电化学改性对贫煤瓦斯吸附解吸特性的影响

电化学方法应用于强化煤层瓦斯抽采的效果主要取决于工程设计与参数选取的合理性。采用实验室实验的方法,用H2SO4、Na2SO4和NaOH 3种电解液分别对贫煤进行电化学改性,对改性前后煤样的瓦斯吸附解吸特性进行了测试,并通过低温液氮吸附测试和红外光谱测试分析了改性对贫煤煤样孔隙结构和表面基团的改变。结果表明:未改性煤样的饱和吸附量为30.03 mL/g,Langmuir压力为0.88 MPa,最终解吸率为83.20%;经H2SO4、Na2SO4和NaOH 3种电解液电化学改性后,煤样的饱和吸附量分别为23.70、26.67、32.79 mL/g,煤样的Langmuir压力分别为1.15、1.05、0.80 MPa,煤样的最终解吸率分别为90.10%、87.84%和81.71%;用H2SO4电解液电化学改性后的贫煤,比表面积最小,平均孔径最大,含氧官能团数量最多,故抑制瓦斯吸附、强化瓦斯解吸的效果最好。     

注水对煤的瓦斯扩散特性影响

为研究注水后煤的瓦斯扩散特征及动力学参数变化,在自制的高压注水搅拌解吸装置上对不同注水量煤样在0.5 MPa吸附平衡压力下的瓦斯放散过程进行了测试,测试结果表明：不同注水量煤样瓦斯解吸量与时间的关系曲线形状均与 Langmuir 吸附等温线相似,不同注水量煤样均存在极限解吸量,极限解吸量随水分增加呈现指数函数式变化,当煤样水分由0.05%增加到12.04%时,极限解吸量由7.3383 mL/g降至2.7749 mL/g。相同吸附平衡压力下,注水量越大,煤样第1 min瓦斯解吸速度(V1)越小,解吸速度V1随水分增加呈现对数函数式变化;注水后,煤样传质毕欧准数增大,扩散系数和传质傅立叶准数减小,注水改变煤的扩散动力学参数。     

注水对煤层吸附瓦斯解吸影响的试验研究

水力化措施在煤矿开采中广泛应用,为了研究注水对煤层瓦斯解吸的影响,采用高压吸附-注水-解吸测试装置对不同吸附平衡压力和水分条件下煤对瓦斯的置换解吸量、卸压解吸量及总瓦斯解吸量进行了测试计算。结果表明:注水过程中及注水一段时间内煤样罐瓦斯压力呈现出继续增高的趋势,说明注入的水置换出了煤体吸附的瓦斯,且水分越高,置换解吸量越大,测试的最大置换量可达11.88 mL/g;卸压后,注水煤样的瓦斯解吸量减小,且水分越大,瓦斯解吸量降幅越大,降幅最大值可达68.29%;注水后煤的总解吸量增大,说明注水对试验煤样的瓦斯解吸起促进作用。     

不同煤阶瓦斯含量突出临界值的实验研究

利用瓦斯吸附解吸实验系统,对平煤一矿1/3焦煤和赵庄矿贫煤进行了瓦斯吸附解吸实验,分析了不同煤阶煤样瓦斯压力、瓦斯含量与钻屑瓦斯解吸指标相互之间的关系,得出平煤一矿1/3焦煤的突出瓦斯含量临界值为5 m~3/t,赵庄矿贫煤为8 m~3/t。并通过现场验证,确定所得到的突出瓦斯含量临界值是可靠的。     

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。     

粒度对煤吸附/解吸一氧化碳的影响

CO常作为有效标志气体用于煤自燃预报预警,采空区自燃封闭后CO迅速降低甚至消失的致因尚不明晰,影响煤自燃程度的精准判定。为深入研究煤体对CO气体的吸附/解吸特征,采用压汞和液态氮气吸附实验,测试研究煤样孔隙结构;利用自主研发的气体吸附/解吸装置,在303.15～333.15 K与0.15～0.50 MPa条件下,探索不同粒度煤样对CO气体吸附/解吸特性的影响,并深入分析CO的吸附速率和解吸滞后效应。结果表明：灵新矿不黏煤煤样的孔容以大孔和过渡孔为主,分别占33.02%和38.26%;孔比表面积以微孔和过渡孔为主,共占97.73%。粒径减小,微孔孔容与孔比表面积所占比例增加,过渡孔和中孔的孔容与孔比表面积所占比例减小,不同粒径煤样对CO气体吸附量与压力成正比;压力一定时,CO吸附量与温度成反比;同温同压条件下,煤样粒径越小,CO吸附量越大;相同温度下,煤对CO饱和吸附量与粒径呈正相关关系,CO解析过程中,粒径减小,饱和吸附量a值增大;煤样对CO吸附速率可划分为3个阶段：0～750 s为快速上升期、750～2 250 s为缓慢上升期、2 250～3 600 s为饱和平衡期;不同粒径煤样CO...     

高压变频电场解吸3~#煤瓦斯气体试验研究

研制了高压变频电场改变煤瓦斯气体吸附解吸性试验装置,在此装置上,以3#煤作为研究对象,对煤样的物理、化学性质进行了分析,在试验压力为0⁴ MPa、电压为2 000 V、频率为10 kHz和40 kHz等条件下,对其瓦斯解吸性进行了试验研究。结果表明:在高压变频电场作用下,瓦斯等温解吸线遵从Langmuir定律,随着试验压力的增加瓦斯解吸量呈指数规律增加;频率为40 kHz的瓦斯解吸量大于频率为10 kHz的解吸量。     

不同含水率条件下软煤等温吸附特性及膨胀变形特性

为研究水分对煤等温吸附特性及膨胀变形特性的影响,以软煤为研究对象,采用煤层瓦斯吸附解吸变形动态测试装置开展了不同含水率条件下煤吸附瓦斯过程中的吸附量与膨胀变形量同步测试实验,分析了水分对煤等温吸附特征和膨胀变形特征的影响,探讨了吸附膨胀变形量与吸附量的关系。结果表明,水分的存在抑制煤的吸附膨胀变形,煤样含水率由0增大到3.13%,极限吸附膨胀变形量由10.185×10^-3线性减小到4.262×10^-3,减小幅度为58.15%;而随着含水率的增加,饱和吸附量先减小后增加,含水率为1%左右时饱和吸附量达最小值。不同含水率煤样的吸附膨胀变形量与吸附量关系并不呈现单一规律:0～0.75%含水率的煤样含水率低,游离态瓦斯对煤膨胀变形整体表现为促进作用,煤样在吸附量达到饱和后仍能随瓦斯压力的增大继续产生膨胀变形,吸附膨胀变形量与吸附量呈抛物线拟合关系;煤样含水率增大到1.42%～1.66%时,水的软化作用和堵塞作用导致游离态瓦斯对煤基质的压缩作用产生的压缩变形量与对微裂隙的扩容作用产生的膨胀变形量抵消,吸附膨胀变形量达到极限值所需瓦斯压力与吸附量达到饱和...     

气体解吸引起的渗透性变化

本文通过实验室实验,确定了煤样的吸附特性曲线;测定了煤的渗透性,建立了解吸与渗透之间的关系。甲烷吸附等温线表明,在气体压力为6.90MPa 时,煤样也未达到饱和吸附。煤对二氧化碳的吸附能力比甲烷高。从常压实验的结果中得出结论,随着气体解吸、煤的渗透性增大。最初渗透性随着压力降低而减小是由于在此时,仅压缩在煤孔中的游离瓦斯为有效的流动,低于解吸压力,气体开始从煤中解吸出来,而且最后恢复原来的流动组份。     

降温促进煤体对瓦斯吸附效应的试验研究

为了减少煤样取心过程瓦斯漏失量和准确测定煤层瓦斯含量,提出了煤样冷冻取心技术,并开展了环境温度对煤体瓦斯吸附特性的影响研究。采用自制温控吸附装置,在20、-10、-20、-30℃条件下,对不同变质程度的无烟煤、贫煤、气肥煤的瓦斯等温吸附特性进行测试,分析环境温度对煤体瓦斯吸附特性影响,研究煤体降温对促进瓦斯吸附的影响规律。研究结果表明:煤体瓦斯饱和吸附量随温度降低线性增大,且随单位温度降低,气肥煤、贫煤和无烟煤饱和吸附量分别增大0.130、0.148、0.189 cm3/g。同时环境温度降低,随之瓦斯吸附平衡压力增大,煤体瓦斯吸附增量百分比先速减,而后缓减直至趋于稳定。降温促进了煤体对瓦斯的吸附,且环境温度越低,煤体对瓦斯的促吸效果越明显。同一吸附平衡压力下,降低单位温度瓦斯吸附增量百分比仅与煤的性质有关,与其温度环境无关。     

煤层瓦斯解吸影响因素的试验研究

为了研究煤层瓦斯解吸影响因素,选用屯留矿的贫煤,设计了不同含水率下的含瓦斯块煤在自然状态下和高压注水之后的常温解吸和升温强化解吸试验.采用自制的吸附-解吸-注水成套试验设备,分4个阶段对煤样进行反复的吸附和解吸,将试验结果进行对比分析.结果表明:煤对瓦斯的吸附和解吸不是完全可逆的2个过程,含水率是0和1%的煤样在常温自然状态下的解吸率分别是62.3%和67.9%,水对瓦斯的解吸影响较大;在高压注水之后,含水率为0和1%的煤样在常温自然状态下的解吸率分别为11.5%和27.5%;升温可以促使残余瓦斯的解吸,50℃时含水率为0和1%的未注水煤样,解吸率分别是常温下的1.5和1.4倍,注水后的解吸率分别是常温下的2.5和1.7倍.     

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。     

电化学强化无烟煤吸水性的实验研究

煤层注水是一种常见的降低工作面粉尘、防止瓦斯突出的方法,但无烟煤的疏水性强,煤层注水效果欠佳,电化学方法可以显著提高无烟煤表面润湿性和孔裂隙发育程度,达到强化煤层注水的目的。采用0.05 mol/L的Na₂SO₄电解液对山西晋城寺河煤矿无烟煤进行电化学改性实验,并对改性前后煤样的吸水性能、表面特性和孔隙特征进行测试和分析。研究结果表明:电化学改性后煤样的含水率较原煤的增幅随吸水时间呈现先增大后减小,最后逐渐趋于稳定的趋势,与无烟煤自然煤样相比,电化学改性后阳极、中间和阴极区域煤样自然吸水率分别提高了72.57%,87.14%和102.29%;电化学改性阳极区域发生氧化反应,使煤样中的芳烃和脂肪烃氧化为含氧官能基团,表面润湿性得到增强,煤-水动态接触角较改性前降低了25.96°,煤表面ζ电位为21.38 mV,中间和阴极区域均发生还原反应,使煤样中的烷基支链脱落,芳环发生裂解,氧的相对含量增加,煤-水动态接触角较改性前分别降低了20.40°和15.21°,煤表面ζ电位分别为-68.47,-80.01 mV;在电化学过程中产生的H⁺     

降温过程对高地温煤层瓦斯解吸的影响

选用唐口煤矿5301工作面新鲜暴露煤作为试验煤样,在实验室模拟高地温煤层降温开采环境,设置吸附温度为45℃,吸附平衡压力分别为0.3 MPa、0.5 MPa、0.8MPa的情况下,改变瓦斯解吸环境温度,进行颗粒煤的吸附-解吸试验。试验结果表明,同吸附温度和吸附平衡压力下,解吸环境温度越低,解吸速度越慢,同时间段内瓦斯解吸量越少。以吸附平衡压力0.3MPa、解吸温度25℃时的瓦斯解吸速度为基准,通过数据拟合,确定解吸温度T与解吸速度修正系数γ的关系,并以此推算出吸附温度为45℃时,不同解吸环境下,任意时刻累积瓦斯解吸量。     

吸附极大值与排采工艺的相互关系初探

用温度-压力-吸附方程直接回归河东煤田贫煤15#煤样非常规变温变压实测吸附数据。按恒温层温度为15℃、地温梯度为3℃/hm、和压力梯度为1MPa/hm,8个变温变压实测吸附量(相当于埋深-100m～-1100m)与计算值之间的平均相对误差仅为1.63%。通过计算河东煤田贫煤15#煤样从埋深-100m～-2000m的理论吸附量证实煤储层的煤层气吸附极大值是客观存在的。计算得到河东煤田贫煤15#煤样的临界深度H_c大约在-1000m～-1100米之间。其临界压力P_c在10MPa～11MPa之间。其临界吸附量V_c大约是28.63cm3/g。煤层气吸附极大值受埋深、恒温层温度、压力梯度、地温梯度的影响。     

受载煤样瓦斯解吸规律实验研究

为了查明受载煤样瓦斯解吸规律,自行设计了受载煤岩恒压瓦斯吸附解吸实验装置,进行了不同轴压和瓦斯压力条件下柱状煤样瓦斯解吸实验,分析了轴压和瓦斯压力对瓦斯解吸的影响,并根据瓦斯解吸经验公式,对实验结果进行了拟合。研究结果表明:在相同轴压条件下,瓦斯压力越高,煤样瓦斯解吸量越大,解吸速率越快;在相同瓦斯压力下,轴压越高,煤样瓦斯解吸量越大,解吸速率越快;轴向受载煤样瓦斯解吸规律符合艾黎公式,式中m值能够表征煤体内部孔裂隙发育程度。随着轴压增加,微裂隙逐渐发育,m值逐渐减小。     

煤吸附解吸CO2变形特征的试验研究

无商业开采价值的煤层被认为是理想的CO2储存场所,煤吸附解吸CO2的变形特征是煤中CO2封存的重要问题。利用煤体吸附-解吸变形试验系统,在预定压力的CO2气体环境下,对取自赵各庄煤矿9号煤层煤样的轴向应变和径向应变进行了近600 h的观测,研究煤样在不同气体压力下吸附、解吸CO2的变形特征。实验结果显示：煤样吸附/解吸CO2产生的膨胀/收缩变形,煤样吸附变形需要12 h甚至更长时间才能趋于稳定,原煤样品的吸附解吸变形呈各向异性;经历了吸附和解吸CO2的煤样均有不同程度的残余变形,气体压力低于1.5 MPa时残余体积应变低于0.6×10-3,可近似认为煤样吸附解吸变形过程可逆。通过煤样吸附解吸变形实验数据的拟合发现,Langmuir方程可反映煤样吸附解吸CO2变形随气体压力的变化规律。     

煤中低分子化合物研究进展

新疆焦煤公司煤层瓦斯难解吸, 导致抽采难度增大。而煤中可溶有机质对瓦斯的吸附解吸有重要影响。为了研究其影响, 使用四氢呋喃对煤中的可溶有机质进行抽提, 采用低温氮吸附测试抽提前后煤的孔隙结构, 利用煤岩高压瓦斯吸附装置进行抽提前后煤样的吸附解吸实验。研究结果表明: 经过四氢呋喃抽提后, 发现所有煤样的平均孔径、孔体积和比表面积均有不同程度的增大, 认为煤中的可溶有机质被溶解, 形成了新的微孔, 同时原孔隙被扩大;4^#煤、5^#煤和6^#煤的吸附常数a分别减小了2.73%、16.09%、14.57%, 4^#煤和5^#煤吸附常数b分别增大了12.18%、2.58%, 6^#煤的吸附常数b减小了8.59%, 煤的吸附能力降低, 解吸速度增大, 可溶有机质促进了煤对瓦斯的吸附。

     

温度场变化对高压注水煤体瓦斯解吸量影响规律研究

通过不同温度条件下煤与瓦斯吸附、解吸实验,研究了煤与瓦斯吸附、解吸的微观机理,重点分析了高压注水对煤体瓦斯吸附、解吸的影响规律.利用具有压力控制单元和温度控制单元的煤样吸附解吸实验系统,测定煤样在不同温度下瓦斯的解吸量,通过吸附压力降低曲线计算出了吸附速率.     

煤体瓦斯常压解吸释放趋向性研究

为了获得常压环境下煤体瓦斯解吸释放趋向性规律,利用自主设计的瓦斯解吸参数测试系统装置,在环境温度15℃、瓦斯吸附平衡压力2.0 MPa条件下,开展了垂直、平行和斜交等不同层理面煤样的瓦斯常压解吸释放对比实验,结果表明:不同的解吸层理面对瓦斯解吸参数影响显著,斜交层理面煤样瓦斯最终累计解吸量分别是垂直层理煤样、平行层理煤样的1.2倍和1.7倍,且随着解吸时间的延长趋向性差异越明显。