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二、课题研究内容、特色及创新之处： 1 研究内容 课题主要围绕不同破坏类型构造煤的瓦斯解吸规律与突出危险性关系开展研究，具体研究内容包括： （1）不同破坏类型构造煤瓦斯解吸规律 改造现有瓦斯解吸规律测定实验系统，重点搭建大质量（1000g）煤样具备低温控制功能的（5℃以上）瓦斯解吸实验系统。 针对典型的高、中、低煤阶，通过现场构造煤观测，选取不同破坏类型构造煤，重点实验研究构造软煤在不同温度（5℃~45℃）、不同粒度、不同水分（包括天然水分、平衡水分、高压液态水等类型水分）、不同灰分，不同吸附平衡瓦斯压力情况下的瓦斯解吸规律和不同时段煤的瓦斯放散速度。 （2）构造煤解吸规律与突出危险指标关系 在构造煤瓦斯解吸规律测定基础，配套测定不同粒度、不同瓦斯压力、不同环境温度、不同破坏程度构造煤的突出危险解吸指标；对比分析瓦斯解吸规律与突出危险解吸指标之间的关系，完善构造煤突出危险指标测定方法。 （3）构造煤分类方法 根据以上研究结果，结合现有构造煤分类方法，综合煤体结构特征和瓦斯解吸规律及解吸指标等，针对瓦斯突出灾害防治现场需求，提出能够量化表达的构造煤分类的新方法。 （4）构造煤的瓦斯放散机理和模式研究 通过调研分析和补充实测不同破坏类型构造煤的孔隙结构、分布特征和裂隙发育情况，研究不同煤阶构造软煤的孔隙结构和分布特征的变化规律和裂隙发育特征，为完善构造煤分类和理论分析煤的瓦斯放散机理和模式奠定基础；根据构造煤的瓦斯解吸规律、孔隙结构特征和裂隙发育情况，建立融合Fick扩散定律和达西定律的构造煤瓦斯放散机理和模式。 2 特色与创新之处 （1）实验研究大质量不同煤阶构造煤在不同温度、不同水分条件下的瓦斯解吸规律； （2）建立构造煤的瓦斯放散机理和模式； （3）提出融合瓦斯解吸规律和孔隙结构特征的量化构造煤分类方法。 11
三、拟采取的理论分析、计算、试验方法和步骤及其可行性： 1、研究思路及技术路线 论文拟采用实验室实验、理论分析、数值模拟和现场试验验证的方法开展研究，具体思路与技术路线如图1所示。 改造瓦斯解吸规律实验测试系统 构造煤现场观测与煤样采集 煤样制样、瓦斯参数及工业分析 孔隙结构参数及裂隙发育调研分析与测定 构造煤瓦斯解吸过程测定 构造煤解吸指标实验室测定 构造煤瓦斯解吸规律 构造煤瓦斯解吸规律与突出危险关系 构造煤孔隙结构特征及裂隙发育规律 构造煤灾害防治角度分类方法 构造煤瓦斯放散控制模式研究 构造煤瓦斯损失量计算方法 完善钻屑解吸指标的测定方法 瓦斯含量和解吸指标现场测定验证 图1 论文技术路线图 2、理论分析、计算： 论文根据构造煤的瓦斯解吸规律和孔隙结构特征，首先要根据煤分子和瓦斯分子之间的作用力（伦敦色散力、德拜力和Keeson力），分析温度和水分影响构造软煤解吸瓦斯的机理；然后以Fick扩散定律和达西定律为指导，理论分析构造软煤的瓦斯放散机理，推导和拟合构造软煤的瓦斯放散模式。另外，论文需计算瓦斯含量与突出解吸指标的定量关系。 3、试验方法、步骤： （1）课题首先搭建瓦斯解吸规律实验室测定系统，实验系统示意图如图2所示，实验系统采用煤样为1000g左右煤样，恒温控制系统能控制到5℃，通过抽气、充气、煤样吸附、解吸系统实现对不同破坏类型构造煤瓦斯解吸规律的测定分析； （2）选取煤与瓦斯突出严重矿井，现场观测考察构造煤类型，描述构造煤类型及分布，12
并取样，低温液氮、采用X射线衍射等方法测定孔隙结构特征和裂隙发育情况，同时配套测定瓦斯含量、钻屑瓦斯解吸指标△h2、K1值和工业分析等； （3）实验室测定煤体坚固性系数、瓦斯放散初速度、瓦斯吸附常数及工业分析等参数； （4）选取不同破坏类型构造煤，实验考察不同水分、不同温度（在5~45℃范围内间隔5℃进行实验）、不同粒度、不同瓦斯压力下构造煤瓦斯解吸过程； （5）在同等条件下测定煤样瓦斯解吸指标； （6）根据测定结果，分析构造煤在不同条件下的瓦斯解吸规律，完善瓦斯损失量的计算方法； （7）根据实验结果，分析构造煤瓦斯解吸规律与突出危险关系； （8）综合以上研究结果，提出瓦斯灾害防治需求的构造煤分类方法； （9）根据构造煤的瓦斯解吸规律、孔隙结构和分布特征及裂隙发育情况，综合考虑Fick扩散效应和渗流效应，采用理论推导和数值模拟的方法研究构造煤的瓦斯放散机理和模式。 4 7 7 4 7 4 7 7 7 接气袋 7 2 3 3 1 5 6 1000 8 7 9 1、高压甲烷气瓶 2、充气灌 3煤样罐 4、精密压力表 5、真空表 6、压力表开关 7、高压截止伐 8、解吸仪 9、真空泵 10、恒温槽 图2 钻屑解吸指标研究实验系统示意图 4、可行性分析 （1）论文以国家“973”课题、河南省杰出人才计划、高等学校博士学科点专项科研基金等为依托，拥有充足科研经费，并为相关实验和现场测试提供了保证。 （2）已具备初步瓦斯解吸规律实验系统，并且前期利用该系统开展了部分实验，具备了部分实验数据，为开展研究提供了很好的实验条件和数据积累。 （3）前人煤体瓦斯解吸规律、孔隙结构和分布特征已开展了大量研究工作，提出了很多可借鉴的方法、观点和数据基础，为论文研究提供了丰厚的研究基础。 （4）安全学院有较多瓦斯灾害防治方面的专家，为论文研究提供了强有力的技术后盾。 13
刘彦伟博士开题报告终版
