發(fā)布時(shí)間：2024-06-29 21:13

　　煤與瓦斯突出災(zāi)害防治是世界各國煤礦生產(chǎn)中面臨的重大難題。在以往煤與瓦斯相互作用機(jī)制的研究中,對(duì)瓦斯不同賦存狀態(tài)下的煤體變形及其動(dòng)態(tài)發(fā)展的研究往往忽略了對(duì)煤體吸附/解吸瓦斯過程中發(fā)生變形的這一特殊力學(xué)行為的研究。本文以含瓦斯煤體作為研究對(duì)象,以煤的孔隙特征、顯微和大分子結(jié)構(gòu)特征分析以及試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法的研發(fā)為基礎(chǔ),以實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)和理論分析為手段,研究了瓦斯作用下煤的吸附/解吸變形特征及相關(guān)因素的影響。通過本文工作,建立了系統(tǒng)的吸附/解吸變形試驗(yàn)方法,揭示了瓦斯作用下煤的吸附/解吸變形試驗(yàn)規(guī)律,為進(jìn)一步全面地研究煤體瓦斯賦存特征,探討煤與瓦斯突出機(jī)理及有效防治煤與瓦斯突出災(zāi)害的技術(shù)途徑奠定理論基礎(chǔ)。本文主要研究成果如下:①在對(duì)前人的研究進(jìn)行歸納總結(jié)的基礎(chǔ)上,結(jié)合實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)對(duì)不同煤級(jí)煤尤其是軟煤和硬煤的孔隙特征和顯微、大分子結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,不同煤級(jí)煤孔隙結(jié)構(gòu)特征和形態(tài)特征差異明顯。構(gòu)造作用使軟煤各級(jí)孔隙相比硬煤更為發(fā)育,孔容和比表面均明顯增大,孔隙連通性也比硬煤好;構(gòu)造作用也使軟煤和硬煤中元素富集特征產(chǎn)生差異,具體表現(xiàn)為軟煤灰分中含有更多的金屬氧化物;軟煤和硬煤具有相同的官...

【文章頁數(shù)】：255 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 問題的提出及研究意義
        1.1.1 問題的提出
        1.1.2 研究的意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 煤與瓦斯突出機(jī)理研究現(xiàn)狀
        1.2.2 煤孔隙特征研究現(xiàn)狀
        1.2.3 煤吸附/解吸特性研究現(xiàn)狀
        1.2.4 煤吸附/解吸變形特性研究現(xiàn)狀
    1.3 主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線
        1.3.1 主要研究內(nèi)容
        1.3.2 技術(shù)路線
2 煤的孔隙特征、顯微和大分子結(jié)構(gòu)特征
    2.1 概述
    2.2 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)測(cè)試
    2.3 不同煤級(jí)煤的孔隙特征
        2.3.1 孔隙特征測(cè)試
        2.3.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征
        2.3.3 孔隙形態(tài)特征分析
    2.4 軟煤和硬煤孔隙特征對(duì)比分析
        2.4.1 孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)比
        2.4.2 孔隙形態(tài)特征對(duì)比
    2.5 軟煤和硬煤顯微結(jié)構(gòu)及元素分析
        2.5.1 樣品制備與實(shí)驗(yàn)方法
        2.5.2 顯微結(jié)構(gòu)特征
        2.5.3 樣品主要元素分析
    2.6 軟煤和硬煤傅立葉變換紅外光譜結(jié)構(gòu)分析
        2.6.2 樣品制備與實(shí)驗(yàn)方法
        2.6.3 樣品FTIR結(jié)構(gòu)特征分析
    2.7 本章小結(jié)
3 煤層瓦斯吸附解吸變形動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置研制及試驗(yàn)方法
    3.1 概述
    3.2 主要功能及原理
        3.2.1 主要功能
        3.2.2 測(cè)試原理
    3.3 設(shè)備研制技術(shù)方案
        3.3.1 氣體控制系統(tǒng)
        3.3.2 氣體壓力采集系統(tǒng)
        3.3.3 應(yīng)變采集系統(tǒng)
        3.3.4 控溫系統(tǒng)
        3.3.5 抽真空系統(tǒng)
        3.3.6 輔助設(shè)備
    3.4 設(shè)備研制中的關(guān)鍵技術(shù)
        3.4.1 裝置氣密性
        3.4.2 恒溫性能
    3.5 試驗(yàn)方法研究
        3.5.1 狀態(tài)方程選取
        3.5.2 管路體積測(cè)試
        3.5.3 吸附/解吸量及應(yīng)變同步測(cè)試
        3.5.4 煤有效孔隙率測(cè)試
    3.6 等溫吸附/解吸量測(cè)試及數(shù)據(jù)處理方法
        3.6.1 吸附/解吸量測(cè)試結(jié)果
        3.6.2 解吸試驗(yàn)結(jié)果誤差分析
        3.6.3 解吸數(shù)據(jù)精確擬合方法
    3.7 本章小結(jié)
4 原煤和型煤吸附/解吸變形特征對(duì)比
    4.1 概述
    4.2 試驗(yàn)方法
    4.3 吸附/解吸全過程變形動(dòng)力學(xué)特征
    4.4 吸附/解吸變形動(dòng)力學(xué)特征
        4.4.1 吸附膨脹變形動(dòng)力學(xué)特征
        4.4.2 解吸收縮變形動(dòng)力學(xué)特征
        4.4.3 吸附/解吸變形動(dòng)力學(xué)特征綜合描述
    4.5 平衡應(yīng)變-瓦斯壓力關(guān)系
        4.5.1 平衡吸附應(yīng)變-瓦斯壓力關(guān)系
        4.5.2 平衡解吸應(yīng)變-原始瓦斯壓力關(guān)系
    4.6 殘余變形對(duì)比分析
    4.7 討論
    4.8 本章小結(jié)
5 煤吸附/解吸變形試驗(yàn)影響因素研究
    5.1 概述
    5.2 試驗(yàn)方案
        5.2.1 成型力影響試驗(yàn)方案
        5.2.2 循環(huán)加卸載影響試驗(yàn)方案
        5.2.3 壓力影響試驗(yàn)方案
    5.3 成型力的影響
        5.3.1 試驗(yàn)結(jié)果
        5.3.2 成型力對(duì)煤等溫吸附/解吸特征的影響
        5.3.3 煤等溫吸附/解吸應(yīng)變曲線描述
        5.3.4 煤吸附/解吸應(yīng)變滯后特征及富裕應(yīng)變分析
        5.3.5 成型力對(duì)煤吸附/解吸變形特征影響
        5.3.6 孔隙率和強(qiáng)度對(duì)煤吸附/解吸變形的影響機(jī)理
        5.3.7 討論
    5.4 循環(huán)加卸載的影響
        5.4.1 試驗(yàn)結(jié)果及分析
        5.4.2 循環(huán)作用對(duì)吸附/解吸常數(shù)及應(yīng)變參數(shù)影響
        5.4.3 循環(huán)作用對(duì)煤吸附/解吸應(yīng)變與吸附量關(guān)系的影響
        5.4.4 討論
    5.5 氣體壓力的影響
        5.5.1 試驗(yàn)結(jié)果
        5.5.2 壓力對(duì)煤吸附常數(shù)及吸附應(yīng)變參數(shù)影響
        5.5.3 壓力對(duì)富裕應(yīng)變的影響
        5.5.4 討論
    5.6 本章小結(jié)
6 不同煤級(jí)煤在不同氣氛下的吸附/解吸量及變形特征
    6.1 概述
    6.2 氦氣氣氛下的“吸附量”及變形特征
        6.2.1 不同煤級(jí)煤等溫―吸附量‖測(cè)試結(jié)果誤差分析
        6.2.2 不同煤級(jí)煤變形動(dòng)力學(xué)特征
        6.2.3 不同煤級(jí)煤應(yīng)變曲線演化特征
        6.2.4 不同煤級(jí)煤有效孔隙率演化特征
        6.2.5 考慮煤壓縮變形作用的吸附量校正可行性探討
    6.3 甲烷氣氛下的吸附/解吸變形特征
        6.3.1 不同煤級(jí)煤等溫吸附/解吸特征
        6.3.2 煤級(jí)、構(gòu)造作用對(duì)煤等溫吸附/解吸特征影響機(jī)理
        6.3.3 不同煤級(jí)煤等溫吸附/解吸應(yīng)變動(dòng)力學(xué)特征
        6.3.4 不同煤級(jí)煤等溫吸附/解吸應(yīng)變曲線演化特征
        6.3.5 煤級(jí)、構(gòu)造作用對(duì)煤等溫吸附/解吸變形特征影響機(jī)理
    6.4 二氧化碳?xì)夥障碌奈��?解吸量及變形特征
        6.4.1 等溫吸附/解吸特征
        6.4.2 等溫吸附/解吸變形動(dòng)力學(xué)特征
        6.4.3 等溫吸附/解吸應(yīng)變曲線演化特征
    6.5 煤吸附/解吸吸附性氣體應(yīng)變模式
    6.6 煤吸附/解吸應(yīng)變與吸附量關(guān)系模型研究
        6.6.1 等溫吸附/解吸量測(cè)試結(jié)果可靠性分析
        6.6.2 不同煤級(jí)煤吸附/解吸變形與吸附量關(guān)系分析
        6.6.3 甲烷氣氛下不同煤級(jí)煤吸附/解吸應(yīng)變與吸附量關(guān)系模型
    6.7 煤吸附/解吸變形機(jī)理及應(yīng)變模型研究
        6.7.1 煤吸附/解吸變形機(jī)理
        6.7.2 改進(jìn)的煤吸附/解吸應(yīng)變模型研究
        6.7.3 模型驗(yàn)證
    6.8 本章小結(jié)
7 水分和溫度對(duì)軟煤吸附/解吸變形特征影響
    7.1 概述
    7.2 試驗(yàn)方案
        7.2.1 不同含水率下試驗(yàn)方案
        7.2.2 不同溫度條件下試驗(yàn)方案
    7.3 水分的影響
        7.3.1 試驗(yàn)結(jié)果
        7.3.2 水分對(duì)等溫吸附/解吸特征的影響
        7.3.3 水分對(duì)等溫吸附/解吸應(yīng)變曲線演化規(guī)律的影響
        7.3.4 水分對(duì)吸附/解吸變形特征影響機(jī)理
        7.3.5 考慮水分影響的等溫吸附/解吸應(yīng)變計(jì)算式
    7.4 溫度的影響
        7.4.1 試驗(yàn)結(jié)果
        7.4.2 溫度對(duì)吸附/解吸特征的影響及機(jī)理
        7.4.3 考慮溫度影響的等溫吸附/解吸方程
        7.4.4 溫度對(duì)等溫吸附/解吸應(yīng)變曲線演化規(guī)律的影響
        7.4.5 溫度對(duì)吸附/解吸變形特征影響機(jī)理
        7.4.6 溫度對(duì)吸附/解吸變形影響校正系數(shù)
    7.5 軟煤吸附/解吸變形對(duì)水分和溫度敏感性分析
        7.5.1 敏感性分析方法
        7.5.2 敏感性分析結(jié)果
    7.6 本章小結(jié)
8 煤吸附/解吸變形特征對(duì)煤與瓦斯突出的控制作用
    8.1 概述
    8.2 突出能量分析
    8.3 變形特征對(duì)煤與瓦斯突出的控制作用
        8.3.1 煤級(jí)和構(gòu)造程度影響下變形特征對(duì)突出的控制作用
        8.3.2 不同吸附性氣體影響下變形特征對(duì)突出的控制作用
        8.3.3 水分和溫度影響下變形特征對(duì)突出的控制作用
    8.4 本章小結(jié)
9 結(jié)論與展望
    9.1 主要結(jié)論
    9.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    9.3 后續(xù)研究工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄
    附錄A 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄
    附錄B 作者在攻讀學(xué)位期間取得的科研成果目錄
    附錄C 作者在攻讀博士學(xué)位期間申請(qǐng)的專利
    附錄D 作者在攻讀博士學(xué)位期間參與編寫的教材
    附錄E 作者在攻讀博士學(xué)位期間所獲獎(jiǎng)勵(lì)情況



本文編號(hào)：3997900