• 論文
主辦單位:煤炭科學研究總院有限公司、中國煤炭學會學術期刊工作委員會
煤體中瓦斯水合固化的力學作用研究進展
  • 62
  • 作者

    吳強張保勇

  • 單位

    黑龍江科技大學安全工程學院

  • 摘要
    為更好地完善我國煤與瓦斯突出預測與防治方法工作,基于煤與瓦斯突出綜合作用假說,提出了瓦斯水合固化防治煤與瓦斯突出的方法。該方法核心是將煤層中瓦斯固化生成瓦斯水合物,不僅能降低瓦斯壓力,而且能夠提高煤體強度,以達到減弱或消除煤與瓦斯突出危險性的目的?;凇巴咚构袒劳弧彼枷?,綜合運用理論分析、室內試驗以及數值模擬的研究方法,實現了煤體中瓦斯水合物的生成以及含瓦斯水合物煤體力學性質-滲透率原位測試,提出了煤體中瓦斯水合物生成及力學性質-滲透率測試技術及含瓦斯水合物煤體三軸壓縮數值建模技術。瓦斯水合固化熱力學和動力學條件是防突的理論基礎,煤層瓦斯水合物穩定儲存是技術前提,瓦斯壓力降低及煤體力學性質改善是防突關鍵,本文重點圍繞水合固化煤體交叉力學問題進行總結。分析認為:(1) 瓦斯水合固化防突技術理論框架已經初步形成,并利用數值模擬手段初步探究了瓦斯水合固化前后對煤體力學特征改善的細觀機理;(2) 現階段已證實煤體中水合物生成不僅能降低瓦斯壓力,而且能改善其力學性質,高飽和度對提高煤體峰值強度明顯;(3) 瓦斯水合物生成經歷快速、緩慢和穩定3個階段,且水合物的生成會造成煤體中瓦斯滲流通道阻塞,導致其滲透率降低;(4) 高瓦斯壓力、高CH4濃度不僅有助于提高水合物飽和度而且會延緩水合物分解,有助于水合物的穩定存在。然而瓦斯水合固化技術防突的可靠度仍需大量重復試驗驗證,以建立普適化的數據庫。綜合現有研究結果,對水合固化防突研究目前仍存在的局限性與挑戰進行了討論,并且給出了進一步的研究方向。
  • 關鍵詞

    煤與瓦斯突出瓦斯水合固化含瓦斯水合物煤體力學性質離散元

  • 文章目錄
    1 瓦斯水合固化防突理論基礎及關鍵技術
    1.1 氣體水合物
    1.2 瓦斯水合物的特點
    2 瓦斯水合固化關鍵技術及可行性
    2.1 瓦斯水合防突技術關鍵點
    2.2 可行性分析
    2.2.1 煤的孔隙特征及煤體中瓦斯水合物生成
    2.2.2 煤體中瓦斯水合物穩定存在
    2.2.3 瓦斯水合物對揭煤瞬間瓦斯壓力和瓦斯涌出量的影響
    2.2.4 含瓦斯水合物煤體抗壓強度提高
    3 力學作用研究進展
    3.1 瓦斯壓力對誘導時間、生成速率的影響
    3.2 含瓦斯水合物煤體力學特性研究
    3.2.1 水合物飽和度作用
    3.2.2 圍壓作用
    3.2.3 應力路徑作用
    3.2.4 數值模擬
    3.3 含瓦斯水合物煤體滲透率變化研究
    3.3.1 水合物飽和度作用
    3.3.2 瓦斯壓力作用
    3.3.3 應力加卸載過程作用
    4 結論與展望
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