• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
煤体中瓦斯水合固化的力学作用研究进展
  • 42
  • 作者

    吴强张保勇

  • 单位

    黑龙江科技大学安全工程学院

  • 摘要
    为更好地完善我国煤与瓦斯突出预测与防治方法工作,基于煤与瓦斯突出综合作用假说,提出了瓦斯水合固化防治煤与瓦斯突出的方法。该方法核心是将煤层中瓦斯固化生成瓦斯水合物,不仅能降低瓦斯压力,而且能够提高煤体强度,以达到减弱或消除煤与瓦斯突出危险性的目的。基于“瓦斯固化防突”思想,综合运用理论分析、室内试验以及数值模拟的研究方法,实现了煤体中瓦斯水合物的生成以及含瓦斯水合物煤体力学性质-渗透率原位测试,提出了煤体中瓦斯水合物生成及力学性质-渗透率测试技术及含瓦斯水合物煤体三轴压缩数值建模技术。瓦斯水合固化热力学和动力学条件是防突的理论基础,煤层瓦斯水合物稳定储存是技术前提,瓦斯压力降低及煤体力学性质改善是防突关键,本文重点围绕水合固化煤体交叉力学问题进行总结。分析认为:(1) 瓦斯水合固化防突技术理论框架已经初步形成,并利用数值模拟手段初步探究了瓦斯水合固化前后对煤体力学特征改善的细观机理;(2) 现阶段已证实煤体中水合物生成不仅能降低瓦斯压力,而且能改善其力学性质,高饱和度对提高煤体峰值强度明显;(3) 瓦斯水合物生成经历快速、缓慢和稳定3个阶段,且水合物的生成会造成煤体中瓦斯渗流通道阻塞,导致其渗透率降低;(4) 高瓦斯压力、高CH4浓度不仅有助于提高水合物饱和度而且会延缓水合物分解,有助于水合物的稳定存在。然而瓦斯水合固化技术防突的可靠度仍需大量重复试验验证,以建立普适化的数据库。综合现有研究结果,对水合固化防突研究目前仍存在的局限性与挑战进行了讨论,并且给出了进一步的研究方向。
  • 关键词

    煤与瓦斯突出瓦斯水合固化含瓦斯水合物煤体力学性质离散元

  • 文章目录
    1 瓦斯水合固化防突理论基础及关键技术
    1.1 气体水合物
    1.2 瓦斯水合物的特点
    2 瓦斯水合固化关键技术及可行性
    2.1 瓦斯水合防突技术关键点
    2.2 可行性分析
    2.2.1 煤的孔隙特征及煤体中瓦斯水合物生成
    2.2.2 煤体中瓦斯水合物稳定存在
    2.2.3 瓦斯水合物对揭煤瞬间瓦斯压力和瓦斯涌出量的影响
    2.2.4 含瓦斯水合物煤体抗压强度提高
    3 力学作用研究进展
    3.1 瓦斯压力对诱导时间、生成速率的影响
    3.2 含瓦斯水合物煤体力学特性研究
    3.2.1 水合物饱和度作用
    3.2.2 围压作用
    3.2.3 应力路径作用
    3.2.4 数值模拟
    3.3 含瓦斯水合物煤体渗透率变化研究
    3.3.1 水合物饱和度作用
    3.3.2 瓦斯压力作用
    3.3.3 应力加卸载过程作用
    4 结论与展望
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