瓦斯压力对煤体吸附-解吸变形特征影响试验研究

以松藻煤电公司渝阳煤矿8#突出煤层原煤试样为研究对象,开展了不同瓦斯压力条件下的煤体吸附-解吸变形试验。研究结果表明:含瓦斯煤体吸附-解吸变形动态曲线可划分为抽真空压缩变形阶段I、吸附膨胀变形阶段II、解吸收缩变形阶段III等3个阶段;煤体的吸附-解吸变形具有明显的各向异性特征,但横纵向变形量比值随时间和压力变化不明显,趋于定值;含瓦斯煤体体积变形随吸附/解吸压力的增大呈线性增加,吸附/解吸时间越长,线性斜率越大;含瓦斯煤体吸附-解吸变形不可逆,残余变形量随气体压力增加而增大,且纵向变形对煤体残余体积变形贡献相对较大。     

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。     

煤低压吸附瓦斯变形试验

在瓦斯抽采和煤炭开采过程中,始终伴随着煤对瓦斯的吸附和解吸,煤吸附瓦斯发生膨胀变形,解吸瓦斯发生收缩变形。利用自制的吸附解吸试验装置,测试了煤在低压吸附瓦斯过程中煤体变形规律。试验结果表明：煤样在同一瓦斯压力下的吸附变形分为快速增长、缓慢增长、平衡3个阶段;煤体吸附瓦斯膨胀变形呈各向异性,垂直层理方向和平行层理方向的变形整体变化趋势呈现一致性;在等梯度加压吸附过程中,随着吸附瓦斯压力的不断增大,煤样吸附膨胀变形梯度值逐渐呈增大趋势;一次加压吸附煤膨胀变形量小于等梯度加压吸附至相同吸附压力值时的累积变形量。     

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     

煤与瓦斯突出危险区域划分研究

根据突出区域预测理论制定了突出危险区域划分指标,它包括瓦斯压力、瓦斯含量、煤的坚固性系数、瓦斯放散初速度、钻屑指标、综合指标D和K、工作面瓦斯涌出量和煤与瓦斯突出点;并结合桃园煤矿具体的指标测定情况对其进行了突出危险区域划分,为下一步突出煤层瓦斯治理提供了依据。     

煤与瓦斯突出过程中瓦斯作用的研究

为了对煤与瓦斯突出事故进行有效的预防与控制，分别从孕育和突出两个阶段阐述了瓦斯在煤与瓦斯突出中所起的作用，指出了煤层吸附瓦斯和裂隙瓦斯对煤的物理力学性质的影响；由于空隙瓦斯的存在, 加剧了煤体失稳破坏的过程；特别指出突出的主要能源来自于瓦斯的膨胀能；并根据这一结论提出了相应的防突措施.     

荥巩煤田二_1煤瓦斯吸附解吸特征及其对煤与瓦斯突出的影响

实验研究了荥巩煤田主要生产矿井煤吸附瓦斯Langmuir参数和瓦斯放散初速度,分析了煤层瓦斯吸附解吸特征及其对瓦斯突出区域分布的影响。结果表明,荥巩煤田煤层具有很强的能力和很高的瓦斯解吸速度,这些特征使得荥巩煤田瓦斯突出区域具有低瓦斯压力、高瓦斯含量的特点。经过与焦作矿区的参数对比,初步确定了荥巩煤田非突出危险区域评价参数为瓦斯压力<0.6 MPa,瓦斯含量<10.0 m3/t。     

煤吸附解吸甲烷细观结构变形试验研究

利用扫描电镜与CT扫描相结合的方法,通过对直径为8.5 mm的细观煤样进行不同压力下的吸附解吸甲烷试验,研究其内部细观结构的变形规律。研究表明,煤样是煤基质中含有少量黏土矿物质的天然非均质岩体;吸附解吸甲烷过程中,煤的细观结构变形分为膨胀变形(密度减小)与挤压变形(密度增大)。低吸附压力下,含黏土矿物质区域急剧膨胀,对邻近煤基质形成局部挤压,细观变形程度明显,压力升高后膨胀变形增强,挤压变形减弱;不含黏土矿物质的煤基质区域变形程度较低,近似于均匀变形。解吸后,煤不同区域的变形恢复能力与其非均匀程度有关,非均匀性越强,其变形恢复能力越差。     

煤与瓦斯突出危险程度的综合评判

本文阐明用模糊数学中的综合评判方法确定煤与瓦斯突出的危险程度。该方法的原理就是先确定反映各因素(如垂深、瓦斯压力……)在突出中发生作用大小的权重矩■,和计算单因素评判矩阵■。再根据和■求出判断矩阵,由评判出突出、一般突出或严重突出三种类型。文中以谢一矿等16个矿为例进行了计算评判。在计算时以垂深、瓦斯压力、瓦斯放散初速度、煤的破坏程度、坚固性系数及作业方式六种单因素为权进行计算而得出评判矩阵。计算后与16例实际对比,评判正确的为12例,占75%。由于该方法在运算时考虑的因素较多,因而有可能作出较准确的评判,并且可以评判出发生突出的规模。     

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.     

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。     

吸附气体对突出煤渗流特性的影响

煤层中瓦斯渗流特性不仅受地应力、煤孔隙结构等因素的影响,还因气体吸附而发生变化。以重庆市万盛区某煤矿突出煤层原煤为实验对象,在有效轴向应力和有效围压为1 MPa条件下,利用自制的三轴渗流试验机研究突出煤吸附二氧化碳、甲烷气体对渗流特性的影响。结果表明:1突出原煤吸附-渗流过程具有明显的阶段特征,煤体变形经历了初始快速变形阶段、缓慢变形发展阶段、变形稳定阶段、收缩变形阶段和渗流稳定阶段;2气体压力越大,煤体膨胀变形越大,相同气体压力下,煤体吸附二氧化碳变形增量大于吸附甲烷变形增量;3随着气体压力的增大,气体渗流速度逐渐增大,呈显著的指数函数关系,突出煤渗透率先减小后增大,具有明显的阶段性。     

构造煤瓦斯解吸初期特征实验研究

利用自制的煤样瓦斯解吸试验装置,在恒温30 ℃、不同压力、不同粒度条件下,研究平顶山和鹤壁的原生结构煤和构造煤的瓦斯解吸初期速度和解吸量,分析构造煤瓦斯解吸初期的影响因素,建立构造煤瓦斯初期解吸数学模型。实验结果表明：与原生结构煤相比,构造煤瓦斯解吸初期速度更大,其初始解吸速度为1.23~4.20 mL/(g·min),是相同实验条件下原生结构煤的1.36~2.84倍,尤其在前1 min内差别较大;构造煤瓦斯解吸量是一条单调递增的幂函数曲线,0~10 min的瓦斯解吸规律具有分段性,可分为快速解吸段、缓慢解吸段和平稳解吸段,构造煤前10 min瓦斯解吸量可达1 h内解吸总量的60%。分析认为构造煤中大孔和过渡孔的发育程度决定了构造煤瓦斯初期特征;构造煤瓦斯解吸初速度随粒度的减小而增加,但是在极限粒度以下煤粒度对瓦斯初期解吸速度影响较小;瓦斯解吸初速度与吸附平衡压力呈幂指数关系;构造煤瓦斯解吸初期曲线符合文特式。     

瓦斯吸附对煤体的影响分析

利用自行研制的实验装置研究了在瓦斯压力变化过程中煤体吸附瓦斯后发生的变形,并在已有研究的基础上讨论了瓦斯对煤体的影响。研究结果表明：煤样吸附瓦斯气体后发生膨胀变形;游离和吸附瓦斯的存在会削弱煤体的强度,使煤体脆性度增大,其失稳破坏更易发生,煤体失稳破坏进程加快;煤体吸附的瓦斯气体中吸附性越强的气体所占比例越大,煤体发生的膨胀变形将越大;在现场受限条件下,煤体产生的膨胀应力越大,煤体的强度降低得越多。     

煤与瓦斯突出后灾害气体影响范围试验研究

为确定煤与瓦斯突出事故发生后处于爆炸极限内的瓦斯分布区域,避免在此区域布置机电设备,降低突出后发生瓦斯爆炸的危险性,根据矿井的实际参数,设计相似模拟试验,建立在巷道风流作用下的突出气体运移扩散模型,并结合实际煤与瓦斯突出强度和通风条件,分析了突出后高浓度瓦斯的时空分布规律。研究结果表明:各测点监测的气体量与监测距离呈负指数关系,紊流扩散系数与实测值基本一致,灾害气体到达各测点的初至时间和监测距离均呈现良好的线性关系;风量为648 m3/min,断面面积为9 m2条件下,突出10 000 m3瓦斯后,距离突出源563 m以内的巷道区域为瓦斯爆炸危险区域,0~290 s内发生瓦斯爆炸危险性最大,而在距离突出源563 m以外的区域布置机电设备,巷道发生瓦斯爆炸的危险性较小。     

贵州典型矿区突出煤孔隙结构及其吸附特性实验研究

为了完善贵州区内突出煤的孔隙结构和吸附特性等物理特性,基于煤的孔隙结构和吸附特性对于瓦斯(煤层气)抽采与防治煤与瓦斯突出的重要性,采用相关仪器测定了贵州突出煤的孔隙结构和吸附特性,并分析了实验结果。结果表明：突出煤样平行层理表面均存在一定数量的晶体物质和微孔;突出煤样垂直节理表面可见一道或几道平行或交叉的且大小不一的裂隙;突出煤样的孔隙或裂隙孔径大部分在0~10 nm之间,孔径为3~5 nm的微孔在煤样中最为丰富,为瓦斯(煤层气)主要吸附空间;当相对压力达到0.8左右时,瓦斯吸附量会急剧上升;突出煤样瓦斯吸附量存在较大差异,孔容大的吸附量大。     

钻屑指标变化规律及其在突出预测中的应用

对钻屑指标的原理进行了分析,重点研究钻屑量S和瓦斯解吸指标K1值在实际突出预测中的应用,探寻其在钻孔中的变化规律,并提出测定过程中减少误差的措施与方法.     

煤与瓦斯突出流体多物理参数动态响应试验研究

为进一步认识煤与瓦斯突出后巷道内突出流体的运移传播规律以及突出灾害的防灾减灾机制,以大型物理模拟试验为主,研究了突出流体运动、煤粉堆积、冲击波阵面传播、静压和温度等多物理参数的动态响应特征,建立了突出流体运移模型,并着重分析了突出流体在弧形直角拐弯巷道的运移规律.结果表明:突出煤粉在巷道内堆积呈现出两头多中间少的分布特...     

突出危险煤层微震区域动态监测技术

为弥补煤与瓦斯突出区域预测方法抽检、定点式指标存在的弊端,实现煤层突出危险性的区域连续监测,提出了突出危险煤层微震区域动态监测新方法,研究了微震监测技术实现区域监测的理论基础,建立了相应指标评价体系,并在突出矿井进行了应用试验。结果表明:利用微震频次指标、能量指标监测煤层采掘扰动、地质异常具有良好效果,利用震动波CT探测得出的区域应力场分布特征与理论分布相一致。这验证了微震监测技术实现突出危险煤层区域监测的可行性,为煤与瓦斯突出区域监测方法研究提供了新思路,可突破传统区域预测手段在时、空维度上的局限性,实现突出危险煤层区域动态、连续监测。