基于热-流-固体系参数演变的煤与瓦斯突出能量演化
发布时间：2021-02-02 19:11
基于气固耦合作用条件下的煤与瓦斯突出物理模拟试验结果,分析了突出过程中的温度-气压-应力体系演化过程,从热力系统能量守恒的思想出发,探讨了突出过程中多变指数的实时演化,并根据动态变化的多变指数推导出了多变过程中的瓦斯膨胀能的计算方法,在此基础上讨论了突出过程中的能量释放问题。研究结果表明:煤体不同区域的应力变化在突出过程中共呈现3种类型,即:初始下降—波动升降—平稳回升型、初始上升—小幅下降—平稳回升型和小幅下降—平稳回升型;煤体内瓦斯压力变化过程呈现两种类型,即:初始下降—波动升降—平稳下降型与平稳下降型;煤体温度则在突出过程中表现为单一的持续下降过程。煤体卸压区和应力集中区在突出前期为定温-定压-定熵相互转换的多变过程,突出中期为定温过程,突出后期为定温-定压相互转换多变的过程;应力升高区在突出前期为定温-定压相互转换的多变过程,突出中期至后期主要表现为定温过程;原岩应力区在突出前期为定温-定压相互转换的多变过程,突出中期至后期处于一个定温-定压-定熵相互转换的多变过程。突出过程中煤体的弹性应变能释放主要来自于应力集中区和应力升高区,煤体内各区域的弹性应变能的释放都会经历一个下降随...
【文章来源】：煤炭学报. 2020,45(01)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
多场耦合煤矿灾害物理模拟试验系统
谢和平等[18]认为深部煤矿工作面前方煤体应力状态起始于准静水压力状态,随着工作面的推进,垂直应力由三向等压状态升高至峰值应力,而后进入卸压状态。基于此,考虑最大水平主应力与最小水平主应力之比为0.6,地应力相似比为12.0,瓦斯压力相似比为1.0[19-21]。试验过程中的应力加载方式如图2所示,其中各方向应力值见表1。表1 地应力加载方案Table 1 Geo-stress loading scheme MPa 瓦斯压力 垂直应力 水平应力一 水平应力二 σ11 σ12 σ13 σ14 σ2 σ31 σ32 σ33 σ34 2.0 2.0 3.0 4.0 1.0 2.0 1.2 1.8 2.4 0.6
图3为突出过程中煤体内不同区域的温度变化情况。其中D1～D4依次表示卸压区、应力集中区、过渡区和原岩应力区。由图3可知,突出过程中煤体温度持续降低,其中卸压区的温度降低最快,其次为应力集中区和应力升高区,而原岩应力区的温度下降速度最慢。同时,就温度下降量而言,在突出持续至前10 s内,也表现为越靠近工作面附近的煤体温度下降量越高。在突出持续至4 s时,温度下降速率变缓。另外,由于靠近工作面区域的动力现象更加明显,温度下降速度快,导致煤体同一区域不同测点的温度下降量差异性偏小。而在远离工作面的应力升高区和原岩应力区,同一区域的不同测点的温度仍然存在一定的差异性。突出过程中煤体内不同区域的温度变化过程存在的差异性是瓦斯膨胀、气体解吸和煤体弹性能释放综合作用的结果。2.1.2 瓦斯压力的演化特征
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤炭精准开采地质保障与透明地质云计算技术[J]. 卢新明,阚淑婷. 煤炭学报. 2019(08)
[2]煤炭精准开采地质保障技术的发展现状及展望[J]. 袁亮,张平松. 煤炭学报. 2019(08)
[3]深部近距离煤层群采动力学行为探索[J]. 彭高友,高明忠,吕有厂,张瑞皋,谢晶,刘强,何志强,陆彤,杨本高. 煤炭学报. 2019(07)
[4]基于气体驱动煤与瓦斯突出试验系统的研制与应用[J]. 陈结,潘孝康,姜德义,袁曦,蒋翔,范金洋. 煤炭学报. 2018(S2)
[5]煤与瓦斯突出能量预测模型及其在平煤矿区的应用[J]. 李成武,付帅,解北京,张明杰,董利辉,王菲茵,薛洪来. 中国矿业大学学报. 2018(02)
[6]煤与瓦斯突出的地质动力系统失稳判据研究[J]. 罗明坤,范超军,李胜,杨振华,张浩浩,杨鸿智,兰天伟. 中国矿业大学学报. 2018(01)
[7]基于应力与围岩分类的冲击地压危险性评价研究[J]. 姜福兴,刘懿,翟明华,郭信山,温经林,刘心广,马幸福. 岩石力学与工程学报. 2017(05)
[8]煤与瓦斯突出物理模拟相似准则建立与分析[J]. 张庆贺,袁亮,王汉鹏,康建宏,李术才,薛俊华,周伟,张德民. 煤炭学报. 2016(11)
[9]不同开采方式下煤岩应力场-裂隙场-渗流场行为研究[J]. 谢和平,张泽天,高峰,张茹,高明忠,刘建锋. 煤炭学报. 2016(10)
[10]煤与瓦斯突出、冲击地压复合动力灾害一体化研究[J]. 潘一山. 煤炭学报. 2016(01)
博士论文
[1]叠置含气系统煤层气开采制度优化及注二氧化碳增产机理研究[D]. 张超林.重庆大学 2018
[2]煤与瓦斯突出能量分析及其物理模拟的相似性研究[D]. 张庆贺.山东大学 2017
硕士论文
[1]含瓦斯煤成型条件优化及煤层气开采物理模拟试验研究[D]. 苏小鹏.重庆大学 2014
本文编号：3015226
【文章来源】：煤炭学报. 2020,45(01)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
多场耦合煤矿灾害物理模拟试验系统
谢和平等[18]认为深部煤矿工作面前方煤体应力状态起始于准静水压力状态,随着工作面的推进,垂直应力由三向等压状态升高至峰值应力,而后进入卸压状态。基于此,考虑最大水平主应力与最小水平主应力之比为0.6,地应力相似比为12.0,瓦斯压力相似比为1.0[19-21]。试验过程中的应力加载方式如图2所示,其中各方向应力值见表1。表1 地应力加载方案Table 1 Geo-stress loading scheme MPa 瓦斯压力 垂直应力 水平应力一 水平应力二 σ11 σ12 σ13 σ14 σ2 σ31 σ32 σ33 σ34 2.0 2.0 3.0 4.0 1.0 2.0 1.2 1.8 2.4 0.6
图3为突出过程中煤体内不同区域的温度变化情况。其中D1～D4依次表示卸压区、应力集中区、过渡区和原岩应力区。由图3可知,突出过程中煤体温度持续降低,其中卸压区的温度降低最快,其次为应力集中区和应力升高区,而原岩应力区的温度下降速度最慢。同时,就温度下降量而言,在突出持续至前10 s内,也表现为越靠近工作面附近的煤体温度下降量越高。在突出持续至4 s时,温度下降速率变缓。另外,由于靠近工作面区域的动力现象更加明显,温度下降速度快,导致煤体同一区域不同测点的温度下降量差异性偏小。而在远离工作面的应力升高区和原岩应力区,同一区域的不同测点的温度仍然存在一定的差异性。突出过程中煤体内不同区域的温度变化过程存在的差异性是瓦斯膨胀、气体解吸和煤体弹性能释放综合作用的结果。2.1.2 瓦斯压力的演化特征
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤炭精准开采地质保障与透明地质云计算技术[J]. 卢新明,阚淑婷. 煤炭学报. 2019(08)
[2]煤炭精准开采地质保障技术的发展现状及展望[J]. 袁亮,张平松. 煤炭学报. 2019(08)
[3]深部近距离煤层群采动力学行为探索[J]. 彭高友,高明忠,吕有厂,张瑞皋,谢晶,刘强,何志强,陆彤,杨本高. 煤炭学报. 2019(07)
[4]基于气体驱动煤与瓦斯突出试验系统的研制与应用[J]. 陈结,潘孝康,姜德义,袁曦,蒋翔,范金洋. 煤炭学报. 2018(S2)
[5]煤与瓦斯突出能量预测模型及其在平煤矿区的应用[J]. 李成武,付帅,解北京,张明杰,董利辉,王菲茵,薛洪来. 中国矿业大学学报. 2018(02)
[6]煤与瓦斯突出的地质动力系统失稳判据研究[J]. 罗明坤,范超军,李胜,杨振华,张浩浩,杨鸿智,兰天伟. 中国矿业大学学报. 2018(01)
[7]基于应力与围岩分类的冲击地压危险性评价研究[J]. 姜福兴,刘懿,翟明华,郭信山,温经林,刘心广,马幸福. 岩石力学与工程学报. 2017(05)
[8]煤与瓦斯突出物理模拟相似准则建立与分析[J]. 张庆贺,袁亮,王汉鹏,康建宏,李术才,薛俊华,周伟,张德民. 煤炭学报. 2016(11)
[9]不同开采方式下煤岩应力场-裂隙场-渗流场行为研究[J]. 谢和平,张泽天,高峰,张茹,高明忠,刘建锋. 煤炭学报. 2016(10)
[10]煤与瓦斯突出、冲击地压复合动力灾害一体化研究[J]. 潘一山. 煤炭学报. 2016(01)
博士论文
[1]叠置含气系统煤层气开采制度优化及注二氧化碳增产机理研究[D]. 张超林.重庆大学 2018
[2]煤与瓦斯突出能量分析及其物理模拟的相似性研究[D]. 张庆贺.山东大学 2017
硕士论文
[1]含瓦斯煤成型条件优化及煤层气开采物理模拟试验研究[D]. 苏小鹏.重庆大学 2014
本文编号：3015226
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