空化聲震效應對煤體溫度及應力分布的影響研究.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移，含瓦斯煤層微孔隙、低滲透性、高吸附導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在煤礦瓦斯抽采中已經(jīng)比較廣泛地應用，產(chǎn)生的空化聲震效應能強化瓦斯解吸與促進滲流。但是目前空化聲震效應對煤體瓦斯的影響機理還尚未完全研究清楚，例如聲波是如何作用煤體，橫波與縱波進入煤體后對煤體結構產(chǎn)生的影響，對煤體的抗拉強度，抗剪強度的影響，以及熱效應的影響機理等還未見相關報道。本文通過理論分析

2、、數(shù)值模擬與實驗驗證相結合的方式，對空化水射流空化聲頻的頻率特性、空化聲震對煤體應力的影響以及對煤體溫度的影響進行研究，其取得的主要成果有：
　?、偻ㄟ^對空化水射流聲震效應進行了聲波特性研究，理論分析了空化聲震的機械振動與熱效應對煤體溫度應力的影響，空化聲震產(chǎn)生的空化聲波進入煤體后會對煤體產(chǎn)生拉伸與剪切的交替作用，使煤體所受有效應力發(fā)生變化，煤基質收縮；同時空化過程中產(chǎn)生的熱效應使得煤體溫度提高，使煤體內瓦斯分子從吸附態(tài)轉向游離態(tài)

3、，空化過程中產(chǎn)生的溫度越高，解吸的瓦斯氣體愈多。
　　②分析了空化聲波進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；在假設能量傳遞過程中衰減全部轉換為熱效應的情況下，得到煤體受到空化聲震的機械振動作用后的應力變化方程與空化聲震熱效應的煤體溫度變化方程。
　　③通過對空化聲震的聲頻功率譜進行統(tǒng)計分析，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煤體

4、應力及溫度變化規(guī)律。得到了空化聲震下煤體的呈交替正負的聲壓分布特征；空化聲震機械振動作用對煤體有效應力提高0.8MPa~1.2MPa，由于聲波反射與衰減的原因，煤體應力呈軸對稱交替分布，有效應力的提高與聲頻呈正向關系；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而保持上升速度較為穩(wěn)定。同時溫度提高在5~8度之間，聲頻越高，熱效應越明顯。溫度的分布呈由內向外逐級減小的趨勢。