本文關(guān)鍵詞：煤與瓦斯突出模擬的材料及系統(tǒng)相似性研究

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【摘要】：煤與瓦斯突出物理模擬試驗(yàn)是研究突出機(jī)理的有效手段,本文通過現(xiàn)場資料總結(jié)、理論分析、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、數(shù)值模擬的方法,進(jìn)行了突出煤與煤與瓦斯突出特征、煤與瓦斯突出原型幾何尺寸、相似模型幾何尺寸、力學(xué)加載系統(tǒng)、相似材料配比方法及相似模型制作工藝等研究,為相似模擬相似性提供了保障。得到了如下主要研究結(jié)論：(1)通過煤與瓦斯突出現(xiàn)場資料及現(xiàn)有研究成果的統(tǒng)計(jì)分析,得到突出煤層具有結(jié)構(gòu)破壞程度高、孔隙發(fā)達(dá)、比表面積龐大、吸附瓦斯性能強(qiáng)、解吸速度快、滲透性和抗壓強(qiáng)度低等特征；而突出孔洞的口小腔大、拋出煤巖量、伴隨大量瓦斯涌出的特征是煤與瓦斯突出區(qū)別于其他煤巖動(dòng)力災(zāi)害的重要特征。(2)采用量綱分析法推導(dǎo)了基于“煤與瓦斯突出力學(xué)作用機(jī)理”的煤與瓦斯突出相似準(zhǔn)則,得到了幾何相似、載荷和材料性質(zhì)相似、瓦斯賦存和瓦斯涌出參數(shù)相似的統(tǒng)一相似準(zhǔn)則,為煤與瓦斯突出相似模擬材料及系統(tǒng)相似性研究奠定了基礎(chǔ)。(3)推導(dǎo)得出了典型煤與瓦斯突出原型幾何尺寸為深度12.3m、寬度6.5m、突出孔洞口直徑0.68m,研究了突出相似模擬系統(tǒng),包括相似模型幾何尺寸、力學(xué)加載系統(tǒng)加載能力及剛度、含瓦斯煤賦存系統(tǒng)承壓能力、突出口開啟誘發(fā)突出方式等,保證了相似模擬的幾何相似、力學(xué)加載相似。研究成果指導(dǎo)構(gòu)建了相似試驗(yàn)系統(tǒng)。(4)選擇碎煤、水泥、活性炭、沙子和水作為相似材料的原料,采用均勻試驗(yàn)方法,研究了相似材料單軸抗壓強(qiáng)度、堅(jiān)固性系數(shù)、彈性模量、密度等物理力學(xué)性質(zhì)與原材料比例間的量化關(guān)系；同時(shí)通過相似材料吸附解吸參數(shù)測試、滲透性試驗(yàn)、試驗(yàn)考察尺度效應(yīng)及保壓時(shí)間對相似材料試件力學(xué)強(qiáng)度的影響,得到了突出模擬相似材料配比方法與模型制作工藝,保證了煤與瓦斯突出相似模擬材料性質(zhì)與運(yùn)動(dòng)的相似性。(5)根據(jù)研制的煤與瓦斯突出相似模型試驗(yàn)系統(tǒng)及相似材料參數(shù),建立了固—?dú)怦詈系臄?shù)值模型,應(yīng)用RFPA2D Gas-Flow、Fluent模擬軟件及試驗(yàn)系統(tǒng)研究了煤與瓦斯突出孕育、發(fā)生發(fā)展、停止的過程,以及煤與瓦斯流在巷道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,得到了突出參數(shù)的時(shí)、空演化規(guī)律,驗(yàn)證了突出模擬系統(tǒng)及相似材料的相似性以及為煤與瓦斯突出相似模擬試驗(yàn)提供了指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：煤與瓦斯突出 相似準(zhǔn)則 相似系統(tǒng) 相似材料 物理力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD713
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-21
• 1 緒論21-40
• 1.1 選題背景及意義21-23
• 1.2 文獻(xiàn)綜述23-37
• 1.2.1 相似材料與相似模型23-24
• 1.2.2 煤與瓦斯突出機(jī)理及研究方法24-26
• 1.2.3 煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)及相似材料研究26-36
• 1.2.4 存在的問題36-37
• 1.2.5 發(fā)展方向37
• 1.3 主要研究內(nèi)容37-38
• 1.4 研究方法與技術(shù)路線38-40
• 1.4.1 研究方法38
• 1.4.2 技術(shù)路線38-40
• 2 突出煤及煤與瓦斯突出特征40-57
• 2.1 突出煤物理力學(xué)特征40-45
• 2.2 煤與瓦斯突出孔洞特征45-49
• 2.2.1 突出孔洞統(tǒng)計(jì)特征45-47
• 2.2.2 代表性突出孔洞實(shí)例47-49
• 2.3 煤與瓦斯突出其它特征49-53
• 2.4 煤與瓦斯突出發(fā)生的一般規(guī)律53-55
• 2.5 本章小結(jié)55-57
• 3 煤與瓦斯突出相似準(zhǔn)則研究57-72
• 3.1 相似原理57-58
• 3.2 煤與瓦斯突出力學(xué)作用機(jī)理58-61
• 3.2.1 煤與瓦斯突出的演化流程58-60
• 3.2.2 煤與瓦斯突出激發(fā)的失穩(wěn)機(jī)制60
• 3.2.3 煤與瓦斯突出發(fā)展階段煤的破壞機(jī)制60-61
• 3.2.4 煤與瓦斯突出的暫停、再次激發(fā)和終止機(jī)制61
• 3.3 煤與瓦斯突出相似準(zhǔn)則推導(dǎo)61-70
• 3.3.1 支配突出現(xiàn)象的物理法則61-64
• 3.3.2 基于力學(xué)作用機(jī)理的突出模擬相似法則64-70
• 3.4 本章小結(jié)70-72
• 4 煤與瓦斯突出相似系統(tǒng)研究72-90
• 4.1 相似模型幾何尺寸研究72-78
• 4.1.1 突出孔洞尺寸確定72-74
• 4.1.2 煤與瓦斯突出原型幾何參數(shù)研究74-76
• 4.1.3 煤與瓦斯突出相似模型研究76-78
• 4.2 力學(xué)加載系統(tǒng)研究78-82
• 4.2.1 煤與瓦斯突出力學(xué)加載能力78-79
• 4.2.2 力學(xué)加載設(shè)備防沖擊性研究79-81
• 4.2.3 力學(xué)加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式及垂直力學(xué)加載方式81-82
• 4.3 含瓦斯煤賦存系統(tǒng)承壓能力82-83
• 4.4 突出口開啟誘發(fā)突出方式83-84
• 4.5 監(jiān)測系統(tǒng)84-87
• 4.5.1 導(dǎo)線布置及密封性84-85
• 4.5.2 監(jiān)測系統(tǒng)85-87
• 4.6 煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建87-89
• 4.7 本章小結(jié)89-90
• 5 煤與瓦斯突出模擬材料相似性試驗(yàn)研究90-129
• 5.1 突出模擬相似材料配比試驗(yàn)研究思路90
• 5.2 原料選擇及配比確定原則90-96
• 5.2.1 相似材料原料的選擇原則90-91
• 5.2.2 突出模擬相似材料原料選擇91-94
• 5.2.3 相似材料配比的確定原則94-96
• 5.3 試驗(yàn)設(shè)備及工藝96-98
• 5.3.1 試驗(yàn)環(huán)境96
• 5.3.2 試驗(yàn)設(shè)備96-97
• 5.3.3 突出模擬相似材料配比工藝97-98
• 5.4 膠結(jié)料比例與相似材料物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)研究98-104
• 5.4.1 相似材料原料配比98-99
• 5.4.2 試驗(yàn)過程及結(jié)果99-104
• 5.5 相似材料均勻配比試驗(yàn)104-113
• 5.5.1 均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)104-106
• 5.5.2 試驗(yàn)過程及結(jié)果106-109
• 5.5.3 試驗(yàn)結(jié)果分析109-113
• 5.6 相似材料吸附解吸性能相似性研究113-119
• 5.6.1 相似材料吸附性能相似性試驗(yàn)研究113-118
• 5.6.2 相似材料解吸性能試驗(yàn)研究118-119
• 5.7 突出模擬相似材料合理配比119-120
• 5.8 大型相似模擬模型制作工藝試驗(yàn)研究120-127
• 5.8.1 相似材料成型邊界效應(yīng)對比考察研究121-124
• 5.8.2 保壓時(shí)間與相似材料強(qiáng)度試驗(yàn)研究124-127
• 5.9 本章小結(jié)127-129
• 6 煤與瓦斯突出數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究129-149
• 6.1 煤與瓦斯突出數(shù)值模擬129-137
• 6.1.1 RFPA~(2D)-Gasflow工作原理129-133
• 6.1.2 數(shù)值模型建立133-134
• 6.1.3 煤與瓦斯突出模擬結(jié)果及分析134-137
• 6.2 煤-瓦斯兩相流數(shù)值模擬及試驗(yàn)137-147
• 6.2.1 Fluent工作原理138-141
• 6.2.2 數(shù)值模型建立141
• 6.2.3 煤-瓦斯兩相流數(shù)值模擬結(jié)果及分析141-146
• 6.2.4 煤-瓦斯兩相流試驗(yàn)研究146-147
• 6.3 本章小結(jié)147-149
• 7 結(jié)論及展望149-153
• 7.1 主要結(jié)論149-151
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)151-152
• 7.3 展望152-153
• 參考文獻(xiàn)153-162
• 致謝162-163
• 作者簡介及讀研期間主要科研成果163-164

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：522683