温度—压力耦合作用下深井煤样中吸附气体运移实验研究

论文摘要

针对深部煤层开采中煤层中吸附瓦斯气体异常运移诱发工程灾害,开展在温度-应力耦合下煤岩变形与吸附气体运移的实验理论研究具有十分重要的科学意义。利用白主研发的深部软岩T-P耦合吸附气体运移实验系统观察和研究了不同矿区原煤中吸附气体在温度、温度-压力作用下解吸运移过程。通过分析不同温度条件下从原煤解吸出的吸附气体压力、流量和浓度值,获得了原煤中原生吸附气体解吸时的临界温度,发现煤体温度高于30℃后吸附气体开始大量解吸扩散；在恒温和升温条件下对煤样进行单.轴压缩破坏和对破坏煤样施加围压,观察到煤岩变形对吸附气体运移产生吸气与排气。为此,本文分别从不同温度下煤中吸附气体解吸特征、温度-压力耦合下煤中吸附气体解吸特征进行系统研究。借助单孔隙扩散模型和Arrhenius方程分别计算原煤在不同温度下吸附气体的表观扩敞率变化和表观解吸能,进一步揭示煤中不同吸附气体解吸扩散特征：讨论并利用数值模拟手段闸释孔隙结构变化对煤吸附气体运移影响。此外,在实验中还发现解吸出气体浓度影响煤的力学强度,从热力学角度解释这种现象。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 详细摘要
• Detailed Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 煤样中气体运移机理及实验研究现状
• 1.2.1 煤中气体赋存特点
• 1.2.2 煤中吸附气体赋存及运移研究
• 1.2.3 温度和压力耦合作用下煤岩气体运移研究
• 1.3 现有岩石与气体作用实验存在问题
• 1.4 研究内容、方法及技术路线
• 2. 深部煤样的采集及实验方法
• 2.1 深部的概念及深部煤样
• 2.1.1 深部的概念
• 2.1.2 深部煤样特征
• 2.2 深井煤样的采集方法
• 2.3 深井煤样吸附气体运移实验系统
• 2.3.1 轴向加压系统
• 2.3.2 侧向加压系统
• 2.3.3 温度控制系统
• 2.3.4 气体测量监控系统
• 2.4 深井煤样中原生吸附气体解吸实验方法
• 2.5 本章小结
• 3 温度作用下煤岩中吸附气体运移实验分析
• 3.1 实验简介
• 3.1.1 取样位置概况
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.3 测试煤样组分特征
• 3.2 实验结果分析
• 3.2.1 温度作用下碎煤中吸附气体运移实验
• 3.2.2 温度作用下完整煤样中吸附气体运移实验
• 3.3 煤中吸附气体解吸-扩散特征
• 3.3.1 煤中吸附气体表观解吸能
• 3.3.2 煤中吸附气体解-表观吸扩散率变化
• 3.4 本章小结
• 4. 温度-压力作用下煤岩中吸附气体运移实验分析
• 4.1 实验简介
• 4.1.1 取样位置概况
• 4.1.2 实验方法
• 4.2 温度-压力下吸附气体运移实验
• 4.2.1 鹤岗南山矿煤样温度-压力耦合实验结果
• 4.2.2 四川白皎矿煤样温度-压力耦合实验结果
• 4.3 恒温应力作用下岩中裂纹扩展对气体运移影响
• 4.3.1 单轴压缩过程中裂隙演化
• 4.3.2 PFC-2D数值模拟裂隙扩展
• 4.3.3 岩石体积应变对气体运移影响
• 4.4 煤中吸附气体解吸对其物理力学性质变化
• 4.4.1 引言
• 4.4.2 实验原理及过程
• 4.4.3 实验结果
• 4.4.4 温度-压力下影响煤样力学性质变化机理
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 本文主要创新性研究成果
• 5.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 本文作者简介
• 在学期间参与科研及发表论文情况