气体孔隙压力和吸附作用下煤体有效应力的试验研究

发布时间：2024-06-05 20:18

　　煤是一种由孔隙和裂隙组成的双重孔隙介质,其中存在大量游离状态和吸附状态的煤层气。煤体变形受到游离态气体产生力学作用和吸附态气体产生吸附膨胀作用的双重影响。本文利用三轴固流耦合试验系统,使用3种不同气体(Ar、CO₂、CH₄)充当孔隙介质,在恒温恒压条件下测量不同孔隙压力引起煤体的轴向变形和径向变形。通过计算煤体的应力应变来研究孔隙气体引起煤体的变形效应及有效应力规律,进而分析气体孔隙压力和吸附作用这两种因素单独引起的煤体变形效应及有效应力规律。通过系统的实验与理论分析,获得如下结果:(1)应力约束下,煤体孔隙中的气体对煤体存在两种作用形式:游离态气体压力对固体骨架的力学作用和吸附态气体产生的吸附膨胀作用。孔隙气体压力相同时,煤体在游离态气体作用下产生的变形相同,而吸附态气体引起煤体的变形不同。(2)气体孔隙压力和吸附作用单独引起煤体的轴向变形和径向变形都随孔隙压的增大而增大,都近似为线性关系,且垂直于层理方向的变形大于平行于层理方向的变形。(3)当煤体孔隙为单相CH₄充满时,孔隙压力引起煤体的变形大于吸附作用引起煤体的变...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 煤层气的危害
        1.1.2 煤层气的价值与发展
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 瓦斯引起煤体变形的研究现状
        1.2.2 CO₂驱替煤层气的研究现状
    1.3 存在的问题
    1.4 研究内容与方法
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 研究方法
        1.4.3 技术路线
第二章 孔隙气体作用下煤体有效应力规律研究的实验
    2.1 实验系统及设备
        2.1.1 实验系统
        2.1.2 实验设备
    2.2 实验样品
        2.2.1 试样
        2.2.2 试样的制取
        2.2.3 试样的处理及保存
    2.3 实验方法及步骤
        2.3.1 实验方法
        2.3.2 实验步骤
    2.4 孔隙气体作用下煤体变形的试验方法
        2.4.1 煤的形成与结构
        2.4.2 煤体轴向应变的测量与计算
        2.4.3 煤体径向应变的测量与计算
    2.5 不同吸附气体作用的煤体变形实验结果
        2.5.1 煤体的轴向变形规律
        2.5.2 煤体的径向变形规律
        2.5.3 煤体的各向异性
    2.6 不同吸附气体作用下煤体有效应力规律的研究
        2.6.1 有效应力原理
        2.6.2 根据轴向变形计算有效应力系数
        2.6.3 根据体积变形计算有效应力系数
    2.7 小结
第三章 气体孔隙压作用下煤体有效应力规律研究
    3.1 游离气体赋存原理
        3.1.1 理想气体
        3.1.2 理想气体模型
        3.1.3 真实气体状态方程
    3.2 孔隙压力引起的煤体变形
    3.3 气体孔隙压作用下煤体的有效应力
    3.4 分析与讨论
    3.5 小结
第四章 气体吸附作用下煤体有效应力规律研究
    4.1 吸附态气体的赋存原理
        4.1.1 吸附原理
        4.1.2 影响吸附的因素
        4.1.3 煤吸附模型
    4.2 吸附作用引起的煤体变形
    4.3 吸附作用下煤体有效应力的研究
        4.3.1 根据轴向吸附变形计算有效应力系数
        4.3.2 根据体积吸附变形计算有效应力系数
    4.4 分析与讨论
    4.5 小结
第五章 吸附作用有效应力规律在CO₂驱替煤层CH₄的应用研究
    5.1 CO₂驱替CH₄的原理及方法
    5.2 CO₂驱替CH₄的煤层模型
    5.3 相同压力CO₂驱替煤层CH4

    5.4 高压力CO₂驱替煤层CH₄

    5.5 小结
第六章 结论及展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
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本文编号：3989888

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