水分对煤瓦斯解吸性能及力学特性的影响研究

发布时间：2017-06-17 13:10

  本文关键词：水分对煤瓦斯解吸性能及力学特性的影响研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤层开采过程中,难以避免水分的影响,为保证突出煤层的安全高效开采,研究水分对煤瓦斯解吸和力学特性的影响具有重要意义。本文以卧龙湖煤矿8101涌水工作面的为研究背景,综合运用理论分析、实验室实验、数值模拟、现场验证等研究手段,探讨水分对煤瓦斯解吸性能及煤体力学特性的影响,并通过现场瓦斯数据和数值模拟考察,说明水分对工作面瓦斯解吸以及应力分布的影响,为相似地质条件煤层开采提供技术参考。为了研究水分对煤瓦斯解吸性能的影响,本文采用煤矿瓦斯治理国家工程研究中心的高压吸附-注水-搅拌-解吸测试装置,该仪器解决了先吸附平衡后注水解吸的难题。实验表明,水对煤中吸附瓦斯具有置换解吸作用和抑制解吸作用,并通过工作面实际瓦斯涌出规律和瓦斯解吸量进行了验证。置换解吸作用表明:不同瓦斯吸附平衡压力下,瓦斯置换量与水分含量变化关系相似,即水分含量越大,水分对煤中吸附瓦斯的置换量越大,当水分含量达到9%~11%时,水分对瓦斯的置换量能达到25%~35%,超过11%后,再增加水分含量对置换量的影响将不再明显。抑制解吸作用表明:不同瓦斯吸附平衡压力下,瓦斯解吸量与水分含量变化关系相似,即水分含量越大,瓦斯解吸量越小,且存在极限值,当水分含量达到9%~11%之间时,水分对120 min瓦斯解吸抑制效率在45%~55%之间。通过不同水分含量下的型煤力学实验,得到了水分对型煤力学特性参数的影响规律,即随着水分含量的增大,抗压强度降低,峰值应变增加,弹性模量降低,摩擦角和内聚力也逐渐降低;抗压强度、峰值应变、弹性模量、内聚力与水分含量均呈指数变化关系,摩擦角与水分含量呈线性变化关系;围压越大,水分含量对抗压强度、峰值应变和弹性模量的影响越大。现场瓦斯数据表明,增大煤体水分含量,煤体中吸附瓦斯首先会受到置换解吸作用影响,部分吸附瓦斯被置换成为游离瓦斯提前释放,当工作面煤体卸压或者采落时,煤体瓦斯降压解吸将受到抑制作用,使得润湿煤体的瓦斯解吸量和解吸速度小于干燥煤体,减少工作面落煤瓦斯涌出。为了研究水分改变煤体力学特性对工作面应力分布演化造成的影响,采用FLAC3D数值模拟手段,分析煤层在围压4 MPa时不同水分含量区域的开挖情况,结果表明,由于水分的影响,煤层的力学性质产生变化,工作面前方含水区域相比于开切眼附近的正常区域,卸压带宽度出现了不同程度的增大,最大垂直应力向煤壁深处转移。
【关键词】：瓦斯 水分 解吸 力学特性
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-17
• 变量注释表17-18
• 1 绪论18-24
• 1.1 研究目的与意义18-19
• 1.2 国内外研究现状及存在的问题19-23
• 1.3 主要研究内容与技术路线23-24
• 2 试验煤样物性参数测定及煤层瓦斯赋存特征24-31
• 2.1 试验矿井基本概况24-27
• 2.2 煤的基本物性参数测定27-29
• 2.3 煤层瓦斯赋存特征29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 水分对煤瓦斯解吸性能的影响31-42
• 3.1 实验方法31-33
• 3.2 实验参数优化33-36
• 3.3 注水解吸实验结果及分析36-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 水分对煤力学特性的影响42-59
• 4.1 力学实验简介42-45
• 4.2 实验方法45-48
• 4.3 力学实验结果及分析48-58
• 4.4 本章小结58-59
• 5 工作面涌水对煤体瓦斯解吸和应力分布的影响59-74
• 5.1 8101 工作面概况59-60
• 5.2 8101 工作面水源分析及含水率测定60-63
• 5.3 水分对煤瓦斯解吸性能影响的现场考察63-65
• 5.4 涌水工作面应力分布模拟考察65-73
• 5.5 本章小结73-74
• 6 主要结论和展望74-76
• 6.1 主要结论74-75
• 6.2 研究展望75-76
• 参考文献76-80
• 作者简历80-82
• 学位论文数据集82

【参考文献】

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本文编号：458432