交变电磁场对煤吸附瓦斯特性的影响

煤对瓦斯气体的吸附属于物理吸附过程，最终表现为煤表面分子与气体分子间电引力作用过程；通过对施加交变电磁场条件下煤吸附瓦斯物性变化规律的实验研究和机理分析，初步得出了外加交变电磁场可以改变煤对瓦斯气体分子的吸附能力的结论，并据此解释了矿井瓦斯灾害发生过程中的一些实际现象。     

瓦斯气体在煤中的赋存形态

瓦斯气体主要以游离和吸附态存在于煤中已成为人们的共识，但是关于瓦斯的赋存位置及具体方式分歧很大，尚无统一的解释，本文对此进行了分析，结论表明：瓦斯在较大压力下，能够楔开或进放到瓦斯气体分子尺度相当的微裂隙，并以固溶体的形式存在而不易脱附。     

突出危险煤吸附瓦斯后变形规律的研究

通过实验室模拟方法，研究有突出危险煤吸附瓦斯后的变形量随瓦斯压力变化的规律，实测到不同瓦斯压力下煤体所发生的变形量，分析了煤体吸附瓦斯后煤质对变形量的影响；通过回归分析，找出突出危险煤的瓦斯压力和煤体变形量的关系，并依据煤体的变形量及煤层瓦斯压力的变化，为预抽煤体瓦斯、防止煤与瓦斯突出提供一定的理论依据     

气体性质和孔隙压力对煤体微裂隙扩展的影响

利用工业CT扫描系统，观测不同气体压力条件下煤体内部微裂隙萌生扩展特点，为揭示煤层瓦斯流动产出控制因素提供新的依据。结果表明：非吸附性气体作用下，随孔隙压力的升高，煤体内部微裂隙的萌生和扩展愈加明显，裂隙体积和裂隙面积百分比增长率随之逐渐减小，符合气体压力影响下的裂隙扩展方程，微裂隙扩展主要受控于应力集中效应和煤基质收缩效应。吸附性气体作用下，随吸附时间的延长，煤体内部微裂隙的萌生和扩展则越来越显著，直至扩展平衡；裂隙体积和裂隙面积百分比增长率随之逐渐变小，符合吸附时间影响下的裂隙扩展方程；裂隙扩展主要受应力集中效应、煤基质收缩效应、蚀损作用和劣化机制影响；吸附压力越大，煤体所需的吸附平衡时间愈长；微裂隙扩展平衡时间长于气体吸附平衡时间，裂隙扩展具有明显的滞后性。     

高阶原生煤和构造煤等量吸附热分析

对比研究了高阶原生煤和构造煤等量吸附热,进一步阐述了构造煤易于瓦斯突出的原因。主要结果如下:随着吸附量的增加,高阶原生煤和构造煤等量吸附热均呈现先缓慢增加,再快速增加的趋势;而随着瓦斯压力的增加,原生煤和构造煤等量吸附热呈现匀速增加的趋势;在不同吸附量和不同压力下,原生煤的等量吸附热均大于构造煤;说明原生煤表面与甲烷的作用力大于构造煤的,在相同压力下瓦斯分子更容易从构造煤表面脱离下来;构造煤中瓦斯运移主要受控于裂隙瓦斯渗流,在构造煤瓦斯治理时尽量采取增透措施。     

水分对二_2煤层瓦斯吸附解吸规律的实验研究

以某矿无烟煤为例,通过改变煤中水分含量,用实验模拟方法研究了不同水分含量条件下的构造煤的瓦斯吸附-解吸规律,确定了构造软煤在不同水分、不同破坏类型和不同压力条件下的瓦斯解吸特征,为煤与瓦斯突出预测、煤层注水和煤矿瓦斯灾害的防治提供一定的理论依据。     

煤层对瓦斯吸附现象的数值回归分析

利用回归分析研究煤层对瓦斯的吸附能力,模型分析充分说明了煤层吸附瓦斯量取决于煤层对瓦斯的吸附能力、瓦斯压力及温度等条件。吸附瓦斯在煤体中是以多分子层吸附的状态附着于煤的表面,瓦斯的吸附能力决定于煤质和煤结构。     

平山矿煤与瓦斯突出相似模拟实验研究

以平山矿3#煤层400 m处煤层深度为研究对象,以煤与瓦斯突出机理和煤体孔径、渗透率与煤体吸附规律对突出的影响为基础,采用煤与瓦斯突出模拟实验装置,在不同瓦斯压力条件下,进行煤与瓦斯突出相似模拟实验。实验验证了煤与瓦斯在矿井下发生突出动力灾害现象的临界瓦斯压力为0.5~0.75 MPa,同时说明瓦斯气体对煤样在突出时有破坏和粉碎作用。     

含瓦斯煤体力学特性实验研究

应用了胡少斌博士建立的含瓦斯煤体力学特性测试系统,进行了含瓦斯煤全应力-应变实验和含瓦斯煤吸附膨胀实验。实验结果表明,在有效围压一定的条件下,含瓦斯煤体的力学特性的影响与其瓦斯压力有关,瓦斯压力越大,煤体的弹性模量越低,抗压强度越低,抵抗变形的能力越弱;煤体中冲入吸附性越强的气体,对煤体力学特性影响越大,煤体抵抗变形的能力越弱;在固定轴向载荷和有效围压的条件下,煤体内瓦斯压力越大,煤体膨胀变形的速率越快,并且达到最终破坏的形变量也越小;吸附瓦斯和游离瓦斯的存在加速了裂纹劈裂破坏,使煤体更容易发生剪切滑移破坏。     

煤岩动力灾害能量机理的数值模拟

根据煤岩固体变形能和瓦斯气体膨胀能,建立了煤岩动力灾害统一能量方程,在数值模拟软件FLAC3D中编写了能量计算模块,并考虑采动应力波动载和流固耦合的条件分析了不同瓦斯初始压力作用下巷道围岩的能量分布状态,解释了深部开采条件下在一些含瓦斯煤层中出现的兼具冲击地压和煤与瓦斯突出2种灾害特征的动力灾害现象。认为瓦斯的不同参与程度导致了不同的动力灾害显现特征,瓦斯参与动力灾害的程度可由瓦斯压力或瓦斯含量来表征;煤体中瓦斯压力存在一个临界范围,当瓦斯含量高于此临界值范围时,动力灾害以煤与瓦斯突出的特征为主,反之则以冲击地压的特征为主;在低瓦斯压力下,瓦斯膨胀能量也具有与煤岩体变形能相当的数量级,对含瓦斯煤层的冲击地压研究不可忽视瓦斯的作用。