浸水加温及受载条件下煤样电阻率变化特征研究

来源 :华北科技学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunshixi2009
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煤柱高温氧化现象不仅造成了严重的煤炭资源浪费,而且威胁着井下作业人员的人身安全。防治巷道煤柱高温氧化常规措施包括注浆、采取注浆隔绝空气、喷涂密闭材料、加固堵漏、注水降温等手段。煤柱高温氧化隐蔽性强、治理难度较大,常规防治手段不能做到煤柱高温氧化的自动监测与防治。本论文主要研究了在浸水、加温及受载条件下煤样电阻率的变化情况,为通过监测煤柱电阻率的变化去控制注水量、进而实现煤柱高温氧化的自动防治奠定基础。为了探究煤样在浸水、加温以及受载条件下电阻率的变化情况,以串草圪旦煤矿长焰煤和桑北煤矿无烟煤为研究对象,通过文献查阅、理论分析、实验研究和仿真模拟等方法,分析了电阻率与浸水(注水)时间、温度、载荷负载、测试频率等条件之间的变化特征,模拟了煤柱内部温度与含水率的耦合作用下电阻率的分布特征。研究结果表明:(1)测试频率是影响测量煤样电阻率大小的重要因素之一,测试频率越大,电阻率变化范围越小,符合ρ(100Hz)>ρ(120Hz)>ρ(1k Hz)>ρ(10k Hz)>ρ(100k Hz)。随着浸水温度的升高,长焰煤和无烟煤整体电阻率符合ρ(25℃)>ρ(40℃)>ρ(55℃)>ρ(70℃)。长焰煤型煤和原煤之间差异性较大,原煤煤样浸水加温条件下电阻率变化情况规律性较弱,长焰煤型煤在70℃、85℃高水温浸水加温条件下电阻率会出现激增或峰值,整体规律性较差。浸水加温实验中,无烟煤原煤及型煤电阻率均呈现“L”型下降趋势,其电阻率随浸水时间呈指数函数负相关,其整体变化规律性优于长焰煤。(2)在持续受载至煤样破碎过程中,煤样变形分为四个阶段,其过程中不饱和煤样、饱和煤样电阻率数值都呈现出整体骤降、平稳减小和突然增加三个阶段性变化。(3)结合长焰煤浸水加温实验结果,利用COMSOL模拟了煤柱高温氧化注水防治过程中长焰煤煤柱中电阻率变化特征。模拟结果表明:煤柱内部加热源会持续升温并扩大,内部电阻率从中心位置向外逐渐递增。在微压(0.02MPa、0.04MPa和0.06MPa)单孔注水治理煤柱高温氧化过程中,位于注水孔、加热源中心和两场交汇处电阻率最小;位于煤柱底板边缘电阻率最大;煤柱整体电阻率符合水头压力大、含水率高电阻率越低的特征,即ρ(0.02MPa)>ρ(0.04MPa)>ρ(0.06MPa)。(4)通过分析模拟煤柱中观测点电阻率变化发现,其电阻率变化趋势符合“L”型指数函数下降趋势,电阻率变化特征与实验过程中长焰煤型煤、无烟煤型煤电阻率变化规律相一致。模拟结果为通过监测煤柱电阻率变化、实现注水防治煤柱高温氧化的自动控制提供指导。本论文有图59幅,表8个,参考文献74篇。
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