煤與瓦斯突出一直是礦井安全生產(chǎn)領域研究的熱點、重點和難點問題。在以瓦斯壓力為主導的煤與瓦斯突出過程中,煤粉化能夠驅(qū)動瓦斯快速放散,推動和加劇了突出的發(fā)生發(fā)展。本文基于斷裂力學、彈性損傷力學以及氣體流動理論,采用理論分析、實驗研究和數(shù)值模擬等方法,對煤粉化驅(qū)動瓦斯放散機理及突出預測方法進行研究。通過研究煤粉化對瓦斯突出的作用機理,耦合了卸壓時間和孔隙壓力變化的影響,以菲克擴散定律、彈性損傷力學以及Griffith斷裂準則為理論基礎,研究了煤粉化破壞機理及其主要影響因素,構(gòu)建了孔隙瓦斯壓力變化模型、孔隙擴展破壞臨界判別模型、孔隙擴展方向判別模型以及煤粉化氣固耦合破壞模型。研制了煤粉化破壞實驗平臺,選用5種不同瓦斯壓力,對不同粒徑煤樣進行了煤粉化實驗,分析和研究了不同瓦斯壓力、煤體粒徑和卸壓時間對煤粉化效果的影響以及煤樣粉化前后的特征變化。結(jié)果表明瓦斯壓力越大,卸壓時間越短,煤粉化強度、分散度和瓦斯放散量越大。采用RFPA巖石破裂過程分析軟件對不同壓力相同孔隙、相同壓力不同孔隙以及多孔隙平行和傾斜布置的煤粉化破壞過程進行了模擬研究。結(jié)果表明煤體孔隙總是沿著長軸方向擴展,瓦斯壓力越大、孔隙孔徑... 

【文章來源】：北京科技大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

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圖２－１我國煤炭資源分布圖

２．１研究背景及意義??煤炭被人們譽為工業(yè)的食糧，是我國經(jīng)濟發(fā)展中的主要基礎能源之一，??具有不可或缺的重要地位。ｇ國煤炭資源豐富，空間分布廣泛，如圖２－１所??示，３１個省級行政區(qū)除上海外，３０個省（區(qū)、市）均有煤炭賦存。截至到２０１５??年我國煤炭資源儲量５．９萬億噸占一次能源總量的９４．２２％，而石油、天然氣??不足６％，如圖２－２所示，由此可見，我國能源資源顯著特點是“富煤、貧油、??少氣”?盡管我國煤炭資源總量豐厚，但是人均偏低、分布不均，具有埋??藏較深、條件復雜和開采難度大等特點。??＾?２．７３％?３．０５％?１?煤炭??１?．．．，一？石油??條?ｆ?虐??［：ｒ?…＾??圖２－１我國煤炭資源分布圖?圖２－２我國能源賦存結(jié)構(gòu)圖??由于當前環(huán)境問題的制約，開發(fā)和利用清潔能源越來越被人們所重視，??煤炭資源可開發(fā)利用的比重有所下降，但據(jù)綜合權(quán)威機構(gòu)研宄，到２０２０、２０３０、??２０５０年煤炭在我國一次能源消費結(jié)構(gòu)中的比重

??顯，如圖２－３所示。瓦斯事放死亡人數(shù)占事故死亡總數(shù)的比重，如圖２－４所??示，平均約為２８．３６％。??２６Ｄ?１２００?３３????洶．％?丨一感…廣／?＼?／??２０９�。�?％?，９〇〇?聚?３０?？?／?＼?／??２?２９?．?／??「？彳?＃?ｊ??Ｉ１－?ｒ々．＇＇?丨??擇⑶－?ｘ＼?１６００?？?￥２７?■?＼?；?＼?／＼?Ｉ??：，：：?Ｘ?－?＼?／?ＶＡ?／??＾?－？〇?Ｗ２Ｓ．?＼／?Ｖ．??…?１?５００?？??功「．?．．．?ｎｗ４?１；°°?；Ｊ????＆Ｃ６?２０ＣＴ?２００Ｂ?２０３８?２０１Ｓ?２０１１?２０１２?２３１３?２０＂＝４?２ＣＳ５?ＳＯｉＢ?２０１７?２００６?２００７?２００９?２００９?２０１０?２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１Ｓ?２０１６?２０１７??年?８Ｗａ?＇Ｔ－?ｌ？／ａ??圖２－３瓦斯事故起數(shù)和死亡人數(shù)?圖２－４瓦斯事故死亡人數(shù)占事故死亡總數(shù)比重??由圖２－３和圖２４可知，瓦斯事故不斷，造成大量的人員傷亡和經(jīng)濟損??失，礦井瓦斯是煤礦安全生產(chǎn)的重大安全隱患之一。這些瓦斯事故中，特別??需要指出的是煤礦特別重大事故的發(fā)生，導致群死群傷，損失慘重，造成了??嚴重的社會影響［２１］。??在以瓦斯壓力為主導的煤與瓦斯突出過程中，伴隨有大量的粉煤和瓦斯??氣體產(chǎn)生


本文編號：3423365