空化聲震效應(yīng)對(duì)煤體溫度及應(yīng)力分布的影響研究.pdf

1、煤礦淺部資源隨著持續(xù)開采即將耗盡，煤礦開采必然向深部轉(zhuǎn)移，含瓦斯煤層微孔隙、低滲透性、高吸附導(dǎo)致難以開采的難題愈發(fā)明顯。高壓水射流割縫卸壓增透技術(shù)在煤礦瓦斯抽采中已經(jīng)比較廣泛地應(yīng)用，產(chǎn)生的空化聲震效應(yīng)能強(qiáng)化瓦斯解吸與促進(jìn)滲流。但是目前空化聲震效應(yīng)對(duì)煤體瓦斯的影響機(jī)理還尚未完全研究清楚，例如聲波是如何作用煤體，橫波與縱波進(jìn)入煤體后對(duì)煤體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，對(duì)煤體的抗拉強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度的影響，以及熱效應(yīng)的影響機(jī)理等還未見相關(guān)報(bào)道。本文通過理論分析

2、、數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方式，對(duì)空化水射流空化聲頻的頻率特性、空化聲震對(duì)煤體應(yīng)力的影響以及對(duì)煤體溫度的影響進(jìn)行研究，其取得的主要成果有：
　?、偻ㄟ^對(duì)空化水射流聲震效應(yīng)進(jìn)行了聲波特性研究，理論分析了空化聲震的機(jī)械振動(dòng)與熱效應(yīng)對(duì)煤體溫度應(yīng)力的影響，空化聲震產(chǎn)生的空化聲波進(jìn)入煤體后會(huì)對(duì)煤體產(chǎn)生拉伸與剪切的交替作用，使煤體所受有效應(yīng)力發(fā)生變化，煤基質(zhì)收縮；同時(shí)空化過程中產(chǎn)生的熱效應(yīng)使得煤體溫度提高，使煤體內(nèi)瓦斯分子從吸附態(tài)轉(zhuǎn)向游離態(tài)

3、，空化過程中產(chǎn)生的溫度越高，解吸的瓦斯氣體愈多。
　?、诜治隽丝栈暡ㄟM(jìn)入煤體后能量的傳播過程，得到空化聲波在煤體中傳播的能量方程；在假設(shè)能量傳遞過程中衰減全部轉(zhuǎn)換為熱效應(yīng)的情況下，得到煤體受到空化聲震的機(jī)械振動(dòng)作用后的應(yīng)力變化方程與空化聲震熱效應(yīng)的煤體溫度變化方程。
　?、弁ㄟ^對(duì)空化聲震的聲頻功率譜進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到不同空化數(shù)下（圍壓與泵壓的不同的組合）聲頻的分布特征。采用COMSOL數(shù)值模擬軟件分析了不同空化聲頻下對(duì)煤體

4、應(yīng)力及溫度變化規(guī)律。得到了空化聲震下煤體的呈交替正負(fù)的聲壓分布特征；空化聲震機(jī)械振動(dòng)作用對(duì)煤體有效應(yīng)力提高0.8MPa~1.2MPa，由于聲波反射與衰減的原因，煤體應(yīng)力呈軸對(duì)稱交替分布，有效應(yīng)力的提高與聲頻呈正向關(guān)系；在溫度方面，煤體溫度上升在不同的聲頻下表現(xiàn)不同，在低頻階段上升速度先小后大，在高頻階段沒有這樣的趨勢(shì)而保持上升速度較為穩(wěn)定。同時(shí)溫度提高在5~8度之間，聲頻越高，熱效應(yīng)越明顯。溫度的分布呈由內(nèi)向外逐級(jí)減小的趨勢(shì)。