煤粉化驱动瓦斯放散机理及突出预测方法研究

发布时间：2021-10-08 03:43

　　煤与瓦斯突出一直是矿井安全生产领域研究的热点、重点和难点问题。在以瓦斯压力为主导的煤与瓦斯突出过程中,煤粉化能够驱动瓦斯快速放散,推动和加剧了突出的发生发展。本文基于断裂力学、弹性损伤力学以及气体流动理论,采用理论分析、实验研究和数值模拟等方法,对煤粉化驱动瓦斯放散机理及突出预测方法进行研究。通过研究煤粉化对瓦斯突出的作用机理,耦合了卸压时间和孔隙压力变化的影响,以菲克扩散定律、弹性损伤力学以及Griffith断裂准则为理论基础,研究了煤粉化破坏机理及其主要影响因素,构建了孔隙瓦斯压力变化模型、孔隙扩展破坏临界判别模型、孔隙扩展方向判别模型以及煤粉化气固耦合破坏模型。研制了煤粉化破坏实验平台,选用5种不同瓦斯压力,对不同粒径煤样进行了煤粉化实验,分析和研究了不同瓦斯压力、煤体粒径和卸压时间对煤粉化效果的影响以及煤样粉化前后的特征变化。结果表明瓦斯压力越大,卸压时间越短,煤粉化强度、分散度和瓦斯放散量越大。采用RFPA岩石破裂过程分析软件对不同压力相同孔隙、相同压力不同孔隙以及多孔隙平行和倾斜布置的煤粉化破坏过程进行了模拟研究。结果表明煤体孔隙总是沿着长轴方向扩展,瓦斯压力越大、孔隙孔径... 

【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：144 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图２－１我国煤炭资源分布图

２．１研究背景及意义??煤炭被人们誉为工业的食粮，是我国经济发展中的主要基础能源之一，??具有不可或缺的重要地位。ｇ国煤炭资源丰富，空间分布广泛，如图２－１所??示，３１个省级行政区除上海外，３０个省（区、市）均有煤炭赋存。截至到２０１５??年我国煤炭资源储量５．９万亿吨占一次能源总量的９４．２２％，而石油、天然气??不足６％，如图２－２所示，由此可见，我国能源资源显著特点是“富煤、贫油、??少气”?尽管我国煤炭资源总量丰厚，但是人均偏低、分布不均，具有埋??藏较深、条件复杂和开采难度大等特点。??＾?２．７３％?３．０５％?１?煤炭??１?．．．，一？石油??条?ｆ?虐??［：ｒ?…＾??图２－１我国煤炭资源分布图?图２－２我国能源赋存结构图??由于当前环境问题的制约，开发和利用清洁能源越来越被人们所重视，??煤炭资源可开发利用的比重有所下降，但据综合权威机构研宄，到２０２０、２０３０、??２０５０年煤炭在我国一次能源消费结构中的比重

??显，如图２－３所示。瓦斯事放死亡人数占事故死亡总数的比重，如图２－４所??示，平均约为２８．３６％。??２６Ｄ?１２００?３３????汹．％?丨一感…广／?＼?／??２０９！＂?％?，９〇〇?聚?３０?？?／?＼?／??２?２９?．?／??「？彳?＃?ｊ??Ｉ１－?ｒ々．＇＇?丨??择⑶－?ｘ＼?１６００?？?￥２７?■?＼?；?＼?／＼?Ｉ??：，：：?Ｘ?－?＼?／?ＶＡ?／??＾?－？〇?Ｗ２Ｓ．?＼／?Ｖ．??…?１?５００?？??功「．?．．．?ｎｗ４?１；°°?；Ｊ????＆Ｃ６?２０ＣＴ?２００Ｂ?２０３８?２０１Ｓ?２０１１?２０１２?２３１３?２０＂＝４?２ＣＳ５?ＳＯｉＢ?２０１７?２００６?２００７?２００９?２００９?２０１０?２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１Ｓ?２０１６?２０１７??年?８Ｗａ?＇Ｔ－?ｌ？／ａ??图２－３瓦斯事故起数和死亡人数?图２－４瓦斯事故死亡人数占事故死亡总数比重??由图２－３和图２４可知，瓦斯事故不断，造成大量的人员伤亡和经济损??失，矿井瓦斯是煤矿安全生产的重大安全隐患之一。这些瓦斯事故中，特别??需要指出的是煤矿特别重大事故的发生，导致群死群伤，损失惨重，造成了??严重的社会影响［２１］。??在以瓦斯压力为主导的煤与瓦斯突出过程中，伴随有大量的粉煤和瓦斯??气体产生


本文编号：3423365