煤与瓦斯突出过程能量演化研究

发布时间：2017-07-14 18:12

  本文关键词：煤与瓦斯突出过程能量演化研究

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【摘要】：煤与瓦斯作突出为煤矿生产过程中的一个重要灾害之一,严重影响着矿井的安全生产,目前仍然是一个世界性的难题,随着开采条件的不断恶化,各类煤炭灾害日趋严重。由于煤与瓦斯突出的复杂性和危险性,在现场进行试验的难度较大,在实验室利用煤与瓦斯突出模拟实验装置,对突出过程中的能量变化进行研究是主要的研究方法之一。本文以硅酸盐水泥、腐殖酸钠、羟甲基纤维素钠和硅酸钠等材料为基料,分别研究各类胶结材料对煤的力学性质、坚固性系数、瓦斯吸附解析特性的影响。并通过正交实验复配研发新型型煤胶结剂,研制近似原煤的突出模拟试验的型煤。认为当胶结材料配比为水泥:腐殖酸钠:CMC:活性炭=2%:12~15%:4%:4~6%时,型煤的抗压强度和瓦斯吸附特性与原煤较为接近。为研究煤与瓦斯突出过程的能量演化情况,以煤与瓦斯突出诱发的两个重要因素瓦斯压力和地应力为研究变量,分别设计瓦斯压力(0.65MPa、0.75Ma、0.85MPa和0.95MPa)和地应力(5 MPa、10 MPa、15 MPa和20MPa)各4个不同的变量参数,进行正交实验,对煤与瓦斯突出过程的能量变化过程进行演化研究。试验结果发现随着瓦斯压力和地应力的增大,突出煤量也逐渐增多,突出强度与突出效果也随之增强。当瓦斯压力为0.65MPa时,不会发生突出现象,随着突出能量的增加,先是在靠近突出口的区域内收集到煤量,随后在各个区域内都可以收集到煤样。当瓦斯压力为0.75MPa时,突出煤量为2.99kg-3.19kg,占试验所用煤量的19.95%-21.34%,;当瓦斯压力为0.85MPa时,突出煤量为3.50kg-3.73kg,占试验所用煤量的23.19%-24.79%;当瓦斯压力为0.95MPa时,突出的煤量为4.30kg-4.61kg,占试验所用煤量的28.65%-30.70%。对相同瓦斯压力不同地应力的试验突出煤量和相同地应力不同瓦斯压力的突出煤量进行比较分析可以发现,随着瓦斯压力和地应力的逐渐增加,相对突出强度逐渐增加的。参考突出能量变化规律,认为瓦斯压力对突出强度的影响要大于地应力。研究为煤与瓦斯突出防治提供参考。
【关键词】：煤与瓦斯突出 相似材料 瓦斯压力 地应力 相对突出强度
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD713
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 选题背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 煤与瓦斯突出机理研究现状12-13
• 1.2.2 煤与瓦斯突出实验室模拟研究现状13-16
• 1.3 研究内容及技术路线16-19
• 1.3.1 研究内容16-17
• 1.3.2 技术路线17-19
• 第二章 煤与瓦斯突出装置19-25
• 2.1 研制思路19-20
• 2.2 模拟试验装置结构20-23
• 2.2.1 高压密封腔体20-21
• 2.2.2 压力加载系统21
• 2.2.3 气体加载系统21-22
• 2.2.4 快速释放机构22
• 2.2.5 气压采集系统22-23
• 2.2.6 高速摄像装置23
• 2.3 本章小结23-25
• 第三章 相似材料的研制25-39
• 3.1 相似理论25-26
• 3.2 相似材料的研制26-31
• 3.2.1 粒径分布的选择28
• 3.2.2 成型水分的选择28
• 3.2.3 成型压力的选择28
• 3.2.4 干燥时间的选择28-29
• 3.2.5 胶结剂材料的选择29-31
• 3.3 结果与讨论31-35
• 3.3.1 红外光谱分析31-32
• 3.3.2 基本力学参数32-33
• 3.3.3 坚固性系数33-34
• 3.3.4 吸附解吸性质34-35
• 3.4 胶结材料复配35-36
• 3.5 本章小结36-39
• 第四章 煤与瓦斯突出试验方法39-49
• 4.1 试验方案设计40-41
• 4.2 实验步骤41-47
• 4.2.1 型煤的制作41-45
• 4.2.2 密封抽真空45-46
• 4.2.3 压力加载和充气46
• 4.2.4 突出准备46-47
• 4.2.5 实验数据收集47
• 4.3 本章小结47-49
• 第五章 煤与瓦斯突出试验过程及结果49-57
• 5.1 试验Ⅰ突出结果49-50
• 5.2 试验Ⅱ突出结果50-52
• 5.3 试验Ⅲ突出结果52-54
• 5.4 试验Ⅳ突出结果54-56
• 5.5 本章小结56-57
• 第六章 煤与瓦斯突出实验结果分析57-69
• 6.1 突出能量理论57
• 6.2 突出煤量57-65
• 6.2.1 同瓦斯压力不同地应力突出煤量情况58-61
• 6.2.2 同地应力不同瓦斯压力突出煤量情况61-65
• 6.3 能量转化65-67
• 6.4 本章小结67-69
• 第七章 结论及展望69-71
• 7.1 论文结论69-70
• 7.2 论文展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-77
• 攻读硕士期间发表的学术论文77

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