型煤吸附不同气体变形规律研究

为了探讨型煤吸附不同压力下的CH_4、N_2以及CO_2的变形特征,利用自行研发的高压瓦斯煤岩吸附-解吸测试系统,对型煤在吸附这3种气体过程中的变形规律进行了研究。结果表明:型煤在不同压力下吸附不同气体的过程都包含抽真空变形、吸附膨胀变形和解吸附压缩变形等3个阶段,且吸附3种气体的膨胀变形规律相似,其轴向变形与环向变形均随时间的增大而逐渐增大;吸附膨胀变形过程中的应变-时间关系都符合Langmuir方程形式;在相同温度和吸附质压力条件下型煤对3种气体的吸附膨胀变形由大到小依次为CO_2、CH_4、N_2;型煤吸附这3种气体膨胀变形过程中的环向应变要大于轴向应变,且随着压力的增大2个方向的变形差异增大。     

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。     

突出危险煤吸附、解吸瓦斯变形特性试验研究

采用自主研制的煤体高压吸附-解吸变形试验系统,进行了突出危险煤在不同瓦斯压力条件下的吸附-解吸变形全过程试验,探讨了突出危险煤吸附瓦斯产生膨胀变形、解吸瓦斯产生收缩变形这一特有的力学行为。研究结果表明,突出危险煤在不同瓦斯压力下随时间的变形曲线具有相同的演化规律,即先后经历抽真空收缩变形、充气压缩变形、吸附膨胀变形、卸压膨胀变形、卸压后弹性恢复变形和解吸收缩变形等6个阶段;吸附膨胀变形和解吸收缩变形过程中,煤样的应变变化率绝对值均随时间逐渐减小,直至一个相对稳定值,其变形规律服从朗格缪尔方程;煤样的吸附膨胀变形和解吸收缩变形均呈各向异性,垂直于层理方向和平行于层理方向的应变整体变化趋势呈现一致性,但由于煤体内部裂隙分布差异,使垂直层理方向的应变明显大于平行层理方向的应变;煤样吸附膨胀变形值与瓦斯压力关系对二次函数和朗格缪尔方程均具有较好的拟合效果,煤样解吸收缩变形值与原始瓦斯压力呈很好的幂函数关系和二次函数关系;煤样解吸瓦斯后存在一定的残余变形值。     

煤体循环吸附-解吸变形规律的试验研究

在井下煤炭开采和瓦斯抽采过程中,伴随着瓦斯的吸附-解吸,煤体会产生变形效应。采取试验方法,利用自主研发设计的煤体循环吸附-解吸变形测试试验装置,分析了煤体循环吸附-解吸CO_2气体的变形规律。试验结果表明:煤体在循环吸附-解吸下的变形呈现出各向异性的特点,但在平行层理和垂直层理2个方向上的变化趋势一致。随着循环次数的增加,各次吸附导致的煤体最大变形量增大10%左右。在同一次吸附-解吸中,垂直层理方向煤体的变形速率比平行层理方向的快。在1 MPa压力条件下,煤体的残余变形量与循环次数呈线性关系,即:ε_(rd)=kn-a。随着试验的进行,煤体结构内损伤增多,煤体强度降低。     

软煤吸附解吸变形差异性试验研究

为深入了解煤层吸附变形和解吸变形的差异性,开展了软煤在不同含水率和不同气氛条件下的等温吸附/解吸变形试验,同步测试了气体吸附量。结果表明:升压吸附和降压解吸过程中,软煤具有典型的解吸滞后特征,但解吸应变并非滞后于吸附应变,而是表现为解吸应变超前特征;气体完全解吸后,煤样体积较吸附前减小,与通常意义上的残余变形相反,存在一定的富余变形。煤吸附过程产生的塑性变形是导致解吸应变超前和产生富余变形的根本原因。随着煤样含水率增大和气体吸附性增强,煤的塑性变形能力增强,导致解吸应变超前特征显著,富余变形增大。完全解吸气体后,煤样变形客观存在残余变形、宏观可逆、富余变形3种可能情况。     

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。     

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。     

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。     

不同压力阶段下温度对瓦斯解吸规律实验研究

利用高温高压气体吸附分析仪,研究了不同压力阶段条件下温度对瓦斯解吸规律的影响,得到了各个压力段的瓦斯累计解吸量随时间变化的实测曲线,进而得到累计解吸量与时间的函数关系式。实验结果表明:在各个解吸压力段内,不同温度的瓦斯累积解吸量不同;在相同压力条件下,温度越高,煤粒瓦斯解吸越容易;各个压力段内,不同温度的瓦斯累积解吸量与时间的关系均能拟合成统一的函数关系式。     

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.     

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。     

煤层对CO2、CH4和N2吸附/解吸规律研究

针对目前我国煤层气开发中存在的产气率低、煤层气开采理论规律研究欠缺等问题,根据试验对比分析了不同温度15、20、25、30℃时,CO2、CH4和N2在煤岩中的吸附／解吸规律。试验结果表明,当温度升高时,气体分子的平均自由程越大,气体吸附量变小;对同一种煤介,当压力相同时,临界温度高的气体,具有较强的吸附能力,煤层对CO2、CH4和N2吸附能力依次下降;压力升高时,煤层对气体的吸附量变大;降压解吸过程存在解吸滞后现象,温度降低显著,这与吸附、解吸表达式和吸热反应有关。     

甲烷吸附材料的制备与性能研究

以晋城空气干燥基无烟煤为原料，通过化学活化法制备了煤炭化样和活化样，近而在等温条件下对比研究了三个改性样品对甲烷的吸附／解吸特性，对比发现比表面积的增大能显著增加样品对甲烷的吸附总量，但对解吸残余率没有明显的影响。考虑到影响甲烷吸附解吸的因素，又在等温条件下对主控因素-水分作了平行实验，证明水分对活化样解吸残余率有明显影响，实验证明在干燥条件下，其活化样品可以作为煤层气的吸附剂。     

表面活性剂影响煤体瓦斯吸附解吸性能的实验研究

在新鲜煤壁瓦斯涌出强度大的问题上,根据表面活性剂的润湿性、分散性、稳定性以及考察目的,选择十二烷基苯磺酸钠与洗涤灵按2∶1的比例配制了实验试剂,提出了利用表面活性剂降低瓦斯涌出强度的技术方案,并在实验室做了颗粒煤对瓦斯的吸附与解吸实验。实验结果表明:颗粒煤经过喷洒十二烷基苯磺酸钠和洗涤灵配制的表面活性剂溶液后,表面活性剂溶液能够很好地渗透煤体,使煤样润湿程度增加,堵塞了瓦斯的运移通道;活性剂溶液渗透到煤体孔隙内部,对煤体起到了降温的作用,低温有利于瓦斯吸附,抑制吸附瓦斯转化为游离瓦斯,瓦斯涌出强度会降低10%~40%左右,从这两方面达到降低瓦斯涌出强度、避免瓦斯超限的目的。     

基于加温解吸法的煤层气含量实验研究

依据国家标准、行业标准,结合煤岩、煤质、煤样形状、埋深、煤层原地温度制定实验方案,通过大量的对比实验,制定了一套新的快速、准确的煤层气解吸测定方法——加温解吸法,满足了煤矿安全生产、煤层气勘探对煤层气(煤层瓦斯)含量及时、准确的要求。     

比德—三塘盆地多煤层条件下煤储层吸附解吸特征研究

结合不同次级向斜13个煤样的等温吸附解吸实验以及比德—三塘盆地多煤层区两口煤层气试井资料,分析了不同含气系统内煤储层吸附解吸特征,研究了含气系统类型与多煤层区煤层吸附解吸特征的相关性。研究表明:在多煤层条件下,影响煤吸附解吸特征的主控因素并非不同的含气系统类型,而仍然为储层条件及煤质。     

膨润土干湿循环变形实验研究

膨润土作为防渗材料填充在煤炭开采产生的采动裂隙区保护地下水资源的过程中,地下水位的变化使膨润土受干湿循环作用。为获得膨润土干湿循环条件下脱湿与吸湿变形规律,对不同初始含水率膨润土试样进行脱湿与吸湿变形实验。结果表明,膨润土脱湿变形呈现明显的非均匀性且出现龟裂现象。利用Matlab编程识别图像方法,得到了不同初始含水率下膨润土脱湿收缩与吸湿膨胀变形随含水率变化规律曲线,从中可以看出,膨润土脱湿收缩过程曲线斜率变大,吸湿膨胀过程曲线斜率变小;初始含水率越高,缩胀变形越明显。通过实验数据拟合出了与变形过程和初始含水率相关的双参数递增指数函数关系。膨润土脱湿后重新吸湿,干缩与湿胀曲线不重合,且初始含水率越低,干缩与湿胀曲线越接近。