突出煤相似材料配比模型实验研究

发布时间：2017-08-17 08:15

  本文关键词：突出煤相似材料配比模型实验研究

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【摘要】：物理相似模拟试验是目前研究煤与瓦斯突出机理和规律的重要手段,其中突出煤体相似材料的制作是定量分析突出事故致灾因素的关键环节,但当前相似模拟材料与原煤在物理力学性质和吸附解吸性能方面相似度较低。因此,本论文以国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“煤与瓦斯突出灾害模拟及预警模型研究”为研究背景,采用理论分析、数值分析和正交实验等分析方法,选用腐植酸钠为胶结剂、粉煤为骨料、河沙为辅料,主要研究了突出煤相似材料的力学特性主控影响因素、制作工艺优化参数和原料配比模型,取得了以下结论：(1)根据相似三定理所推导的固-气耦合相似理论,结合突出煤体静态、动态物理力学特性,提出了“坚固性系数、吸附常数等特征参数相同”模型材料的选择原则,进而优选出相似材料中胶结材料、骨料和辅料的原材料；(2)进行了相似材料成型强度影响因素实验,研究了原材料、制样工艺、外界环境对相似材料单轴抗压强度的影响规律,指出了腐植酸钠、粉煤级配、成型压力、堆沤熟化、分层压制是影响相似材料单轴抗压强度的主要因素；(3)进行了相似材料力学特性工艺优化实验,研究了材料配比、制样工艺及加载条件等耦合作用对相似材料密度、单轴抗压强度、弹性模量的作用规律,获得了相似材料不同力学特性的工艺优化参数,确定了单轴抗压强度为相似材料配比试验的主要考核指标；(4)基于相似材料单轴抗压强度差异最大的两套制样工艺,进行了相似材料在力学特性、坚固性和吸附解吸性能方面的配比实验,研究了相似材料的原材料配比与物理力学参数、坚固性系数与粉煤级配、吸附常数与胶结剂比重等之间的变化规律,获得了相似材料密度(1.275～1.432g/cm3)、单轴抗压强度(0.583～2.404 MPa)、弹性模量(27.43～267.53 MPa)、坚固性系数(0.12～0.25)、吸附常数a(25.7749～31.5511m3/t)等参数的配比模型,并通过实验室实验验证了模型的可靠性。
【关键词】：煤与瓦斯突出 相似材料 影响因素 工艺优化 配比模型
【学位授予单位】：煤炭科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD713
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 煤与瓦斯突出机理及其相似模拟试验方法11-13
• 1.2.2 煤与瓦斯突出模拟相似材料13-14
• 1.3 主要研究内容与技术路线14-17
• 1.3.1 主要研究内容14-15
• 1.3.2 技术路线15-17
• 2 突出煤相似材料的选择17-34
• 2.1 突出煤的统计特征17-20
• 2.1.1 突出煤结构及物理力学特征17-18
• 2.1.2 煤与瓦斯突出中煤体变化特征18-19
• 2.1.3 突出煤主要物理力学参数19-20
• 2.2 突出相似模拟理论20-27
• 2.2.1 相似理论基础20-22
• 2.2.2 原型单值量的分析22-23
• 2.2.3 原型与模型相似比的推导23-26
• 2.2.4 计算模型材料试验参数26-27
• 2.3 相似材料选择原则及要求27-29
• 2.3.1 模型材料的选择原则27-28
• 2.3.2 原材料的选取要求28-29
• 2.4 相似材料原料的选择29-33
• 2.4.1 胶结材料29-31
• 2.4.2 骨料31-32
• 2.4.3 辅料32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 相似材料力学特性主控因素实验研究34-55
• 3.1 实验装置及方案34-38
• 3.1.1 实验装置34-36
• 3.1.2 实验方案36-38
• 3.2 实验过程38-41
• 3.2.1 试件制作38-39
• 3.2.2 参数测定39-41
• 3.3 相似材料成型强度影响因素作用规律研究41-48
• 3.3.1 原材料的影响效应41-44
• 3.3.2 制样工艺的影响效应44-46
• 3.3.3 外界环境的影响效应46-48
• 3.4 相似材料力学性能工艺优化研究48-54
• 3.4.1 优化结果分析48-51
• 3.4.2 工艺耦合作用规律51-54
• 3.4.3 不同力学特性的工艺优化参数54
• 3.5 本章小结54-55
• 4 相似材料配比模型实验研究55-79
• 4.1 实验工艺及设计55-58
• 4.1.1 实验工艺55
• 4.1.2 实验设计55-58
• 4.3 实验过程及结果58-60
• 4.4 实验结果分析60-69
• 4.4.1 应力应变曲线分析60-61
• 4.4.2 各因素敏感性分析61-66
• 4.4.3 多元线性回归分析66-69
• 4.5 相似材料坚固性和吸附解吸性能研究69-74
• 4.5.1 相似材料的坚固性研究69-71
• 4.5.2 相似材料的吸附解吸性能研究71-74
• 4.6 相似材料配比模型74-78
• 4.6.1 试验指标间的耦合关系74-76
• 4.6.2 配比模型的解算归纳76-78
• 4.7 本章小结78-79
• 5 相似材料配比模型验证分析79-85
• 5.1 验证方案79-80
• 5.1.1 分析验证指标79
• 5.1.2 选定验证方法79-80
• 5.2 验证过程80-82
• 5.2.1 试样制作细节处理80-81
• 5.2.2 指标测试注意事项81-82
• 5.3 模型可靠性分析及应用82-84
• 5.3.1 试验值与理论值的对比分析82-83
• 5.3.2 配比模型的应用83-84
• 5.4 本章小结84-85
• 6 结论与展望85-88
• 6.1 全文结论85-86
• 6.2 主要创新点86
• 6.3 后续研究工作展望86-88
• 参考文献88-92
• 致谢92-93
• 附录93

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本文编号：687954