多场条件下煤瓦斯相互作用及对瓦斯运移的影响

发布时间：2020-11-17 20:57

　　 随着浅部资源的枯竭,我国越来越多的煤矿转向深部开采,面临复杂多场(高地温、高瓦斯压力、高地压)条件下的瓦斯治理问题,难以保证安全生产。论文以不同灰分煤样为研究对象,通过室内实验、理论分析、数值模拟,对多场条件下的煤瓦斯相互作用及其对瓦斯运移的影响进行了如下几个方面的研究:(1)研制了煤岩瓦斯吸附-膨胀变形显微观测装置,该装置可研究煤岩瓦斯在多场耦合条件下的吸附膨胀变形特性,并根据装置输出数据的形式特点,基于数字图像处理技术,借助MATLAB平台开发了吸附膨胀信息提取技术,两者结合使用实现非接触式的测量,可有效地避免现有应变测试方法中(如贴应变片需要熟练人工、胶水粘合导致表面裂纹被胶水和应变片固定乃至堵住)的弊端,有助于直观理解多物理场耦合条件下的吸附诱导膨胀变形特性,这种图形处理技术在其他领域亦具有广阔的工程运用前景。(2)结合煤岩瓦斯吸附-膨胀变形显微观测装置与吸附膨胀信息提取技术的使用,开展了不同瓦斯压力、温度下煤样的吸附实验,研究发现了不同瓦斯压力、温度和位移约束对不同灰分煤岩瓦斯吸附诱导应变产生的影响。煤样在相同瓦斯压力下的吸附膨胀应变分为:快速增长阶段、缓慢增长阶段、平衡阶段3三个阶段。自由吸附应变量呈现各向异性,随瓦斯压力上升而增大,随温度上升而减小;位移约束吸附实验中,低瓦斯压力下有约束膨胀量小于自由膨胀量,升高压力两者接近,这是因为部分外膨胀转为内膨胀,直至空间闭合,多余能量向非约束面方向做功。(3)分析现有等效模型中孔隙裂隙-渗透率关系,得出结论渗透率的变化由连通管道的管径变化与孔隙率的变化共同表征;结合不同灰分煤孔隙特征分析实验,通过将不同灰分煤样在粉碎破坏后的0.075mm以下细微颗粒至于高倍显微镜下观测的结果显示,两者具有一样的颗粒外观,大多是光滑细致的椭球体颗粒与球体颗粒的集合;基于上述实验结果,对比实现了等径球体无重叠随机堆积模型、随机径球体无重叠堆积模型与球体随机重叠堆积模型等模型的构建。(4)采用基于四参数生长方法的改进随机生长法,建立了可与COMSOL实现数据调用、交互的煤瓦斯运移通道表征模型,进行了渗流模拟实验。实现了孔隙尺度上的固热流两相流体渗流过程模拟,再现在微观尺度上的流动路径及流动过程。结果表明由于位移约束使煤基质内向膨胀,挤压裂隙孔隙空间,流体在孔道中的流速降低,渗透率下降;渗透率由数量少但孔径大的孔隙裂隙通道控制,流体在小孔径通道中的运移速度极低。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD712
【部分图文】：

重庆大学博士学位论文图 1.1 为 2004 年至 2016 年 12 年间我国煤矿事故死亡人数和百万吨死亡人数统计结果，从图 1.1 可知，我国研究者对瓦斯问题的研究成果对煤矿安全生产工作方面的指导效果显著，到 2009 年我国煤矿百万吨死亡率实现小于 1 的突破，死亡人数与百万吨死亡率均呈现出明显的下滑趋势，但是与发达国家之间还有很大的差距。据《经济参考报》2013 年 9 月报道，全球第二大煤炭生产国美国的百万吨死亡率竟长期控制在 0.1 以下。澳大利亚是全球第四大煤炭生产国和世界最大煤炭出口国，其百万吨死亡率也仅为 0.014。综上所述，与顶板、火灾、透水等事故相比较，瓦斯事故仍然是造成我国煤矿工人死亡的主要原因，虽然对煤瓦斯相互作用及其运移问题，前人成果已经显著了改善了我国煤矿安全工作环境，但随着开采深度增加，赋存条件的复杂，对其在深部环境下多物理场作用的研究依旧尤为重要。

重庆大学博士学位论文文献的书目记录，并用于发现一个领域用文献网络的分析框架如图 1.2[17]。通过数据源，剔除误选内容，形成初始内容大分组，而后对各自采用硬聚类的方式，对每个簇的引文信息包括标题、作者取名词短语做为标签。对引文采用奇异化。最后我们得到直观的引文网络。突知识领域可视化（knowledge domain vi与结构辨识的效果，同时为我们的科学

图 1.3 共引网络时序图。Fig.1.3. Time sequence map of the co-cited network.然虽然 SCI 刊物文献具有较高的研究价值，但对国内的研究依旧不时的数据接口问题无法实现 citespace 对国内文献的可视分析，在借计量可视化分析获得需要的数据如图 1.4、1.5。
【参考文献】

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本文编号：2887906