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岩石力学与工程学报 2024年第4期43卷 918-933页

作者：韩鹏华赵毅鑫高森高艺瑞张村胡勇中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 华能煤业有限公司北京100070

水岩作用是煤岩体弱化的一个重要因素,长期水浸作为水岩作用的一种类型,在采矿工程和井巷工程中广泛存在。通过单轴压缩试验获取长期水浸过程中煤样的渐进破坏特征,建立力学参数与饱和度和浸水时间之间的关系,并分析煤样宏观裂隙扩展特... 详细信息

水岩作用是煤岩体弱化的一个重要因素,长期水浸作为水岩作用的一种类型,在采矿工程和井巷工程中广泛存在。通过单轴压缩试验获取长期水浸过程中煤样的渐进破坏特征,建立力学参数与饱和度和浸水时间之间的关系,并分析煤样宏观裂隙扩展特征。结果表明,煤样的浸泡过程可分为非饱和浸泡和长期(饱和)浸泡2个阶段。在非饱和浸泡阶段和长期浸泡阶段,煤样的峰值应力分别降低46.3%和34.5%,且符合指数下降的趋势。在长期水浸的过程中,煤样加载后产生宏观裂缝的数量由干燥状态的6~8条逐渐减少至浸泡360 d的2~3条,且破坏形式由拉伸和剪切复合破坏向单一剪切破坏转变。根据煤样初始压密特征以及临界破坏强度特征,采用连续损伤力学和统计损伤理论提出一种描述煤样在长期水浸作用下整个变形过程的损伤本构模型。基于此模型可以发现随着浸水时间的增加,初始损伤量由干燥煤样的0逐渐增加至浸泡360 d煤样的0.773。此外,通过引入均方根误差RMSE和决定系数R^(2)来评估模型曲线与试验数据之间误差和拟合度,发现改进后模型的理论曲线与试验数据吻合度最高。改进后模型的RMSE最大值和R^(2)最小值分别为1.81和0.76,均优于已有文献提出的模型。

关键词：采矿工程煤长期水浸特征应力应变差损伤本构模型

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长期水浸对不同烟煤自燃参数与微观特性影响的实验研究

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煤炭学报 2017年第10期42卷 2642-2648页

作者：唐一博李云飞薛生王俊峰李瑞超太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

为了更好地防治水浸采空区的自燃火灾,利用DSC,FTIR,XRD等手段研究长期水浸前后补连塔烟煤与西曲烟煤的微观结构及自燃特性变化。发现经过30~90 d的水浸后,煤样在低温氧化过程中的活化能降低1.73~7.94 k J/mol,且放热量增大,煤中—CH_2... 详细信息

为了更好地防治水浸采空区的自燃火灾,利用DSC,FTIR,XRD等手段研究长期水浸前后补连塔烟煤与西曲烟煤的微观结构及自燃特性变化。发现经过30~90 d的水浸后,煤样在低温氧化过程中的活化能降低1.73~7.94 k J/mol,且放热量增大,煤中—CH_2—,—OH,C—O等活性结构吸收峰变化显著。此外,水浸后煤中Si O2含量大幅降低,煤表面Si,Na,Ca,Fe,S等元素富集,矿物质的析出致使煤体膨胀、破碎,大于10 nm的孔隙增加4.61%~17.35%,提高了煤中氧扩散速率;同时,由于水浸后煤的抗拉强度最低降至0.192~0.495 MPa,完整的块煤更容易破碎,加剧了采空区自燃风险。煤中矿物组分与含量的差异导致水浸后补连塔与西曲煤自燃特性变化的幅度也有所不同。

关键词：长期水浸烟煤微观结构自燃特性

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长期水浸煤中溶出物质及对煤自燃特性的影响研究

长期水浸煤中溶出物质及对煤自燃特性的影响研究

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作者：孙旭明中国矿业大学

学位级别：硕士

煤自燃是煤炭工业中的主要灾害之一。影响煤自燃的因素很多,如煤化程度、煤岩成分、水分、含硫量、环境气候等。尤其是在长期水浸后煤自燃的特性变化,但关于该方面的研究很少。本文采用实验与理论相结合的研究方法,利用蒸馏水对4种不同... 详细信息

煤自燃是煤炭工业中的主要灾害之一。影响煤自燃的因素很多,如煤化程度、煤岩成分、水分、含硫量、环境气候等。尤其是在长期水浸后煤自燃的特性变化,但关于该方面的研究很少。本文采用实验与理论相结合的研究方法,利用蒸馏水对4种不同变质程度煤样进行浸泡。结果表明,浸泡产物中无机离子主要为Ca、Mg、K、Na,其中沁城2煤、临涣10煤和补连塔2-2煤均为Na离子溶出量最大,口孜东13煤溶出量最大的是Ca离子;有机物中主要有羟基,苯环,醚氧键等活性基团;经蒸馏水长期浸泡后,4种不同变质程度煤样的浸泡后的煤总孔体积、比表面积均比浸泡前原煤有所增大,但是其孔径变化却没有明显规律;临涣10煤、口孜东13煤和补连塔2-2煤微孔孔容和微孔比表面积都比原煤大,但沁城2煤则相反,原煤比浸泡后的煤大。微孔孔容和微孔比表面积随着煤变质程度的增加呈先减小后增加的趋势,其吸附曲线接近Ⅰ型等温线。低温氧化实验结果表明,4种不同变质程度煤样在低温氧化过程中产生的气体主要有CO、CO2等含氧气体和CH4、C2H4、C2H6、C3H8等烷烃类气体;长期浸泡后的煤相对于原煤而言其耗氧量和耗氧速度均有不同程度的升高;另外气体产物都有不同程度的增加,且增加幅度都较为明显。煤体氧化动力学实验结果表明,四种煤样在长期浸泡后其自燃倾向性指数均降低了,这说明其自燃倾向性均变大,即变得更易自燃。综上所述,本文运用了多种实验方法和技术手段来研究长期水浸对煤自燃特性的影响,并从煤中可溶物质成分、煤体孔隙结构、氧化动力学等方面系统阐述了长期水浸对煤自燃特性的影响原因。

关键词：煤长期水浸溶出物微观结构自燃特性

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