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文檔簡介
1、煤層開采過程中,難以避免水分的影響,為保證突出煤層的安全高效開采,研究水分對煤瓦斯解吸和力學(xué)特性的影響具有重要意義。本文以臥龍湖煤礦8101涌水工作面的為研究背景,綜合運用理論分析、實驗室實驗、數(shù)值模擬、現(xiàn)場驗證等研究手段,探討水分對煤瓦斯解吸性能及煤體力學(xué)特性的影響,并通過現(xiàn)場瓦斯數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬考察,說明水分對工作面瓦斯解吸以及應(yīng)力分布的影響,為相似地質(zhì)條件煤層開采提供技術(shù)參考。
為了研究水分對煤瓦斯解吸性能的影響,本文采用
2、煤礦瓦斯治理國家工程研究中心的高壓吸附-注水-攪拌-解吸測試裝置,該儀器解決了先吸附平衡后注水解吸的難題。實驗表明,水對煤中吸附瓦斯具有置換解吸作用和抑制解吸作用,并通過工作面實際瓦斯涌出規(guī)律和瓦斯解吸量進(jìn)行了驗證。置換解吸作用表明:不同瓦斯吸附平衡壓力下,瓦斯置換量與水分含量變化關(guān)系相似,即水分含量越大,水分對煤中吸附瓦斯的置換量越大,當(dāng)水分含量達(dá)到9%~11%時,水分對瓦斯的置換量能達(dá)到25%~35%,超過11%后,再增加水分含量對
3、置換量的影響將不再明顯。抑制解吸作用表明:不同瓦斯吸附平衡壓力下,瓦斯解吸量與水分含量變化關(guān)系相似,即水分含量越大,瓦斯解吸量越小,且存在極限值,當(dāng)水分含量達(dá)到9%~11%之間時,水分對120 min瓦斯解吸抑制效率在45%~55%之間。
通過不同水分含量下的型煤力學(xué)實驗,得到了水分對型煤力學(xué)特性參數(shù)的影響規(guī)律,即隨著水分含量的增大,抗壓強(qiáng)度降低,峰值應(yīng)變增加,彈性模量降低,摩擦角和內(nèi)聚力也逐漸降低;抗壓強(qiáng)度、峰值應(yīng)變、彈性模
4、量、內(nèi)聚力與水分含量均呈指數(shù)變化關(guān)系,摩擦角與水分含量呈線性變化關(guān)系;圍壓越大,水分含量對抗壓強(qiáng)度、峰值應(yīng)變和彈性模量的影響越大。
現(xiàn)場瓦斯數(shù)據(jù)表明,增大煤體水分含量,煤體中吸附瓦斯首先會受到置換解吸作用影響,部分吸附瓦斯被置換成為游離瓦斯提前釋放,當(dāng)工作面煤體卸壓或者采落時,煤體瓦斯降壓解吸將受到抑制作用,使得潤濕煤體的瓦斯解吸量和解吸速度小于干燥煤體,減少工作面落煤瓦斯涌出。
為了研究水分改變煤體力學(xué)特性對工作面
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