不同干燥方式对褐煤孔结构及复吸特性的影响

采用低温氮吸附法和扫描电子显微镜,研究了氮气干燥、空气干燥、热压干燥前后煤样的孔隙结构和表面特性,同时对干燥后煤样进行了复吸试验研究。结果表明：氮气干燥和空气干燥后煤样的比表面积、孔容和平均孔径均增大;热压干燥后煤样的比表面积和孔容降低,平均孔径增大。扫描电镜显示,空气干燥和氮气干燥后煤颗粒表面更加不平整,裂缝变大、孔洞增多;而热压干燥后煤样表面变得平滑,裂缝被挤压在一起,孔洞减少。复吸试验结果表明：干燥后煤样复吸25 h后,复吸曲线趋于平缓,氮气干燥和空气干燥煤样复吸后的水分在13%左右,热压干燥煤样复吸后水分为9%,且热压干燥煤样的水分复吸速率较小。     

真空干燥测煤中水分方法的研究

空气干燥煤样水分是煤质测试的基础数据，主要用于其它煤质指标的基准转换。各国标准中对空气干燥煤样水分的测定方法，主要用：充氮干燥（包括直接重量法和间接重量法）、鼓风干燥、共沸蒸镏和微波干燥等几种方法?其中，ＧＢ２１２－９１中的充氮干燥法为仲裁法。本文通过对真空干燥法测空气干燥煤样水分的研究，得出真空干燥与充氮干燥两种方法的可替代结论。     

干燥及饱和含水煤样超声波特征的实验研究

采用超声波透射法对无烟煤、焦煤和肥煤煤样在干燥及自然饱和吸水状态进行超声波测试实验,利用快速傅里叶变换对超声波信号进行了频谱分析,研究干燥及自然饱和吸水状态下煤样超声波特征。研究结果表明：在干燥或自然饱和吸水状态下,同种煤样的纵波波速相差较小;在干燥和自然饱和吸水两种状态下,无烟煤煤样纵波速度最大,肥煤纵波速度最小,焦煤介于两者之间,煤样纵波速度与其密度呈正相关、与孔隙率和变质程度呈负相关关系。焦煤和肥煤煤样在自然饱和吸水状态下纵波波速高于其在干燥状态下的纵波波速,无烟煤则相反;焦煤和肥煤煤样的纵波波速对水的敏感性大于无烟煤纵波波速对水的敏感性,这是由水分子在煤样孔隙中的运动形式决定的。煤样自然饱和吸水后,其主频率值有所下降,出现“频率漂移”的现象,使其能量多集中在低频部分;在煤样中传播的超声波信号的波速和主频率值能够反映煤样内部的孔隙、微裂隙等结构情况及其含水情况。     

煤矿电机修理中的红外线辐射干燥

远红外线辐射干燥,是利用一些金属氧化物的混合物制成的辐射元件,在加热过程中辐射出5.6～1000微米的电磁波,这样的电磁波容易被有机物质、高分子物质和水吸收,当物质分子固有振动频率与红外线的频     

液氮半溶浸煤裂隙扩展试验研究

为分析液氮半溶浸作用下不同饱水度煤裂隙扩展特征,取山西无烟煤原煤煤样,利用自制的液氮半溶浸试验装置对不同饱水度煤样开展了半溶浸试验研究,测试了液氮作用前后煤样波速变化和表面微裂隙宽度扩展情况,结果表明:煤样的饱水度对液氮冷冻煤作用效果影响很大,饱和煤样波速改变率和裂隙宽度扩展率最大,半饱和煤样次之,干燥煤样最小;越靠近液氮作用面,煤样温度变化越大,液氮作用效果越显著,液氮溶浸煤样的波速变化率和裂隙宽度扩展率都最大;饱和、半饱和煤样微裂隙扩展的主要原因是水相变为冰引起的冻胀力,干燥煤样微裂隙扩展的主要原因是温度梯度引起的温度应力。     

干燥提质对褐煤表面结构的影响

 在回转干燥器中,以气体热载体内热式干燥工艺对褐煤进行干燥,分别利用化学分析法、FTIR法、BET法,分析了煤样中含氧官能团含量随干燥温度的变化;不同干燥煤样的比表面积和孔容积变化;明确了气体热载体内热式干燥工艺对褐煤表面结构的影响。实验结果表明,煤样中含氧官能团含量随干燥温度的升高而降低,在280℃之前主要脱除羧基,280℃之后主要脱除酚羟基;在温度低于330℃时,孔容积和比表面积随温度升高逐渐减小,380℃时显著增大。     

水分对煤全应力-应变过程渗流特征的影响

为探究水分对煤力学性质和渗流特征的影响，开展了干燥煤样和饱水煤样全应力-应变过程渗流实验，分析了2种含水状态煤样全应力-应变特征及渗透率演化规律。实验结果表明：干燥煤样全应力-应变曲线具有5个阶段，而饱水煤样仅具有4个阶段；饱水煤样在经历峰值应力破坏后，轴向应力跌落了36.82%，全应力-应变曲线中应变软化阶段消失；饱水煤样与干燥煤样相比，抗压强度下降了8.95%，弹性模量降低了8.54%，峰值应力降低了8.90%，应力跌落幅度增大了10.87%；干燥煤样渗透率随轴向应变增大而增大，整体呈线性关系；饱水煤样渗透率和应变的关系具有明显的阶段性，可分为稳定渗流阶段和快速渗流阶段；水分的存在会抑制煤体瓦斯渗流过程，在瓦斯抽采工程中应当注意煤层排水。     

煤岩不同含水状态下瓦斯渗流特性试验研究

水力增透技术在瓦斯抽采中的作用效果常常受到水的影响,为更客观地了解煤层不同含水状态下的瓦斯渗透特性,利用三轴渗流试验机,在恒定有效轴向应力和有效围压条件下,对四川省白皎煤矿试样,进行干燥煤样、自然含水煤样、液态水润湿煤样、压力水注水煤样等不同湿润方式煤样的渗流试验。试验结果表明:1)压力水注水煤样(含裂隙)的无因次渗透率随瓦斯压力的增大而逐渐减小,干燥煤样、自然含水煤样、液态水湿润煤样及压力水注水煤样的无因次渗透率均随瓦斯压力的增大呈现先减小后增大趋势,且在瓦斯压力为1.00 MPa左右时存在相对较为明显的变化拐点。2)在干燥煤样、自然含水煤样及液态水湿润煤样的含水率范围内,煤样渗透率与含水率呈线性减小关系。3)在试验范围内,随着含水率的增加,水分对瓦斯压力敏感性的影响越显著,而对压力水注水煤样,水压主要通过产生裂隙来影响煤样瓦斯压力敏感性。     

大容量搅拌式气透干燥机的研发及性能试验验证

为了减少破碎、缩分等煤样制备关键环节的黏堵与残留,煤样干燥是最有效的解决办法之一。针对目前煤样制备系统中煤样干燥效率低、损失大、干燥量小等问题,开发了1种大容量搅拌式气透干燥机。采用螺旋式叶片、蜂窝状气孔、粉料回收系统等设计,将干燥热空气从螺旋式叶片的蜂窝孔中喷出,使煤样与干燥空气进行充分热交换,从而实现煤样的快速干燥。同时粉料回收系统将残气中携带的粉样重新送回到干燥腔内,大幅减少煤样损失。为了验证该干燥机的效率、煤样损失以及灰分指标,对其开展了试验研究。结果表明:该干燥机的煤样损失率为0.24%,相对于国标规定的恒温干燥箱法,该干燥机的干燥效率更高;对于灰分指标,该设备方法可完全替代国标方法。     

不同含水状态下煤孔裂隙结构三维可视化表征

为深入研究煤层孔裂隙的结构,以川煤集团芙蓉公司某煤矿的煤样为研究对象,采用CT扫描法对不同煤样在不同含水状态下的孔裂隙结构特性进行研究。通过研究发现:自然状态下的孔裂隙总体分布比较分散,CT法测试的孔裂隙率在2%～5%之间,与压汞法测得的数值相差在1%以内,孔裂隙半径多集中分布在0～200μm范围内;经过饱水和干燥处理后,孔裂隙数量变多,体积变大,孔裂隙率均比自然状态下增加了30%以上。研究结果表明,饱水处理和干燥处理对煤孔裂隙影响显著。饱水处理会使孔裂隙数量增多、体积变大;与饱水状态相比,饱水后再干燥处理,孔裂隙体积进一步增大,更利于煤层气的运移。     

红外线探水法在隧道超前探水预报中的应用

系统阐述了红外线超前探水的原理,测线布置方式,和超前探水预报判读依据;并结合工程实例,介绍了利用红外线探水仪进行地下水预报探测和分析的方法。     

水对煤样的力学特性及声电特征影响分析

为得到水对煤样力学性质及声电特征的影响规律,对干燥煤样和饱和煤样进行了拉伸试验,比较分析了拉伸过程中干燥、饱和煤样的应力-应变和声电信号的变化差异。研究表明:拉伸过程中,煤样经历了应变线性增长、塑性增长和拉伸破裂3个阶段,电磁辐射及声发射信号与煤样变形破裂基本同步对应,加载初期,声电信号较小,当发生塑性变形或破裂变形时,声电信号迅速增长至峰值;水使煤样的抗拉强度降低31.5%,使拉应变增长101.1%,即水对煤样具有降低强度、增加塑性,使声电信号衰减的作用。监测分析表明煤样声电信号的变化幅度可评价水对煤样的影响程度。     

饱水度和再溶浸对液氮冷冻煤致裂的影响

为解饱水度和液氮再溶浸对液氮冷冻煤致裂效果的影响,取王营子矿的干燥、天然含水和饱水3组原煤煤样在室内实验室开展了液氮溶浸实验,测试液氮溶浸前后煤样波速变化,观察煤样表面裂隙发展。定义了煤样波速变化率和代表性裂隙面积变化率2个指标,分析了饱水程度、液氮再溶浸对煤内原生裂隙结构扩展和新裂隙萌生的影响,结果表明:1在液氮作用下,原煤内主要发生原生裂隙扩展及新裂隙萌生。2煤的饱水程度对液氮溶浸煤致裂效果影响很大。随着饱水度增加,煤样的波速变化率和代表性裂隙面积变化率都增加。饱水煤样的波速变化率和代表性裂隙面积变化率分别为干燥煤样的21.2倍和11.7倍。3液氮再溶浸作用将加剧煤样内缺陷结构发育,提高液氮作用效果。天然含水煤样的液氮再溶浸作用效果更好。     

外界环境自由水对煤样瓦斯解吸规律影响的实验研究

水分对煤层瓦斯的解吸有一定的抑制作用,通过对吕梁矿区某矿煤样在自由水中浸泡,充气(高浓度甲烷)至煤样吸附平衡到原始瓦斯压力后,再对煤样进行瓦斯解吸的实验,结果表明:与干燥煤样解吸规律对比,经自由水浸泡的煤样,瓦斯解吸速度明显下降;浸泡1min后煤样瓦斯解吸衰减程度平均增加2.50%,浸泡2min后煤样瓦斯解吸衰减程度平均增加4.50%。     

煤岩破裂过程中应力对红外辐射的控制效应试验

煤岩破裂是引发突水与煤柱失稳等矿山灾害的根本原因,准确有效地对煤岩受力破裂过程(裂隙发育过程)进行监测预警,是实现矿山保水开采和岩层控制的重要基础。煤岩在受力破裂过程中,伴随着应力调整会发生红外辐射变化,为探索应力变化与红外辐射变化之间的量化关系,提出煤样表面红外辐射方差突变系数新指标,进行煤单轴加载红外辐射观测实验研究。研究结果表明,应力对单轴加载煤样的红外辐射普遍具有控制效应,50 mm×50 mm×50 mm煤样表现出控制效应的比例约为93%;50 mm×50 mm×100 mm煤样表现出控制效应的比例约为85%。在红外辐射试验中,煤样表面红外辐射方差突变系数平均达到煤样应力调整系数的2个数量级,可运用此特征对承载煤岩体裂隙发育及破裂状况进行红外实时监测。同时,应力对红外射的控制效应具有时间滞后性,50 mm×50 mm×50 mm煤样的红外辐射方差突变平均滞后其应力调整时刻约2.7 s,50 mm×50 mm×100 mm煤样的红外辐射方差突变平均滞后其应力调整时刻约2.9 s。     

不同矿化度水对煤储层吸附性能的影响

为了探究水分及其矿化度对煤样吸附甲烷能力的影响,以准噶尔盆地南缘玛纳斯矿区侏罗系西山窑组块状煤样为例,采用矿化度水配制—样品制备—样品大气压下水浸—高压下注水—等温吸附实验的实验步骤,开展煤样干燥、饱水及含不同矿化度水条件下煤的等温吸附实验,探讨不同矿化度水对煤储层吸附性能的影响。研究结果表明:干燥煤样的兰氏体积显著大于注蒸馏水煤样的兰氏体积,注蒸馏水煤样的兰氏体积大于注10 000 mg/L矿化度水煤样的兰氏体积,但后者与注20 000 mg/L矿化度水煤样的兰氏体积相差不大。其主要原因为注蒸馏水煤样中水分子比甲烷分子更容易占据煤基质内表面或微孔内表面的吸附位,从而使得兰氏体积降低,而含矿化度水使得煤基质表面的吸附位进一步减少,从而造成了煤样对甲烷的吸附能力降低,但这也存在着一个极限值,大于20 000 mg/L矿化度水已不能明显降低煤样的兰氏体积。因此可推断,在地下水径流区或弱径流区,煤层水的矿化度不断增大至10 000 mg/L时,煤层中处于动态平衡的游离气含量会增加,而吸附气含量会减少,当煤层水矿化度超过10 000 mg/L,煤层中吸附气与游离气的含量比例趋于稳定。实验从研究创新的角度出发,以低煤阶煤样为例,对比分析了含不同矿化度水条件下煤样对甲烷的吸附能力的差异,并且进行了相关的理论分析和机制解释,认为地下水矿化度影响煤储层对甲烷的吸附能力。     

基于微波技术的褐煤脱水实验研究

 褐煤的脱水是褐煤利用的前提和基础,基于微波辐射的干燥原理,对内蒙古额吉褐煤进行微波干燥实验研究。考察了干燥时间、煤样粒径、微波功率、加热方式对褐煤脱水提质的影响,得到工艺条件为：干燥时间5min、微波功率720w、褐煤粒径3~6mm、加热方式为间歇加热,褐煤脱水率为64.10%。     

成庄矿煤层可注水性探讨

为了分析成庄矿煤层水的可注性,采集了成庄矿内开采的3#煤层煤样和矿井水,在实验室进行煤样原始水分、吸水性、矿井水表面张力及其与煤接触角的测定。结果表明,煤样的含水率平均为3.01%,自然吸水率和强制吸水率分别为3.43%和4.01%,矿井水的表面张力为80.9 mN/m,与自然状态的煤样接触角平均值为61.2°,与干燥状态的煤样接触角平均值为62.7°,与饱和状态的煤样接触角平均值为53.7°。结合煤层注水可注性鉴定标准,初步断定成庄矿可以采用矿井水对煤层注水的方法防治粉尘灾害。     

水分影响下的烟煤瓦斯吸附特性

为研究烟煤在受水作用后的瓦斯吸附特性,以山西潞安王庄煤矿为研究对象,针对2种不同变质程度的烟煤,测试了不同水分含量下的瓦斯吸附量,并结合压汞法分析了煤样的微观孔隙结构特征,从微观角度分析了水分含量对煤体瓦斯吸附的影响机理。研究结果表明:干燥状态下的煤体瓦斯吸附量最大;水分含量对煤体瓦斯吸附特性有重要影响,受水作用后,WZ3煤样瓦斯吸附量呈现先快后慢的非线性衰减,而WZ15煤样则为较好的线性变化;在不同的孔径段范围内,WZ15煤样的孔容、孔比表面积均明显大于WZ3煤样,说明WZ15煤样的孔隙结构较WZ3更为发育,因此WZ15煤样较WZ3煤样在不同水分含量阶段均呈现出更好的吸附性。     

胶结充填电渗脱水试验研究

本文介绍了胶结充填电渗脱水的速度特性，以及电渗脱水形水形成胶结充填体的强度特性的试验研究情况。结果表明，与自然脱水法相比，电渗脱水法能加快脱水速度，提高胶结充填试块的单轴抗压强度和杨氏模量，降低胶结充填试块的泊松比。