高压脉动水力锤击对煤体介质损伤致裂特性的研究

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1、硕士学位论文高压脉动水力锤击对煤体介质损伤致裂特性的研究ResearchontheDamagingandFracturingCharacteristicsofCoalMediumbyPulsatedWaterpowerHammeringwithHighPressure作者：柴虎强导师：张景松教授中国矿业大学二○一五年四月中图分类号学校代码10290UDC密级公开中国矿业大学硕士学位论文高压脉动水力锤击对煤体介质损伤致裂特性的研究ResearchontheDamagingandFracturingCharacteristicsofCoalMediumbyPulsatedWater

2、powerHammeringwithHighPressure作者柴虎强导师张景松教授申请学位工学硕士培养单位电力工程学院学科专业流体机械及工程研究方向矿用特种流体机械答辩委员会主席评阅人二○一五年四月论文审阅认定书ThesisApprovalIdentification研究生柴虎强在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢Acknowledgements光阴荏苒，硕士研究生

3、的学习即将结束，三年的学习生活使我受益匪浅。经历大半年时间的磨砺，硕士毕业论文终于完稿，回首大半年来收集、整理、思索、停滞、修改直至最终完成的过程，我得到了许多的关怀和帮助，现在要向他们表达我最诚挚的谢意。首先感谢导师张景松教授，本论文是在导师的倾力指导和殷切关怀帮助下完成的，在论文选题和技术路线的设计上得到了恩师耐心细致、严肃认真的指导，在试验研究上，恩师给予了技术上的帮助和资金上的大力支持；三年的研究生期间，导师渊博的知识、极具创造性的思维方式、敏锐的科学洞察力和对问题深入浅出的分析能力，使我在耳濡目染中获益匪浅。恩师指导下锻炼了我的实践动手能力和分析解决问题的能力；导师对

4、事业勤勉执着的追求、孜孜不倦的探索精神以及谦逊仁厚的学者风范，都深深地影响着我。在生活中，导师给予我们无私关怀使我终生难忘。总之，我在研究生期间的每一分成长和进步都离不开导师的倾心指导和帮助。师恩如海，难以言报，在此，仅以淡弱的笔墨，向恩师表达深深的敬意和诚挚的感谢！感谢试验室高云鹏老师在我试验过程中的帮助和支持，在平时的室内试验和现场实践中，带领并指导我们顺利地完成相关的研究工作。在本论文研究所需试验台的搭建过程中，高老师提供了很多宝贵的意见和帮助解决了很多困难，值此论文成文之际，向他表示深深的谢意。感谢试验室庄利和师弟张慧杰、祝飞及师妹张娜，在长时间的试验过程中，他们给予了

5、很大的支持和帮助，特别是试验的前期准备，他们对我的帮助很大，在遇到困难时无私的伸出援助之手，并且在与他们讨论的过程中受益匪浅，感谢中国石油大学研究生姚媛媛对我模拟的帮助，模拟中给予了我很大的帮助。感谢我的父母在论文撰写期间给予的精神支持和鼓励！感谢动力工程系全体老师多年的教育和帮助！感谢本文所引用文献资料的作者，他们辛勤的工作和对科技事业默默贡献给我的工作提供了良好的铺垫和基础。感谢所有帮助和关心我的人！最后，我要感谢参与我论文评审和答辩的各位老师，他们给了我一个审视学习成果的机会，让我能够明确今后的发展方向，他们对我的帮助是一笔无价的财富。我将在今后的工作、学习中加倍努力，以

6、期能够取得更多成果回报他们、回报社会。再次感谢他们，祝他们一生幸福、安康！摘要高瓦斯、低透气性煤层中扩大瓦斯排放范围是提高瓦斯抽采率核心所在，煤层脉动注水致裂技术是在常规注水致裂技术的基础上提出的一种新的瓦斯治理技术，该技术通过作用在煤壁上周期变化的力，引起煤体发生收缩-膨胀-收缩变形，累积损伤产生疲劳效应，改变注水孔周围煤体裂隙结构，增大了注水影响范围，改善煤层注水状况，驱替出煤体中的瓦斯，对低透气性的煤的安全开采有重要意义。本文采用理论分析、数值模拟和相似试验相结合的方法对煤层脉动注水技术开展了较为系统的研究。首先，在前人研究基础上总结分析了脉动注水水压在煤体中的传播规律，

7、分析了脉动水压载荷对煤体的影响，结合断裂力学和损伤力学的理论，分析了含有孔隙、裂隙等缺陷煤体的强度及其在脉动载荷作用下煤体的损伤变形规律，并分析了煤层注水中的水气驱替原理；其次运用ANSYS动力模块分析了脉动注水过程中煤体全程应力、位移变化规律；模拟结果表明：为了取得最优的注水致裂效果，应在满足设备运行的前提下，尽可能提高脉动载荷幅值、载荷差和频率；再次，分析了煤层注水过程中的渗流-应力耦合过程，引入多孔介质有效应力概念描述煤体骨架颗粒间的作用力，分析了不同因素对煤层注水效果的影响。模拟结果