桃园煤矿长时水淹后煤体瓦斯吸附及渗流特性的实验研究

发布时间：2017-10-29 09:21

  本文关键词：桃园煤矿长时水淹后煤体瓦斯吸附及渗流特性的实验研究

  更多相关文章： 长时水淹 瓦斯 孔隙结构 吸附特性 渗流特性 水侵 脱水风干

【摘要】：当前煤矿淹井事故频发,而通过堵排水措施恢复生产的工作面,从突水到工作面继续回采,通常需要历经一年甚至几年的时间。在此期间井下开拓的煤体先后经历了包括水侵、脱水、风干在内的长时水淹,而因此受到影响的煤体的微观结构、瓦斯吸附特性以及瓦斯渗流特性势必会发生变化,进而影响工作面的应力场分布。目前该方面仍然缺乏深入研究,本文以桃园煤矿发生淹井事故后新近恢复生产的工作面为研究对象,采用理论分析与实验测试相结合的方法,分析了长时水淹后距离水侵点不同距离煤样的孔隙结构,瓦斯吸附特性、瓦斯渗流特性之间的异同,并在此基础上深入研究了矿井长时水淹过程中,水侵及风干等各阶段内对煤体产生影响的范围。采用压汞实验系统测试了距水侵点不同距离的煤样的孔隙特征以及孔隙结构参数,对比分析各煤样之间孔隙结构和特征参数的异同;引入分形分析手段定量表征了煤样孔隙结构参数随距水侵点距离长短的变化规律。煤体在历经长时水淹后,其孔体积、孔面积、平均孔径及孔隙率的特征参数均有提升,且出现明显的“增孔”现象。在不同系实验度下(20℃,25℃,30℃)对各煤样进行高压甲烷等温吸附实验;基于层吸附理论(Langmuir模型,BET模型)和微孔填充理论(D-A模型),分析了长时水淹后煤体的瓦斯吸附特性。长时水淹过程中前期的水侵能在一定程度上提高煤体吸附瓦斯的能力,但是由于后期风干不完全致使煤体含水率较高则会对煤吸附瓦斯起到一定程度的抑制作用。利用实验室自主研发的瓦斯渗流实验系统,针对距离水侵点不同距离的煤样的渗透率进行了测试实验,分析了长时水淹带来的煤层瓦斯渗透率的变化趋势;考虑气体滑脱效应对煤层瓦斯渗流的影响,通过引入渗流方程对各煤样瓦斯渗流数据进行精确拟合。煤体经历长时水淹后渗透率增大,而煤体的高含水率则会阻碍瓦斯在煤体内的渗流,导致煤体视渗透率的下降,但是下降趋势随着煤体含水率达到饱和状态而逐渐放缓。总结煤体长时水淹过程,将其分为:“水侵溶出”以及“脱水风干”两个阶段。在“水侵溶出”阶段受影响的煤体可分为(i)润湿渗流区,(ii)抑制渗流区和(iii)原始渗流区;脱水风干阶段则分为(a)风干增透区,(b)含水增透区,以及(c)原始区。此外,通过对比水淹前后工作面钻孔钻屑量,发现长时水淹后应力集中区向煤层深部转移,距巷道10m~25m区域突出危险性会增大,该区域应为瓦斯防治的重点。
【关键词】：长时水淹 瓦斯 孔隙结构 吸附特性 渗流特性 水侵 脱水风干
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 变量注释表16-18
• 1 绪论18-27
• 1.1 选题的背景及意义18-19
• 1.2 国内外研究现状19-24
• 1.3 目前存在的主要问题24-25
• 1.4 研究内容及技术路线25-27
• 2 桃园煤矿矿井概况与工作面水淹情况概述27-34
• 2.1 桃园煤矿矿井概况27-29
• 2.2 1035工作面突水情况29-32
• 2.3 实验样品采集32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 3 长时水淹后煤体孔隙结构的变化特征34-48
• 3.1 煤岩孔隙类型与表征方法34-36
• 3.2 长时水淹对煤体孔隙结构的影响36-42
• 3.3 水侵风干煤样的孔隙结构分形特征42-45
• 3.4 长时水淹过程中煤体孔隙结构的演化规律45-46
• 3.5 本章小结46-48
• 4 长时水淹对煤体瓦斯吸附特性的影响规律48-62
• 4.1 煤吸附瓦斯机制48-49
• 4.2 高压甲烷等温吸附实验49-52
• 4.3 高压甲烷等温吸附实验结果分析52-61
• 4.4 本章小结61-62
• 5 长时水淹对煤的瓦斯渗流特性的影响规律62-76
• 5.1 煤层瓦斯运移机理62-63
• 5.2 煤体径向渗透率测试实验63-66
• 5.3 煤体径向渗透率测试实验结果分析66-70
• 5.4 长时水淹对煤体的影响范围70-73
• 5.5 水淹后煤体瓦斯突出区域划分73-74
• 5.6 本章小结74-76
• 6 结论与展望76-79
• 6.1 主要结论76-77
• 6.2 主要创新点77
• 6.3 研究展望77-79
• 参考文献79-86
• 作者简历86-88
• 学位论文数据集88

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