采动影响下构造煤渗流特性及能耗特征研究
发布时间：2020-08-09 08:32
【摘要】：在地应力和瓦斯压力的作用下,构造软煤发育地带瓦斯含量高,能量迁移活跃,发生煤与瓦斯突出的潜在威胁大,是研究煤与瓦斯突出的重难点。采掘工程实践表明,在采掘前煤岩体处于三维应力平衡状态,在工作面开采过程中煤体经历围压卸载与轴压循环加卸载。因此,研究在采动应力影响下的构造煤的渗流特性及其能耗特征对于构造软煤的瓦斯抽采利用、煤层瓦斯渗透率的提高及煤与瓦斯突出的预防等具有十分重要的理论价值和实用意义。基于以上认识,本文以马兰矿8~#煤层南翼18506工作面构造煤为研究对象,利用WYS-800型电液伺服三轴瓦斯渗流装置,进行了常规三轴压缩及采动卸围压、轴向循环加卸载的含瓦斯构造型煤渗流试验,并结合能耗原理进行煤体渗流过程中的能耗特征分析,得出了以下主要结论:单轴压缩条件下,煤体强度及弹性模量随着加载速率的增大而减小;单轴加载速率越大,煤体达到破坏时释放的能量越多,煤体越容易破坏。固定围压条件下,随着瓦斯压力的增加,煤体渗透率呈现负指数函数减小的情况,但渗透率变化受瓦斯压力的影响程度逐渐减弱;随着瓦斯压力的增大,达到应力峰值时煤体吸收的总能量降低,弹性应变能减少,煤体耗散能增加。固定瓦斯压力条件下,随着围压的增大,煤体渗透率呈线性减小,达到峰值点时吸收的总能量、存储的弹性能及释放的耗散能增加;在屈服前煤体吸收能量主要转化为弹性能,渗透率逐渐减小;在屈服及破坏阶段,弹性能大量释放转变为耗散能,煤体渗透率持续增加。卸围压条件下,初始卸载围压越大,煤体破坏时就需要更多的能量,但卸围压条件下煤体达到峰值点破坏需要的能量要小于常规三轴压缩;基于耗散能的煤体损伤与渗透率演化关系大致可分为3个阶段:在卸围压前,煤体损伤缓慢增加,渗透率随损伤增加呈对数函数减小;在卸围压阶段,煤体损伤快速增加;煤体破坏后,损伤增加速率更快;卸围压后渗透率随损伤的增加呈指数函数增大。轴向分级循环加卸载条件下,?_1-?_1曲线呈现螺旋式上升,渗透率呈现螺旋式下降,在较低围压下渗透率-应变曲线出现交叉,随着加卸载次数的增加,渗透率绝对恢复率减小;随着分级加卸载上限应力的增大,煤体在加卸载过程中吸收的总能量、弹性能和耗散能均随着循环次数的增加而增加,煤体的损伤变量也在增大,但增加速率较缓;从循环加卸载阶段至煤体屈服点,渗透率随损伤增加呈对数函数减小,直至达到渗透率最低点;在屈服点至煤体破坏阶段,煤体损伤变量增加速率变快,渗透率随损伤的增加呈指数函数增大,煤体加速破坏。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD712
【图文】：
随着能源技术的不断发展和革新，我国的能源结构逐渐呈现多元化的发展“十三五”阶段大力发展新能源、可再生能源的的形势下，风能、太阳能、种清洁可靠能源的使用得到了强有力的支持和推动。根据巴黎气候变化协承诺，中国要在 2020 年将煤炭能源的消耗量降低到整个国家能源结构的，同时大力发展新能源，提高新能源的结构比重[1]，逐步降低对煤炭能源。据国家统计局 2018 年的能源数据显示（图 1-1），2018 年的煤炭消费国家的能源结构比重中占到 59%[2]，并且由于我国社会经济的快速发展，需求量巨大，带动了能源消费总量的快速增长，从而使得煤炭资源的消费持在较高的水平（图 1-2）[3]。因此，在未来很长的一段时间内，我国的仍将以煤炭为主，煤炭产业在整个社会发展上依旧具有不可替代性，依托源格局在短时间内难以发生根本性的改变，煤炭工业产业的发展仍需要持注。
图 1-2 能源消费结构演变及预测re 1-2 Evolution and prediction of energy consumption str产是煤炭行业快速、稳定发展的前提条件，但度较大，因此煤矿安全事故时有发生。由于井活动的影响下，封存在地下的瓦斯赋存平衡状而发生危险。据国家安监总局报告中显示，在矿安全事故的 57.3%[4]，随着深部开采的进行的治理形势必将更加严峻。在近年来的煤矿瓦事故中的死亡人数最多，所造成的事故后果最入，煤矿企业可用于瓦斯防治的针对性措施增故的发生并不能完全避免[6]，而我国大多数的斯矿井甚至突出矿井，因此加强对瓦斯灾害的生产效率具有关键意义。
图 2-1 Warren-Root 模型Figure 2-1 model of Warren-Root裂隙多孔介质，其内部孔隙大多是承受力化学作用后的产物进制分类，将煤层孔隙分为 4 类：表 2-1 孔隙分类标准Table 2-1 Classification standard of coal seam porosity大孔 中孔 过渡孔 >1000 100-1000 10-100 上的孔隙大多为直径 5 ~ 10um 的微孔，微孔比表面积的主要附着空间，过渡孔和中孔成为内部瓦斯的初始渗成为运移通道，有利于瓦斯渗流。孔隙结构对煤体内部瓦斯赋存状态、运动状态有着直接示，孔隙率的大小直接决定着煤体内瓦斯吸附解吸及
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD712
【图文】：
随着能源技术的不断发展和革新，我国的能源结构逐渐呈现多元化的发展“十三五”阶段大力发展新能源、可再生能源的的形势下，风能、太阳能、种清洁可靠能源的使用得到了强有力的支持和推动。根据巴黎气候变化协承诺，中国要在 2020 年将煤炭能源的消耗量降低到整个国家能源结构的，同时大力发展新能源，提高新能源的结构比重[1]，逐步降低对煤炭能源。据国家统计局 2018 年的能源数据显示（图 1-1），2018 年的煤炭消费国家的能源结构比重中占到 59%[2]，并且由于我国社会经济的快速发展，需求量巨大，带动了能源消费总量的快速增长，从而使得煤炭资源的消费持在较高的水平（图 1-2）[3]。因此，在未来很长的一段时间内，我国的仍将以煤炭为主，煤炭产业在整个社会发展上依旧具有不可替代性，依托源格局在短时间内难以发生根本性的改变，煤炭工业产业的发展仍需要持注。
图 1-2 能源消费结构演变及预测re 1-2 Evolution and prediction of energy consumption str产是煤炭行业快速、稳定发展的前提条件，但度较大，因此煤矿安全事故时有发生。由于井活动的影响下，封存在地下的瓦斯赋存平衡状而发生危险。据国家安监总局报告中显示，在矿安全事故的 57.3%[4]，随着深部开采的进行的治理形势必将更加严峻。在近年来的煤矿瓦事故中的死亡人数最多，所造成的事故后果最入，煤矿企业可用于瓦斯防治的针对性措施增故的发生并不能完全避免[6]，而我国大多数的斯矿井甚至突出矿井，因此加强对瓦斯灾害的生产效率具有关键意义。
图 2-1 Warren-Root 模型Figure 2-1 model of Warren-Root裂隙多孔介质，其内部孔隙大多是承受力化学作用后的产物进制分类，将煤层孔隙分为 4 类：表 2-1 孔隙分类标准Table 2-1 Classification standard of coal seam porosity大孔 中孔 过渡孔 >1000 100-1000 10-100 上的孔隙大多为直径 5 ~ 10um 的微孔，微孔比表面积的主要附着空间，过渡孔和中孔成为内部瓦斯的初始渗成为运移通道，有利于瓦斯渗流。孔隙结构对煤体内部瓦斯赋存状态、运动状态有着直接示，孔隙率的大小直接决定着煤体内瓦斯吸附解吸及
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本文编号：2786874
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