吸附平衡时间对瓦斯吸附常数测值的影响

煤的瓦斯吸附常数是煤矿瓦斯防治的重要基础参数,它的准确测定对煤矿瓦斯预测、瓦斯抽采和瓦斯突出防治均有重要的意义.煤炭行业标准MT/T 752—1997《煤的甲烷吸附量测定方法(高压容量法)》要求测定过程中煤对瓦斯吸附的平衡时间为7 h,但研究发现大部分煤样在7 h内并不能达到吸附平衡.选用无烟煤、贫煤和气肥煤3类不同煤阶的煤样,进行了不同吸附时间下的瓦斯吸附常数的对比测试.结果表明,吸附时间对瓦斯吸附常数影响非常明显;对固定煤阶煤样,吸附时间越长,吸附常数a值有增大的趋势;煤阶越高,瓦斯吸附常数a值受吸附时间的影响程度越大,煤对瓦斯的饱和吸附平衡时间越长.因此,对于高阶煤样,吸附时间应适当延长,从而提高测值可信度和工程应用价值.     

Fenton试剂作用下煤的渗透规律及增透机理研究

为研究Fenton试剂作用下煤的渗透规律及增透机理,对焦作煤业(集团)有限责任公司九里山煤矿的无烟煤、安阳市主焦煤业有限责任公司的焦煤、义马煤业集团股份有限公司杨村煤矿的长焰煤等3种不同煤阶的煤样,利用Fenton试剂进行加压饱和浸泡试验,研究其渗透率变化情况,并通过对比试验前后各煤样核磁共振T_2谱和红外光谱,分析探讨了Fenton试剂作用下煤样的增透机理。结果表明:Fenton试剂作用后,煤样中大孔和裂隙体积增大,内部连通性变好; Fenton试剂作用后,煤样表面含氧官能团增加,抑制了煤对瓦斯的吸附能力;通过3种煤样的对比试验发现,Fenton试剂作用对低阶煤煤样有较好的增透效果。研究结果可为提高煤层的透气性提供新的方法和理论指导。     

煤体孔径分布特征及其对瓦斯吸附的影响

利用N2和CO2吸附解吸实验,得到了6个矿井煤样的孔径分布特征,并根据吸附解吸实验曲线分析了不同煤样所含孔形状的差异.同时,对所选煤样进行瓦斯吸附实验,分析瓦斯吸附量随吸附压力的变化情况,以及瓦斯吸附能力与孔径分布的关系.根据工业分析和岩相分析结果,对煤样变质程度和水分含量对瓦斯吸附的影响进行了分析.结果表明:煤对气体的吸附量主要集中在微孔段,同时受到中孔的影响,朗缪尔体积受微孔和中孔分布的共同作用,而朗缪尔压力只与微孔有关.水分子与甲烷分子之间存在竞争吸附,水分的存在不利于瓦斯吸附.煤的变质程度与朗缪尔体积之间呈现"U"型曲线关系,而变质程度的增加使朗缪尔压力降低.在煤矿开采过程中,应当采取措施增大煤体孔隙,使微孔比例降低,促进煤层瓦斯的解吸.     

不同冲击荷载下煤的孔隙结构变化规律研究

为研究冲击载荷作用下煤微观结构变化规律,采用低温液氮吸附实验对不同冲击荷载作用下王河煤矿煤样进行了试验研究,分析受不同冲击载荷作用下煤样的微观孔隙结构变化规律。结果表明:不同冲击载荷作用下煤样的微观孔隙结构会发生显著变化。当冲击载荷为68.21 MPa时,煤样部分中孔遭到破坏,煤样总孔容减小,微孔比表面积增加显著;当冲击荷载增加到120.64 MPa时,由于细颈瓶形状的微孔在冲击载荷作用下破坏,微孔比表面积所占比例明显减小,煤样孔容呈进一步减小趋势;可以认为在冲击载荷作用下,煤样微观结构从微孔向小孔、小孔向中孔及大孔转化,液氮吸附量持续减小。研究成果表明煤受外界冲击载荷作用会由于煤微观结构的变化进而影响煤瓦斯的赋存,煤开放孔的增加有利于煤矿瓦斯的抽放,对煤矿石门揭煤和煤松动爆破参数设计具有实用参考意义。     

煤的微孔特征及其随煤级和煤样尺寸的变化

煤的微孔是煤层气吸附储存的主要场所,认识煤的微孔,特别是其封闭程度对评估煤层气储量和预测其产量十分重要。本文主要采用77K下N2吸附法和273K下CO2吸附法表征煤的表面积和孔体积,分析其随煤级和煤样尺寸的变化规律。发现CO2吸附法更适合表征煤的微孔特征。除最大尺寸(1.68mm~3.35mm)样品外,随着煤样尺寸减小,烟煤样品的微孔特征无变化,几乎全部为开放孔;而无烟煤和褐煤的微孔表面积和孔体积随煤样尺寸有明显变化,但规律性不明显。通过将毫米级尺度的原煤进行热处理和四氢呋喃萃取处理后发现其微孔体积和表面积都增加,这表明煤缩合芳环外围的烷基侧链和官能团可能占据或堵塞了孔口,造成了微孔的封闭。褐煤的烷基侧链长,各种官能团数量多,因此微孔封闭率最高。     

煤体纳米级孔隙低温氮吸附特征及分形性研究

为了研究不同煤级煤体纳米级孔隙结构特性,通过低温氮吸附法对宿州邹庄矿、平顶山八矿、鹤壁九矿的8组煤样进行对比实验,分析了煤孔隙结构特性,并运用孔隙分形几何学理论基础建立FHH模型,揭示了煤的变质程度和破坏程度对煤孔隙结构差异的影响。结果表明:(1)不同变质程度的煤,其吸附能力与变质程度并不呈线性关系,与共生原生结构煤相比,构造煤的平均孔径普遍较小,但其孔比表面积较大,且构造煤吸附能力明显强于原生结构煤。(2)不同煤级煤的分形维数D大小并不随着煤化程度的升高而呈规律性的线性变化,构造变形作用促使构造煤孔隙结构复杂化。(3)分形维数D越大,表明煤体孔隙结构越复杂,煤体孔比表面积及其吸附量也较大。(4)分形维数与平均孔径呈反比。     

不同煤级煤样的孔隙综合表征方法研究

煤的孔隙特征对于研究煤的吸附解吸特性、扩散性、渗透性以及瓦斯突出事故的发生机理具有非常重要的意义。为研究不同煤级煤样的孔隙综合分形特征,利用ASAP2020比表面积及孔径分布测定仪,在低温液氮的环境下,对不同变质程度的煤样进行孔隙测定,并利用FHH分形维数计算模型对实验数据进行拟合,得到各煤样不同孔径段的分形维数;同时利用各孔径段的孔隙体积比作为权值,对各个煤样不同孔径段的分形维数进行加权求和,得到各煤样的综合分形维数。将煤样的综合分形维数与其总孔隙体积进行比较分析,可知不同煤级煤样的孔隙具有明显的分形特征,其总孔隙体积越大,综合分形维数越大,孔隙表面越粗糙,孔隙分布则相对复杂。     

基于低温液氮吸附实验的变形煤孔隙分布及其分形特征

选择平顶山十二矿和焦作中马村矿不同煤体结构的肥煤和无烟煤进行低温液氮吸附实验,分析研究变形煤的孔隙特征及其分形特征.研究表明,过渡孔和微孔是煤层气吸附发生的主要场所,其中微孔起着重要作用;分形维数反映了煤的煤化程度,即分形维数越大、煤化程度越深;分形维数表征孔容按孔径大小变化的分布特征,且分形维数与孔容含量有较好的相关关系.     

不同煤阶煤表面改性的FTIR谱研究

用傅立叶变换红外光谱（FTIR）方法对煤样进行了测试,研究了煤表面改性前后官能团含量的变化。结果表明,随着煤的变质程度增高,含氧官能团减少。当采用不同的电化学法还原处理后,不同变质程度煤的含氧官能团也都有不同程度的减少。含氧官能团的减少能使煤的疏水性增强,同时黄铁矿表面的亲水性增强,有利于浮选脱硫的进行。     

煤层开采过程中CO气体来源实验测试与分析

煤层开采过程中易出现CO气体超限现象影响安全生产,亟需开展CO气体的来源和产生规律研究.对3种不同变质程度煤样(无烟煤、贫煤、焦煤)在氮气和空气氛围下开展破碎实验,测试CO气体和煤样温度;通过煤样恒温加热实验,研究在不同温度和气氛下CO,CH4气体体积分数变化规律.结果表明:煤样在氮气氛围下破碎过程中产生CO气体体积分...     

鹤岗煤田构造煤孔隙分形特征

基于鹤岗煤田北部区块典型构造煤样的低温氮吸附实验数据,分析不同变形程度下构造煤的分形维数与孔隙系统结构和气体吸附能力的关系.结果表明,受变形程度影响,碎裂煤和碎粒煤的孔隙系统发生变化,导致低温氮吸附、解吸曲线表现出不同形态.在相对压力为0.5~1.0时,分形维数可以有效表征碎裂煤与碎粒煤的孔隙结构和吸附能力.随着分形维数变大,煤岩变形程度增加,微孔含量增加,孔径变小,比表面积增大,孔表面粗糙度增加,使得煤岩孔隙系统复杂化,最终煤岩吸附能力增强.因此,煤岩孔隙分形维数可以表征煤岩孔隙结构和吸附能力.     

煤与瓦斯突出微观机理探索研究

为进一步研究煤孔隙结构对煤与瓦斯突出的影响,采用低温CO2吸附法、低温N2吸附法、压汞法以及小角X射线散射(SAXS)等方法,对8种不同瓦斯赋存条件下煤样全孔径(0.35～11 000 nm)分布进行了测试和综合表征.结果表明:煤样的开孔纳米孔隙(直径≤100 nm)占总孔容最高达92.7％,比表面积占总比表面积98％...     

邯邢煤田煤的X射线衍射分析

本文利用 X 射线衍射分析研究煤的有机结构。对河北省邯邢煤田各煤种(肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、无烟煤)的衍射分析表明:随着煤变质程度的增高,组成煤晶核的碳原子网之间的距离(d)相应减小.而反映煤晶核大小的 L_a 相应增大.L_c 亦相应增大,到无烟煤时 L_c 减小,但 L_aL_e利用这一规律性变化所反映的煤有机结构的特征值(L_、L_c、d)来鉴定煤的变质程度,判断煤的变质作用类型,不仅是有意义的.而且是可行的。     

溶剂改造下构造煤纳米级孔隙的差异性变化及机理

以山西霍尔辛赫采集的煤样为研究对象,采用有机溶剂(CS_2)、有机酸(CH_3COOH)、无机酸(HCl)、强氧化剂(ClO_2)分别对不同煤体结构煤进行溶剂改造实验,并借助于低温液氮吸附实验,探讨了溶剂改造下构造煤纳米级孔隙的变化规律,认为不同类型的溶剂作用促使不同煤体结构煤中的纳米级孔隙发生差异性变化,这种变化主要因溶剂改造下煤中小分子化合物、表面官能团以及矿物质的变化引起的.研究结果表明:随着煤体破坏程度的增加,各类溶剂的抽提(溶出)率均呈现出增大的趋势,且有机溶剂的抽提率要远大于无机溶剂的溶出率;不同溶剂作用后,煤的BET比表面积和BJH孔容显著增大.其中,有机溶剂作用下破坏程度较大的煤样开放孔数量大于破坏程度较小的煤样,而无机溶剂作用下仅在碎粒煤大孔径阶段开放孔数量明显增加;各类溶剂对煤样均具有一定的扩孔效果,特别是对小孔径段的扩孔效果最为明显.相比而言,有机酸、有机溶剂孔隙改造效果最为显著,无机酸、氧化剂不显著.     

仪器分析法研究宁夏煤结构

为了研究宁夏煤的变质程度和变质类型,用红外光谱仪（IR）、物理吸附分析仪（ASAP2010）和X-射线衍射仪（XRD）分剐对宁夏灵武、石炭井以及白芨沟煤矿煤样进行表征分析．研究结果表明,3种不同变质程度的煤种,变质程度依次增大,其表面官能团、表面积、孔隙率和结晶程度等呈现出依次增大的变化规律．     

瓦斯压力对瓦斯在煤中扩散影响的实验研究

为了研究瓦斯压力对瓦斯在不同变质程度煤中扩散的影响,采集了我国典型矿区的煤样,采用低温氮吸附法和压汞法对煤样进行了孔隙特征分析,开展了不同压力下煤粒瓦斯吸附-解吸扩散动力学实验,分别采用单孔扩散模型和双孔扩散模型对扩散实验结果进行拟合.结果表明,双孔扩散模型比单孔扩散模型能更准确地描述煤粒瓦斯吸附-解吸扩散全过程.基于双孔扩散模型反演计算大孔和微孔有效扩散系数D_(ae),D_(ie),分析认为:二次多项式函数能很好地描述D_(ae)与压力的关系,在吸附过程中,当瓦斯压力小于某一临界压力时,D_(ae)随着压力的增大而减小,当瓦斯压力大于某一临界压力时,D_(ae)随着压力的增大而增大;在解吸过程中,当瓦斯压力大于某一临界压力值时,D_(ae)随着压力的减小而减小,当瓦斯压力小于某一临界压力值时,D_(ae)随着压力的减小而增大;大孔有效扩散系数均值Symbol`A@D_(ae)越大,临界瓦斯压力值就越大.而微孔有效扩散系数D_(ie)与压力则较好地符合一元线性关系:在吸附过程中D_(ie)随着压力的增大而增大,在解吸过程中D_(ie)随着压力的减小而减小.各煤样在吸附-解吸过程中的扩散特征参数β基本保持不变.     

关于温度对煤吸附瓦斯性能影响的研究

采用HCA型吸附常数测定仪,对不同矿区的煤样进行不同温度下的吸附瓦斯等温线测试,通过对实验结果的分析,研究了温度对煤吸附瓦斯性能的影响,认为:由于煤自身结构的特殊性,从而造成极限吸附量随温度的变化呈现出非单调性的特征,而随着温度的增加实验煤样的吸附常数b呈现出良好的减函数特征。因此,在工程实际中,应充分考虑煤类型和煤层温度变化规律来确定煤层的瓦斯含量。     

煤的孔隙结构与煤岩动力失稳特征的相关性

以冲击倾向性煤层和煤与瓦斯突出煤层作为研究对象,基于压汞法和液氮吸附的实验结果,综合分析了煤样的孔隙结构特征;依据包括煤岩孔隙结构特征在内的物理力学参数,建立了数值模型,从煤层应力分布和应变能的角度讨论了煤的孔隙结构与煤岩动力失稳特征之间的相关性.液氮吸附和压汞实验表明:忻州窑煤样的孔隙主要是开放型孔,赵各庄煤样的孔隙含半开放型孔隙较多,且含有一定量的墨水瓶孔;忻州窑煤样的孔隙含量,尤其是渗流孔隙的含量远大于赵各庄煤样,因此忻州窑煤层中瓦斯更容易释放.数值模型的计算结果表明:在上覆岩层应力和水平应力相同条件下,忻州窑煤层中煤壁附近区域的水平应力比赵各庄煤层低,垂直应力高于赵各庄煤层,煤壁附近的煤体易发生压剪破坏;上覆岩层应力和水平应力相同(6 MPa)时,赵各庄煤层受扰动后应变能密度变化量接近忻州窑煤层应变能密度变化量的2倍,可见赵各庄煤层更易积聚应变能.     

基于弱黏煤炼焦的焦炭界面及其结合强度研究

依据弱(非)黏结性煤配煤炼焦实际,对David Merrick关于界面结合强度计算式进行优化,并结合不同煤样两两配合炼焦所得焦炭的结构强度和显微强度测试结果,对含有弱黏结性煤参与炼焦的焦炭进行界面结合强度计算和扫描电镜分析。结果表明,优化后的David Merrick计算式比原式更适用于预测弱黏结性煤配煤炼焦所得焦炭的界面结合强度;扫描电镜结果显示,不同变质程度煤进行共炭化后,其所得焦炭界面结合情况不同,在配比为6:4时,肥煤与焦煤的界面结合最好,而气煤与瘦煤的界面结合最差。     

软煤应变强度硬化冲击灾变

煤与瓦斯突出软煤层不具冲击倾向性,但在深部开采中却发生了软煤层冲击灾变动力现象.为探索软煤冲击灾变的成因,通过文献研究和工程案例实证分析,证明了软煤层冲击灾变现象的客观存在;通过煤样无侧限单轴压缩试验和冲击倾向性测定,得知试验煤样无冲击倾向性,极限载荷后单调应变强度软化;模拟工程背景现场与掘进工作面和采煤工作面中部相同的边界约束和加载条件,开展单自由度边界承压试验,考察灾变全程应力、应变、声发射特征,研究软煤冲击灾变机理.结果表明:单自由度边界条件下加载,3个煤样均出现应变强度软化-硬化-灾变过程,甚至反复软化-硬化;经应变强度硬化,灾变前煤样抗压强度均超过冲击倾向性的阈值条件;定义了应变强度软化、应变强度硬化系数,灾变前应变强度硬化系数分别为1. 26,1. 53,2. 25,应变强度硬化程度比较显著;软煤在单自由度约束条件下承压,应变硬化达到煤样冲击破坏强度条件时,可发生类似硬煤的冲击灾变,合理解释了现场软煤层冲击灾变的成因.深部高应力条件下,煤与瓦斯突出软煤掘进和开采,要对应变强度硬化导致煤层冲击灾变引起重视;工程上,这种冲击灾变的强度一般不高,但其可诱导煤与瓦斯突出或瓦斯异常涌出,危害性很高.