熱流固耦合作用下煤的力學特性的實驗研究

《熱流固耦合作用下煤的力學特性的實驗研究》是依託中國礦業大學，由萬志軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：熱流固耦合作用下煤的力學特性的實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：萬志軍
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

煤炭地下氣化和煤炭地下直接液化以及煤炭地下熱解開採本質上都是對處於原始應力狀態下的煤層進行熱加工的過程，是一個複雜的多相介質多場耦合作用問題。項目擬從該工程的基本力學問題- - 熱流固耦合作用下煤的力學特性入手，以自主研製的600℃20MN伺服控制高溫高壓岩體三軸試驗機及μCT225kVFCB高精度顯微CT試驗系統為平台,採用φ200*400大尺寸煤樣的高溫高壓實驗和分形、損傷理論，從巨觀-細觀層面研究熱流固耦合作用下煤的熱變形特徵、破壞模式、蠕變特徵，研究煤的物理力學參數如滲透率、變形模量、泊松比、熱膨脹係數等的溫度效應，以及煤的熱破裂特徵及其細觀機制等。項目研究將揭示熱流固耦合作用下煤體的變形破壞、蠕變、熱破裂等規律與特性；揭示熱流固耦合作用下煤體熱破裂的臨界溫度、破裂後的滲透特性等。研究成果可為煤炭地下氣化和煤炭地下直接液化以及煤炭地下熱解開採等工程設計提供有力的理論指導和依據。

結題摘要

摘要：項目針對煤炭地下氣化和煤炭地下直接熱解開採工程的基本力學問題——熱流固耦合作用下煤的力學特性，以自主研製的“600℃20MN伺服控制高溫高壓岩體三軸試驗機”，對尺寸為φ200×400mm的大煤樣開展了熱力耦合實驗研究，分析了煤的熱變形及破壞特徵、蠕變、力學參數的溫度效應、熱破裂及其細觀機制。結果表明：煤的力學特性有明顯的溫度效應；煤的熱變形隨溫度升高分為三階段：緩慢變形階段、快速變形階段和破壞階段；隨溫度升高，煤體破壞從脆性破壞向延性破壞轉變；高溫下，蠕變速度明顯加速，更易出現加速蠕變；引入新型黏壺，構建了加速蠕變模型；溫度對彈性模量的影響複雜，圍壓、溫度和熱解共同影響煤體彈性模量，在圍壓保持不變的條件下，溫度和熱解產氣是影響彈性模量的主要因素；煤體熱破裂隨溫度升高分為三階段：微弱階段，破裂加速階段及回落階段。研究成果可為煤炭地下氣化和煤炭地下直接液化以及煤炭地下熱解開採等工程設計提供有力的理論指導和依據。