煤礦瓦斯災(zāi)害防治理論與技術(shù)進(jìn)展-在線瀏覽
2025-03-10 18:42本頁(yè)面
【正文】 ?孔隙氣體在煤層中的擴(kuò)散模式 (1)孔隙氣體在煤孔隙中的擴(kuò)散模式 用諾森數(shù) Kn 將擴(kuò)散分為一般的 Fick 型擴(kuò)散、 Knudsen 型擴(kuò)散和過(guò)渡型擴(kuò)散 . 它的表達(dá)式為： = dKn ?式中 : d 為孔隙平均直徑， m； K為孔隙氣體分子的平均自由程， m。 θ— 有效表面孔隙率 。 ② Knudsen 型擴(kuò)散 283kRTDrM??瓦斯在煤層中擴(kuò)散微觀機(jī)理及模型研究 有效 Knudsen 擴(kuò)散系數(shù)為 : 2823keRTDsM?? ? ??③ 過(guò)渡型擴(kuò)散 在恒壓下其有效擴(kuò)散系數(shù)與 Fick 擴(kuò)散和諾森擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系為： , , ,1 1 1e f e k eD D D??? ④ 表面擴(kuò)散 煤是一良好的吸附劑 ,當(dāng)孔隙氣體分子被強(qiáng)烈地吸附于煤的固體表面時(shí) ,若孔隙氣體分子的能量等于表面能 ΔEa時(shí) , 氣體分子在煤表面形成表面擴(kuò)散。其他條件相同下，甲烷氣體更容易擴(kuò)散。01001。020000022???????????????????1 020002s i nc oss i n c oss i n2nFnnnnnnnnff nerrrrCCCC ??????????第三類邊界條件下，煤粒瓦斯擴(kuò)散物理數(shù)學(xué)模型 瓦斯在煤層中擴(kuò)散微觀機(jī)理研究 l n ( 1 Q t / Q ? ) = 9 E 0 5 t 0 . 3 5 6 8R2 = 0 . 9 9 4 5 0 . 4 5 0 . 4 0 . 3 5 0 . 3 0 . 2 5 0 . 2 0 . 1 5 0 . 1 0 . 0 500 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0t ( m i n )ln(1Qt/Q?)實(shí) 驗(yàn) 點(diǎn)線 性 擬 合iBiBiBBi是傳質(zhì)畢歐維數(shù)，從物體內(nèi)外擴(kuò)散阻力的大小，表征了物體擴(kuò)散場(chǎng)的特點(diǎn)。 F0為傳質(zhì)傅立葉數(shù)， F0大，說(shuō)明氣體在物體內(nèi)擴(kuò)散速率大，傳質(zhì)速度快，濃度擾動(dòng)波及范圍大； F0小，則物體內(nèi)氣體擴(kuò)散速率小，濃度擾動(dòng)波及范圍小。 3 基于 CT的含瓦斯煤細(xì)觀變形破壞規(guī)律 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 基于 CT的含瓦斯煤細(xì)觀變形破壞規(guī)律 ?實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 含瓦斯煤體破壞過(guò)程的 CT實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括 工業(yè) CT掃描系統(tǒng)、動(dòng)力加載系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)和應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng) 等。 含瓦斯煤體破壞過(guò)程 CT掃描系統(tǒng)實(shí)物圖 微焦點(diǎn) 225KV X射線系統(tǒng) 標(biāo)準(zhǔn) 320KV X射線系統(tǒng) 直徑為 8mm的試件 : 5 μm 最大直徑為 75 mm的試件 : 150 μm 直徑為 25 mm的試件 : 15 μm 最大直徑為 150 mm的試件 : 175 μm 最大直徑為 50 mm的試件mm: 30 μm 最大直徑為 300 mm的試件 : 225 μm CT空間分辨率 煤巖動(dòng)力加載裝置結(jié)構(gòu)圖 煤巖動(dòng)力加載裝置實(shí)物圖 ?加載系統(tǒng)： 自行設(shè)計(jì)，最大軸壓 30MPa，可控加載速度 。 基于 CT的含瓦斯煤細(xì)觀變形破壞規(guī)律 CT掃描實(shí)驗(yàn)煤樣及放置圖 基于 CT掃描方法的含瓦斯煤體在單軸壓縮過(guò)程細(xì)觀破壞效應(yīng) ?CT掃描方法 10mm 10mm 50mm 15mm a b c 10mm d d’ CT掃描位置 ? CT掃描圖片結(jié)果 根據(jù) CT 物理原理，CT 圖像的 灰度值大小與之相對(duì)應(yīng)的煤巖體密度成正比 。 高密度區(qū) 低密度區(qū) ?=0 ?= ?= ?= ?= ?= ?= ?= ?= ?= 不含瓦斯煤體在不同加載壓力條 件下，在 b截面的 CT掃描結(jié)果 a b c d d’ 基于 CT掃描方法的含瓦斯煤體在單軸壓縮過(guò)程細(xì)觀破壞效應(yīng) ?=0MPa ?= ?= ?= ?= 不含瓦斯煤體加載破壞過(guò)程中三維掃描結(jié)果 ?e= ?e= ?e= (?e=?P。表現(xiàn)為：涌出大量瓦斯，噴出大量煤粉，人員傷亡，堵塞巷道等。 煤與瓦斯突出流變機(jī)理 ?煤與瓦斯突出假說(shuō) ? “綜合作用假說(shuō)” ，該假說(shuō)認(rèn)為突出是地應(yīng)力、瓦斯和煤的物理力學(xué)性質(zhì)等因素綜合作用的結(jié)果。不能解釋的突出現(xiàn)象：突出煤體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于突出空洞體積，有的甚至無(wú)空洞；延期突出；距突出地點(diǎn)數(shù)十米處的煤發(fā)生流動(dòng)；打鉆孔時(shí)鉆粉量劇增、噴孔、卡鉆、頂鉆等。 ? 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)占煤體中瓦斯量 90%的吸附瓦斯使含瓦斯煤的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同于普通的巖石介質(zhì)。 ? 吸附瓦斯使煤體發(fā)生膨脹變形及強(qiáng)度降低；瓦斯解吸使煤體發(fā)生收縮變形及強(qiáng)度增高；孔隙瓦斯對(duì)煤破具有脆化作用，破壞前孔隙瓦斯幫助煤支撐外力，破壞開始后孔隙瓦斯加速破壞煤體。 煤與瓦斯突出流變機(jī)理 ?吸附瓦斯對(duì)煤蝕損效應(yīng)的理論關(guān)系 摩爾體積吸附量，面積，真空表面能，真空強(qiáng)度，???????????????000002001)()1l n (VVSdppVSVRTbPVa K R Topc??????這些研究結(jié)果得到了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際現(xiàn)象的驗(yàn)證，并應(yīng)用于煤礦瓦斯防治，也為突出機(jī)理研究奠定了基礎(chǔ)。 ?實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)含瓦斯煤是一種強(qiáng)流變介質(zhì)。突出過(guò)程是含瓦斯煤的流變 突變過(guò)程
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1