煤与瓦斯突出能量耗散机理理论与实验研究
本文选题:煤与瓦斯突出 切入点:能量 出处:《重庆大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:近年来,我国煤矿开采总量持续增加,随着浅部资源的日渐枯竭,矿井开采向深部延伸,开采条件趋于复杂,煤矿瓦斯动力灾害日渐增多,尤其是煤与瓦斯突出,给煤矿开采带来了巨大的挑战。然而,关于煤与瓦斯突出的机理目前还不清楚,仅处于假说阶段,给煤与瓦斯突出的治理带来了一定的局限性。为了深入研究煤与瓦斯突出作用机理,基于煤与瓦斯突出综合作用假说,采用理论分析与试验研究相结合的方法,对煤与瓦斯突出的能量耗散情况进行了深入分析,并建立了煤与瓦斯突出数学模型。主要取得了以下成果:(1)从理论上分析了煤与瓦斯突出的能量耗散关系,得到了突出的能量主要来源于煤岩体的弹性潜能和瓦斯内能,突出的耗散能主要包括破碎功、移动功和摩擦功等,并给出了相应的计算公式;(2)设计了机械功破煤实验,根据不同的落锤次数提供不同的能量,研究了突出煤和非突出煤的破碎情况,得到了突出煤和非突出煤的单位质量新增表面积都与能量(落锤次数)呈对数函数分布;换算直径与能量(落锤次数)呈幂函数分布;(3)进一步分析了机械功破煤实验的粒径小于0.075mm的煤颗粒的分布情况,得到了小于0.075mm的煤粒质量百分数虽然很低,但其拥有巨大的表面积,说明煤体新增表面积与煤体粒径成反比。因此,突出发生后,较小颗粒的煤粒越多,新生成的表面积越大;(4)研制了高压气体瞬间对称卸压破煤试验装置,进行了突出煤、非突出煤以及型煤不加压和突出煤、非突出煤的加压瞬时卸压实验,得到了煤体瞬时卸压时破碎与煤体的物理力学性质、地应力以及瓦斯作用有关;在瞬时卸压时煤体受到一个拉伸应力作用;煤与瓦斯突出是一个温度下降过程;(5)分析了掘进巷道工作面前方应力分布情况,建立了计算应力分布简化数学函数表达式,根据突出煤体在巷道的堆积情况的不同,建立了计算突出强度的数学函数表达式。并在一定假设的基础上,基于能量守恒原理,建立了煤与瓦斯突出数学模型,得到了煤与瓦斯突出与煤体物理力学性质、瓦斯、地应力以及巷道结构参数的表达式。
[Abstract]:In recent years, China's total coal mining continued to increase, with the gradual depletion of shallow resources, extending to the deep mining, mining conditions become more complicated, dynamic disaster of coal mine gas increasing, especially coal and gas outburst, have brought great challenges to coal mining. However, the mechanism of coal and gas outburst at present is not clear, only at the stage of hypothesis, bring some limitations to control coal and gas outburst. In order to study the mechanism of coal and gas outburst, coal and gas outburst comprehensive function hypothesis based on the theoretical analysis and experimental study on the combination of the energy dissipation of coal and gas outburst the thorough analysis, and established the mathematical model of coal and gas outburst. The main results are as follows: (1) from the theoretical analysis of the relationship between the energy dissipation of coal and gas outburst, to highlight the main energy Elastic potential energy and gas energy source in the coal and rock mass, prominent energy dissipation including broken power, mobile power and friction power, and the corresponding formulas are given; (2) the design of the mechanical work of coal breaking experiments with different energy according to different times of drop, and non outburst coal prominent coal crushing, the outburst and non outburst coal unit surface area and quality of new energy (drop number) logarithmic distribution and energy conversion; diameter (drop number) is a power function distribution; (3) further analyzes the distribution of coal particles mechanical power experiment of breaking coal particle size less than 0.075mm, are less than 0.075mm coal particle mass percentage is low, but it has a huge surface area, that new coal and coal surface area is inversely proportional to the particle size. Therefore, the outburst, coal particle more smaller particles, the new generation of table The greater area; (4) developed high-pressure gas instantaneous symmetrical discharge test device of crushed coal, coal briquette, non outburst coal and non pressurized and pressurized instantaneous outburst coal, non outburst coal unloading experiment, obtained instantaneous pressure relief coal crushing physical and mechanical properties of coal, the stress and the effect of gas; in the instantaneous relief coal subjected to a tensile stress; coal and gas outburst is a drop in temperature; (5) analysis before the roadway work stress distribution is established to calculate the stress distribution of simplified mathematical function expression, according to the different situation in outburst coal accumulation the roadway, the mathematical function expression for calculating the intensity of outburst is established. And based on the assumption, based on the principle of energy conservation, a mathematical model of coal and gas outburst, the coal seam and the physical and mechanical properties of coal and gas outburst, Expression of gas, ground stress and parameters of tunnel structure.
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TD713
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