煤田火區(qū)煤巖體熱物性參數(shù)及熱破壞特性研究.pdf

1、煤田火區(qū)的燃燒造成我國環(huán)境的污染、地質(zhì)塌陷、資源浪費(fèi)和生態(tài)系統(tǒng)破壞。煤巖體的熱物理性參數(shù)和熱破壞特性決定著煤田火的時(shí)空發(fā)展演化。為了研究烏達(dá)煤田火區(qū)的煤巖體熱物理性參數(shù)和熱破壞特性，論文運(yùn)用實(shí)驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)火區(qū)的花崗巖、砂巖和煤樣分別進(jìn)行研究，并且分析了其特征和機(jī)理。
　　運(yùn)用激光閃光LFA457裝置，分析了煤和巖樣的熱物理特性。同溫度，煤樣的熱擴(kuò)散系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)隨著揮發(fā)分含量的升高而逐漸降低，然而比熱容呈現(xiàn)

2、出逐漸升高的趨勢(shì)，其由物質(zhì)本身決定的熱物理性質(zhì)的變化主要受到溫度影響和發(fā)生的物理化學(xué)復(fù)雜反應(yīng)影響；并且結(jié)合熱重實(shí)驗(yàn)分析煤樣熱物理性質(zhì)變化的原因和特征溫度；花崗巖和砂巖的熱擴(kuò)散系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)在相同的溫度下比煤的高，主要是因?yàn)槊簶又羞M(jìn)行更復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和煤巖樣所含礦物質(zhì)成分差異造成的；花崗巖和砂巖的熱擴(kuò)散系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度升高而降低，而且比熱容隨溫度呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)；當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，巖石的導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)基本穩(wěn)定不變。導(dǎo)熱系

3、數(shù)隨溫度的變化情況，對(duì)于砂巖而言，主要是由于其自身基本都是晶體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的，然而煤樣主要是由于揮發(fā)分的含量和礦物質(zhì)相變的影響，而花崗巖主要受到變質(zhì)礦物質(zhì)的影響。
　　通過對(duì)不同溫度下煤樣和泥巖的CT掃描，運(yùn)用Drishti軟件對(duì)CT掃描圖形進(jìn)行了三維重建，并且結(jié)合MATLAB對(duì)樣品的裂隙和孔隙率進(jìn)行了計(jì)算。25–300 ℃階段，煤樣的裂隙和孔隙主要是由于熱破壞和內(nèi)部的氣體以及水分蒸發(fā)導(dǎo)致的；300–500 ℃階段，裂隙的發(fā)展主要是由

4、于內(nèi)部礦物質(zhì)成分的分解和化學(xué)動(dòng)力學(xué)作用引起的，即熱解導(dǎo)致內(nèi)部大量的烯烴類物質(zhì)釋放。巖樣在低于300 ℃時(shí)，其內(nèi)部孔隙增加，主要是因?yàn)閹r樣內(nèi)的水分以水蒸氣的形式蒸發(fā)和部分物質(zhì)揮發(fā)引起的；在300–500 ℃試樣內(nèi)部形成的孔隙和破壞損傷主要是樣品中礦物質(zhì)的相變和熱膨脹不均以及礦物質(zhì)的變質(zhì)造成的。
　　運(yùn)用RFPA數(shù)值模擬軟件，模擬了巖樣在溫度和壓力耦合作用下的熱破壞，分析研究了其熱破壞的模式和其發(fā)生熱破壞的特征。模擬破壞的模式與CT實(shí)