含水煤岩变形破坏过程中瓦斯运移规律的实验研究

配合自制煤岩三轴流固耦合夹持装置,采用实验方法对煤岩变形破裂过程中瓦斯运移规律进行研究。实验结果表明：煤岩破裂前后,瓦斯解吸量、解吸速率以及渗透率的差异较大,在弹性压密到强化阶段,瓦斯解吸规律基本遵循Langmuir等温吸附规律。在煤岩破裂阶段,瓦斯解吸量和解吸速率都急剧增大,瓦斯渗透率的变化表现为少许滞后于应变的特点;在瓦斯压力较低的情况下,煤岩渗透性能受含水饱和度的影响显著,破裂后气测渗透率值比压密阶段高近6倍,含水饱和度增大后,煤岩破裂前后气测渗透率变化规律大致相同,虽然增大了煤岩孔隙压力,但煤岩变形破裂全过程中测定的气测渗透率反而降低。     

基于煤粒瓦斯解吸实验的温度变化量预测模型研究

通过实验室煤粒瓦斯解吸测试,研究了同一种煤样在3种不同粒径条件下的煤粒瓦斯解吸规律。在对实验数据分析的基础上,结合理论推导构建了基于煤粒瓦斯解吸过程温度变化量的煤体瓦斯解吸扩散数学模型并开展了相关验证,分析了该模型的适用性。研究结果表明,3种粒径煤样在吸附平衡压力为0. 34 MPa左右时,瓦斯解吸量分别可以达到3. 77、3. 91、5. 65 mL/g,煤样解吸速率与粒径之间呈负相关关系。煤粒瓦斯解吸过程中实测煤体温度变化曲线呈"马鞍"形。建立的描述煤粒瓦斯解吸初期阶段的数学模型可用于预测特定条件下煤体瓦斯解吸温度变化量,对于研究煤矿瓦斯运移过程及灾害预警具有重要的参考价值。     

注水对煤的瓦斯扩散特性影响

为研究注水后煤的瓦斯扩散特征及动力学参数变化,在自制的高压注水搅拌解吸装置上对不同注水量煤样在0.5 MPa吸附平衡压力下的瓦斯放散过程进行了测试,测试结果表明：不同注水量煤样瓦斯解吸量与时间的关系曲线形状均与 Langmuir 吸附等温线相似,不同注水量煤样均存在极限解吸量,极限解吸量随水分增加呈现指数函数式变化,当煤样水分由0.05%增加到12.04%时,极限解吸量由7.3383 mL/g降至2.7749 mL/g。相同吸附平衡压力下,注水量越大,煤样第1 min瓦斯解吸速度(V1)越小,解吸速度V1随水分增加呈现对数函数式变化;注水后,煤样传质毕欧准数增大,扩散系数和传质傅立叶准数减小,注水改变煤的扩散动力学参数。     

西南典型矿区煤等温吸附/解吸影响因素研究

为了探讨煤质、变质程度、变形程度、实验温度、压力等因素对煤吸附/解吸性能的影响,系统采集了西南典型矿区煤样,进行了煤岩测试、工业分析和等温吸附/解吸实验。结果表明：中变质阶段,煤的吸附能力与变质程度呈正相关,高变质阶段呈负相关,Ro,max在3%左右吸附能力最强|煤的吸附能力与镜质组含量呈正相关,与惰质组含量呈负相关|低-特高固定碳阶段,煤的吸附能力与固定碳含量呈正相关关系,水分、挥发分的存在降低了煤的吸附能力|变形程度越高,吸附/解吸能力越强|温度升高,煤吸附量下降,解吸率增高。压力升高吸附量增大,解吸率下降。     

基于Weibull方程的煤层气动态解吸过程划分

基于Weibull解吸方程,从解吸效率角度出发,给出计算敏感压力、过渡压力以及转折压力的新公式,并结合临界压力将解吸过程详细划分为5个阶段。结合寺河3号煤的实际等温解吸实验数据,分析了不同温度下的Weibull等温解吸方程与Langmuir等温解吸方程差异。温度高时,Weibull等温解吸方程与实验数据更加吻合;分析温度对解吸效率、关键压力的影响,要达到同样的解吸效率,温度越高,需要的压力越小;关键压力随着温度的增大,呈先增大后减小的趋势;在地层初始压力相同时,等温解吸过程中,温度越高,结束解吸的压力越小,可解吸的压力范围越大;在煤层初始压力和煤层气含量一定时,温度越高解吸出来的含气量越多。     

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。     

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。     

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。     

颗粒煤和原煤瓦斯解吸特性差异实验研究

利用自主研发的高压变温吸附解吸实验装置,进行了颗粒煤和原煤在不同吸附平衡压力下的瓦斯解吸实验,并对原煤和颗粒煤解吸特性差异进行对比分析。结果表明:在解吸的前60 min内,颗粒煤的瓦斯解吸量要比原煤的瓦斯解吸量大得多;颗粒煤瓦斯解吸速度始终大于同时段内原煤瓦斯解吸速度,但颗粒煤的瓦斯解吸速度衰减得更快,尤其是在解吸初期表现得更加明显。     

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.     

低阶煤储层甲烷吸附解吸过程中导电性变化规律

为了系统探究甲烷吸附解吸过程中低煤阶煤储层导电性变化规律，以彬长地区4#煤层为研究对象，通过测定不同煤岩组分样品甲烷吸附解吸过程中的电阻率，探究吸附和解吸过程中煤的导电性变化规律及机理，并对比分析不同煤岩组分导电性变化差异。研究认为，升压吸附过程中煤的导电性逐渐增强，电阻率与吸附量、平衡压力之间的关系可用一元二次函数描述；降压解吸过程中煤的电阻率小幅度回升，其与吸附量、平衡压力之间为线性关系；甲烷吸附过程中放热和煤基质膨胀变形，使得导电性增强，解吸过程中吸热和煤基质收缩，使得导电性变差；甲烷吸附会导致煤的结构发生不可逆转的变化，即使甲烷解吸后，煤的电阻率也难以恢复到初始水平；暗煤灰分高，孔喉结构相对均匀，双电层带电粒子更少，导电性较镜煤弱，加之暗煤吸附能力强，使得其在吸附过程中电阻率下降幅度和速率更大。      

瓦斯解吸量在突出预测中的可靠性研究

采用现场测定和实验室实验的方法,研究得出了瓦斯解吸量作为突出预测指标是敏感可靠的.突出煤体的瓦斯解吸量大,瓦斯解吸速率快,瓦斯解吸量和瓦斯压力之间有着密切的关系,本文提出通过研究解吸时间、瓦斯压力、瓦斯解吸量等之间的关系,来确定瓦斯解吸量的临界值的方法.     

煤粒瓦斯放散数学模型及数值解算

为了研究煤粒瓦斯的解吸和放散规律,设计了煤粒瓦斯解吸实验,得到不同粒径煤样在不同初始压力条件下累积解吸量随时间变化的实测曲线。根据达西定律,建立煤粒瓦斯放散的数学模型,运用有限差分法对数学模型进行处理,利用Visual Basic语言编制计算机程序对数学模型进行解算,得出煤粒内部瓦斯压力变化规律和煤粒内不同压力下的累积解吸量。通过对比模拟结果和实验结果,得出瓦斯从煤粒中放散出来符合达西定律。     

瓦斯含量直接测定方法漏损量推算的研究

为了提高瓦斯含量直接测定法的准确性、可靠性,在实验室测试了崔庙煤矿11采区、裴沟32采区2个煤样在不同吸附平衡压力下不同时间段的累计解吸量,运用数学软件统计分析2个煤样的解吸数据,研究得出了2个煤样具有对数解吸规律。通过和巴雷尔、孙重旭、王佑安公式对比分析后发现对数函数公式优于其它漏损量推算公式,据此提出了对数函数公式用于直接法漏损量的推算及其工程应用初步建议。     

煤粒瓦斯变压吸附数学模型及数值解算

为了验证达西定律是煤粒瓦斯流动的普适性规律,在之前所做的不同形状煤粒的定压吸附解吸及变压解吸实验基础上,设计了封闭空间内煤粒瓦斯变压吸附实验,分别得到42.976,11.600~13.800,3.350~4.000和1.180~1.400 mm四种不同粒径的煤样在0.5,1,2和4 MPa四种初始压力下瓦斯累积吸附量随时间的变化情况。基于达西和菲克定律,分别建立封闭空间内煤粒瓦斯变压吸附数学模型。运用有限差分法计算模型,并编制Visual Basic计算机程序对方程进行解算,得到两种模型在不同时间不同初始瓦斯压力下的瓦斯累积吸附量。通过对比分析实验和数值模拟得到的ln[1-(Q_t/Q_∞)~2]与t关系图,发现封闭空间内煤粒瓦斯吸附过程同样遵循达西定律。这与之前所做的一系列研究所得结论一致,即无论是吸附还是解吸过程,煤粒外部压力变化与否,煤粒形状如何,均可得到达西定律是煤粒瓦斯流动基本规律。     

Gas-dynamic stage of the coal and gas outburst with allowance for desorption

Within the nonstationary, equilibrium velocity approach of the nonuniform environment mechanics, the coal and gas outburst problem is solved. Desorption of fixed gas at the surface of coal particles is described using the Freundlich and Langmuir isotherms. The constitute equation of the coal and gas mixture includes desorption of the fixed gas. The numerical analysis of the mixture flow patterns under the coal and gas outburst provided relationships of the depression and shock wave velocities and the initial concentration of particles in the coal and gas mixtures.     

比德—三塘盆地多煤层条件下煤储层吸附解吸特征研究

结合不同次级向斜13个煤样的等温吸附解吸实验以及比德—三塘盆地多煤层区两口煤层气试井资料,分析了不同含气系统内煤储层吸附解吸特征,研究了含气系统类型与多煤层区煤层吸附解吸特征的相关性。研究表明:在多煤层条件下,影响煤吸附解吸特征的主控因素并非不同的含气系统类型,而仍然为储层条件及煤质。     

镉在蒙脱石上的吸附解吸动力学与热力学研究

摘要:通过模拟自然环境特征,研究了不同温度下镉在蒙脱石上长时间的吸附和模拟酸雨对蒙脱石吸附的镉的解吸动力学及热力学行为,结果表明:30、40、50℃时,蒙脱石对镉的吸附及模拟酸雨对镉的解吸均能很好地符合Lagergren二级动力学方程,相关系数R均在0.98以上;不同温度下的蒙脱石对镉的吸附量随时间的增加均呈上升-下降-平衡的趋势,酸雨对蒙脱石吸附镉的解吸量则随时间的增加表现为先上升后趋于平衡;蒙脱石对镉的吸附是一个自发的吸热过程,受温度影响较小,而模拟酸雨对镉的解吸过程与吸附过程相反,是一个非自发的放热过程,温度对它的影响较大。      

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.     

不同温度下型煤吸附解吸变形规律的研究

采用自主研制的高压瓦斯煤岩吸附-解吸测试系统,进行了型煤在不同温度条件下的吸附-解吸变形全过程试验,对型煤吸附与解吸瓦斯产生变形进行了研究。研究结果表明,型煤在不同温度条件下随时间的变形曲线具有相同的变化规律,即先后经历快速膨胀变形、缓慢膨胀至平衡变形、卸压瞬时膨胀变形、快速收缩变形、缓慢收缩至平衡变形5个阶段;型煤的吸附膨胀和解吸收缩曲线均具有朗格缪尔方程和幂函数方程特征;型煤在吸附过程中的膨胀变形具有各向异性,在解吸过程的收缩变形具有各向同性,解吸平衡的残余体应变与温度呈负相关。