探讨裂隙煤与瓦斯突出逾渗机理与演化规律

论文导读：
摘要：煤与瓦斯突出是威胁煤矿安全的严重灾害。随着采深的增加，多场耦合作用复杂，原有系统结构转变，煤与瓦斯突出的可能性和强度大大增加。机理不清导致突出仍是世界范围内的煤矿矿井生产历程中严重的自然灾害。基于采矿学、岩体力学、多尺度动力学和渗流力学等多学科论述，采取室内实验、论述探讨和数值浅析相结合的策略，通过宏、细观实验观测和浅析煤岩体受应力场作用后破坏破碎全历程，得到煤岩逾渗转变基本参数与环境参数联系，获得煤岩体内部细观结构演化全历程的CT图片，探讨煤与瓦斯突出潜伏、发生阶段逾渗转变的条件和判据，考虑煤体逾渗演化规律，分阶段考虑煤与瓦斯突出的演化全历程，揭示煤与瓦斯突出的逾渗机理。取得的主要探讨成果如下：通过设备改装，在实验室进行了应力和温度条件下含瓦斯煤的物理力学特性实验。实验结果显示，含瓦斯煤峰值强度随瓦斯含量的增加而降低；弹性模量随瓦斯含量增加而降低；渗透性随瓦斯含量的增加而减少，但温度的转变将对渗透率造成新的影响。实验结果以不同角度说明瓦斯对煤感受产生各种宏观作用，这些作用主要是通过压力、温度、瓦斯压力等对煤体孔、裂隙的发生和进展而实现。介绍了煤体的孔隙、裂隙结构特点，浅析了孔隙、裂隙的分类，探讨策略，模型，孔径分布，煤阶以及渗透率的关联。阐明煤体的分形特点取决于孔隙、裂隙的非均质分布。而对孔裂隙进行探讨只采取宏观策略不够，应采取CT高精度扫描实时条件下煤体孔隙、裂隙发生、进展历程，对煤与瓦斯突出细观机理进行浅析探讨。通过材料和结构的探讨，成功研制了适用于微型圆柱形煤岩试件单轴抗压强度测定的细观煤岩损伤破坏试验机，该试验机可与三维显微CT耦合利用，观测试件内部的裂纹扩展和破坏规律。这个首创的试验机填补了细观探讨领域的部分空白，实现了如实反映微型煤岩试件加载历程中的各个变形阶段，得出的结论可深化煤岩破坏规律的相关论述。利用自行设计的细观煤岩损伤破坏试验机，与CT系统耦合利用进行了单轴实时荷载作用下煤体损伤破坏的CT扫描实验。实验结果证明在线弹性阶段，煤体内部已出现微裂隙；在屈服阶段，煤体内部原有微裂隙显著扩大，新的裂隙产生；峰值强度后，煤体内部孔隙、裂隙大片连通，实验结果揭示随着应力—应变阶段的转变，煤体内部各剖面孔隙率持续增加，关联长度呈现先增大后减少在大幅增大的规律，对主裂缝的进展进行了描述，阐述了煤体内部孔、裂隙的发生有利于逾渗转变的发生。系统进行了二维、三维煤体逾渗历程及规律探讨。结果显示：由于煤中孔隙分布的不均匀性，在逾渗转变之前，最大孔隙团的膨胀速度远远大于理想模型，发生逾渗转变的阈值点普遍小于理想模型的结果，这就大大地降低了煤体发生逾渗转变的难度。阈值和关联长度的变化规律说明煤体内部主裂隙以发生到进展完成会使得煤体发生逾渗转变的程度大幅增强。三维煤体逾渗历程浅析结果表明：主裂隙带区域孔隙点数随着全应力—应变阶段的转变而增大。煤体内部最大连通团受应力作用由原生孔隙发达区域向新裂隙转移，最终扩展至与主裂隙汇合，形成逾渗团。煤体内部裂隙的发育会避开高密度矸石区，但会挤压矸石区，缩小其区域范围。裂隙起始位置常为孔隙裂隙发达区，逾渗参数变化规律与其他位置不同。对结果进行浅析发现裂隙的产生导致煤体破坏提前，逾渗概率增大；而且逾渗现象会增加连通的孔隙与裂隙，使瓦斯得以汇聚，主裂缝发生区即为逾渗转变高危区和煤岩失稳高危区，发生突出可能性较大。将煤与瓦斯突出视为一个力学历程。分为孕育、潜伏、发生、进展和终止五个阶段进行浅析。被吸附的瓦斯对煤体本身的蚀损完成了孕育历程。地应力和外界扰动使得孔裂隙进展，煤体孔隙率突破阈值，逾渗现象发生，瓦斯集结完成潜伏历程。逾渗转变后，外界扰动导致煤体失稳，能量释放，突出发生。层裂、粉化交替作用，突出逐步进展。破碎粉煤遮盖孔洞壁，突出终止。本论文探讨的煤与瓦斯突出的逾渗机理有利于搞清煤与瓦斯突出的机理，以而建立煤与瓦斯突出发生的判据，形成发生的论述，指导煤与瓦斯突出技术的探讨和实施，为减轻和避开突出灾害的发生，保证煤炭安全生产，避开造成人员的伤亡有较大实际价值。关键词：逾渗论文煤与瓦斯突出论文蚀损论文CT扫描论文裂隙论文
本论文由www.7ctime.com,需要论文可以联系人员哦。论文导读：煤体逾渗转变规律143-1456.5.3屈服阶段煤体逾渗转变规律145-1476.5.4破坏阶段煤体逾渗转变规律147-1496.6三维煤体的逾渗历程149-1696.6.11#位置煤体内部破裂历程及逾渗转变规律150-1536.6.22#位置煤体内部破裂历程及逾渗转变规律153-1576.6.33#位置上一页123下一页
致谢6-8
摘要8-10
Abstract10-17
1 绪论17-31

1.1 选题背景及探讨作用17-18

1.2 煤与瓦斯突出发生论述国内外探讨综述18-28

1.2.1 国外探讨的综述18-23

1.2.2 国内煤与瓦斯突出机理探讨23-27

1.2.3 小结27-28

1.3 不足的提出及课题来源28-29

1.4 本论文的探讨内容29-31

2 含瓦斯煤的物理力学特性31-57

2.1 煤体特性31-38

2.

1.1 煤层结构31-33

2.

1.2 煤的孔隙率33-34

2.

1.3 煤体的吸附和解吸性能34

2.

1.4 煤体的渗透性能34-35

2.

1.5 煤的变形强度特性35-38

2.2 应力条件下含瓦斯煤物理力学特性实验38-48

2.1 实验系统38-40

2.2 实验案例40-41

2.3 实验步骤41-42

2.4 实验结果及浅析42-48

2.3 温度条件下含瓦斯煤渗透性实验48-56

2.3.1 实验系统48-51

2.3.2 实验案例51-52

2.3.3 实验步骤52-53

2.3.4 实验结果及浅析53-56

2.4 小结56-57

3 煤孔隙、裂隙结构特点57-82

3.1 煤孔隙分类57-58

3.2 煤孔径分布与煤阶联系58-61

3.3 煤裂隙分类61-64

3.1 内生裂缝的原因及特点62-63

3.2 外生裂隙的原因及特点63-64

3.4 煤裂隙与煤体渗透性联系64-68

3.4.1 煤体的渗透性测定64-65

3.4.2 煤体的渗透性与裂隙分形维数的联系65-66

3.4.3 裂隙岩体渗透性的各向异性66-68

3.5 煤孔隙裂隙基本模型68-70

3.6 煤样品的孔隙测量70-73

3.6.1 压汞法的基本原理70-71

3.6.2 煤孔隙的分形特点71-72

3.6.3 煤孔隙结构分形维数计算72-73

3.7 煤裂隙探讨策略73-77

3.7.1 单一裂隙参数73-74

3.7.2 多裂隙参数74-75

3.7.3 裂隙的分形描述及作用75-77

3.8 煤的物理性质与 CT 扫描煤体结构77-81

3.8.1 煤的宏观组成77-78

3.8.2 煤的显微硬度与煤的宏观强度78-79

3.8.3 CT 扫描测量煤体结构79-81

3.9 小结81-82

4 细观煤岩损伤破坏试验机的研制82-113

4.1 试验机的功能参数及试件的选用82-84

4.2 试验机的结构84-86

4.3 试验机工作原理86-89

4.4 实验历程及结果浅析89-93

4.1 1#煤样实验历程89-90

4.2 2#煤样实验历程90

4.3 3#煤样实验历程90-91

4.4 1#岩样实验历程91-92

4.5 普通煤岩试件的结果比较92-93

4.5 试验机改善历程及效果浅析93-109

4.5.1 试验机一次改善94-96

4.5.2 试验机二次改善96-102

4.5.3 试验机三次改善102-109

4.6 细观煤岩损伤破坏试验机后续改善思路109-112

4.7 小结112-113

5 单轴实时荷载作用下煤体损伤变形的 CT 实验113-128

5.1 实验设备113-114

5.2 标准状态下煤岩体材料的结构特点114-118

5.3 煤样的选取和加工118-119

5.4 实验案例119

5.5 实验步骤119-120

5.6 实验结果及浅析120-127

5.7 小结127-128

6 煤与瓦斯突出的逾渗机理与演化历程128-174

6.1 多孔介质的逾渗现象128-129

6.2 多孔介质的逾渗探讨策略129-131

6.3 基于显微 CT 观测的煤体逾渗探讨策略131-136

6.4 煤体的非均质性与逾渗阈值的联系136-141

6.

4.1 均质多孔介质的孔隙率与逾渗概率的联系137-138

6.

4.2 非均质煤的孔隙率与逾渗概率的联系138-141

6.5 二维煤体的逾渗历程141-149
6.

5.1 初始阶段煤体逾渗转变规律141-143

6.

5.2 线弹性阶段煤体逾渗转变规律143-145

6.

5.3 屈服阶段煤体逾渗转变规律145-147

6.

5.4 破坏阶段煤体逾渗转变规律147-149

6.6 三维煤体的逾渗历程149-169

6.1 1#位置煤体内部破裂历程及逾渗转变规律150-153

6.2 2#位置煤体内部破裂历程及逾渗转变规律153-157

6.6.3 3#位置论文导读：.8煤与瓦斯突出的逾渗演化历程171-1736.9小结173-1747结论174-177参考文献177-185作者简历185-189学位论文数据集189-190附录190上一页123
煤体内部破裂历程及逾渗转变规律157-162

6.4 4#位置煤体内部破裂历程及逾渗转变规律162-166

6.5 5#位置煤体内部破裂历程及逾渗转变规律166-169

6.7 煤与瓦斯突出的逾渗机理169-171

6.8 煤与瓦斯突出的逾渗演化历程171-173

6.9 小结173-174

7 结论174-177
参考文献177-185
作者简历185-189
学位论文数据集189-190
附录190

参考资料 ithenticateithenticate中文官网http://ithenticate.gs.cn