不同温度压力下低渗煤体瓦斯的解吸规律

以平顶山低渗煤体为研究对象,研究了不同温度和瓦斯平衡压力对瓦斯的解吸速率的影响。在瓦斯解吸初期,温度和瓦斯平衡压力对解吸速率的影响程度不一,但在解吸基本平衡之后,瓦斯解吸速率随温度的增加呈正比例上升,且1.5~2.0 MPa瓦斯压力的影响程度比0.74~1.50 MPa瓦斯压力的影响程度大。     

煤体瓦斯解吸规律研究综述

通过对温度、压力、水分含量、煤样粒度、孔隙度、变质程度等6种影响煤体瓦斯解吸的因素进行说明,综述了我国目前就这6种因素对瓦斯解吸的影响规律。结果表明:不同因素对瓦斯解吸具有规律性,但由于得到的规律忽略了煤地质环境的复杂性与各种因素之间存在相互影响,只是针对1种影响因素进行的研究,存在一定的片面性,因此在将来的研究中应尽量对多个因素进行综合研究,才能获得更准确的结论。     

煤样瓦斯解吸的机械能效应实验研究

以煤样瓦斯解吸过程作为研究对象,运用能量守恒的研究方法,设计出一套测量煤样瓦斯解吸过程中的机械能效应的设备。实验采用阳泉煤业集团的3种煤样,得出不同煤样的解吸机械能效应是不同的,且突出煤样的机械能效应大于非突出煤样的机械能效应的结论。     

基于瓦斯涌出量的煤体瓦斯解吸特性研究

为了实时动态分析煤体的瓦斯解吸特性,基于瓦斯解吸速度幂关系式提出了一个表征煤体瓦斯解吸特性的新参数n,在现有矿井安全监测监控系统的基础上构建煤体瓦斯涌出监测系统,可实时计算n值,分析工作面前方煤体的解吸特性,并在卧龙湖煤矿进行了现场验证。结果表明,煤体瓦斯涌出监测系统可计算出掘进面每天的n值,n曲线与传统的瓦斯解吸指标K1、Δh2曲线的变化趋势正好相反,指标n能够表征煤体瓦斯的解吸特性。通过对比K1的突出危险临界值,可得到n的突出危险临界值,为煤与瓦斯突出的工作面预测提供依据。     

煤体含水量对瓦斯解吸特性影响规律实验研究

为了验证含水量对煤体中瓦斯解吸特性的影响,以新景矿3号煤层为实验对象对煤体的饱和吸附量、解吸量和解吸速度进行了测试。结果表明:随着煤体含水量的增加,煤体的瓦斯吸附量逐渐减少,且减少幅度越来越小;随着煤体含水量的增加,煤体的瓦斯解析量减少且解吸速度越慢;含水量达到11.5%后,含水量对煤体的瓦斯解吸特性影响非常小。研究结果对确定瓦斯压力和突出风险具有重要的作用。     

不同温度及注水压力条件下瓦斯解吸特性实验

为了研究高压注水后含瓦斯煤体的恒温及升温解吸规律,采用自主研制的吸附-注水-加热-解吸成套实验系统,针对不同条件下含瓦斯煤体的解吸特性,从沁水煤田古城煤矿和高河煤矿现场取样,进行了相应的实验研究,得出含瓦斯煤体在不同注水压力、不同吸附压力和不同温度条件下,其解吸特性的变化规律。实验结果表明:相同吸附压力下的未注水自然解吸,高河煤样的解吸率高于古城煤样;随着注水压力的增加,恒温条件下含瓦斯煤体的解吸率呈非线性规律衰减,当到达一定高的注水压力时,衰减会趋于稳定;升温可以有效促进注水后含瓦斯煤体的解吸,并且随着注水压力的增加,加热的促进作用越明显。     

煤体吸附-解吸瓦斯变形特征实验研究

在煤层瓦斯抽放过程中,煤体瓦斯处于吸附-解吸状态,煤体发生膨胀和收缩。利用自主设计的煤体变形实验装置,分析了杜儿坪煤矿原煤在不同方式下吸附-解吸全过程中变形特征。实验结果表明：煤体变形量随着瓦斯压力的增加而增大,垂直层理方向变形量大于平行层理方向变形量;煤体在一次加压吸附实验中分为变形下降阶段、变形快速上升阶段和变形平稳上升至稳定阶段3个阶段;等梯度加压吸附-降压解吸过程中,0→0.5 MPa阶段变形量最大;等梯度加压吸附煤体变形量大于一次加到目标压力值的吸附煤体变形量,且等梯度解吸煤体残余变形量较大;煤体吸附-解吸变形可分为充气下降阶段、吸附快速上升阶段、吸附变形平稳上升至平稳阶段、解吸变形快速下降阶段和解吸平稳下降至稳定阶段。     

煤体裂隙发育促进瓦斯解吸的分形研究

基于煤体裂隙分形演化特征,研究了煤体裂隙发育对瓦斯解吸的影响。将煤体简化为裂纹-基质块结构,分析了煤体裂隙长度与基质块尺寸关系,由裂隙发育的分形特征得到了煤基质块尺度演化规律及煤中瓦斯解吸速度变化规律。解吸速度在裂隙演化初期随分维数近似于线性增长,而在后期,大量微裂纹的产生使得煤基质块尺寸迅速减小,解吸速度随分维数增加迅速提高。根据现场实测煤体裂隙分维数在采动前后的变化,发现基质块尺寸会减小为原尺寸的1/5,瓦斯解吸速度变为原来的21.6倍,采动引起的裂隙发育会对瓦斯扩散运动产生较大影响。     

不同粒度煤样的瓦斯解吸规律实验研究

依托自行设计加工的含瓦斯煤瓦斯解吸规律实验系统,以煤的瓦斯解吸动力学规律为理论基础,采用模拟测试和理论分析相结合的方法,在等温等压条件下对不同粒度煤样的瓦斯解吸规律进行了模拟测定。通过对实验数据的拟合分析,得出粒度对煤的瓦斯解吸规律的影响,最后对粒度对煤的瓦斯解吸规律的影响进行了理论分析。     

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。     

瓦斯含量法在隧道揭煤工作面突出危险性预测中的应用

隧道揭煤突出危险性预测是确保安全施工的关键环节。针对隧道大断面开挖环境,在垂距5 m处测定煤层瓦斯压力,测定结果准确性和可靠性均不高,由此提出了采用瓦斯含量进行揭煤工作面突出危险性预测,并依托华岩隧道揭煤进行了研究、分析及应用验证。结果表明,瓦斯含量可以用于隧道揭煤工作面突出危险性预测,可靠性稳定、准确性高,与采用瓦斯压力进行预测相比,瓦斯含量法节省了工作面突出预测工作的时间,为隧道施工工期提供了强有力保障。     

瓦斯对煤自燃过程中官能团演变的影响

为了探究瓦斯与煤自燃复合灾害演化过程中瓦斯对煤自燃进程的影响机制,以煤体内部化学官能团作为指标变量,基于正交实验设计及分析方法,分别研究了煤自燃过程中CH₄浓度、O₂浓度、N₂浓度及氧化温度对煤体内部不同种类官能团的影响规律。实验结果表明:与—CH₂—/—CH₃、C—H或—OH等其他官能团相比,—COOH与煤体氧化程度的线性拟合相似度最高,能够准确地反映煤体氧化进程。煤自燃过程中CH₄对—COOH占比的影响可分3个阶段进行,CH₄浓度＜6.0%时,CH₄有助于—COOH等官能团的氧化消耗,且浓度增加激励作用更为显著;6.0%＜CH₄浓度＜13.6%时,CH4仍起到促进作用,但促进幅度逐步降低;CH₄浓度＞13.6%时,CH₄起到抑制作用,且随着浓度的增加抑制作用逐步加剧;相较于N₂,低浓度和中浓度时CH₄对—COOH消耗的促进效应更强,高浓度时对—COOH消耗的抑制效应则更弱。     

豫西煤层瓦斯解吸特征与时间关系的研究

为了进一步了解煤层瓦斯解吸过程,更好地掌握瓦斯解吸特征,利用现场不同的取样方法,并在不同的暴露时间情况下,对豫西煤层残余瓦斯含量和甲烷组分变化进行了系统研究。研究结果表明,煤层残余瓦斯含量在煤样罐密封效果好的情况下,煤样测试结果与暴露时间无直接关系;煤样罐插上穿刺针头导通大气的情况下,煤样分别存留1,2,3,4,5 d,瓦斯含量遗失分别为15.13%、30.73%、68.17%、73.63%、76.29%,甲烷组分遗失分别为33.23%、59.71%、86.19%、90.98%、93.09%;煤样在完全暴露2 h和4 h的情况下,瓦斯含量遗失分别为24.80%、68.33%,甲烷含量遗失分别为54.53%、83.12%,甲烷遗失速度较快。     

新型气膜储煤棚低温物理力学性能试验研究

为了得到新型气膜煤棚在低温下的物理力学性能,选取PVDF织物类常用新型煤棚膜材为研究对象,对其剥离强度、拉伸强度、耐低温性能和低温耐折性能进行了系统分析。试验结果表明,低温下检测的剥离强度和拉伸强度实际参数都与标称参数相符合,在低温-10~-50 ℃时,膜材涂层表面没有发生开裂现象,而且耐折性能较好,低温极限甚至达到-60 ℃。试验结果对新型气膜煤棚在我国北方冬季低温环境下推广应用具有重要参考价值。     

低温对不同水分条件下煤的坚固性系数影响研究

煤体力学性质是煤与瓦斯突出的一个必要条件,提高煤体的力学性质对抑制煤与瓦斯突出的发生具有重要的意义。为探析低温环境及水分对煤体坚固性系数的影响,通过煤样加湿处理装置及低温环境坚固性系数测试装置,对不同温度及不同水分条件下煤体的坚固性系数进行测试。研究结果表明:随着温度的升高以及煤样水分的降低,煤的坚固性系数呈减小趋势;随着温度的降低以及煤样水分的升高,煤的坚固性系数呈增大趋势。研究为通过煤层注水加冷冻的措施治理煤与瓦斯突出奠定了理论基础。     

定向钻进技术在煤与瓦斯突出矿井中的试验研究

定向钻进技术是一种高效的区域瓦斯治理措施,可大幅节约施工成本、缩短施工周期,地质条件及钻进层位对定向钻进效果有直接影响,因此对定向钻进技术适用性的现场试验研究决定了该技术能否在施工现场成功运用。以平煤股份十一矿己_16-17-24070、己_16-17-24090工作面为试验地点,采用2种不同型号的定向钻机,分别沿煤层走向、倾向在顶板施工梳状定向分支孔,在平顶山矿区开展以孔代巷现场工业性试验,积极探索适用于平顶山矿区的新的瓦斯治理模式。依据VLD-1 000型千米定向钻机前期沿煤层走向的钻进效果,分析钻进效果不甚理想的原因;后期采用ZYWL-6000DS型煤矿用双履带式全液压定向钻机,沿煤层倾向施工定向钻孔,取得了良好的钻进效果。以2种定向钻机的钻进效果为依据,平煤股份十一矿确定了施工定向钻孔的钻机类型及钻孔设计,初步形成了适用于平煤股份十一矿的新的瓦斯治理模式。     

煤与瓦斯共生灾害现状研究

为了分析煤与瓦斯共生灾害研究现状,介绍了共生灾害特性及耦合关系的研究进展,揭示了共生灾害机理及防治方法,根据目前现状提出了研究存在的不足及展望。研究结果表明,共生灾害多物理场耦合关系复杂、灾害趋势明显,但目前共生灾害研究存在实验研究针对性不强、未考虑全面漏风场优化机制、缺少共生灾害风险识别模型及预警机制、防控体系较弱等弊端。在研究中应加强实验的侧重性,在工程实践中进一步优化漏风场,并构建瓦斯与煤自燃共生灾害风险辨识与风险判别指标体系,建立共生灾害风险识别模型及预警机制,降低共生灾害频率及后果。研究可为共生灾害防治提供理论指导。     

瓦斯压力在线监测技术在揭煤巷的应用研究

有效监测预警是煤矿瓦斯突出灾害防治的重要环节,我国大多数煤矿主要采用不连续的直接指标法和连续的间接指标法对瓦斯突出灾害进行监测预警,现场缺少瓦斯突出灾害连续直接监测技术。为了获得揭煤巷煤层瓦斯抽放过程中的瓦斯压力变化特征,设计了以连续监测、直接监测为核心的煤矿瓦斯突出灾害实时监测预警系统,采用分区布置多测点实时监测方法,验证了该系统的可靠性和监测数据的准确性,获得了瓦斯压力与抽放时间关系规律。研究表明:煤层瓦斯压力变化与抽放时间、瓦斯解吸状态相关,随着抽放时间延长,煤层瓦斯压力总体上呈降低趋势;随着瓦斯解吸量的增加,煤层瓦斯压力总体上呈升高趋势;随着抽放时间延长,抽放区域瓦斯压力为0.07～0.20 MPa,已低于突出临界值0.74 MPa,验证了煤层瓦斯抽放时间是防治瓦斯突出灾害的重要指标。研究可为煤矿瓦斯突出灾害有效监测预警和防治提供理论基础和技术手段。     

低渗透性煤层瓦斯治理技术研究

地下煤矿开采需要有效的技术方法来控制瓦斯的排放。针对低渗透性煤层瓦斯抽采困难的问题,提出了一种低渗煤层瓦斯高效抽采方法,并进行了井下工程试验,包括长钻孔、斜交叉钻孔和上隅角柔性抽采管等技术。现场试验表明,该技术可有效提高低渗煤层瓦斯抽采率,51109、51105工作面瓦斯抽采率从30%分别提高到67.33%和76.44%,工作面风流中瓦斯浓度大幅下降至0.3%左右。研究为低渗透性煤层瓦斯治理技术研究提供了新思路。