不同瓦斯压力条件下含瓦斯煤的渗透特性试验研究

为探讨瓦斯压力对含瓦斯煤渗透特性的影响,通过含瓦斯煤的三轴剪切试验,获得试件在进行三轴渗流试验时始终处于稳定应力状态的轴向应力和围压的合理取值,在此基础上,以贵州松河煤矿8号煤为剖析对象,利用自主研制的出口压力可调的三轴渗透仪进行了有效应力和温度恒定、不同瓦斯压力条件下的三轴渗流试验。结果表明:当瓦斯压力恒定时,含瓦斯煤试件的抗剪强度随着围压的增加而增加;当有效应力、温度和试件两端压差恒定时,渗透率以指数关系随着间隙气压的增加而下降;当有效应力、温度和间隙气压恒定时,渗透率随着两端压差的增大而减少。试验结果为地面煤层气开发和井下瓦斯抽采提供了有力的技术支撑。     

煤体低温氧化过程中CH_4吸附解吸演化规律研究

以安徽淮北杨柳煤矿所产烟煤为实验样品,通过高压气体解吸吸附仪与煤岩体工业成分分析仪联用,探究煤体低温氧化过程中煤岩体组分的动态演变规律和煤体对甲烷解析吸附特征的演化规律。实验表明:随着煤体氧化温度的增加,内部灰分和固定碳含量基本保持不变,而水分和挥发分含量持续降低,但水分含量的减少主要集中在30~130℃,而挥发分含量的减少主要集中在130~230℃;不同氧化温度下煤体对甲烷吸附量也不同,吸附能力与氧化温度大体呈现出负相关的关系,即随着氧化温度的增加,煤体对甲烷的吸附能力逐步降低;不同氧化温度下煤体对甲烷解吸后的甲烷残存量也不同,煤体中甲烷残存量氧化温度的增长呈现出先减小后逐步增加的趋势,在氧化温度为80℃附近出现甲烷残存量最小值。     

煤自燃特征温度与微观结构变化及关联性分析

煤自燃灾害严重威胁了矿井的安全生产，掌握煤自燃微观基团和特征温度之间的关联性对煤自燃灾害的防治具有积极作用。为确定不同变质程度煤自燃过程中特征温度和煤微观结构的变化及相互联系，利用热重试验和傅里叶红外光谱实验分别测试了4种不同变质程度煤样自燃过程中的质量变化特性和微观结构，采用皮尔逊相关系数法确定了2者之间的联系。结果表明：随着变质程度的增大，煤中的芳香烃和脂肪烃含量增加，含氧官能团含量减少，3种类型的基团中含量最高的基团分别为C=C,—CH₃和—OH。变质程度高的煤失重曲线和特征温度逐渐向高温区移动，且各特征温度间的间距增大。煤自燃特征温度会随着芳香烃含量的增加而增加，随着含氧官能团含量的增加而降低。芳香烃含量越大，煤自燃越难发生，而含氧官能团则恰好相反。皮尔逊相关系数计算结果表明，随着温度的升高，正相关系数最大的官能团分别为C—H,C—H,C—H，取代苯，C=C和C=C，负相关最大的官能团分别为COO—,COO—,C—O—,COO—,—OH和—OH。整体而言，C—H与特征温度之间正向相关性最大，而COO—则与特征温度呈最大的负相关。特征温度的变化与最大官能团的...     

煤在温度和压力综合影响下的吸附性能及气含量预测

通过对有代表性煤样的副样进行不同温度等吸附试验,在进行等温吸附实验前对煤样进行平衡水分处理,使煤样的水分含量接近原地煤的水分含量,研究发现,在等压条件下,煤吸附甲烷量随着温度的增加呈线性减少,相同温度,不同压力,不同煤样吸附量的减少量不相同,在温度和压力综合作用下,在较低温度和压力区,压力对煤吸附能力的影响大于温度的影响,随着温度和压力的增加煤吸附甲烷量增大;在较高温度和压力区,温度对煤吸附能力的影响大于压力的影响,煤吸附甲烷量减少;煤变质不同,吸附量增大到吸附量减少的转折点不相同,建立了接近原地煤层气储集条件（包括温度、压力、水分,灰分,煤变质）综合影响下煤层气含量预测方法,该方法已被全国煤层气资源量计算应用。     

含瓦斯煤低温吸附过程能量变化规律研究

为了得出煤吸附甲烷过程中能量变化规律,通过高低温智能吸附实验箱分别进行温度为30、15、0、-15、-30、-45℃,初始吸附压力为1、1.5、2、2.5、3 MPa的煤吸附甲烷实验。结果表明：加大注气压力和降低吸附温度是影响煤在吸附甲烷过程温度变化量增大的2个重要因素;一定质量煤样吸附甲烷前后表面自由能会降低,热量会升高,且其差值因甲烷压力的升高而逐步增大;升压或降温在煤吸附甲烷过程中都使得煤温度变化量增大,实质上是煤表面自由能甲烷分子势能转化为热量值来维持整体能量平衡的现象。     

天然煤体吸附甲烷的非均匀特征研究

为了寻求非均匀势阱煤体甲烷吸附量精准评价的方法,依据朗格缪尔吸附动力学过程,对存在非均匀势阱的天然煤体吸附甲烷特征进行了理论分析与实验研究。研究结果表明:在煤与甲烷吸附平衡状态,煤中甲烷分子倾向于吸附在势阱较深的吸附位置上,不同深度势阱的覆盖率符合以吸附压力与温度为参数的Logistic(S型)曲线规律;天然煤样的朗格缪尔参数a均随吸附压力增加呈增大趋势,朗格缪尔参数b随吸附压力的增加呈减小趋势;不同种类的天然煤样吸附势阱分布的差异性,导致不同吸附压力下的朗格缪尔参数a与b的不同;基于朗格缪尔方程的天然煤体甲烷吸附量计算值在低吸附压力下偏高,在高吸附压力下偏低;利用非均匀势阱等温吸附量计算方法可以使煤中甲烷吸附量的计算误差大幅降低。     

基于吸附势理论的煤吸附超临界甲烷研究

为了探究超临界甲烷吸附特征,提出超临界甲烷等温吸附线,并以此为研究基础。根据吸附势理论,计算并绘制了不同温度下吸附相体积随吸附势变化的吸附特性曲线,结果表明不同温度等温吸附特性曲线可用1条曲线或统一方程式表示,这从理论上验证了超临界甲烷在煤表面上的吸附也主要取决于与温度无关的色散力作用。由这种特性建立了超临界甲烷吸附模型,实现了根据已知等温吸附试验数据预测不同温度、压力下的超临界甲烷吸附量,克服现有的等温预测的局限性。但是当温度超过一定范围,吸附相密度不能由极限密度代替,由于分子重排作用,吸附相密度改变,造成预测误差。     

煤中甲烷扩散特性影响因素实验研究

为了研究煤中甲烷扩散特性的影响因素,分别在压力、煤阶、粒径和含水率等不同主控因素下进行了甲烷等温吸附扩散实验。实验结果表明:高压力下甲烷累积扩散量和扩散速度均大于低压力下的扩散量和扩散速度;随着煤阶增大,煤中甲烷扩散量和扩散速度均增大;大粒径煤中甲烷扩散量和扩散速度均大于小粒径的扩散量和扩散速度;不同含水煤样,同一时间煤样含水量越小,甲烷扩散量和扩散速度越大。     

煤吸附甲烷能力对温度压力变化的响应特性

为了研究煤吸附甲烷能力对温度压力变化的响应特性,选用平顶山己15-17煤层煤样,进行了-20、-10、0、10、20℃条件下高压等温吸附试验,并运用MATLAB软件对试验数据进行了分析。结果表明:特定温度下煤对甲烷的吸附量随着压力的增大而增大,当压力增大到某一特定值,吸附量趋于稳定;如果压力从0 MPa逐渐上升到8 MPa,同时温度从-20℃逐渐上升到20℃的过程中,在压力上升至6.3 MPa之前,压力对吸附量的影响起主导作用。当压力大于6.3 MPa时,温度对吸附量的影响起主导作用;在温度与压力综合影响吸附量的同时,压力制约温度对吸附量的影响效果,温度制约压力对吸附量的影响效果。     

河南省中-高煤阶构造变形煤甲烷吸附/解吸特征研究

煤体变质程度和变形结构不同,其对甲烷的吸附/解吸能力及特征也不同,通过对河南典型矿区5种中高煤阶构造变形煤的等温吸附/解吸试验研究,结果表明:中-高煤阶弱脆性构造变形煤的甲烷吸附能力随着煤变质程度的增加而增大;甲烷吸附量增量随着压力升高逐渐减小趋近于0,且甲烷吸附量增量随变质程度的增加而增大。单位压力段内甲烷解吸量随压力降低呈幂函数增大趋势,且变质程度越高,单位压力段内甲烷解吸量越大。不同类型构造变形煤单位压力段解吸量随压力降低呈单调递增的对数函数,且甲烷解吸量随着构造变形程度的增强而增大。