煤田火灾温度场及应力场演化过程相似模拟实验研究

发布时间：2018-05-27 03:15

  本文选题：煤田火区 + 单轴压缩　； 参考：《西安科技大学》2017年硕士论文

【摘要】：现在煤田火灾的防治己是全世界广泛研究的热点和急需解决的重大难题。加强煤田火区形成演化过程的研究,实现煤田火灾非控燃烧特性的定性描述向定量表达的转化具有重要的意义。本文采用实验研究的方法,对火区煤岩体在热力耦合作用下的力学特性进行研究,确定适用于煤田火灾温度场及应力场演化的相似材料及其配比,通过相似模拟试验分析煤田火灾温度场和应力场的演化过程,主要的研究内容如下:运用MTS880电液伺服材料试验系统进行单轴压缩实验,实验分析活鸡兔火区煤岩体在热力耦合作用下的物理力学特征。在处理温度从常温升高到400℃时,岩样峰值应力由60.04MPa上升到77.36MPa,增幅达28.85%;在25℃-400℃之间,岩样峰值应变由0.762×10-2增加到1.458×10-2,增幅达91.3%;在处理温度由25℃升高到400℃的过程中,岩样弹性模量由4.86GPa增加到7.72GPa,增幅达58.8%;煤样峰值应力随温度先增大后减小,当煤样处理温度达到200℃时,峰值应力再次随处理温度增加而增大,当温度进一步增加后,又逐渐降低。从多角度对不同相似材料进行对比分析,运用正交实验方法研究适用于煤田火灾温度场和应力场演化的相似材料。实验结果表明铁粉添加量对试样导热系数的影响最显著,可以通过调节相似材料中铁粉的添加量来使模型与原型热相似;选择石英砂为骨料,选用石膏和大白粉作为胶结物。基于自主构建的煤田火灾温度场及应力场演化相似试验平台,通过试验得出:煤层中高温区域位于加热源正上方,煤层温度场经历了常温区、增温区、高温区和降温区的变化过程;上覆岩层高温区域位于岩层模型的中心处,温度变化规律与煤层类似,先升高后趋于平稳;模型中高应力区域主要位于燃烧区附近,并且高应力区域随着燃烧的推进而向前推进,但应力的变化规律与温度的变化规律并不完全一致;在温度场和应力场的共同作用下,模型上覆岩层中形成微破裂,随着燃烧的继续,这些微破裂将逐渐扩展,进而产生剪切断裂,最后发生垮落失稳的现象。
[Abstract]:The prevention and control of coalfield fire has become a hot spot and a major problem to be solved in the world. It is of great significance to strengthen the study on the formation and evolution process of the coal-field fire area and to realize the transformation from qualitative description to quantitative expression of the non-controlled combustion characteristics of the coal-field fire. In this paper, the mechanical properties of coal and rock mass under thermal coupling are studied by means of experimental study, and the similar materials and their proportions suitable for the evolution of temperature field and stress field in coal field are determined. The evolution process of temperature field and stress field of coal-field fire is analyzed by similar simulation test. The main contents are as follows: uniaxial compression experiment is carried out by using MTS880 electro-hydraulic servo material test system. The physical and mechanical characteristics of coal and rock mass under thermal coupling were analyzed experimentally. The peak stress of rock samples increased from 60.04MPa to 77.36 MPa from normal temperature to 400 鈩，

本文编号：1940179