围压对含瓦斯水合物煤体应力应变关系的影响

力学性质是基于水合原理预防煤与瓦斯突出的核心问题之一。以具有突出倾向煤体制备的型煤为研究对象,利用自主研发的瓦斯水合物生成与三轴压缩一体化装置,开展了围压影响下含瓦斯水合物煤体三轴压缩实验。结果表明:三种围压下,应力-应变曲线均为软化型;不同特征点(初始屈服点、峰值点及残余阶段)含瓦斯水合物煤体的黏聚力相差较大,而内摩擦角的变化较小;含瓦斯水合物煤体的初始屈服强度、峰值强度、残余强度和变形模量随着围压的增加呈线性关系增加,围压对含瓦斯水合物煤体的力学性质有所强化。     

突出煤层槽硐周围煤体的应力与应变

为研究水力掏槽技术在突出煤层中实现快速掘进,分析槽硐周围煤岩的应力与应变、煤体弹性模量与竖固性系数的关系。利用ANSYS有限元软件建立水力掏槽槽硐数值模型,分析槽硐横向、竖向剖面周围煤岩体应力、应变云图。结果表明:槽硐周围煤体在应力重组作用下,径向、轴向应力集中带均向深部移动;距离槽硐不同位置测点,煤体应力、应变均呈规律性变化;同一剖面上距离槽硐中心径向距离越大,煤岩位移量、应变、应力变化越小;距离槽口轴向距离越大,煤岩位移量、应变、应力变化越大,但是超过一定距离后,又逐渐减小。现场实验结果验证了理论分析和数值模拟结果的准确性。     

CO2水合固化相变的热力学特性

CO2水合固化反应热的确定是实现煤体CO2水合固化防突的关键。依据ClausiusClapeyron方程和三参数对应态原理,建立CO2水合固化反应热计算模型;利用CO2水合分离实验装置,结合定温压力搜索法测定CO2水合分离相平衡参数;由CO2水合固化反应热计算模型得到实验设计体系的反应热,分析相平衡参数和SDS促进剂对CO2水合固化反应热的影响。结果表明:CO2水合固化反应具有较高反应热,且反应热的大小与相平衡参数和促进剂浓度有关。相平衡温度和相平衡压力越低,反应热越大;SDS浓度越高,反应热越低。该研究为CO2水合固化提供了技术参考。