首页> 中文学位 >突出煤粉孔隙损伤演化机制及其对瓦斯吸附解吸动力学特性的影响
【6h】

突出煤粉孔隙损伤演化机制及其对瓦斯吸附解吸动力学特性的影响

代理获取

目录

封面

声明

致谢

中文摘要

英文摘要

目录

变量注释表

1 引言

1.1 问题的提出及研究意义(Question and Research Significance)

1.2 国内外研究现状(Research Status at Home and Abroad)

1.3 存在问题(Exiting Problems)

1.4 主要研究内容和思路(Main Research Contents and Approachs)

2 突出煤粉基础物化参数

2.1 原煤样品的选取及其筛分(Coal Sampling and Screening)

2.2 各粒径段煤样工业分析测定(Proximate Analysis of Coal Samples)

2.3 各粒径段煤样孔隙率测定(Porosity Analysis of Coal Samples)

2.4 各粒径段煤样瓦斯放散初速度测定(Mearurement of Initial Speed for Methane Diffusion from Coal Samples)

2.5 本章小结(Brief Summary)

3 破碎过程中煤体孔隙损伤演化特征

3.1随机三维孔隙损伤模型(3-D Stochastic Porous Model)

3.2 粉煤孔隙特征测定方法( Determination Methods for Coal pore Characteristic)

3.3 煤孔隙特征测试实验结果( Experimental Result of Coal Pore Characteristic)

3.4 煤孔容分布损伤演化特征(Evolution of Pore Volume Distribution with Broken of Coal)

3.5 煤孔隙比表面积演化特征分析(Evolution of Specific Surface Area Distribution in Coal Pore with Broken of Coal)

3.6 煤孔长度演化特征分析(Evolution of Pore Length Distribution with Broken of Coal)

3.7 煤孔形演化特征分析(Evolution of Pore Shape Distribution with Broken of Coal)

3.8 本章小结(Brief Summary)

4 煤孔内瓦斯运移微观理论模型

4.1 煤孔内瓦斯运移模型的建立(Establishment of Theoretical micro model for methane migration in coal)

4.2 煤孔内瓦斯理想受力分析(Force Analysis of Methane in Coal)

4.3 煤孔内瓦斯运移动力学特性分析(Dyanamics Transport of Methane In Coal Pore)

4.4 煤孔内瓦斯平衡量影响因素理论分析( Analysis on Equilibrium Absorption Capacity of Methane In Coal)

4.5 煤吸附/解吸动力学特性预测(Prediction of Ad-Desorption Kinetics of Methane In Coal)

4.6 孔形损伤对瓦斯吸附/解吸动力学特性影响( Analysis on Ad-Desorption Kinetics of Methane In Coal)

4.7 本章小结(Brief Summary)

5 颗粒内瓦斯运移宏观模型-分数阶分形扩散模型的建立5 Theoretical Macromodel for Methane Migration in Coal-Fractal Theory Based Fractional Diffusion Model

5.1 分数阶分形扩散模型的建立( Establishment of Fractal Theory Based Fractional Diffusion Model)

5.2 分数阶分形扩散模型参数的确定( Parameters in Fractal Theory Based Fractional Diffusion Model)

5.3 不同粒径煤吸附/解吸速度理论对比( Theoretical Comparison of Ad-Desorption Rate of Methane in Coal with Different Sizes)

5.4 本章小结(Brief Summary)

6 基于瓦斯吸附/解吸实验结果的宏微观模型验证

6.1 不同粒径煤等温吸附/解吸等温线(Adsorption Isotherm of Coal with Different Particle Sizes)

6.2 微观运移模型在瓦斯吸附/解吸等温线中的应用(Application of

6.3 不同粒径煤吸附/解吸动力学特性( Ad-Desorption kinetics of methane in coal with different sizes)

6.4 微观模型在不同粒径克煤吸附/解吸动力学中的验证(Verification of Micromodel through Ad/Desorption Kinetics Experiment)

6.5 宏观模型在不同粒径克煤吸附/解吸动力学中的验证(Verification of Macromodel through Ad/Desorption Kinetics Experiment)

6.6 本章小结(Brief Summary)

7 孔隙损伤特性在煤与瓦斯突出方面的应用

7.1 瓦斯在煤与瓦斯突出中的作用( Effect of Gas in Coal and Gas Outburst )

7.2 突出激发条件( Conditions for The Occurence of Coal and Gas Ourburst)

7.3 瓦斯膨胀能分布演化特征(Distribution of Gas Expansion Energy)

7.4 突出“粉煤”存在必要性判定(Necessity Judgment of Pulverized Coal in Coal and Gas Outburst)

7.5 本章小结(Brief Summary)

8 主要结论、创新点及展望

8.1 主要结论(Main Conclusions)

8.2 创新点(Main Innovations)

8.3 展望(Prospects)

参考文献

作者简历

学位论文数据集

展开▼

摘要

煤与瓦斯突出过程中常伴随着煤体粉化现象,因此需对煤体粉化过程中的孔隙损伤演化机制,及由此引起的煤中瓦斯吸附/解吸性能的改变进行研究,研究结果对完善煤与瓦斯突出机理具有重要意义。
  本文以马场矿、阳泉五矿、白龙山矿距突出点最远端煤粉为研究对象,运用表面化学、流体力学、毛细力学、分形几何学、数理统计等理论方法,建立了煤孔内瓦斯运移微观模型及煤颗粒内瓦斯运移宏观模型。运用数值分析和实验相结合的方法,获得了煤体粉化过程中孔隙损伤演化机制。结合瓦斯运移宏微观模型和孔隙损伤演化机制,开展了不同粒径煤粉的吸附/解吸性能实验验证工作,分析了突出激发瞬间需满足的颗粒粒径条件,主要研究结论如下:
  1)获得了突出煤粉粒径分布特征。微米级粒径煤样占比介于0.66%~1.46%间;十微米级粒径煤样占比介于2.59%~7.44%间;百微米级粒径煤样占比介于40.71%~62.76%间;毫米级粒径煤样占比介于33.19%~52.15%间。
  2)获得煤孔隙损伤演化机制及孔形半定量化结果。数值模拟结果表明,随粒径减小,煤总比表面积增大,外比表面积增大,内比表面积只在过度破碎时有减小趋势。孔结构实验测定结果表明,随粒径减小,总孔容整体呈增大趋势,增大倍数介于1.1715~28.5间;总比表面积变化趋势不一致,马场矿和阳泉五矿煤样总比表面积随粒径减小呈左侧高于右侧的“U”型趋势,白龙山矿总比表面积随粒径减小而增大,总比表面积增大倍数介于1.0346~3.7807间。半定量化结果表明,半径大于2nm时,孔形基本以两端开口型为主,<2nm左右孔形无一致性变化规律;单颗粒煤总孔长Lt(r)随孔半径减小,整体呈增加加剧的增大趋势,随粒径减小,各孔径段总孔长均逐渐减小,故均存在“墨水瓶”型孔消失情况,马场矿煤样“墨水瓶”型孔在微米级粒径时消失,阳泉五矿煤样“墨水瓶”型孔在百微米级粒径以下时消失,白龙山矿毫米级粒径以下煤样均无“墨水瓶”型孔。“墨水瓶”型孔的存在表明瓦斯储集能力较强,而“墨水瓶”型孔腔体越长,表明储集瓦斯能力越强,但放散能力较差,故上述孔形随粒径变化情况表明,随粒径减小,单颗粒煤储集瓦斯能力变小,但放散能力逐渐增加。
  3)建立了煤孔内瓦斯运移微观模型,从孔尺寸角度确定了煤孔内瓦斯吸附/解吸动力学特性影响的主控因素。结果表明:控制单一变量情况下,孔半径r,孔长L,吸附平衡压力P及Langmuir吸附常数b的增大均会增大煤孔内瓦斯平衡量,各因素对煤孔内运移平衡量影响程度表现为:孔半径>孔长>吸附平衡压力>吸附常数b。孔长L的增大会明显加大瓦斯在煤孔内的运移平衡时间;孔半径r,吸附常数b及吸附平衡压力的增大会减小煤孔内瓦斯运移平衡时间,影响程度表现为:孔半径>吸附平衡压力>吸附常数b。孔隙损伤对煤孔内瓦斯平衡量无影响,但会加剧煤孔内瓦斯运移速度,使损伤前后运移平衡时间均缩短,损伤前后运移平衡时间缩短程度为:A=B>E>C>D,(A:等径一端开口变两端开口,B:一端开口在1/2处损伤,C:一端开口在近开口端1/4处损伤,D:墨水瓶型孔变径处损伤,E:墨水瓶型孔一端开口变两端开口损伤)。
  4)建立了煤颗粒内瓦斯运移宏观模型-分数阶分形扩散模型。采用分数阶分形扩散模型,从理论角度预测瓦斯吸附/解吸速度随粒径变化增长倍数,结果表明,随粒径减小,煤样吸附/解吸速度急剧增大,如粒径减小为原来的1/2,则吸附/解吸速率增长范围介于4~16倍之间,由此表明粒径对煤中瓦斯吸附/解吸速率有重要影响。
  5)基于瓦斯吸附/解吸实验结果的宏微观模型验证。不同粒径煤吸附等温线存在“分区”现象,不同煤样“分区”情况有差异,但总体变化趋势为煤样粒径越小,曲线越靠上。煤样吸附平衡时间均随粒径增加快速增加。粒径最小煤样的吸附平衡时间仅需5min,而粒径最大的煤样吸附平衡时间则需十几天才可完成。据吸附平衡时间,结合瓦斯运移微观模型,可估算出煤给定半径孔并联数目,进一步推进了煤孔形定量化。结合孔结构分布特征及微观运移模型,实现了微观模型向宏观模型的过渡,并从宏观解吸实验中得到了验证。
  6)突出激发满足的粒径条件:结合孔结构分布特征及微观运移模型,运用突出瓦斯膨胀能公式,获得不同粒径煤瓦斯膨胀能分布规律,结合突出激发条件,获得非常规粒径煤样解吸速度不能推动突出的发生,即突出发生时必须存在大量小粒径煤样。

著录项

相似文献

  • 中文文献
  • 外文文献
  • 专利
代理获取

客服邮箱:kefu@zhangqiaokeyan.com

京公网安备:11010802029741号 ICP备案号:京ICP备15016152号-6 六维联合信息科技 (北京) 有限公司©版权所有
  • 客服微信

  • 服务号