| 论文中文题名： | 煤田火区热-力诱导覆岩主裂隙演化特性 |
| 姓名： | |
| 学号： | 19220089003 |
| 保密级别： | 公开 |
| 论文语种： | chi |
| 学科代码： | 083700 |
| 学科名称： | 工学 - 安全科学与工程 |
| 学生类型： | 硕士 |
| 学位级别： | 工学硕士 |
| 学位年度： | 2022 |
| 培养单位： | 西安科技大学 |
| 院系： | |
| 专业： | |
| 研究方向： | 煤火灾害防治 |
| 第一导师姓名： | |
| 第一导师单位： | |
| 论文提交日期： | 2022-06-20 |
| 论文答辩日期： | 2022-06-01 |
| 论文外文题名： | Thermal-force Induced Overburden Host Fracture Evolution Characteristics in Coalfield Fire Zones |
| 论文中文关键词： | |
| 论文外文关键词： | Coalfield fire zone ; Air leakage channel ; Thermodynamic coupling ; Overlying rock fissures ; Thermal damage |
| 论文中文摘要： |
我国煤田火灾频发且分布十分广泛，其火源位置隐蔽、漏风供氧通道复杂、形成演化过程不清，严重制约着煤火灾害的科学防控。而目前针对煤田火区的治理，多采用剥离火区、注水降温和封堵漏风相结合的方法，但是漏风供氧通道难以有效封堵，煤田火区复燃时有发生。 本文以炭窑渠煤田火区作为研究对象，通过理论分析、相似模拟、实验研究、数值模拟相结合的方法，开展煤田火区覆岩主裂隙的发展过程研究。首先采用SAM-2000微机控制刚性伺服岩石三轴试验机、马弗炉等实验手段测定煤田火区原岩热损伤后的力学参数。其次选择1:100的相似比对炭窑渠火区进行相似模拟实验台搭建，探讨实验条件下煤田火区覆岩的主裂隙演化特性。最后通过UDEC进一步分析火区煤体温度和厚度影响覆岩主裂隙演化特性，得到了不同火区煤体温度和厚度下的首条漏风供氧通道距初始损毁点距离变化规律。研究得出： （1）不同温度处理岩样峰值应力点之前的应力-应变曲线划分为空隙压密阶段、弹性变形阶段、微裂纹稳定发展演化阶段和微裂纹非稳定发展阶段，同时其峰值应力随温度的变化也出现了不同程度的改变，其中粉砂岩力学参数受温度影响较大，处理温度为700 ℃的最高峰值应力为52.70 MPa，细粒砂岩处理温度为400 ℃的峰值应力159.9 MPa。此外，单向应力作用下的不同岩性破坏模式也呈现出多种特征。 （2）实验条件下，首条漏风供氧通道形成前平均垮落步距为31 cm，形成后平均垮落距离为59.5 cm，提升了约92%。而煤田火区上覆岩层层间裂隙演化则呈现出了发生-扩展-压实-再生的循环规律，且当损毁距离达到157 cm时产生了第一条漏风供氧通道。此外，应力集中系数随着煤层损毁距离的不断增加其曲线“波谷”呈现出明显的向X轴负方向移动的趋势。 （3）在应力和温度的共同作用下，火区煤体温度和厚度的增加都会导致首条漏风供氧通道形成位置的提前。M3-600（煤厚3 m阴燃温度为600 ℃）、M5-600和M7-600的首条漏风供氧通道与初始损毁点的距离分别为165.1 m、122.7 m以及105.2 m，而M5-600、M5-800和M5-1000为122.7 m、114.7 m以及103.1 m。而火区煤体温度与厚度对其上覆岩层产生第一条漏风供氧通道的关联度分别为0.6和0.59。 |
| 论文外文摘要： |
China's coalfield fires are frequent and widely distributed, with hidden fire source locations, complex air leakage and oxygen supply channels, and unclear formation and evolution processes, which seriously restrict the scientific prevention and control of coal fire disasters. At present, the management of coalfield fire areas mostly adopts a combination of stripping the fire area, water injection and cooling and sealing the air leakage, but it is difficult to effectively seal the air leakage and oxygen supply channels, and the re-ignition of coalfield fire areas occurs from time to time. In this paper, Tan Yaoqu coalfield fire area as the research object, through theoretical analysis, similar simulation, experimental research, numerical simulation method of combining to carry out the development process of coalfield fire area rock main fracture. Firstly, the mechanical parameters of original rock after thermal damage in coalfield fire area were measured by SAM-2000 microcomputer controlled rigid servo rock triaxial testing machine and muffle furnace. Secondly, the similarity ratio of 1:100 was selected to build a similar simulation experiment platform for the fire area of the carbon kiln canal, and the evolution characteristics of the main fissures in the fire area of the coalfield under the experimental conditions were discussed. Finally, the evolution characteristics of main fractures affected by coal temperature and thickness in fire area were further analyzed by UDEC, and the variation law of the distance between the first air leakage oxygen supply channel and the initial damage point under different coal temperature and thickness in fire area was obtained. The study concluded that: (1) The stress-strain curves before the peak stress point of rock samples after different temperature treatments are divided into void compacting stage, elastic deformation stage, stable development evolution stage of microcracks and unstable development stage of microcracks, and also their peak stresses change with temperature in different degrees, among which the mechanical parameters of siltstone are more influenced by temperature, and its highest peak stress appears at the treatment temperature of 700 ℃, 52.70 MPa, while the peak stress of fine-grained sandstone appeared at a treatment temperature of 400 °C with a peak stress of 159.9 MPa. In addition, the different lithological damage modes under unidirectional stress also showed a variety of characteristics. (2) Under the experimental conditions, the average collapse step before the formation of the leaky oxygen supply channel was 31 cm, and the average collapse distance after the formation of the leaky oxygen supply channel was 59.5 cm, which was improved by about 92%. In contrast, the evolution of interbedded fractures in the overlying rock seams in the coalfield fire area showed the cyclic law of occurrence-expansion-compaction-regeneration, and the first air leakage oxygen channel was generated when the damage distance reached 157 cm. In addition, the stress concentration coefficient shows an obvious tendency to move in the negative direction of X-axis with the increasing damage distance of coal seam. (3) Under the combined effect of stress and temperature, the increase of coal combustion temperature and thickness in the fire zone will lead to the advance of the formation of the first air leakage oxygen channel. The correlation between the temperature and thickness of coal combustion in the fire area and the first air leakage oxygen supply channel from the overlying rock layer is 0.6 and 0.59, respectively. |
| 参考文献： |
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| 中图分类号： | TD752.2 |
| 开放日期： | 2022-06-21 |
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