重塑煤体冻结的热力学性能研究
发布时间：2021-08-01 03:19
煤与瓦斯突出不仅严重地影响正常的采掘接替,而且还会造成重大的生命安全事故和巨大的物资财富损毁。在各种类型的煤与瓦斯突出中,石门揭煤的事故危害最为惨重。针对石门揭煤防突技术措施国内外进行了大量的工程实践,这一系列措施对石门揭煤消除突出危险性起到了重要的作用,但还存在两个问题:第一揭煤过程时间长;第二防治措施不到位而导致安全性不足。本文针对石门揭煤诱发煤与瓦斯突出三个主导因素（煤岩物理力学性能、瓦斯膨胀能和煤岩应力状态）的特征,提出冻结法石门揭煤的防突思想,基于理论分析、采取试验测试和数值模拟并用的方法,开展冷冻条件下重塑煤体（型煤）对瓦斯吸附解吸试验研究,揭示冻结条件下煤与瓦斯的动态响应特征;开展冻结条件下含水重塑煤体力学性能测试研究,揭示重塑煤体的力学参数变化规律;开展含水重塑煤体传热性能试验测试和数值模拟研究,揭示冷冻过程重塑煤体快速降温的时变特性。主要得出以下结论:（1）在程序控温下,随着煤芯温度降低,密闭空间瓦斯压力随温度的降低而减小;煤体冷冻降温,游离的瓦斯被煤体大量吸附;（2）温度和含水率对重塑煤样的抗压强度影响显著,在冻结温度下煤样试件的抗压强度和抗拉强度随冻结温度的降低都...
【文章来源】：河南理工大学河南省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
承压装置示意图
本文主要研究煤体在低温冷冻情况下的瓦斯影响响应特性、物理力学特性及过程中煤岩体温度的时变特性，其中主要包括：（1）冷冻过程煤-瓦斯影响响应特征研究采用高低温变频试验测试系统，通过对高低温交变试验箱进行温度的编程调进而控制煤样的温度变化，实现含瓦斯煤的降温吸附和升温解吸，测试冷冻环境斯的影响特性。（2）重塑煤体冻结下的强度测试研究① 不同冻结温度（6 个试验温度，25℃、0℃、-10℃、-20℃、-30℃、-40℃体抗压、抗拉、抗剪强度测试；② 不同含水率（6 个含水率，0%、0.6%、4%、8%、12%、16%）煤体抗压拉、抗剪强度测试；（3）钻孔低温液氮冻结煤体降温规律测试研究① 将颗粒煤放置于承压试验装置中（如图 1-1），用 AW-5000 的微机控制电服压力试验机加压加载（作用于承压盖子）至 3500KN，并稳压一段时间；
石门揭煤过程中发生的煤与瓦斯突出的突出强度大破坏力严重，而瓦斯压力是煤与瓦斯突出与否的一个重要影响因素，大量的研究表明，温度越高，瓦斯的解吸速度越快[112,41-48,112-118]。但在低温条件下，煤对瓦斯吸附量增大，将极大降低游离瓦斯压力[119-128]。为了考察含瓦斯煤样在降温-升温过程中煤样温度和瓦斯压力的变化规律，本章在冷冻环境中，采用程序控温的方法，对密封煤样罐内含瓦斯煤降温吸附与升温解吸过程进行试验测试研究。2.1 试验控制系统及试验方法2.1.1 试验装置与试验设置试验装置采用高低温变频试验测试系统，如图 2-1，含瓦斯煤冷冻变温试验中，通过对高低温交变试验箱进行温度的编程调节，进而控制煤样的温度变化，实现含瓦斯煤的降温吸附和升温解吸。通过多功能煤样罐内置的压力传感器及温度传感器，实现对煤样罐中心温度以及煤样罐内压力的实时监测，通过压力的变化来反应出煤体降温条件下的吸附规律和升温条件下的解吸规律。
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤岩体导热系数试验及单因子方差分析[J]. 周西华,高政波,李昂,白刚,徐丽娜,李艳飞. 安全与环境学报. 2017(04)
[2]低温环境下经验公式对颗粒煤瓦斯解吸描述的研究[J]. 祁晨君,王兆丰,谢策,岳高伟,李小军. 煤矿安全. 2016(10)
[3]低温对煤中瓦斯放散的抑制作用[J]. 王兆丰,谢策,祁晨君,岳高伟,李小军. 煤矿安全. 2016(06)
[4]降温促进煤体对瓦斯吸附效应的试验研究[J]. 岳高伟,王兆丰,谢策,李小军. 煤炭科学技术. 2016(04)
[5]液氮冻结对岩石抗拉及抗压强度影响试验研究[J]. 黄中伟,位江巍,李根生,蔡承政. 岩土力学. 2016(03)
[6]低温下煤岩体力学特性实验研究[J]. 张辛亥,张康,丁峰,万旭,郭戎. 煤矿安全. 2016(01)
[7]程序变温过程焦煤瓦斯吸附解吸差异性研究[J]. 任浩洋,王兆丰,岳高伟,李小军,谢策. 煤矿安全. 2016(01)
[8]饱水煤样巴西劈裂强度和能量特征试验研究[J]. 张辉,程利兴,苏承东,刘少伟. 中国安全生产科学技术. 2015(12)
[9]高低温环境下煤对瓦斯的吸附平衡及热力学研究[J]. 岳基伟,岳高伟,谢策. 矿业安全与环保. 2015(05)
[10]低温下温度对无烟煤瓦斯吸附能力的影响[J]. 谢策,王兆丰,康博. 煤炭技术. 2015(04)
博士论文
[1]中俄石油管道多年冻土物理力学性质试验研究及温度场数值分析[D]. 冷毅飞.吉林大学 2011
[2]石门揭煤过程煤与瓦斯突出的注液冻结防治理论及技术研究[D]. 谢雄刚.中南大学 2010
[3]构造煤演化与力化学作用[D]. 张玉贵.太原理工大学 2006
[4]煤层应力状态及煤与瓦斯突出防治研究[D]. 张国辉.辽宁工程技术大学 2005
硕士论文
[1]中俄原油管道多年冻土导热系数测试方法及比较研究[D]. 申向梁.吉林大学 2015
[2]类土质煤岩体力学特征及改良实验研究[D]. 朱传奇.安徽理工大学 2014
[3]南京地铁典型土层冻土热物理力学特性研究[D]. 孙谷雨.南京林业大学 2013
[4]低温对煤吸附甲烷及煤体力学性能影响的实验研究[D]. 刘辉.湖南科技大学 2010
[5]冻土导热系数的仪器研制和稳态法模拟试验研究[D]. 尹飞.吉林大学 2008
[6]上海软土二次冻融土工程性质试验研究[D]. 肖忠华.同济大学 2007
[7]煤巷掘进过程中煤与瓦斯突出机理的研究[D]. 蔡峰.安徽理工大学 2005
本文编号：3314735
【文章来源】：河南理工大学河南省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
承压装置示意图
本文主要研究煤体在低温冷冻情况下的瓦斯影响响应特性、物理力学特性及过程中煤岩体温度的时变特性，其中主要包括：（1）冷冻过程煤-瓦斯影响响应特征研究采用高低温变频试验测试系统，通过对高低温交变试验箱进行温度的编程调进而控制煤样的温度变化，实现含瓦斯煤的降温吸附和升温解吸，测试冷冻环境斯的影响特性。（2）重塑煤体冻结下的强度测试研究① 不同冻结温度（6 个试验温度，25℃、0℃、-10℃、-20℃、-30℃、-40℃体抗压、抗拉、抗剪强度测试；② 不同含水率（6 个含水率，0%、0.6%、4%、8%、12%、16%）煤体抗压拉、抗剪强度测试；（3）钻孔低温液氮冻结煤体降温规律测试研究① 将颗粒煤放置于承压试验装置中（如图 1-1），用 AW-5000 的微机控制电服压力试验机加压加载（作用于承压盖子）至 3500KN，并稳压一段时间；
石门揭煤过程中发生的煤与瓦斯突出的突出强度大破坏力严重，而瓦斯压力是煤与瓦斯突出与否的一个重要影响因素，大量的研究表明，温度越高，瓦斯的解吸速度越快[112,41-48,112-118]。但在低温条件下，煤对瓦斯吸附量增大，将极大降低游离瓦斯压力[119-128]。为了考察含瓦斯煤样在降温-升温过程中煤样温度和瓦斯压力的变化规律，本章在冷冻环境中，采用程序控温的方法，对密封煤样罐内含瓦斯煤降温吸附与升温解吸过程进行试验测试研究。2.1 试验控制系统及试验方法2.1.1 试验装置与试验设置试验装置采用高低温变频试验测试系统，如图 2-1，含瓦斯煤冷冻变温试验中，通过对高低温交变试验箱进行温度的编程调节，进而控制煤样的温度变化，实现含瓦斯煤的降温吸附和升温解吸。通过多功能煤样罐内置的压力传感器及温度传感器，实现对煤样罐中心温度以及煤样罐内压力的实时监测，通过压力的变化来反应出煤体降温条件下的吸附规律和升温条件下的解吸规律。
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤岩体导热系数试验及单因子方差分析[J]. 周西华,高政波,李昂,白刚,徐丽娜,李艳飞. 安全与环境学报. 2017(04)
[2]低温环境下经验公式对颗粒煤瓦斯解吸描述的研究[J]. 祁晨君,王兆丰,谢策,岳高伟,李小军. 煤矿安全. 2016(10)
[3]低温对煤中瓦斯放散的抑制作用[J]. 王兆丰,谢策,祁晨君,岳高伟,李小军. 煤矿安全. 2016(06)
[4]降温促进煤体对瓦斯吸附效应的试验研究[J]. 岳高伟,王兆丰,谢策,李小军. 煤炭科学技术. 2016(04)
[5]液氮冻结对岩石抗拉及抗压强度影响试验研究[J]. 黄中伟,位江巍,李根生,蔡承政. 岩土力学. 2016(03)
[6]低温下煤岩体力学特性实验研究[J]. 张辛亥,张康,丁峰,万旭,郭戎. 煤矿安全. 2016(01)
[7]程序变温过程焦煤瓦斯吸附解吸差异性研究[J]. 任浩洋,王兆丰,岳高伟,李小军,谢策. 煤矿安全. 2016(01)
[8]饱水煤样巴西劈裂强度和能量特征试验研究[J]. 张辉,程利兴,苏承东,刘少伟. 中国安全生产科学技术. 2015(12)
[9]高低温环境下煤对瓦斯的吸附平衡及热力学研究[J]. 岳基伟,岳高伟,谢策. 矿业安全与环保. 2015(05)
[10]低温下温度对无烟煤瓦斯吸附能力的影响[J]. 谢策,王兆丰,康博. 煤炭技术. 2015(04)
博士论文
[1]中俄石油管道多年冻土物理力学性质试验研究及温度场数值分析[D]. 冷毅飞.吉林大学 2011
[2]石门揭煤过程煤与瓦斯突出的注液冻结防治理论及技术研究[D]. 谢雄刚.中南大学 2010
[3]构造煤演化与力化学作用[D]. 张玉贵.太原理工大学 2006
[4]煤层应力状态及煤与瓦斯突出防治研究[D]. 张国辉.辽宁工程技术大学 2005
硕士论文
[1]中俄原油管道多年冻土导热系数测试方法及比较研究[D]. 申向梁.吉林大学 2015
[2]类土质煤岩体力学特征及改良实验研究[D]. 朱传奇.安徽理工大学 2014
[3]南京地铁典型土层冻土热物理力学特性研究[D]. 孙谷雨.南京林业大学 2013
[4]低温对煤吸附甲烷及煤体力学性能影响的实验研究[D]. 刘辉.湖南科技大学 2010
[5]冻土导热系数的仪器研制和稳态法模拟试验研究[D]. 尹飞.吉林大学 2008
[6]上海软土二次冻融土工程性质试验研究[D]. 肖忠华.同济大学 2007
[7]煤巷掘进过程中煤与瓦斯突出机理的研究[D]. 蔡峰.安徽理工大学 2005
本文编号：3314735
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/anquangongcheng/3314735.html
