煤岩热损伤破坏机制及煤田火区演化规律数值模拟研究

发布时间：2025-06-27 22:58

　　煤田火灾能烧毁大量煤炭资源、产生有毒害气体、破坏土壤植被、地下水,引起地表沉陷等,对人的生命健康和环境都产生极大破坏。我国是煤田火灾最严重的国家之一,涉及新疆、内蒙等中西部七个省（自治区）。煤火燃烧烘烤火区覆岩,改变其力学特性,促使覆岩原生裂隙的发育和扩展,为煤火燃烧提供漏风供氧通道,这是煤田火灾能自主燃烧和不断蔓延的最主要因素之一。为此,本文以煤岩热损伤为切入点,通过理论分析、实验室实验及数值模拟等手段,深入研究了煤岩热损伤后孔隙结构、力学特性、渗流特性的演化规律,探讨了煤岩热损伤的破坏机制和渗流特性的影响机制,建立了煤田火区热-固耦合数学模型,通过数值模拟分析了温度场、应力场、位移场的变化规律,结合煤岩破坏的判别准则,得出了烧空区塑性变形区域的影响范围。主要研究成果如下:（1）利用扫描电镜、核磁共振研究了煤体热损伤后孔隙结构特征及演化规律,采用分形理论对热损伤煤体的孔隙结构进行了定量表征。结果表明,高温热处理对煤体有开孔、疏孔效应,孔隙间的连通性随热处理温度的升高而增强,并伴随裂隙的发育和扩展,300℃高温处理后煤体裂隙数量、深度以及长度均有明显增加。煤样孔隙随热处理温度的升高不断发...

【文章页数】：173 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-3论文技术路线图

1绪论特性的影响机制。（3）热损伤对煤体渗透特性的影响机制采用三轴渗流实验装置，开展高温处理后不同变质程度煤样在不同条件下的渗流实验，研究高温热损伤后煤样渗透率随气体压力、围压、轴压的变化规律，结合研究内容（1）及研究内容（2）揭示热损伤对煤体渗流特性的影响机制。（4）煤田火区....

图2-2煤田火区地表裂隙形态

.2烧空区覆岩垮落裂隙曹代勇等[157]通过对煤田火区的现场考察，将煤田火区裂隙成因进行了理，认为火区地表裂隙主要有构造裂隙、采动塌陷裂隙和燃烧烘烤裂隙。煤火燃烧中心形成后，释放大量热量烘烤上覆岩层，改变覆岩的力学性燃烧中心沿煤层走向继续蔓延，后方形成大量烧空区，而烧空区范围的....

图2-3煤田火区的动态发展过程

图2-3煤田火区的动态发展过程[181]Fig.2-3Dynamicdevelopmentprocessofcoalfieldfirearea方程岩基质体，气流速度较慢，可用达西定律表示[182]：()ijUPg流流速矢量，m/s；....

图3-2QuantaTM250型扫描电子显微镜Fig.3-2QuantaTM250Scanningelectronmicroscopy

镜质组反射率%镜质组/%惰质组/%壳质组/%0.7342.5755.7600.5851.5630.4813.95煤体孔裂隙结构发育特征的影响（EffectsotheDevelopmentCharacteristicsofCoalPore....

本文编号：4054018