煤中可溶有机质对瓦斯吸附与解吸特性的影响

为了研究煤中可溶有机质对瓦斯吸附与解吸特性的影响,在常温、常压下,用四氢呋喃抽提了淮北矿区的青东8煤、许疃3煤和孙疃8煤中的有机质,对比分析了原煤和残煤的瓦斯吸附量,常压真空解吸量和放散初速度Δp的变化规律。结果表明：抽提后,青东8煤和许疃3煤瓦斯吸附量减少,抽提前后瓦斯吸附增量随压力增加先增大后减小,Δp减小;孙疃8煤瓦斯吸附量无明显变化,Δp增大;3种煤样的常压真空瓦斯解吸量均增大。分析认为：突出煤层中,瓦斯溶解于煤中可溶有机质,形成固溶体,增加了煤层瓦斯含量,提高了瓦斯放散速度,煤层突出危险性增大;非突出煤层中可溶有机质占据了部分孔隙,可减缓瓦斯释放,降低瓦斯释放速度。     

煤对瓦斯吸附特征研究

通过分析煤对瓦斯的吸附作用,指出温度和瓦斯压力对煤体的吸附量影响显著,瓦斯压力越大,温度越低,吸附量越大。吸附温度对吸附常数a,b都有显著影响a,随温度的升高而降低。煤体放散瓦斯的速度符合文特式和孙重旭式,在初期,瓦斯放散的速度极快,并迅速衰减,决定突出强度。     

强吸附煤层近吸附平衡状态瓦斯解吸规律

为了进一步加快卸压抽采,针对低透气性、强吸附煤层瓦斯区域治理工作的需要,通过大量的实验室模拟和分析,研究了中马村矿强吸附煤层不同吸附平衡状态下的瓦斯解吸规律。结果表明:同一煤样平衡压力越高,吸附瓦斯量越多,在同一时间段内进行解吸时,解吸速度越快、单位时间解吸量也越多;加快煤层瓦斯解吸需要具备一定的卸压空间,缩短瓦斯运移的通道;煤样粒度越大其孔裂隙内的游离瓦斯量越多,越不利于释放。     

考虑煤渗透性变化的抽采渗流耦合模型研究及应用

为揭示煤岩变形对煤层瓦斯抽采渗流特性的影响,开展了煤层瓦斯抽采气固耦合问题研究。首先,考虑煤吸附解吸变形、孔隙压力及渗透性变化对瓦斯抽采的影响|然后,根据达西定律,建立以有效应力及吸附应变为耦合媒介的煤层瓦斯渗流和煤岩变形气固耦合方程|最后,以沙曲矿24208工作面为工程背景进行抽采煤层位移、吸附应变和瓦斯渗流数值模拟,并对比分析煤层瓦斯压力、煤层渗透率和瓦斯抽采量的耦合效应。结果表明：抽采后钻孔周围煤体位移呈增大趋势,煤体因瓦斯解吸收缩变形,距抽采孔越近应变量越大|抽采初期煤层瓦斯压降梯度大|煤层渗透率随抽采时间呈增大趋势,距孔越近增幅越大|初期钻孔瓦斯抽采量较大但降幅较快,后趋于稳定,对比发现模型抽采量计算结果与实际抽采数据较为一致。     

CO_2致裂器泄露后突出危险性研究

CO_2致裂技术可以有效增加煤层的透气性,提高瓦斯抽采效率,但是若致裂器发生泄露,部分煤体在抽采后依然吸附大量CO_2,易发生煤与CO_2突出,引起人身伤亡。通过采用WT-1放散瓦斯初速度测试仪测试CO_2放散初速度,结合粒径对放散初速度的影响进行综合研究。结果表明:煤层吸附大量CO_2驱替甲烷后,CO_2放散初速度△P急剧增大,最大值可到达30.70 mL/s,CO_2放散初速度可达到驱替前瓦斯放散初速度的3～12倍,具有一定的突出危险性;煤的CO_2放散初速度会随着粒径的减小不断增加,可达到36.9 mL/s,增加了煤和CO_2突出危险性。CO_2的突出危险性,随粒径的增大而减少,但并不能完全消除其突出危险性。     

方山新井二_1煤层突出危险性预测指标临界值研究

为了考察方山新井二1煤层突出危险性预测指标临界值,运用瓦斯吸附解吸实验,分析煤层瓦斯吸附解吸特征,对实验数据进行统计分析并回归得出了瓦斯含量w和瓦斯压力p、瓦斯解吸指标V1、瓦斯解吸指标V1和瓦斯压力p之间的关系,最终基于瓦斯膨胀能确定了二1煤层突出危险性预测指标瓦斯含量w的临界值,为研究制定抽采效果评价指标体系提供科学依据。     

焦作矿区严重突出煤层极限状态卸压抽采实验研究

为了进一步加快卸压抽采,针对低透气性、严重突出煤层瓦斯区域治理工作的需要,通过大量的实验室模拟和分析,研究了中马村矿强吸附煤层不同吸附平衡状态下的瓦斯解吸规律。结果表明:同一煤样平衡压力越高,吸附瓦斯量越多,在同一时间段内进行解吸时,解吸速度越快、单位时间解吸量也越多;加快煤层瓦斯解吸需要具备一定的卸压空间,缩短瓦斯运移的通道;煤样粒度越大其孔裂隙内的游离瓦斯量越多,越不利于释放。     

龙山煤矿工作面突出预测敏感指标研究

为了研究安阳矿区龙山煤矿（煤与瓦斯突出矿井）局部突出敏感指标及指标敏感性大小的关系,以龙山煤矿二1煤层大巷煤柱工作面煤样作为研究对象,通过实验室吸附常数测定及120 min瓦斯解吸实验来测定实验煤样的瓦斯吸附解吸性能。结合现场的瓦斯地质资料以及实验测定的煤样瓦斯参数,采用钻屑瓦斯解吸指标Δh2和K1作为龙山煤矿工作面突出危险性预测的敏感指标进行研究。研究结果表明：实验煤样属于低水分、低灰分且具有较强的吸附解吸能力的贫煤;煤样瓦斯解吸具有初始解吸速度快、初始解吸量大的特点,且吸附平衡压力越高,瓦斯的总解吸量越大;钻屑瓦斯解吸指标Δh2和K1与瓦斯压力P呈现幂指数的函数关系,通过数据拟合得到了Δh2与K1之间的关系式;对二1煤层来说,钻屑瓦斯解吸指标Δh2敏感性大于K1。以上研究结果有效指导了龙山煤矿局部突出危险性预测工作。     

煤样粒径对煤吸附常数及瓦斯放散初速度的影响

运用Langmuir单分子层吸附理论,对煤在不同粒径条件下吸附瓦斯气体进行了实验研究。利用WY-98A型瓦斯常数测定仪及WFC-2型瓦斯放散初速度测定仪,分别对不同煤样在不同粒径条件下吸附甲烷气体的等温吸附曲线、吸附常数a、b及瓦斯放散初速度△p进行了定性与定量分析,并得出了吸附常数a及放散初速度△p随粒径变化的关系式。结果表明,吸附常数a随粒径出现阶段性的变化,瓦斯放散初速度随粒径变化呈现出对数函数的变化规律。     

煤体灰分与挥发分对煤吸附甲烷性能的影响实验研究

为研究煤体灰分、挥发分对煤吸附甲烷性能的影响,运用高容量吸附装置测定同一煤矿不同灰分、挥发分煤样的等温吸附曲线和吸附常数a、b值,并运用SPSS多元线性回归软件进行分析。实验结果表明:不同灰分、挥发分煤样的等温吸附曲线符合Langmuir方程,且二者对于煤吸附甲烷性能均有一定的影响。煤灰分不变时,吸附常数a值随挥发分的增大而线性递增,吸附常数b值随挥发分的增大而线性递减;煤挥发分不变时,a值随灰分的增大而线性递增,b值随灰分的增大而线性递减。研究结果为准确测定煤层瓦斯含量、瓦斯压力等参数提供了一定的理论依据。     

硬软煤质量比变化对煤吸附甲烷的影响

在单一煤体吸附甲烷的基础上,选用山西某煤矿同一进风巷硬软煤,按不同质量比进行分层混合.运用Langmuir单分子层吸附理论,对硬软煤处于不同质量比条件下混合煤样对其吸附特性的影响进行了实验研究.得出吸附量随硬软煤质量比变化的关系曲线、吸附常数a,b随硬软煤质量比变化关系式及瓦斯放散初速度AP随硬软煤质量比变化关系式,对瓦斯涌出受硬软煤质量比变化的影响进行了理论分析.分析结果表明软煤质量和其上部硬煤质量近似相等时,吸附常数a及放散初速度AP达到最大值,吸附常数b达到最小值.这一发现说明了在此情况下,煤对甲烷的吸附量及其压力均达到最大值,一旦扰动此类煤层,便会形成较大的压力梯度及浓度梯度,发生大量瓦斯涌出,研究结果对煤与瓦斯突出机理提供了理论基础.     

不同温度条件下煤对瓦斯的等温吸附实验研究

 为探索Langmuir方程吸附常数与温度之间的变化规律,利用HCA型高压容量法吸附装置,针对重庆能源投资集团松藻煤电公司8#煤层煤样,分别在温度为30℃、40℃、50℃、60℃、70℃条件下进行了煤对瓦斯的等温吸附实验。结果表明,当温度一定时,吸附量随瓦斯压力的升高逐渐增加并趋于一稳定值;压力一定时,随着温度的升高,煤的瓦斯吸附量呈下降趋势;而且,随着温度的升高,吸附常数a值有逐渐降低趋势,而b值明显呈线性关系显著下降;吸附常数a、b与温度T的分别符合二次函数和线性方程关系。     

深部煤层赋存环境温度及对瓦斯吸附影响微观机制

为探究深部煤层赋存环境温度变化及对瓦斯吸附的影响,在研究地温变化规律的基础上,预测了深部煤层赋存环境温度,通过高压容量法测试了5组不同温度下吸附常数,从理论上分析了温度对分子热运动的作用效应,利用Materials Studio软件模拟了5组不同温度下的平均吸附热绝对值。研究结果表明：随着埋藏深度的增加,煤层赋存环境温度呈线性升高;随着温度的升高,吸附常数a呈线性减小,吸附常数b呈现出阶段性变化,在30℃～120℃变化较小,高于120℃后迅速增大;环境温度升高,分子热运动加剧,增加了甲烷分子的脱附速度;平均瓦斯吸附热的绝对值随着温度的升高线性增大,增加了瓦斯吸附难度,降低了瓦斯吸附量。     

温度对煤吸附性能的影响

为了研究温度对煤体吸附甲烷性能的影响,采用WY-98B型吸附常数测定仪,选取了含气量较高矿井的3种煤样,进行了不同温度下吸附甲烷的等温线测试,并据此拟合出了温度与Langmuir吸附常数a的曲线方程.利用计算煤表面能的方法,推导出了温度与Langmuir吸附常数b的关系.实验及计算结果表明：随着吸附温度的升高,煤体吸附甲烷量变小,压力越大这种变化趋势越大;Langmuir常数a随温度的增大而减小,吸附量越大的煤样,其吸附常数a随温度变化的剧烈程度越大;Langmuir常数b与温度的关系依赖于吸附温度T、吸附平衡时的压强p_t以及煤自身物理性能所决定的常数k;在一定温度范围内,温度对吸附常数的影响可以用具体的函数关系式表示.     

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。     

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.     

煤体吸附性能对煤体瓦斯放散特性的影响研究

煤体的吸附性能代表了煤体储存瓦斯能的能力,而煤体的放散特性表明了煤体释放瓦斯能的能力,两者均是造成煤与瓦斯突出的必要条件。为了研究煤体的吸附性能与煤体的瓦斯放散特性之间的内在联系,结合现有的实验条件,以煤样的极限吸附量与瓦斯放散初速度的关系为切入点,实验研究了不同吸附性能煤体的瓦斯放散特性变化规律,结果表明,煤体的瓦斯放散初速度ΔP随煤体的吸附常数a值的增大而增大,且二者之间存在一定的线性关系。     

粒径、水分对煤中甲烷的吸附-扩散实验研究

为了研究粒径、水分对煤中甲烷的吸附、扩散影响,进行了甲烷等温吸附-扩散实验。选取潞安古城矿区3号煤,制成60~80目的煤样,在30℃恒定温度,相同的平衡压力条件下进行吸附扩散实验,对比分析研究甲烷在不同粒径、含水煤样中的扩散量、扩散速度的差异。通过实验发现:在相同的吸附平衡压力下,同一水分不同粒径煤样,同一时间大粒径煤中甲烷扩散量和扩散速度均小于小粒径的扩散量和扩散速度;同一粒径不同含水煤样,同一时间煤样含水量越小,瓦斯解吸量越大,水分对瓦斯解吸起着明显的抑制作用,煤样含水量越高,同一时间瓦斯解吸速度越小,随着时间的增加解吸速度逐渐缓慢。研究不同主控因素下的甲烷扩散规律,对煤层气开发和矿井瓦斯灾害防治有很好的指导意义。     

水分对瓦斯吸附常数及放散初速度影响的实验研究

利用瓦斯吸附常数测定仪及瓦斯放散初速度测定仪,分别对高瓦斯煤样进行了水分影响甲烷吸附特性及瓦斯放散初速度的实验研究。研究结果表明:水分与吸附常数a、水分校正系数倒数以及瓦斯放散初速度之间呈一次线性关系,而水分与吸附常数b之间则没有固定的关系式。实验结果对于进一步研究煤对甲烷吸附特性,以及煤体扰动后发生瓦斯动力规律具有一定的理论价值。     

突出煤层卸压前后钻孔瓦斯涌出初速度的变化规律

突出煤层卸压后用钻孔瓦斯涌出初速度进行工作面预测和效果检验时经常超过突出临界值,造成开采保护层后煤层突出危险性更大的现象.通过建立钻孔瓦斯涌出初速度的数学模型,利用数值计算得出突出煤层卸压前后钻孔瓦斯涌出初速度的变化规律,研究钻孔瓦斯涌出初速度的主要影响因素,从理论上解释突出煤层卸压后用钻孔瓦斯涌出初速度预测和效果检验超标的原因.结合淮南潘一矿突出煤层卸压前后煤巷掘进测定钻孔瓦斯涌出初速度,研究其变化规律.研究结果表明,在突出煤层卸压后用钻孔瓦斯涌出初速度预测和效果检验超标是由于煤层透气性增大,卸压瓦斯未得到充分抽采而产生的现象,此时工作面已无突出危险性.