焦作矿区严重突出煤层极限状态卸压抽采实验研究

为了进一步加快卸压抽采,针对低透气性、严重突出煤层瓦斯区域治理工作的需要,通过大量的实验室模拟和分析,研究了中马村矿强吸附煤层不同吸附平衡状态下的瓦斯解吸规律。结果表明:同一煤样平衡压力越高,吸附瓦斯量越多,在同一时间段内进行解吸时,解吸速度越快、单位时间解吸量也越多;加快煤层瓦斯解吸需要具备一定的卸压空间,缩短瓦斯运移的通道;煤样粒度越大其孔裂隙内的游离瓦斯量越多,越不利于释放。     

基于恒温动态吸附解吸试验的瓦斯解吸方程探讨

为了研究煤层瓦斯赋存、瓦斯吸附解吸规律以及瓦斯流动理论,设计了瓦斯吸附解吸的试验方案,研究了同一煤质、不同粒径煤样的等温吸附解吸特性.研究表明:定压动态下的瓦斯解吸量与时间的变化曲线与前人得到的函数曲线能够很好地吻合,建立了瓦斯吸附解吸的数学模型,发现煤样压力和煤样粒径分别对解吸量Q函数中的吸附常数a和b有影响.并通过恒温变压吸附解吸试验,分析了在解吸过程中突然改变煤层压力时的解吸方程,结果表明,改变解吸过程的煤层压力,煤体的解吸过程依然符合瓦斯吸附解吸数学模型.     

注水对煤层吸附瓦斯解吸影响的试验研究

水力化措施在煤矿开采中广泛应用,为了研究注水对煤层瓦斯解吸的影响,采用高压吸附-注水-解吸测试装置对不同吸附平衡压力和水分条件下煤对瓦斯的置换解吸量、卸压解吸量及总瓦斯解吸量进行了测试计算。结果表明:注水过程中及注水一段时间内煤样罐瓦斯压力呈现出继续增高的趋势,说明注入的水置换出了煤体吸附的瓦斯,且水分越高,置换解吸量越大,测试的最大置换量可达11.88 mL/g;卸压后,注水煤样的瓦斯解吸量减小,且水分越大,瓦斯解吸量降幅越大,降幅最大值可达68.29%;注水后煤的总解吸量增大,说明注水对试验煤样的瓦斯解吸起促进作用。     

煤中瓦斯吸附渗透理论及实验研究

为了研究煤层中瓦斯吸附解吸过程和瓦斯流动规律,基于国内外现有研究理论成果,设计了瓦斯吸附的实验系统,该系统主要包括温度控制系统、瓦斯吸附系统和数据采集与处理系统。通过自制的煤样,实验研究了同一煤质不同粒度煤样的等温吸附特性。采用定压动态吸附法进行瓦斯吸附实验,指出了瓦斯吸附量、吸附速率与煤样粒度之间的关系规律。通过对3种不同煤样的动态吸附曲线的对比分析,提出了瓦斯吸附量、吸附速率与吸附时间之间的关系式,建立了煤的瓦斯吸附量的数学模型。对于改进现有的抽采方法并提高抽采水平、对于煤与瓦斯的突出预测和煤矿瓦斯灾害的防治均具有理论意义和实际应用价值。     

基于煤样吸附解吸实验的瓦斯含量修正方法及应用

基于煤样的吸附解吸实验,还原了煤样在卸压初期的真实解吸规律,通过研究不同采样损失时间对瓦斯含量测定结果的影响,以采样时间为10 s时的瓦斯含量值为基准,采用一元线性回归的形式拟合得到了采样时间为2 min时瓦斯含量的修正系数。结果表明:采用该修正系数修正后的瓦斯含量损失量与煤样初期解吸总量更吻合,修正后的瓦斯含量值接近于煤层真实瓦斯含量值。     

不同浸水时间风干煤样瓦斯吸附解吸规律实验

为了研究浸水风干煤样瓦斯吸附解吸规律,选择未浸水的原煤样和浸水3、15、30 d风干煤样进行恒温动态瓦斯吸附解吸实验,得到瓦斯累积吸附解吸量随时间变化的实测曲线。对所选煤样进行比表面积及孔径分析,得到其比表面积、孔容和孔径分布。结果表明:浸水风干煤样瓦斯累积吸附量随压力变化的趋势与原煤样一致;浸水风干煤样解吸初始20 min内解吸量倒数与时间函数成线性关系;浸水时间增加,风干煤样的饱和吸附量、比表面积、总孔容、微孔孔容先减小后增大,平均孔径先增大后减小。     

极松软煤体高压吸附过程中变形特性试验研究

突出煤层中大都存在层理紊乱、煤质极其松软的软分层,软分层吸附瓦斯和释放瓦斯的能力比硬分层大许多,突出危险性更大。为分析软分层在高压条件下的吸附变形特性,研制了煤层瓦斯吸附解吸变形动态测试装置,并利用该装置进行了恒温定容条件下煤样吸附、解吸瓦斯过程中吸附量与应变的同步测试。研究结果表明:等温吸附曲线、等温解吸曲线和等温吸附应变曲线均服从朗格缪尔方程,等温解吸应变曲线服从改进的朗格缪尔方程;软分层吸附—解吸过程可逆,吸附—解吸变形不可逆;吸附瓦斯量与体应变呈非线性关系。通过对试验数据的统计分析,建立了软分层煤体应变与吸附瓦斯量之间的精确拟合方程。     

煤低压吸附瓦斯变形试验

在瓦斯抽采和煤炭开采过程中,始终伴随着煤对瓦斯的吸附和解吸,煤吸附瓦斯发生膨胀变形,解吸瓦斯发生收缩变形。利用自制的吸附解吸试验装置,测试了煤在低压吸附瓦斯过程中煤体变形规律。试验结果表明：煤样在同一瓦斯压力下的吸附变形分为快速增长、缓慢增长、平衡3个阶段;煤体吸附瓦斯膨胀变形呈各向异性,垂直层理方向和平行层理方向的变形整体变化趋势呈现一致性;在等梯度加压吸附过程中,随着吸附瓦斯压力的不断增大,煤样吸附膨胀变形梯度值逐渐呈增大趋势;一次加压吸附煤膨胀变形量小于等梯度加压吸附至相同吸附压力值时的累积变形量。     

煤体电阻率随吸附/解吸瓦斯变化特性实验

通过利用高精度电阻测试实验装置,对煤样在连续吸附/解吸与等体积吸附/解吸条件下的电阻值变化规律分别进行测定,以研究吸附/解吸瓦斯对煤体电阻率的影响。研究结果表明:吸附/解吸瓦斯对煤体电阻率具有明显的影响,且煤样在连续吸附/解吸与等体积吸附/解吸条件下呈现出相同的规律,即:在吸附瓦斯过程中,煤体电阻率随着瓦斯吸附量先逐渐减小,后趋于平稳;而在瓦斯解吸过程中,煤体电阻率与煤中瓦斯含量呈线性关系。不同吸附方式下,对比同一瓦斯含量对应的电阻率,可以发现等体积吸附实验电阻率改变较连续吸附实验明显,且等体积解吸结束时,煤体电阻率距离原始值较远。     

煤层软硬分层吸附瓦斯性能差异性及其对瓦斯赋存的影响

为研究煤层软、硬分层吸附瓦斯性能差异性及其对瓦斯赋存的影响,分析了煤层内软分层的形成机理及结构特征,采集了我国多个煤与瓦斯突出矿井的煤样作为试验对象,应用高压容量法开展了软、硬分层煤样吸附瓦斯性能参数的对比试验,探讨了软煤、硬煤吸附性能的差异性。在此基础上,对煤层软、硬分层吸附瓦斯性能差异性与瓦斯赋存特征之间的关联进行了研究,结果表明:试验煤样软分层的极限吸附量均大于硬分层;随着瓦斯压力的增加,试验煤样软、硬分层瓦斯含量的差值逐渐增大,其曲线的变化特征与Langmuir方程类似,并且软、硬分层瓦斯含量数值的差异主要由吸附量差值构成;煤层软、硬分层吸附瓦斯性能的差异不仅对煤层原始瓦斯赋存特征有着显著的影响,同时还将影响煤巷掘进、瓦斯抽采过程中煤体内瓦斯流场的分布规律,需要根据煤层软、硬分层的组合特点,制订切实有效的瓦斯抽采技术方案。