构造煤瓦斯解吸初期特征实验研究

利用自制的煤样瓦斯解吸试验装置,在恒温30 ℃、不同压力、不同粒度条件下,研究平顶山和鹤壁的原生结构煤和构造煤的瓦斯解吸初期速度和解吸量,分析构造煤瓦斯解吸初期的影响因素,建立构造煤瓦斯初期解吸数学模型。实验结果表明：与原生结构煤相比,构造煤瓦斯解吸初期速度更大,其初始解吸速度为1.23~4.20 mL/(g·min),是相同实验条件下原生结构煤的1.36~2.84倍,尤其在前1 min内差别较大;构造煤瓦斯解吸量是一条单调递增的幂函数曲线,0~10 min的瓦斯解吸规律具有分段性,可分为快速解吸段、缓慢解吸段和平稳解吸段,构造煤前10 min瓦斯解吸量可达1 h内解吸总量的60%。分析认为构造煤中大孔和过渡孔的发育程度决定了构造煤瓦斯初期特征;构造煤瓦斯解吸初速度随粒度的减小而增加,但是在极限粒度以下煤粒度对瓦斯初期解吸速度影响较小;瓦斯解吸初速度与吸附平衡压力呈幂指数关系;构造煤瓦斯解吸初期曲线符合文特式。     

焦作矿区突出瓦斯量估算方法对比分析

为了得到焦作矿区突出瓦斯量的估算方法,在不同破坏程度、煤样粒度条件下进行突出煤瓦斯解吸试验,研究了各种因素对解吸规律的影响机理;利用经验公式对实验数据进行了拟合分析,得出描述各阶段瓦斯解吸规律的最佳公式,进而得出瓦斯解吸规律的分段函数表达式;将统计所得的数据分类进行回归分析,得出突出煤量与突出瓦斯量的统计规律,从而为研究突出冲击气流逆流规律及由此导致的矿井风流灾变规律提供基础参数。     

地勘环境煤的瓦斯解吸规律实验模拟研究

为了研究地勘环境极为复杂而特殊条件下煤的瓦斯解吸规律,通过实验装置模拟地勘环境下煤中瓦斯解吸的特征,从泥浆压力、煤样粒径、瓦斯压力和提钻速度等因素综合研究煤样瓦斯解吸规律和特点。通过实验得到了影响地勘瓦斯解吸的关键因素,实验结论为开展地勘时期的瓦斯解吸规律的研究提供了必要的依据。     

“截割-放落”煤体瓦斯解吸粒度效应及动态预测模型

为了进一步探究综放开采落煤瓦斯涌出规律，通过理论分析、物理实验和现场测试，分析了截落和放落煤体粒度分布特征，揭示了落煤瓦斯涌出强度变化特征，构建了综放开采落煤瓦斯涌出动态预测模型，并对模型进行了验证。结果表明：王家岭矿12302综放工作面落煤粒度分布主要集中在2～20 mm及40 mm以上，占比总和达到60%以上；随着煤体粒度减小，瓦斯解吸强度增高，达到解吸平衡的速度增快；构建的截落和放落煤瓦斯涌出动态预测模型平均误差不大于10%，能够较好地表征现场实际落煤瓦斯涌出规律，为综放开采条件下瓦斯涌出预测及防控提供了可靠基础支撑。     

泥浆介质中煤的粒度对瓦斯解吸规律的影响

通过现场采取鹤壁六矿二1煤、铁法大兴矿18#煤,制备不同粒度试样,利用模拟试验装置,通过试验考察的方法,得出不同粒度煤样瓦斯解吸总量随时间的变化曲线,以及煤样的粒度对泥浆介质中煤的瓦斯解吸规律的影响。     

直接法瓦斯含量测定结果准确性实验研究

直接法测瓦斯含量是煤层瓦斯含量测定的重要方法,对井下瓦斯含量快速测定具有非常重要的作用。在该方法中,损失量计算的准确与否对瓦斯含量测定的准确性具有较大影响。为了探讨该方法的准确性,模拟了煤矿井下直接法测瓦斯含量的测试条件,设计了煤的瓦斯解吸实验。依据现行的直接法测定瓦斯含量的国家标准进行了实验测试,设置了不同的瓦斯吸附压力来改变瓦斯含量,设置了不同的煤样暴露时间来改变瓦斯解吸的损失量。实验采用通用的煤瓦斯吸附解吸实验系统,取用山西凤凰山矿9号原煤,将其粉碎为5种粒度后均匀混合,分别进行了不同压力、不同煤样暴露时间的解吸实验。根据实验数据,采用国家标准规定的方法进行了损失量计算。计算结果表明,国家标准规定的损失量计算方法具有较大的误差,误差原因为:在煤的瓦斯解吸过程中,瓦斯解吸速度随时间变化其规律性并不一致,而单一的■规律或幂函数规律对解吸速度的变化考虑的并不全面。通过损失量计算及误差分析结果,结合瓦斯分子微观解吸扩散过程进行分析,将直接法测含量中瓦斯解吸过程分为3个阶段,分别是:符合线性规律的初期高速释放阶段、符合■规律的中期快速解吸阶段、符合幂函数规律的后期缓速放散阶段,并给出了不同阶段对应的解吸量与解吸时间的数学表达式。     

煤的瓦斯解吸扩散规律实验研究

为了进一步研究煤层中瓦斯解吸扩散的特征及其规律,设计了等温瓦斯吸附解吸实验系统,该系统主要由温度控制系统,瓦斯吸附解吸系统和数据采集与处理系统3部分组成。通过自制煤样,实验研究了2种煤质、2种粒度的4种不同煤样在30℃恒定温度、不同吸附平衡压力点下的瓦斯解吸扩散规律。通过对比分析,提出了瓦斯累计解吸量与时间之间的关系式,建立的煤的瓦斯累计解吸量的数学模型,并分析了影响模型中各参数变化的因素。     

受载煤样瓦斯解吸规律实验研究

为了查明受载煤样瓦斯解吸规律,自行设计了受载煤岩恒压瓦斯吸附解吸实验装置,进行了不同轴压和瓦斯压力条件下柱状煤样瓦斯解吸实验,分析了轴压和瓦斯压力对瓦斯解吸的影响,并根据瓦斯解吸经验公式,对实验结果进行了拟合。研究结果表明:在相同轴压条件下,瓦斯压力越高,煤样瓦斯解吸量越大,解吸速率越快;在相同瓦斯压力下,轴压越高,煤样瓦斯解吸量越大,解吸速率越快;轴向受载煤样瓦斯解吸规律符合艾黎公式,式中m值能够表征煤体内部孔裂隙发育程度。随着轴压增加,微裂隙逐渐发育,m值逐渐减小。     

关于煤粒瓦斯解吸经验公式的探讨

对煤粒瓦斯解吸的各种经验公式进行了综述分析,探讨了其间的内在联系,并进行了对比分析。选取不同粒度煤样在空气中进行瓦斯解吸实验,用不同的经验公式对实验数据进行拟合,指出了描述不同粒度下瓦斯解吸的最佳经验公式,这为计算瓦斯含量、瓦斯涌出量提供了依据,对进一步研究瓦斯解吸规律具有参考意义。     

水淹情况下块煤瓦斯解吸规律实验研究

煤层开采后会形成大量采空区,蕴含丰富的煤层气资源,若采空区煤层气资源逸散至大气中,不仅造成了资源浪费还会污染环境,影响井下生产安全,对采空区煤层气资源的利用具有重要影响。为了降低采空区资源利用成本,需对资源量进行评估,采空区遗落煤残余瓦斯是采空区资源的重要组成部分,其解吸规律是采空区资源评估计算的重要组成部分,由于采空区复杂的环境,影响采空区遗煤瓦斯解吸规律的因素也较为复杂。水分作为一个重要因素,对采空区遗煤瓦斯解吸规律影响较大,而遗落块煤在不用体积浸泡情况下的瓦斯解吸规律研究较少。针对块煤瓦斯解吸实验,试制了块煤水淹瓦斯解吸装置,并进行了块煤不同水淹情况下瓦斯解吸实验,得到了在该实验条件下块煤水淹体积的影响系数及块煤瓦斯解吸速率经验公式。     

解吸法测定煤层瓦斯含量过程中瓦斯损失量3种推算方法对比分析

基于井下解吸法直接测定煤层瓦斯含量过程中瓦斯损失量的重要性,采取全钻粉煤样在实验室不同压力条件下测定其解吸规律,然后运用3种损失量计算方法对瓦斯损失量计算结果进行分析比较,结果表明:槡t法更加符合钻屑初始阶段瓦斯解吸规律,采用该方法计算煤样瓦斯损失量误差较小。     

煤粒瓦斯放散数学模型及数值模拟

为了进一步验证将煤粒视为规则球形研究得到煤粒瓦斯放散符合达西定律的合理性,选取煤粒的另一种极限形状--圆柱形煤粒进行研究。基于达西定律和菲克定律,分别建立圆柱形煤粒瓦斯放散的有限差分数学模型,编制Visual Basic程序进行数值解算,并进行达西和菲克数值模拟。通过对比圆柱形煤粒的模拟结果和实验结果,得出达西模拟结果与实验结果的吻合程度远高于菲克模拟结果。同时,通过对比圆柱形煤粒和球形煤粒的研究结果,发现瓦斯累积解吸量随时间的变化和煤粒形状无直接关系,从而证实煤粒瓦斯放散服从达西定律。     

煤层气损失气含量模拟试验及结果分析

利用高压解吸试验装置,模拟煤芯在绳索取芯时钻孔提芯、地面暴露和密封罐中3个阶段经历的压力变化,对2种煤阶3种粒级的5个煤样,分别在高压匀快速降压和正常大气压条件下进行了解吸试验,实测了模拟损失气量,揭示了煤样在3个连续阶段甲烷气体的解吸变化规律,并将实测的模拟损失气量与美国矿业局直接法估算的损失气量进行了对比.结果表明：煤样的甲烷气体解吸量曲线呈明显的3段型,在3个不同阶段,甲烷气体的平均解吸速率差异很大,前两者分别是后者的12~20和6~8倍;煤样粒级大小对甲烷气体解吸速率影响大,同一煤层粒级分别为1~3 mm煤样,30~50 mm煤样和Φ89 mm柱状煤芯的煤样,甲烷气体平均解吸速率的比值约为3∶2∶1;实测的模拟损失气量比美国矿业局直接法估算的损失气量高很多,前者是后者的8~16倍,并且较小粒级的煤样,两者的差异更大.认为美国矿业局直接法估算的损失气量不准确,比实际低很多,该方法有待进一步完善.     

瓦斯放散初速度影响因素实验研究

通过实验测定了吸附时间、粒径、水分对瓦斯放散初速度的影响,并运用菲克定律进行了分析,为煤吸附解吸瓦斯机理的揭示提供一定的理论基础。结果表明,在煤样吸附瓦斯饱和前,吸附时间对瓦斯放散初速度影响较大,当吸附饱和后瓦斯放散初速度不再受吸附时间的影响;瓦斯放散初速度随粒径的减小而增大;瓦斯放散初速度随水分的增加而减小。     

Experimental study of deformation rules during the process of gas adsorption and desorption in briquette coal

Gas is one of the most important factors which causes coal and gas outburst and can influence the mechanical characteristics of coal. Coal itself is a kind of elastic carbonaceous material which can swell and shrink under the influence of gas adsorption and desorption. Solid deformations influence the porosity of coal which also changes its adsorption and desorption capability. Gas pressure due to gas adsorption in porous materials is the cause of elastic deformation of coal, which can be assessed by direct experimental measurements. In this paper, briquette coal samples are made with different sizes of coal particles and the deformations are tested during the process of gas adsorption and desorption in samples under different gas pressures. The results show that coal swells during gas adsorption and shrinks during desorption. Deformation of different coal samples under different gas pressures is variable. It is further observed that deformation of coal is proportional to gas pressure and particle size. Also, deformation is not recoverable and residual deformation develops. The relationship between residual deformation and gas pressure is derived. This study helps to reveal the damage mechanism of pore gas in cola mass.     

海石湾煤矿瓦斯含量直接法测定与抽采统计差异性分析

分别采用直接法测定和瓦斯抽采统计法对海石湾煤矿瓦斯含量进行了测算,发现直接法瓦斯含量测定结果与抽采瓦斯统计的瓦斯含量存在较大差异;结合实验室进行的高压与低压CO2吸附解吸实验,发现高压下煤样的CO2解吸规律呈现2种不同情况,且由于现场取样时间大于2种解吸规律的转变时间,大大低估了煤样的CO2损失量,导致直接法瓦斯含量测定结果偏小。     

封闭空间内煤粒瓦斯解吸实验与数值模拟

为研究瓦斯在煤粒中流动的基本规律,设计了封闭空间内的煤粒瓦斯解吸实验,分别以菲克和达西定律为基础,建立了该条件下煤粒瓦斯放散的数学模型,通过有限差分的方法进行离散并编制程序进行解算,最终实验和数值模拟都得到了4种粒径的煤样在不同初始压力下累积解吸量随时间的变化关系。根据实验和模拟结果分别绘制ln\[1-(Qt/Q∞)2\]-t关系图进行对比,结果表明：在菲克模拟中,无论扩散参数B如何变化,其结果始终为一条直线;而达西模拟和实验结果有明显的曲线特征并且两者拟合度较高,说明在封闭空间内煤粒中的瓦斯流动更符合达西定律。结合以往研究可知,无论外部压力变化与否,瓦斯在煤粒内的流动都服从达西定律而不是菲克定律。     

粒度对软硬煤粒瓦斯解吸扩散差异性的影响

基于气体在多孔介质的运移理论,采用物理模拟实验的方法,研究了软、硬煤粒瓦斯扩散速度、扩散系数的差异特征随粒径的变化规律;采用压汞法考察了软、硬煤粒孔隙结构特征的差异,分析了粒径对软硬煤瓦斯扩散行为差异性的影响机理。研究结果表明,当粒度大于等于硬煤的极限粒度时,软、硬煤瓦斯扩散初速度差值和扩散系数比值达到最大值,且基本趋于稳定;当粒度小于硬煤的极限粒度时,软、硬煤瓦斯扩散初速度差值和扩散系数比值随粒度的减小而减小;当粒径减小到一定程度——称该粒度为原始粒度,软、硬煤的瓦斯扩散速度和扩散系数几乎没有差别。软煤相对于硬煤和粒度减小,均使大中孔的孔容显著增大,即粒度减小会缩小软硬煤之间瓦斯解吸扩散通道的差别。软硬煤孔隙结构差异是导致瓦斯扩散速度和瓦斯扩散系数随粒径变化规律产生差别的本质原因。以上研究成果为钻屑瓦斯解吸指标、瓦斯放散初速度和煤层瓦斯含量等测定过程中粒度选择与结果修正提供理论参考。     

基于瓦斯解吸特性推算煤层瓦斯压力的方法

为了能够准确快速确定煤层瓦斯压力,基于煤层瓦斯解吸特性提出了确定煤层瓦斯压力的新方法.通过对煤屑瓦斯扩散过程理论解的进一步分析得出煤层瓦斯压力与煤屑解吸对1~3mm粒径煤样具有确定关系.解吸测定,通过不同公式对解吸数据的拟合分析发现对数公式能够更好的拟合解吸曲线,从而确定对数公式为最佳拟合公式.对数公式中系数A能够表明煤样在不同瓦斯压力下解吸趋势的差异性,与瓦斯压力具有指数关系.并且在不同暴露时间下其数值可以保持在稳定值,可以利用系数A与瓦斯压力的关系进行煤层瓦斯压力的推算.