煤粒瓦斯放散规律、机理与动力学模型研究

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1、万方数据中图分类号：TD713密级：公开UDC：622.8单位代码：10460煤粒瓦斯放散规律、机理与动力学模型研究StudyonGasEmissionRules,MechanismandDynamicModelfromCoalParticle申请人姓名刘彦伟申请学位工学博士学科专业安全技术及工程研究方向瓦斯灾害防治理论与技术导师刘明举职称教授提交日期2011年10月答辩日期2011年12月河南理工大学万方数据万方数据河南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方

2、外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。本人愿意承担因本学位论文引发的一切相关责任。学位论文作者签名:年月日河南理工大学学位论文使用授权声明本学位论文作者及导师完全了解河南理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留和向有关部门、机构或单位送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，允许将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，允许采用任何方式公布论文内容，并可以采用影印、缩印、扫描或其他手段保存、汇编、出版本学位论文。保密的学位论文在解密后

3、适用本授权。学位论文作者签名：导师签名：年月日年月日万方数据万方数据致谢秉承百年老校的荣耀，师从刘明举教授。刘老师渊博的知识，严谨求实的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，朴实无华、平易近人的人格魅力都深深影响着我，终身难忘。刘老师在为人处世、科学研究、论文选题、试验与写作等诸方面，都给予了悉心的指导和帮助。在此，谨向恩师表示衷心的感谢!感谢魏建平教授在学习、工作、生活、论文选题、撰写及后期修改过程中给予的大力指导与帮助。感谢安全科学与工程学院院长高建良、副院长牛国庆、王兆丰教授、余明高教授在论文选题和后期修改过程中给予的指导、支持与帮助。感谢张子敏

4、教授、崔洪庆教授和张玉贵教授等多位老师多年来对我的大力指导和帮助。感谢李志强博士、数信学院董仲周博士、赵延霞博士和王燕老师、中国矿业大学陈文学博士在论文撰写过程中给予的软件、数学推导等方面的支持和帮助。感谢程磊副教授在博士论文撰写过程中的支持和帮助。感谢安全工程技术研究中心全体老师对我工作的理解与支持。感谢研究生处各位领导和老师们给予的悉心帮助与培养。感谢博士生戚灵灵、师弟崔凯、王凯、赵明明、刘中一等在实验研究、文字编辑、打印等环节给予的帮助。感谢教育部博士学科点专项科研基金项目《煤-水-气三相介质条件下瓦斯运移动力过程研究》的资助。感谢论文所引用文献的作者。感谢

5、我的父母、妻子高红平和女儿刘颖柯的理解、支持和鼓励，是他们默默的奉献承载了论文的顺利写作。最后，衷心感谢各位专家、教授在百忙之中对论文的审阅和参加本人的论文答辩会，并期待得到大家的指导。刘彦伟2011年12月于河南理工大学万方数据万方数据摘要煤粒的瓦斯放散规律、机理和模型的研究是煤层瓦斯含量测定、突出危险性预测参数测定、落煤的瓦斯涌出和煤层气开发等方面的关键科学问题之一。采用物理模拟试验、孔隙结构实验测定、数学建模、理论分析和数值解算等方法，研究了煤粒瓦斯放散规律及其影响因素、瓦斯放散机理和物理数学模型，研究成果完善了煤粒瓦斯放散规律和理论。研制了具有温控功能的大

6、质量煤样高效瓦斯吸附解吸实验系统，实验研究了吸附平衡压力、变质程度、破坏程度、粒度、水分和环境温度等因素对煤粒瓦斯放散动力学的影响规律和机理；采用压汞、低温液氮等温吸附和扫描电镜等手段测定了不同变质程度和不同破坏类型煤的孔裂隙结构参数，结合前人关于煤分子结构和孔隙结构的研究成果，研究了变质程度和破坏程度对煤的孔隙结构控制特征，探讨了动力变质对瓦斯放散规律的影响，进一步完善了变质程度和破坏程度对煤粒瓦斯放散影响规律和机理；在实验研究基础上，根据气体在多孔介质扩散理论，补充完善了煤粒的瓦斯放散机理，结合变扩散系数规律，建立了基于连续性扩散理论的三层孔隙结构物理数学扩散

7、模型，求出了通解，进行了理论探讨和验证。实验研究结果表明：不同吸附平衡压力下的瓦斯放散速度随时间变化关系可kpkt表示为：VBPt，但同一煤样，不同时间段，相关参数均发生变化；吸附平衡瓦斯压力对煤粒瓦斯扩散系数的影响可忽略不计；变质程度对极限瓦斯放散量的影响呈U型变化，扩散系数总体随变质程度的提高呈增大趋势，但变质程度为贫瘦煤的鹤壁煤样高于无烟煤的晋城煤样；软、硬煤的极限瓦斯放散量相差不大，软煤稍高于硬煤；相同时间段，软煤瓦斯放散量和瓦斯放散速度明显大于硬煤；9个经验公式中乌式更适合描述整个瓦斯放散过程，但相关系数仍偏低，软煤的扩散系数明显高于硬煤，基本在

8、2~10倍