發(fā)布時間：2020-10-12 03:01

　　 煤彈性是反映煤的物質組分和結構的重要力學參數(shù)之一,利用超聲波測試技術獲取煤樣的超聲彈性參數(shù)來了解煤的物理力學性質和結構特征,具有方向感好、指向性強和穿透能力突出的優(yōu)點;同時,在鉆孔和測井等的約束下,運用原位震波測試獲取煤層的地震彈性特征以反映其物性等,對于煤與瓦斯突出危險性預測和煤層氣儲層評價及開發(fā)具有重要的理論和工程指導意義。目前,室內煤巖超聲實驗主要針對單相固體煤巖展開。故本文開展了含瓦斯煤氣固耦合兩相介質的超聲彈性特征的相關研究,并在煤樣采集地點所在突出煤層巷道開展了突出煤體原位震波對比試驗,具有重要的理論和實踐指導價值。本文以理論分析、巖石物理實驗、現(xiàn)場試驗為研究方法,獲取了含瓦斯煤樣的超聲彈性參數(shù)和突出煤體原位震波彈性參數(shù),其主要研究成果如下:(1)確定了陽煤礦區(qū)新景礦8#、9#、15#三種煤樣的達到氣體吸附平衡狀態(tài)的時間。通過開展8#、9#、15#三種煤樣在1MPa瓦斯壓力情況下不同吸附時長對煤樣彈性參數(shù)的影響研究,最終確定8#、9#、15#三種煤樣達到吸附平衡狀態(tài)的時間均為16h。(2)揭示了8#、9#、15#三種煤樣超聲彈性特征及波速各向異性在不同瓦斯壓力條件下的變化規(guī)律。隨著瓦斯壓力的升高,三種煤樣的縱橫波速度都呈現(xiàn)出先上升再下降的趨勢,而速度比與泊松比卻呈現(xiàn)出先下降再上升的趨勢,區(qū)別在于8#煤四種彈性參數(shù)變化趨勢的壓力轉折點出現(xiàn)在0.6Mpa,而9#、15#兩種煤樣出現(xiàn)在0.2MPa;同時四種彈性參數(shù)在走向、傾向和垂向之間依次降低,表現(xiàn)出強各向異性特征,而瓦斯的存在削弱了這種強各向異性趨勢,其中縱波各向異性大小和下降幅度均要大于橫波,表明縱波波速各向異性對瓦斯壓力的變化反應更為敏感。(3)揭示了煤樣采集地點所在巷道煤體的震波彈性特征、瓦斯解析指標K1值和堅固性系數(shù)之間的相關規(guī)律。隨著解吸指標K1值的升高,縱橫波速度呈下降的趨勢。各煤層巷道煤體堅固性系數(shù)f與煤體縱橫波速度之間有良好的正相關性,而煤體堅固性系數(shù)f與縱橫波速度比之間顯示出具有良好的負相關性。突出煤體原位測試的震波特征變化規(guī)律和含瓦斯煤樣的超聲彈性特征變化規(guī)律整體趨勢上具有一致性,并且原位震波測試中煤體堅固性系數(shù)f、瓦斯?jié)舛�、縱橫波波速三者的變化規(guī)律可以為含瓦斯煤超聲彈性特征變化規(guī)律機理層面的探討和解釋提供一些指導,也是就瓦斯的存在,導致煤體強度降低,這種作用最終也導致了煤體縱橫波等彈性參數(shù)的下降。
【學位單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TQ531.4
【部分圖文】：

Gas-Bearing Coal為了研究含瓦斯煤體的超聲彈性特征，首先進行實驗前期準備工作，包括煤樣的采集和制備、實驗設備的調試等，最后確定實驗方案，進行實驗。3.1 煤 樣 采 集 及 樣 品 制 備 （ Coal Sample Collection and SamplePreparation）本論文的樣品收集于中國陽泉礦區(qū)新景礦的掘進工作面（圖 3-1）。陽泉礦區(qū)是我國重要的無煙煤基地之一，也在進行煤層氣資源的大規(guī)模開發(fā)。該地區(qū)年瓦斯涌出量約占全國瓦斯涌出總量的六分之一，其煤層多為突出煤層。本文所用煤樣均取自新出露的掘進工作面直徑大于 300 mm 的 8#、9#、15#煤樣，在井下用紙和黑色塑料袋包裹和密封，然后運送到地面。根據(jù)煤巖實驗標準[73]，將煤塊加工成 50*50*50 mm3的方形煤樣。然后用砂紙打磨和平整每個表面，以盡可能避免二次損壞，直到滿足樣品要求。接下來，對樣品進行研磨，直到兩端表面的不平行度小于 0.05 mm。最后，加工成 9 塊標準煤試樣，如圖 3-2 所示。

14圖 3-2 煤樣采集及制備Figure 3-2 Schematic diagram of coal samples acquisition.行煤層層理的兩個方向，即沿煤層走向 x、傾向 y，z 量煤樣的尺寸，用排水法測量煤樣視密度[74]，并且附常數(shù) a、b 值[75]，煤樣基本參數(shù)見表 3-1。

圖 3-3 三種煤樣氣體吸附量和等梯度加壓圖示aphic charts of gas adsorption volume and equal gradient pressure for th性特征定性表征（Qualitative characterization ics）一種非均勻的各向異性沉積礦物，其內部空間組構多夾雜著結核。煤體顆粒內部裂隙、孔洞等的密度與裂隙、孔洞外的為了更好的定性、定量解釋煤樣本身的結構非均勻性和各向的三維 X 射線掃描成像。具體實驗是在中國礦業(yè)大學現(xiàn)代分Versa 型號的高分辨三維 X 射線顯微成像系統(tǒng)(3D－XRM)上素，目前僅對試驗樣品為#8-1 煤樣進行了測試�，F(xiàn)場測試如 3-3。表 3-3 CT 掃描參數(shù)Table 3-3 CT scanning test parameters壓/kv 電流/uA 圖像大小 曝光時間/s 像素大小 試樣80 87 1004*1024 6 50.17 50
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本文編號：2837536