表面活性剂影响煤体瓦斯吸附解吸性能的实验研究

在新鲜煤壁瓦斯涌出强度大的问题上,根据表面活性剂的润湿性、分散性、稳定性以及考察目的,选择十二烷基苯磺酸钠与洗涤灵按2∶1的比例配制了实验试剂,提出了利用表面活性剂降低瓦斯涌出强度的技术方案,并在实验室做了颗粒煤对瓦斯的吸附与解吸实验。实验结果表明:颗粒煤经过喷洒十二烷基苯磺酸钠和洗涤灵配制的表面活性剂溶液后,表面活性剂溶液能够很好地渗透煤体,使煤样润湿程度增加,堵塞了瓦斯的运移通道;活性剂溶液渗透到煤体孔隙内部,对煤体起到了降温的作用,低温有利于瓦斯吸附,抑制吸附瓦斯转化为游离瓦斯,瓦斯涌出强度会降低10%~40%左右,从这两方面达到降低瓦斯涌出强度、避免瓦斯超限的目的。     

多因素影响表面活性剂喷淋煤体抑制瓦斯解吸实验研究

采动条件下,煤矿采煤工作面原始应力的改变在不同程度上加剧了原始吸附态瓦斯的解吸和游离态瓦斯的扩散与渗流,引发瓦斯超限等影响煤矿安全生产的事故隐患。为有效降低煤矿工作面局部瓦斯浓度,采用向特定高浓度瓦斯区喷淋表面活性剂的方式抑制瓦斯解吸,模拟了煤矿井下喷淋表面活性剂溶液抑制瓦斯解吸的工况,研究在通风条件下,表面活性剂溶液的质量分数和煤体粒径对瓦斯解吸的影响,揭示了实际煤尘环境下喷淋表面活性剂对不同粒度煤体瓦斯解吸的抑制效果;根据井下可能存在瓦斯超限的工作面概况,自主研发了表面活性剂喷淋煤体抑制瓦斯解吸实验台,经表面张力和沉降实验测定优选了润湿性能较好的溶液进行不同表面活性剂溶液质量分数和煤体粒径对瓦斯解吸的影响实验研究。研究结果表明：当表面活性剂溶液质量分数达到0.40%时,5种溶液中辛癸基葡萄糖苷APG溶液的临界表面张力为26.96 mN/m,煤粉沉降时间为18.19 s,表征其润湿性最好;当喷淋质量分数为0.01%APG～0.50%APG溶液时,不同质量分数的APG溶液与瓦斯浓度峰值呈一阶指数函数关系;当溶液质量分数达到一定程度时,其含氧基团的面积百分比随着溶液质量分数增大而趋于稳定...     

表面活性剂水溶液抑制煤体瓦斯解吸作用的研究进展

随着煤矿开采逐步向深部延伸,煤层瓦斯压力与含量趋于增大,瓦斯浓度超限问题日趋严重,而添加表面活性剂水溶液是降低煤体瓦斯涌出的重要技术手段。本文采用文献调查法分析了表面活性剂水溶液在煤矿瓦斯灾害防治中的应用情况,研究结果表明:①基于安全性、温和性考虑,表面活性剂优选顺序依次为两性和生物型、非离子、阴离子、阳离子,同时大部分非离子和两性表面活性剂具有良好的复配功能;②在试验浓度范围内,除生物型表面活性剂外,其他类型表面活性剂水溶液均出现明显的表面张力及接触角变化的浓度拐点,对应的临界胶束浓度为0.1 %,获得表面活性剂水溶液润湿性效果排序为阴离子、非离子、两性、阳离子、生物型;③添加表面活性剂水溶液能够显著抑制煤岩瓦斯解吸扩散能力,这与水溶液的润湿铺展增强作用及封堵作用有关。     

煤体含水量对瓦斯解吸特性影响规律实验研究

为了验证含水量对煤体中瓦斯解吸特性的影响,以新景矿3号煤层为实验对象对煤体的饱和吸附量、解吸量和解吸速度进行了测试。结果表明:随着煤体含水量的增加,煤体的瓦斯吸附量逐渐减少,且减少幅度越来越小;随着煤体含水量的增加,煤体的瓦斯解析量减少且解吸速度越慢;含水量达到11.5%后,含水量对煤体的瓦斯解吸特性影响非常小。研究结果对确定瓦斯压力和突出风险具有重要的作用。     

表面活性剂溶液对煤体瓦斯扩散特性影响研究

为探析表面活性剂溶液对煤体瓦斯扩散特性的影响,采用不同浓度的快速渗透剂T溶液进行研究。结果表明:随着快速渗透剂T溶液浓度的增加,表面张力和接触角逐渐减小,表面张力、接触角均与快速渗透剂T溶液浓度满足幂函数的函数关系。随着快速渗透剂T溶液浓度的增加,煤的瓦斯解吸量逐渐减小,快速渗透剂T溶液浓度越大,其越容易浸湿煤体,为现场煤层注表面活性剂溶液治理瓦斯奠定理论基础。     

煤体瓦斯解吸实验的研究现状及进展

在煤矿开采过程中,瓦斯从煤体中解吸出来,可能会造成瓦斯事故,如果能够合理开发利用,它也可以作为一种清洁高效的资源。因此对煤体瓦斯解吸规律进行深入分析探讨具有非常重要的意义。以此为出发点,从瓦斯解吸的影响因素、解吸的实验方法及总结的经验规律等方面分析了煤体瓦斯解吸实验的研究现状,对现有研究成果进行了总结,并提出了在瓦斯解吸研究方面存在的不足之处以及未来研究的思路。     

表面活性剂对煤体孔隙结构影响的实验研究

为研究表面活性剂对煤体孔隙结构的影响,选用不同浓度的十二烷基苯磺酸钠溶液处理煤样,进行低温氮吸附实验。结果表明:表面活性剂处理后的煤样的平均孔径逐渐减小,两者呈负指数关系;表面活性剂处理后的煤样的总比表面积降低,与表面活性剂浓度呈幂函数关系,微孔的比表面积占比减小,中孔与过渡孔的比表面积占比增大;表面活性剂处理后的煤样的总孔体积也降低,两者符合幂函数关系,各孔径下孔体积占比变化不明显;表面活性剂处理后的煤样的分形维数增大,两者符合幂函数关系。     

静电场作用下煤体瓦斯解吸实验研究

为探究静电场作用下下煤体解吸瓦斯响应特征,构建静电场下煤体瓦斯解吸实验平台,分析研究了不同电场强度、加电时间对不同变质程度颗粒煤体瓦斯解吸量、解吸速度的变化规律,并利用比表面自由能公式结合Langmuir和Gibbs计算静电场下的变化量.实验结果表明:静电场作用下煤体瓦斯解吸量和解吸速度随电场强度的增加呈先增大再减小的趋势,不同变质程度颗粒煤存在特征电场强度和特征加电时间,并在该处解吸量获得极值.其中,古汉山无烟煤、鹤壁贫瘦煤、平顶山肥煤和义马褐煤的特征加电时间均为4 h,特征电场强度分别为120,40,40 kV/m和120 kV/m;静电场作用下瓦斯解吸速度在前期得到提高,吸附体系比表面自由能呈先增大后减小的趋势,变化幅度在3％～16％.     

水锁对含瓦斯煤体的瓦斯解吸的影响

受石油与天然气开采界水锁损害研究的启示,利用自主研发的外液侵入条件下瓦斯解吸实验装置,实验获得了0.025%渗透剂溶液侵入条件下对瓦斯自然解吸的影响。结果表明：外液的侵入能够降低瓦斯的解吸量,对于2.0,1.5,1.0和0.5 MPa四个含瓦斯压力水平而言,在1 h以内能够将瓦斯解吸量降低7%~26%,在12 h时能降低26%~41%,说明利用水锁防止工作面瓦斯超限具有可行性。     

煤体表面粗糙度对非阳离子表面活性剂润湿性影响的实验研究

在水中加入非阳离子表面活性剂可有效增强水对煤体表面的润湿性,煤体表面的润湿性受溶液种类和煤体表面物理化学性质影响。为研究煤体粗糙度对表面润湿性的影响,采用5种不同表面粗糙度的型煤和5种非阳离子表面活性剂,使用SJ-210表面粗糙度测量仪、JC2000D型动态接触角测量仪等设备进行实验,分别计算了各溶液润湿型煤的表面能。结果表明:型煤表面粗糙度介于0.5~5μm之间,非阳离子表面活性剂溶液在型煤表面形成的接触角与型煤表面粗糙度呈负相关,型煤表面能与表面粗糙度呈正相关;非阳离子表面活性剂质量分数0.01%时,型煤表面粗糙度对脂肪醇聚氧乙烯醚润湿性的影响程度最大,质量分数0.05%时,对癸基葡萄糖苷影响最大,质量分数0.10%时,对十二烷基硫酸钠影响最大,质量分数0.20%时,对脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠影响最大,质量分数0.40%时,对癸基葡萄糖苷影响最大;质量分数越低的表面活性剂润湿性受型煤表面粗糙度影响越大,在实验室使用低质量分数表面活性剂溶液对型煤进行润湿实验时,控制型煤的表面粗糙度具有重要意义。     

煤体吸附-解吸瓦斯变形特征实验研究

在煤层瓦斯抽放过程中,煤体瓦斯处于吸附-解吸状态,煤体发生膨胀和收缩。利用自主设计的煤体变形实验装置,分析了杜儿坪煤矿原煤在不同方式下吸附-解吸全过程中变形特征。实验结果表明：煤体变形量随着瓦斯压力的增加而增大,垂直层理方向变形量大于平行层理方向变形量;煤体在一次加压吸附实验中分为变形下降阶段、变形快速上升阶段和变形平稳上升至稳定阶段3个阶段;等梯度加压吸附-降压解吸过程中,0→0.5 MPa阶段变形量最大;等梯度加压吸附煤体变形量大于一次加到目标压力值的吸附煤体变形量,且等梯度解吸煤体残余变形量较大;煤体吸附-解吸变形可分为充气下降阶段、吸附快速上升阶段、吸附变形平稳上升至平稳阶段、解吸变形快速下降阶段和解吸平稳下降至稳定阶段。     

承压煤体瓦斯解吸-扩散特性实验研究

为了研究承压条件下含瓦斯煤的解吸-扩散特性,建立了受载煤体瓦斯扩散系数的动态演化模型,并采用单孔模型和双孔模型计算了粒度0.25~0.5,0.5~1和1~2 mm煤样在0~12 MPa轴向压力条件下的瓦斯扩散系数。实验结果表明:双孔模型计算结果与实验数据相关性系数均稳定在99.5%以上,拟合效果优于单孔模型,其中,宏观有效扩散系数在10~(-4)s~(-1)数量级上,高出微观有效扩散系数1~2个数量级;瓦斯解吸量、宏观/微观有效扩散系数随轴压升高呈先下降后波动上升的趋势,与受载煤体扩散动态理论模型相符;煤样粒度越大,宏观/微观有效扩散系数对应力越敏感,并且宏观有效扩散系数对应力的敏感性高于微观有效扩散系数;瓦斯解吸量、宏观/微观有效扩散系数随煤样粒度减小而增大。研究结果能为井下构造煤瓦斯扩散规律提供借鉴。     

近距离煤层煤体瓦斯解吸特性对比实验研究

为了研究近距离煤层煤体瓦斯解吸特性差异,以平煤五矿近距离煤层己_(15)煤和己_(16-17)煤为例,通过基本参数测定及煤体瓦斯解吸规律测定,获得了2种煤的瓦斯解吸特性。从瓦斯解吸特性的角度,解释了近距离煤层突出危险性差异的原因。     

煤体瓦斯解吸规律研究综述

通过对温度、压力、水分含量、煤样粒度、孔隙度、变质程度等6种影响煤体瓦斯解吸的因素进行说明,综述了我国目前就这6种因素对瓦斯解吸的影响规律。结果表明:不同因素对瓦斯解吸具有规律性,但由于得到的规律忽略了煤地质环境的复杂性与各种因素之间存在相互影响,只是针对1种影响因素进行的研究,存在一定的片面性,因此在将来的研究中应尽量对多个因素进行综合研究,才能获得更准确的结论。     

温度对煤样罐内煤体瓦斯解吸的影响

采用特制的瓦斯解吸试验系统,对阳煤五矿15号煤煤样进行了不同吸附和解吸温度条件下煤屑瓦斯解吸量测定实验及恒温和变温吸附解吸条件下煤样罐中煤屑瓦斯解吸过程中温度变化测定实验。试验结果表明:煤屑在40 ℃吸附后,在27 ℃解吸时速度明显低于40 ℃下解吸速度,30 ℃吸附40 ℃解吸明显高于40 ℃吸附27 ℃解吸的解吸速度;气体分子的吸附解吸过程伴随着多孔介质系统的能量改变而导致了温度变化,热量从煤样罐外围环境传导到煤样需要一定时间,在瓦斯解吸过程中,外界温度的急剧变化不会立即对解吸扩散过程产生影响,在这一时间阶段内,对煤样温度变化起主要决定作用的还是煤解吸瓦斯过程中自身的吸热反应,但一定时间后其决定作用将会是外界温度。     

煤体表面分形对瓦斯吸附影响

以8种不同变质程度煤样为研究对象,采用高压容量法和低压氮气吸附等实验手段,对煤样表面分形特征及吸附性能进行了分析,并利用FHH方程计算得到了煤样表面分形维数。研究结果表明:不同煤样瓦斯吸附能力差异显著,煤体表面分形对气体吸附具有重要影响;随着煤化程度的增加,分形维数呈现先减小后增大的U型曲线。     

压力对煤瓦斯吸附解吸性能影响的实验研究

以山东科技大学三维瓦斯模拟实验台为实验平台,以煤层瓦斯吸附解吸基本理论知识为依据,对同一含水率下煤层瓦斯吸附解吸规律进行了研究,结果表明:瓦斯压力对煤层瓦斯吸附解吸能力有重要作用,瓦斯压力越大瓦斯吸附量、解吸量越大。     

煤体吸附性能对煤体瓦斯放散特性的影响研究

煤体的吸附性能代表了煤体储存瓦斯能的能力,而煤体的放散特性表明了煤体释放瓦斯能的能力,两者均是造成煤与瓦斯突出的必要条件。为了研究煤体的吸附性能与煤体的瓦斯放散特性之间的内在联系,结合现有的实验条件,以煤样的极限吸附量与瓦斯放散初速度的关系为切入点,实验研究了不同吸附性能煤体的瓦斯放散特性变化规律,结果表明,煤体的瓦斯放散初速度ΔP随煤体的吸附常数a值的增大而增大,且二者之间存在一定的线性关系。     

煤体变形与瓦斯解吸/吸附关系的研究实验

专门针对瓦斯解吸及吸附作用与煤岩形变的相关性做出实验认证,条件是恒压恒温,利用物理上的排水法间接获得瓦斯体积,又由于解吸量与吸附量是一对互逆过程,那么即可利用回归分析便能够算出朗格缪尔体积常数a以及压力常数b,进而把所获得数据进行拟合分析,得到了体积变化与解吸量的关系式,最终分析出瓦斯解吸及吸附作用和煤岩体积形变的定量关系。     

煤体瓦斯常压解吸释放趋向性研究

为了获得常压环境下煤体瓦斯解吸释放趋向性规律,利用自主设计的瓦斯解吸参数测试系统装置,在环境温度15℃、瓦斯吸附平衡压力2.0 MPa条件下,开展了垂直、平行和斜交等不同层理面煤样的瓦斯常压解吸释放对比实验,结果表明:不同的解吸层理面对瓦斯解吸参数影响显著,斜交层理面煤样瓦斯最终累计解吸量分别是垂直层理煤样、平行层理煤样的1.2倍和1.7倍,且随着解吸时间的延长趋向性差异越明显。