用于揭示煤與瓦斯突出機理與規(guī)律的模擬試驗儀器及應用

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究意義 1
1.1.1 煤炭是我國主體能源 1
1.1.2 煤與瓦斯突出災害及其機理亟待突破 1
1.2 煤與瓦斯突出災害及假說 4
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 10
1.3.1 研究現(xiàn)狀 10
1.3.2 存在的問題與不足 14
1.4 主要研究內(nèi)容與方法 14
1.5 研究目標 16
1.6 主要創(chuàng)新與進展 17
參考文獻 19
第2章 煤與瓦斯突出物理模擬相似準則創(chuàng)建 22
2.1 煤與瓦斯突出物理模擬相似準則進展 23
2.2 固氣耦合模型及相似轉(zhuǎn)化 24
2.2.1 煤與瓦斯突出準備階段數(shù)學模型 24
2.2.2 準備階段數(shù)學模型的相似轉(zhuǎn)化 24
2.3 能量模型及其相似轉(zhuǎn)化 26
2.3.1 煤與瓦斯突出能量模型 26
2.3.2 能量模型的相似轉(zhuǎn)化 28
2.4 煤與瓦斯突出相似準則建立及其相似性分析 29
2.4.1 相似準數(shù)選取 29
2.4.2 煤與瓦斯突出相似準則建立 29
2.4.3 相似準則相似性分析 30
2.5 相似準則相似性分析與驗證 31
2.6 小結(jié) 32
參考文獻 33
第3章 吸附解吸特性含瓦斯煤相似材料研發(fā) 35
3.1 煤的物理力學特性及相似材料研究進展 35
3.1.1 煤的孔隙結(jié)構(gòu)特征 35
3.1.2 煤的吸附解吸特性 36
3.1.3 煤的放散特性 37
3.1.4 煤的力學特性 38
3.1.5 煤巖相似材料研究進展 39
3.2 吸附解吸特性含瓦斯煤相似材料選擇與制備 39
3.2.1 吸附解吸特性含瓦斯煤相似材料選擇 39
3.2.2 吸附解吸特性含瓦斯煤相似材料試件的制作 41
3.3 基本物理力學參數(shù)測試 43
3.4 影響因素分析 47
3.4.1 容重和孔隙率 47
3.4.2 吸附性 48
3.4.3 單軸抗壓強度 49
3.4.4 彈性模量 50
3.4.5 內(nèi)聚力 50
3.4.6 內(nèi)摩擦角、泊松比 51
3.5 含瓦斯煤相似材料的優(yōu)勢 51
3.6 小結(jié) 52
參考文獻 52
第4章 低滲透性巖層相似材料研發(fā) 54
4.1 巖層特性及低滲性相似材料研究進展 54
4.2 低滲性巖層相似材料選擇 55
4.3 基本物理力學參數(shù)測試 56
4.3.1 測試方案 56
4.3.2 物理力學性質(zhì)測試方法 57
4.4 影響因素分析 58
4.4.1 密度 59
4.4.2 單軸抗壓強度及彈性模量 59
4.4.3 滲透率 61
4.5 材料適用性分析 62
4.6 小結(jié) 63
參考文獻 64
第5章 本安型瓦斯相似氣體研發(fā) 66
5.1 瓦斯特性與本安型瓦斯相似氣體 66
5.2 相似指標與氣體篩選 66
5.2.1 相似指標 66
5.2.2 氣體篩選 68
5.3 相似指標測定與結(jié)果分析 69
5.3.1 瓦斯/氣體含量Q測定 69
5.3.2 瓦斯/氣體放散初速度△P測定 71
5.3.3 初始釋放瓦斯/氣體膨脹能Wp測定 72
5.3.4 含瓦斯/氣體煤力學性質(zhì)Rc測定 74
5.4 瓦斯與相似氣體的相關性分析 75
5.5 小結(jié) 76
參考文獻 76
第6章 相關基礎試驗儀器的研發(fā) 78
6.1 可視化恒容固氣耦合試驗儀研發(fā) 78
6.1.1 研發(fā)意義 78
6.1.2 儀器構(gòu)成與原理 79
6.1.3 儀器功能與技術(shù)指標 80
6.1.4 儀器詳細介紹 81
6.1.5 沖擊力測試 84
6.2 標準試件環(huán)向位移測試系統(tǒng)研發(fā) 87
6.2.1 研發(fā)意義 87
6.2.2 系統(tǒng)構(gòu)成 89
6.2.3 測試方法與原理 89
6.2.4 系統(tǒng)主要參數(shù) 91
6.2.5 系統(tǒng)測試精度驗證 91
6.3 巖石三軸力學滲透測試儀研發(fā) 93
6.3.1 研發(fā)意義 93
6.3.2 儀器功能與技術(shù)參數(shù) 94
6.3.3 儀器構(gòu)成與各部分關鍵技術(shù) 95
6.3.4 儀器操作流程 100
6.4 瓦斯膨脹能測定儀優(yōu)化改進 101
6.4.1 研發(fā)意義 101
6.4.2 測定原理 102
6.4.3 設計思路與儀器構(gòu)成 103
6.4.4 儀器優(yōu)化改進與性能指標 104
6.5 煤粒瓦斯放散測定儀研發(fā) 107
6.5.1 研發(fā)意義 107
6.5.2 儀器構(gòu)成與簡介 107
6.5.3 測量原理及方法 109
6.6 相似材料滲透率測試儀研發(fā) 110
6.6.1 研發(fā)意義 110
6.6.2 儀器簡介和工作原理 110
6.7 基礎試驗儀器的應用 112
6.7.1 含瓦斯煤力學特性研究 112
6.7.2 煤巖吸附瓦斯放散特性研究 133
6.7.3 瓦斯膨脹能影響規(guī)律研究 138
6.7.4 受力過程煤巖氣體滲透特性研究 142
6.8 小結(jié) 146
參考文獻 146
第7章 煤與瓦斯突出物理模擬試驗儀器研發(fā)原理 152
7.1 突出關鍵因素與突出物理模擬試驗儀器系統(tǒng)構(gòu)成 152
7.1.1 突出關鍵因素 152
7.1.2 突出物理模擬試驗儀器系統(tǒng)構(gòu)成 155
7.2 合理確定模擬范圍及相似比尺 155
7.2.1 確定模擬范圍 155
7.2.2 確定相似比尺 160
7.3 多尺度煤與瓦斯突出物理模擬試驗儀器研發(fā) 161
參考文獻 162
第8章 小型瞬間揭露煤與瓦斯突出模擬試驗儀器 164
8.1 儀器構(gòu)成與設計 164
8.1.1 研制思路 164
8.1.2 系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù) 165
8.1.3 模擬系統(tǒng)構(gòu)成與功能 165
8.2 儀器驗證與應用 168
8.2.1 試驗方案與過程 168
8.2.2 模擬試驗過程 171
8.2.3 試驗現(xiàn)象與結(jié)果分析 172
8.3 小結(jié) 176
參考文獻 177
第9章 中型煤與瓦斯突出模擬試驗儀器 178
9.1 儀器構(gòu)成與設計 178
9.1.1 反力密封單元 179
9.1.2 應力加載單元 182
9.1.3 氣體充填單元 182
9.1.4 巷道掘進單元 184
9.1.5 信息采集單元 186
9.2 儀器驗證與應用 188
9.2.1 試驗方案 188
9.2.2 試驗過程 189
9.2.3 試驗結(jié)果及分析 191
9.3 小結(jié) 194
參考文獻 195
第10章 大型煤與瓦斯突出模擬試驗儀器 196
10.1 儀器構(gòu)成與設計 196
10.1.1 研發(fā)思路 196
10.1.2 定量化模擬基礎——相似體系構(gòu)建 196
10.1.3 系統(tǒng)構(gòu)成與技術(shù)指標 197
10.1.4 五大關鍵單元構(gòu)成與功能 200
10.2 儀器驗證與應用 208
10.2.1 試驗方案 208
10.2.2 試驗過程 209
10.2.3 試驗結(jié)果與分析 210
10.3 小結(jié) 214
參考文獻 214
第11章 煤與瓦斯突出物理模擬方法工藝創(chuàng)新 216
11.1 煤層高壓氣體“三層密封”方法 216
11.1.1 低強高黏氣體密封膠密封 216
11.1.2 低滲巖層材料密封 217
11.1.3 反力裝置密封 218
11.2 試驗模型精細化制作工藝 220
11.2.1 模型制作方案 220
11.2.2 相似材料配制 221
11.2.3 模型分層振實 222
11.2.4 煤層鋪設與密封 224
11.2.5 傳感器埋設與變送器氣密封保護 225
11.2.6 模型完成制作與封蓋 225
11.3 試驗流程與創(chuàng)新工藝 226
11.3.1 試驗流程 226
11.3.2 創(chuàng)新工藝 229
11.4 小結(jié) 229
第12章 揭煤致突試驗與影響因素分析 230
12.1 瞬間揭煤致突試驗 230
12.2 煤體強度對突出的影響規(guī)律 230
12.2.1 研究意義 230
12.2.2 試驗方案 230
12.2.3 試驗結(jié)果 232
12.2.4 影響規(guī)律分析 232
12.2.5 煤體強度對突出的能量影響機制 235
12.3 氣體吸附含量對突出影響規(guī)律 238
12.3.1 研究意義 238
12.3.2 試驗方案 239
12.3.3 試驗結(jié)果 240
12.3.4 影響規(guī)律分析 243
12.3.5 吸附氣體對突出能量影響機制分析 244
12.4 小結(jié) 248
參考文獻 248
第13章 淮南典型突出事故物理模擬與分析 250
13.1 工程概況 250
13.1.1 典型突出案例——新莊孜礦煤與瓦斯突出事故 250
13.1.2 試驗原型參數(shù) 251
13.2 試驗方案 252
13.3 試驗結(jié)果與分析 259
13.3.1 試驗現(xiàn)象 259
13.3.2 試驗數(shù)據(jù)結(jié)果 261
13.4 小結(jié) 268
參考文獻 269
第14章 結(jié)論與展望 270
14.1 結(jié)論 270
14.2 展望 274