声波作用下煤体瓦斯解吸与放散特征研究.pdf

严重影响了人倍，二氧化氮计，我国每年界甲烷总排放量的3 0 ％由于我国大部分煤层渗透性较差，瓦斯抽采难度大，煤层开采过程中仍有大量瓦斯被排放到大气中，煤层瓦斯抽采效率低下问题仍然是制约大气环境污染控制的瓶颈之一研究煤与瓦斯固气耦合动力学特征及声波场作用下瓦斯解吸和放散特征，目的是试图改善煤体瓦斯解吸和放散的外部条件通过自制煤体瓦斯动力作用模拟实验系统，研究了非声场和声场作用条件下煤体的应力场、煤体瓦斯渗透速度和瓦斯解吸放散特征研究结果表明：①假设围岩不变形，在煤体瓦斯从游离态向吸附态转变过程中，煤体总压力呈下降趋势，瓦斯压力随时间按照对数规律减小，有效应力随时间按照对数规律增大；②假设围岩不变形，在煤体瓦斯处于向大气放散过程中，煤体总压力和瓦斯压力分别随时问按照负指数规律减小，瓦斯放散速度随时间按照对数规律减小；③煤体瓦斯在放散过程中对深部高应力区的卸载作用或应力释放效应明显强于低应力区；④声波作用于煤体，能够破坏煤体内部的粘结力，增加煤体裂隙宽度，提高煤体的渗透性；当裂隙发育终止后，声波提高煤体渗透性的作用不再明显；⑤稳定持续的声波作用于煤体过程中，煤体有效应力按照对数规律降低⑥声波振动器产生的周期性动力效应有利于瓦斯的解吸和运移；⑦声波在传播过程中有部分能量转化为热能以及声波振动器的散热效应，一方面使游离瓦斯具有膨胀趋势，一方面使煤体中的吸附态瓦斯解吸，从而增加了煤体内部的瓦斯压力，促进了瓦斯向煤体外的空间运移。

针对声波作用于煤体提高煤体瓦斯的解吸和放散能力研究，本文根据自己的实验结果提出了一些新的认识，对于提高瓦斯抽采效率，从而减少矿井瓦斯排放造成的大气污染具有重要的环境意义图7 9 表9 参1 5 9关键词：声波；煤体；瓦斯；吸附；放散；有效应力分类号：6 1 0 ．3 0 1 5 ；4 4 0 ．7 5安徽理工大学博士学位论文A b s t r a c tG r e e n h o u s ee f f e c t r e s u l t s i na b n o r m a lg l o b a lc l i m a t ec h a n g e s ，f r e q u e n t l yo c c u r r e de n v i r o n m e n t a lg e o l o g i c a ld i s a s t e r s ，a n di n f l u e n c e sh u m a nl i v i n ge n v i r o n m e n ts e r i o u s l y ．C o a lb e dm e t h a n ei sak i n do fg r e e n h o u s eg a sa f f e c t i n ga t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n t ．I t se f f e c ti s2 1t i m e so ft h a to fC 0 2 ，a n d7t i m e so ft h a to fN 0 2 ．A c c o r d i n gt os t a t i s t i c s ，C h i n e s ec o a lm i n ed i s c h a r g ea p p r o x i m a t e l y7 0 —。

9 0m i l l i o nm 3o fg a se v e r yy e a r , a c c o u n t e df o ra b o u t3 0 ％o ft h et o t a le m i t t e dv o l u m eo fm e t h a n eo ft h ew o r l d ．B e c a u s eo fl o wp e r m e a b i l i t yo fm o s tc o a lb o d yi nC h i n a , t h ee f f i c i e n c yo fc o a lg a se x t r a c t i o ni ss t i l lab o t t l e n e c ko fa t m o s p h e r i cp o l l u t i o nc o n t r 0 1 ．I no r d e rt oi m p r o v et h ee x t e r n a lc o n d i t i o no fc o a lg a sd e s o r p t i o na n de m i s s i o n ，c o a l - g a sc o u p l i n gd y n a m i cm e c h a n i c sa n ds o n i cw a v e s ’e f f e c to ng a sd e s o r p t i o na n de m i s s i o na f es t u d i e d ．As e to fl a r g e —s c a l es i m u l a t i o ns y s t e mi sd e v e l o p e dt os t u d yt h ec h a r a c t e r i s t i c so fs t r e s sf i e l d ，s e e p a g ev e l o c i t ya n dc o a lg a sd e s o r p t i o na n de m i s s i o nu n d e rn o n ·a c o u s t i cf i e l da n dt h ea c o u s t i cf i e l d ．E x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a t ：①A s s u m p t i n gt h e r ei sn od e f o r m a t i o ni ns u r r o u n d i n gr o c k ,t h et o t a ls t r e s sd e c l i n e ss l i g h t l yw i t ht i m e ，g a sp r e s s u r ed e c r e a s e sw i t ht i m ei na c c o r d a n c ew i t ht h el a wo fl o g a r i t h m ，e f f e c t i v es t r e s si n c r e a s e sw i t ht i m ei na c c o r d a n c ew i t ht h el a wo fl o g a r i t h md u r i n gt h ep r o c e s so ff r e eg a sb e i n gt r a n s m i t t e dt oa b s o r p t e dg a s ．②A s s u m p t i n gt h e r ei sn od e f o r m a t i o ni ns u r r o u n d i n gr o c k , t o t a ls t r e s sa n dg a sp r e s s u r ed e c r e a s ew i t ht i m ei na c c o r d a n c ew i t ht h el a wo fe x p o n e n t ，g a se m i s s i o ns p e e dd e c l i n e sw i t ht i m ea c c o r d i n gt ot h el o g a r i t h m i cl a wd u r i n gt h ep r o c e s so fg a se m i s s i o n ．③I nt h ep r o c e s so fc o a lg a se m i s s i o n ，t h eu n l o a d i n ge f f e c to rs t r e s sr e l e a s i n ge f f e c ti nh J 曲s t r e s sa r e aa r es t r o n g e rt h a nt h a ti nl o ws t r e s sa r e a ．④U n d e rt h ee f f e c to fa c o u s t i cw a v e sp r o p a g a t i o n , c o a lc e m e n t i n gs t r e n g t hi sd e s t r o y e d ，i n t e r n a lc o a lf r a c t u r e si sp r o l o n g e da n dw i d e n e d , a n dt h ep e r m e a b i l i t yo fc o a li si m p r o v e d ．T h ew a v e sh a v en om o r eo b v i o u se f f e c to nc o a lp e r m e a b i l i t yw h e nf r a c t u r e sa r ef u l l yo p e n e d ．⑤U n d e rt h ea c t i o no f s t a b l ea c o u s t i cw a v e s ，e f f e c t i v es t r e s so fc o a lb o d yd e c r e a s ew i t ht i m ea c c o r d i n gt ol o g a r i t h m i cl a w ．⑥S o n i cw a v e sp r o d u c ed y n a m i ce f f e c ta n dp r o m o t eg a sd e s o r p t i o na n dm i g r a t i o n ；⑦I nt h ep r o c e s so fs o u n dp r o p a g a t i o n , p a r to ft h ee n e r g yi sc o n v e n e di n t oh e a t ．O no n eh a n d ，f r e eg a sv o l u m es w e l l e da n dc o a lg a sp r e s s u r ei n c r e a s e ，o nt h eo t h e rh a n d , g a sd e s o r p t i o na n dm i g r a t i o ni s’p r o m o t e d ．T h i ss t u d ya i m e da th o wt op r o m o t ec o a lg a sd e s o r p t i o na n de m i s s i o n , a n dp r o p o s e ds o m en e wv i e w so nt h eb a s i so fe x p e r i m e n t s ．I th a sc e r t a i nt h e o r e t i c a ls i g n i f i c a n c ef o ri m p r o v i n gt h ee f f i c i e n c yo f c o a lg a se x t r a c t i o na n df o rt h ec o n t r o lo fa i rp o l l u t i o nc a u s e db yM i n eg a se m i。