煤巖破碎后其新增表面積與能量之間呈指數(shù)關(guān)系;把煤破碎得越小,顆粒形狀越趨于穩(wěn)定,進(jìn)一步破碎的難度就越大,要達(dá)到同一破碎增量所需的破碎功就越多。(5)在不考慮溫度影響時(shí),將朗格繆爾方程展開(kāi)成泰勒級(jí)數(shù)并保留前兩項(xiàng),使得吸附瓦斯對(duì)外做功的計(jì)算得到了簡(jiǎn)化,從而得到了吸附瓦斯解吸對(duì)外膨脹的計(jì)算式。由該計(jì)算式可知,不同吸附氣體做功的能力取決于氣體吸附常數(shù)。(6)通過(guò)理論分析可知,相同條件下且不考慮吸附,不同氣體瞬間卸壓對(duì)外做功相同;結(jié)合實(shí)驗(yàn)后煤樣破碎程度分析可知,不同氣體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),煤樣破碎程度不同,因此說(shuō)明在瞬間卸壓破碎煤實(shí)驗(yàn)過(guò)程中吸附瓦斯參與了做功。施加軸壓后,煤試樣破碎程度加劇,說(shuō)明在地應(yīng)力作用下致使煤體產(chǎn)生大量裂紋裂隙,降低了煤體強(qiáng)度同時(shí)給瓦斯足夠的流動(dòng)和儲(chǔ)存空間,當(dāng)瓦斯壓力瞬間降低時(shí)瓦斯氣體膨脹才能繼續(xù)破壞并粉碎煤體。(7)在分析煤與瓦斯突出能量來(lái)源及能量耗散過(guò)程,建立了煤瓦斯突出能量方程:煤與瓦斯突出的主要能量源為煤巖體彈性應(yīng)變能、煤體中游離瓦斯以及吸附瓦斯解吸后的膨脹能;而能量耗散煤巖體破碎、拋出、移動(dòng)、振動(dòng)和聲響等。通過(guò)對(duì)以往突出案例的能量分析,突出煤體孔隙瓦斯的膨脹能小于煤體破碎功,因此僅突出煤體的孔隙瓦斯不足以提供煤瓦斯突出所需的能量。突出過(guò)程中涌出瓦斯量遠(yuǎn)大于孔隙游離瓦斯,且涌出瓦斯所提供的能量與孔隙游離瓦斯提供的能量相差3~4個(gè)數(shù)量級(jí)。(8)根據(jù)突出的強(qiáng)度大小和突出的終止位置,可得到突出強(qiáng)度較小且突出終止面在應(yīng)力峰值前、突出強(qiáng)度較小且突出終止面在應(yīng)力峰值后、突出強(qiáng)度較大且突出終止面在應(yīng)力峰值前、突出強(qiáng)度較大且突出終止面在應(yīng)力峰值后四個(gè)煤與瓦斯突出能量條件。
[Abstract]:Coal and gas outburst is an extremely complex gas dynamic disaster encountered during underground coal mining , which threatens the safety and production of coal mine . It is one of the most important problems in underground space industry . ( 4 ) When the coal rock mass is broken , the small particles below 0.075mm occupy a relatively large surface area , and the specific surface area of the coal is increased with the increase of energy . ( 7 ) In the analysis of energy source and energy dissipation process of coal and gas outburst , the energy equation of coal gas outburst is established : the main energy source of coal and gas outburst is elastic strain energy of coal rock mass , free gas in coal body and expansion energy after adsorption gas desorption .

【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TD713.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1863229