煤是一種由孔隙和裂隙組成的雙重孔隙介質(zhì),其中存在大量游離狀態(tài)和吸附狀態(tài)的煤層氣。煤體變形受到游離態(tài)氣體產(chǎn)生力學(xué)作用和吸附態(tài)氣體產(chǎn)生吸附膨脹作用的雙重影響。本文利用三軸固流耦合試驗(yàn)系統(tǒng),使用3種不同氣體(Ar、CO₂、CH₄)充當(dāng)孔隙介質(zhì),在恒溫恒壓條件下測量不同孔隙壓力引起煤體的軸向變形和徑向變形。通過計算煤體的應(yīng)力應(yīng)變來研究孔隙氣體引起煤體的變形效應(yīng)及有效應(yīng)力規(guī)律,進(jìn)而分析氣體孔隙壓力和吸附作用這兩種因素單獨(dú)引起的煤體變形效應(yīng)及有效應(yīng)力規(guī)律。通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)與理論分析,獲得如下結(jié)果:(1)應(yīng)力約束下,煤體孔隙中的氣體對煤體存在兩種作用形式:游離態(tài)氣體壓力對固體骨架的力學(xué)作用和吸附態(tài)氣體產(chǎn)生的吸附膨脹作用�？紫稓怏w壓力相同時,煤體在游離態(tài)氣體作用下產(chǎn)生的變形相同,而吸附態(tài)氣體引起煤體的變形不同。(2)氣體孔隙壓力和吸附作用單獨(dú)引起煤體的軸向變形和徑向變形都隨孔隙壓的增大而增大,都近似為線性關(guān)系,且垂直于層理方向的變形大于平行于層理方向的變形。(3)當(dāng)煤體孔隙為單相CH₄充滿時,孔隙壓力引起煤體的變形大于吸附作用引起煤體的變...

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 煤層氣的危害
        1.1.2 煤層氣的價值與發(fā)展
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 瓦斯引起煤體變形的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 CO₂驅(qū)替煤層氣的研究現(xiàn)狀
    1.3 存在的問題
    1.4 研究內(nèi)容與方法
        1.4.1 研究內(nèi)容
        1.4.2 研究方法
        1.4.3 技術(shù)路線
第二章 孔隙氣體作用下煤體有效應(yīng)力規(guī)律研究的實(shí)驗(yàn)
    2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及設(shè)備
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
    2.2 實(shí)驗(yàn)樣品
        2.2.1 試樣
        2.2.2 試樣的制取
        2.2.3 試樣的處理及保存
    2.3 實(shí)驗(yàn)方法及步驟
        2.3.1 實(shí)驗(yàn)方法
        2.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟
    2.4 孔隙氣體作用下煤體變形的試驗(yàn)方法
        2.4.1 煤的形成與結(jié)構(gòu)
        2.4.2 煤體軸向應(yīng)變的測量與計算
        2.4.3 煤體徑向應(yīng)變的測量與計算
    2.5 不同吸附氣體作用的煤體變形實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        2.5.1 煤體的軸向變形規(guī)律
        2.5.2 煤體的徑向變形規(guī)律
        2.5.3 煤體的各向異性
    2.6 不同吸附氣體作用下煤體有效應(yīng)力規(guī)律的研究
        2.6.1 有效應(yīng)力原理
        2.6.2 根據(jù)軸向變形計算有效應(yīng)力系數(shù)
        2.6.3 根據(jù)體積變形計算有效應(yīng)力系數(shù)
    2.7 小結(jié)
第三章 氣體孔隙壓作用下煤體有效應(yīng)力規(guī)律研究
    3.1 游離氣體賦存原理
        3.1.1 理想氣體
        3.1.2 理想氣體模型
        3.1.3 真實(shí)氣體狀態(tài)方程
    3.2 孔隙壓力引起的煤體變形
    3.3 氣體孔隙壓作用下煤體的有效應(yīng)力
    3.4 分析與討論
    3.5 小結(jié)
第四章 氣體吸附作用下煤體有效應(yīng)力規(guī)律研究
    4.1 吸附態(tài)氣體的賦存原理
        4.1.1 吸附原理
        4.1.2 影響吸附的因素
        4.1.3 煤吸附模型
    4.2 吸附作用引起的煤體變形
    4.3 吸附作用下煤體有效應(yīng)力的研究
        4.3.1 根據(jù)軸向吸附變形計算有效應(yīng)力系數(shù)
        4.3.2 根據(jù)體積吸附變形計算有效應(yīng)力系數(shù)
    4.4 分析與討論
    4.5 小結(jié)
第五章 吸附作用有效應(yīng)力規(guī)律在CO₂驅(qū)替煤層CH₄的應(yīng)用研究
    5.1 CO₂驅(qū)替CH₄的原理及方法
    5.2 CO₂驅(qū)替CH₄的煤層模型
    5.3 相同壓力CO₂驅(qū)替煤層CH4

    5.4 高壓力CO₂驅(qū)替煤層CH₄

    5.5 小結(jié)
第六章 結(jié)論及展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
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