水分对不同煤阶煤瓦斯放散初速度的影响

为提高矿井煤与瓦斯突出预测的准确性,对经过干燥处理的不同含水量的无烟煤、焦煤和长焰煤的瓦斯放散初速度进行了测定。结果表明:水分对无烟煤、焦煤和长焰煤的瓦斯放散初速度均有影响,同一煤阶煤样的水分越大,瓦斯放散初速度越小;且瓦斯放散初速度随水分增加呈指数式减小,水分减小了煤样的瓦斯吸附量是造成瓦斯放散初速度减小的根本原因;水分对无烟煤瓦斯放散初速度影响最大,长焰煤居中,焦煤最小,其原因为不同煤阶煤的孔隙特性不同。     

不同煤阶煤孔隙结构分形表征及其对甲烷吸附特性的影响

煤储层中孔隙结构的发育程度决定了煤体瓦斯的吸附性能,通过低温液氮吸附实验测试了长焰煤、焦煤和无烟煤3种不同变质程度煤样的孔隙结构;基于分形理论对孔隙结构进行了量化表征,并结合煤的甲烷等温吸附实验,深入分析了不同变质程度煤孔隙结构对甲烷吸附特性的影响。结果显示：变质程度与孔隙分形维数D₁呈现出“浴盆式”变化规律,与分形维数D₂符合线性负相关关系;而煤样的微孔比表面积和孔容均与吸附常数a呈正相关关系,即微孔比表面积和孔容越大,煤的吸附能力越强;随着孔隙分形维数D₁的增加,吸附常数a呈现出近似线性增长趋势,煤体孔隙结构越不光滑,比表面积也会越大,从而使得煤的甲烷极限吸附量也会有所升高。     

煤阶对瓦斯放散初速度及坚固性系数影响研究

为了分析煤阶瓦斯放散初速度数值与煤样坚固性系数的相互关系,采用现场取样,实验室测试的方法,得到760个煤样的挥发分、灰分、瓦斯放散初速度坚固性系数等相关关系。结果表明:瓦斯放散初速度随着变质程度的降低而降低,坚固性系数随变质程度的增高而越小,据这2个指标判定的各变质程度煤样具有突出危险性的等级为:高变质程度无烟煤中变质程度烟煤低变质程度烟煤未变质程度煤;灰分的存在降低了煤样的瓦斯放散初速度△p,提高了煤样的坚固性系数,从而降低了煤与瓦斯的突出危险性。     

酸液改性煤样吸附性能及分形特征研究北大核心

为了探讨酸化技术在煤层增透方面的应用,开展了酸化改性煤样瓦斯吸附性能及微观机理的研究。利用不同p H值的盐酸溶液制备了褐煤和焦煤的改性煤样共10组,分别开展了改性煤样及原煤煤样的工业分析、瓦斯吸附试验和低温氮吸附试验。瓦斯吸附试验结果表明:酸液改性能改变煤样的吸附性能,当p H值等于3时,改性煤样的吸附性能降低,其它改性煤样的吸附性能较原煤有所增加。分析低温氮吸附试验结果发现:酸液对不同煤阶的煤样作用的孔段不同,褐煤以10~100 nm的小孔为主,焦煤则以2~10 nm的微孔为主,pH值等于3的改性煤样比表面积减小、大于100 nm孔容增大;利用分形理论计算得到各组煤样的分形维数,焦煤微孔与褐煤小孔和中孔分形维数与瓦斯吸附常数a呈正相关;采用合适的酸液对煤进行改性,能改变煤的吸附性能同时增加煤的透气性。     

煤尘云对瓦斯爆炸6种中间产物相对辐射强度的影响

煤矿井下瓦斯煤尘共存爆炸是典型的气固两相化学反应。为了突出了解含煤尘瓦斯爆炸过程中反应中间产物的发展规律，采用瞬态火焰传播实验系统从微观火焰光谱探测角度进行含煤尘瓦斯爆炸现象研究，揭示煤尘云加入后对瓦斯爆炸中间产物光谱特性的影响。体积分数为7%、8%、9%、10%、11%瓦斯分别与130 g/m³煤尘质量浓度的长焰煤、焦煤、无烟煤煤尘云形成混合体系，分析混合体系爆炸过程中关键中间产物的相对辐射强度。实验结果表明，130 g/m³煤尘质量浓度的长焰煤/焦煤/无烟煤煤尘云与不同体积分数瓦斯形成的混合体系爆炸，与瓦斯中间产物辐射强度峰值相比，中间产物辐射强度增强，下部光纤峰值增强幅值比上部光纤的峰值增幅幅度大，6种反应中间产物相对辐射强度峰值由大到小排序为C₂·>O·>CH₂O>CH·>O₂>CHO·。煤种变质程度对中间产物相对辐射强度峰值影响幅度从大到小排序为：长焰煤>焦煤>无烟煤煤尘云。煤尘云参与瓦斯爆炸，增强了瓦斯爆炸体系6种中间产物的...     

不同变质程度煤孔隙结构特征研究

为揭示不同变质程度煤的吸附解吸性能,采用低温液氮实验研究不同变质程度的煤孔隙结构特征。结果表明:无烟煤存在大量开放型孔隙,贫瘦煤、焦煤存在大量一端封闭的孔隙;无烟煤的比表面积最大、焦煤的比表面积最小,贫瘦煤的比表面积居中。无烟煤对瓦斯的吸附能力最强,其次是贫瘦煤,焦煤最弱;无烟煤的分形维数最大,贫瘦煤的分形维数居中,焦煤的分形维数最小。随着变质程度的增加,孔隙结构变得复杂,孔隙粗糙度增加。     

不同pH值对酸化改性煤样瓦斯吸附特性的影响实验研究

为了探究选择合适的酸液对煤体进行改性增透,开展了不同pH值酸液改性煤样的吸附特性实验研究。通过采集焦煤煤样,制备了原煤及不同pH值酸化改性煤样8组试样,分别对试样进行了工业分析和物理参数测试,进而开展了等温瓦斯吸附实验。实验结果表明:相对于原煤试样而言,酸化改性在不改变煤样挥发分的情况下能减小煤样的灰分;改性试样的真密度与原煤煤样的真密度差别不大,而视密度都略有减小;随着压力的增大,改性煤样的瓦斯吸附能力明显大于原煤煤样,吸附常数a随着pH值的增大(pH=1除外)而减小,吸附常数b随着pH值的增大总体上呈减小趋势。研究表明:对于特定煤层选择合适的pH值溶液进行改性,可改变煤体的孔隙结构从而增加煤体的吸附能力,实现煤层增透效果。     

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⁺     

受火成岩侵入影响煤体瓦斯放散特性研究

为了深入研究火成岩侵入对煤体瓦斯放散特性的影响,对同种变质程度不同粒径条件下煤样的瓦斯放散初速度进行了研究,运用扫描电镜和显微分光光度计对同种变质程度下受火成岩影响和未受火成岩影响的2组煤样进行了微观分析,并用二氧化碳测微孔的方法测定了2组煤样的孔隙特性。实验结果表明:对于同种变质程度的煤种,受火成岩影响的比未受火成岩影响的瓦斯放散初速度大,且煤样粒径越小这种影响越大,煤样的瓦斯放散初速度随粒径的增加呈指数关系递减。     

不同瓦斯菌群对改性煤样工业分析试验的影响研究

利用微生物技术治理矿井瓦斯问题是未来解决瓦斯的一种新的技术探讨,为了探究瓦斯菌群对含瓦斯煤样的有效作用,从4个地点采集不同的土壤样品低成本培养出甲烷氧化菌混合菌群,并利用所培养出来的菌液对含瓦斯煤样进行改性并开展工业分析试验。瓦斯菌群改性煤样进行工业分析试验的结果显示,利用水稻田区土壤和泔水区土壤培养的菌液作用对煤样挥发分的增幅和灰分降幅最大,北京奥林匹克森林公园湿土培养的菌液作用对煤样固定碳增幅最大。     

注水煤瓦斯放散特性的研究

为了弄清煤层注水对瓦斯放散的作用机理,结合现有的实验条件以煤样中水分含量对煤样瓦斯放散初速度的影响为切入点进行研究,通过实验,研究不同变质程度的煤样在不同含水率情况下瓦斯放散初速度的变化规律,实验结果表明煤样的放散初速度与煤样内含水率呈对数关系。煤样中的水分减缓了瓦斯放散初速度,煤样的变质程度越高,水分对其的影响就越大,且当煤样中含有2%~7%的水分时对煤样的瓦斯初始放散速度影响最大,当煤样中的含水率大于10%时,随着煤样中水分的增加,水分含量对煤样瓦斯放散速度的影响越来越小。     

粉煤颗粒粒径对煤质分析特性的影响

经筛分得到不同粒径煤样,并通过5E-MAG6600型全自动工业分析仪对不同粒径煤样进行煤质特性分析。结果表明:3种煤级煤样挥发分含量最大值均在3~6 mm粒径段,各煤样挥发分含量随粒径变化规律为长焰煤和焦煤挥发分变化存在"平缓区",焦煤"平缓区"较长焰煤有右移趋势,而无烟煤基本不存在"平缓区",无烟煤挥发分随粒径的增大先减小后增大。     

低阶煤高温燃烧特性参数实验研究北大核心

为了研究低阶煤在高温氧化过程中的燃烧特性,采用锥形量热仪测试了3种低阶煤样的点燃时间、热释放速率、总热释放量、质量损失速率、总质量损失量、CO释放量等参数,通过计算得到各煤样的燃烧效率,进而分析煤样的变质程度与燃烧特性参数之间的关系。结果表明:煤样的点燃时间随变质程度的加深而增加;煤样的热释放速率和总热释放量随变质程度的加深而增加,其热释放速率峰值也随之增加,分别为48.27、98.98、108.91 kW/m^(2);煤样的质量损失速率和总质量损失量随变质程度的加深而呈减少趋势,其质量损失速率峰值也随之减小,分别为0.052、0.049、0.044 g/s;煤样的CO释放量最大值随变质程度的加深而增大,在燃烧初期,长焰煤的CO释放量大于气煤和1/3焦煤,在燃烧后期,长焰煤的CO释放量小于气煤和1/3焦煤;煤样的变质程度越高,燃烧效率就越高。     

煤变质程度对瓦斯吸附能力的控制作用

为研究煤的变质程度对瓦斯吸附特性的影响,在已有研究成果的基础上,采用长焰煤、气煤和无烟煤干燥煤样进行等温吸附试验,通过压汞试验得到孔隙结构和连通性特征,研究了煤的孔隙发育特征对瓦斯吸附能力的控制作用,并从煤的大分子结构、平衡水分含量、显微组分3个因素出发阐述了煤的变质程度对瓦斯吸附能力的影响。结果表明,煤的孔隙发育特征、大分子结构、平衡水分含量、显微组分等因素综合影响瓦斯吸附能力,其中煤的孔隙发育特征起主控作用,不同变质程度煤的吸附能力与孔隙结构特征变化规律一致,煤的大分子结构通过改变有效比表面积、煤分子结构与甲烷分子的吸附作用以及水分含量影响吸附能力,平衡水分含量和显微组分主要通过改变比表面积影响吸附能力。     

液氮溶浸作用对不同煤阶煤样渗流特性的影响

中国低透气性煤层广泛赋存且煤阶跨度较大。针对不同煤阶、性质煤层如何确定有效的液氮致裂方式是一个亟待解决的难题。为此,分别选择褐煤、烟煤和无烟煤3种煤阶的煤样进行不同条件下的液氮溶浸,并使用摄像机定点拍摄、观察煤样表面宏观裂隙的演化规律,使用受载煤体注气驱替瓦斯测试实验系统与纯度为99.999%的氮气测试得出煤样渗透率的变化规律。对实验得到的煤样渗流曲线趋势进行简要讨论,对比分析了液氮处理不同阶段煤样的渗透率数值。实验结果表明:①相同围压条件下,煤样的渗透率随着气体压力的增加呈"U"型变化趋势,使用二次函数公式拟合效果良好;②单次液氮处理即可对褐煤煤样产生显著增透效果;③通过增加液氮循环处理次数可有效提升液氮对烟煤的增透效果,一次液氮溶浸处理后的烟煤渗透率增幅最大达到514.89%,两次处理后最大可达到1 129.79%;④多次液氮处理对无烟煤透气性的改善不甚明显,只会逐渐降低其抗拉强度,通过增大热冷冲击温度梯度的液氮处理方式可以有效改善无烟煤透气性,在围压-气压为2.00～1.25 MPa时,初始温度50℃的无烟煤液氮处理后的渗透率增幅仅为2.44%,而初始温度100℃的无烟煤处理后的...     

不同煤阶煤自燃特性的实验研究

为了研究不同煤阶煤的自燃特性,以HM褐煤、ZX长焰煤、DHS气煤、DL瘦煤、ZLS无烟煤为研究对象,利用程序升温仪和热重分析仪,对5种煤样进行气态产物、热效应和动力学特征进行分析。实验结果表明:低温氧化阶段,CO、CO_2生成量和初始产生温度随着变质程度的降低而显著增强;低温阶段放热强度的顺序依次为HM褐煤ZX长焰煤金塔气煤ZLS无烟煤DL瘦煤,活化能的顺序为HM褐煤ZX长焰煤金塔气煤ZLS无烟煤DL瘦煤,活化能随着煤变质程度的增大而显著增加,这主要是ZLS无烟煤由于含硫铁矿较高(3%),其低温阶段放热强度和活化能高于DL瘦煤。     

干燥及饱和含水煤样超声波特征的实验研究

采用超声波透射法对无烟煤、焦煤和肥煤煤样在干燥及自然饱和吸水状态进行超声波测试实验,利用快速傅里叶变换对超声波信号进行了频谱分析,研究干燥及自然饱和吸水状态下煤样超声波特征。研究结果表明：在干燥或自然饱和吸水状态下,同种煤样的纵波波速相差较小;在干燥和自然饱和吸水两种状态下,无烟煤煤样纵波速度最大,肥煤纵波速度最小,焦煤介于两者之间,煤样纵波速度与其密度呈正相关、与孔隙率和变质程度呈负相关关系。焦煤和肥煤煤样在自然饱和吸水状态下纵波波速高于其在干燥状态下的纵波波速,无烟煤则相反;焦煤和肥煤煤样的纵波波速对水的敏感性大于无烟煤纵波波速对水的敏感性,这是由水分子在煤样孔隙中的运动形式决定的。煤样自然饱和吸水后,其主频率值有所下降,出现“频率漂移”的现象,使其能量多集中在低频部分;在煤样中传播的超声波信号的波速和主频率值能够反映煤样内部的孔隙、微裂隙等结构情况及其含水情况。     

煤的微观孔隙结构对其自燃倾向性的影响

为了考察煤的微观孔隙结构对其自燃倾向性的影响,选取气煤、肥煤和焦煤煤样为研究对象,通过压汞试验测量得到不同煤样的微观孔隙分布数据,结果分析表明:直径小于100 nm的孔隙分形维数在2~3内,煤样微观孔隙具有良好的分形特征,满足分形理论描述多孔介质的微观孔隙分布特性。通过煤自然发火模拟系统,对气煤、肥煤和焦煤煤样进行升温氧化模拟试验,并绘制煤样升温氧化过程中气体产物浓度随温度变化的曲线,试验结果显示了煤微观孔隙结构与其自燃倾向性的关系:煤样的变质程度越高,其内部结构越致密、内生裂隙相对较少,发生氧化反应的温度也越高。     

不同煤级煤液相侵入效应低场核磁共振实验研究

我国煤层普遍具有低透气性、高瓦斯含量的特性,在低透气性煤层增透方面,煤层注水、水力压裂、水力割缝等水力化技术得到了广泛应用,并取得了良好的瓦斯治理效果。然而水作为外侵液进入煤体,堵塞了瓦斯流动通道,降低了瓦斯解吸量,产生了水锁效应。为分析水力化技术造成水锁效应的内在机理,利用压汞实验分析了煤样孔容分布规律,以及利用扫描电镜分析了原始、饱水、饱CMC溶液煤样的微观结构,基于低场核磁共振技术研究了煤样在饱水状态以及饱CMC溶液状态下的液相滞留效应,并根据曲线相似度法分析了孔径与束缚流体饱和度的相似度。研究结果表明:CMC溶液可以溶解煤中的矿物质增加煤孔隙裂隙以及降低水在煤体表面的表面张力,从而达到解除水锁效应的目的;随着煤变质程度的增大,T_2截止值在逐渐减小,T_2截止值的数值与煤样孔径大小呈负相关;煤样的束缚流体饱和度远大于自由流体饱和度,煤样在饱水状态下的束缚流体饱和度比饱CMC溶液状态下高;高变质程度的煤大孔孔容少、微孔孔容多,使得水在煤孔隙中的毛细管力大,最终造成高阶煤的水锁效应严重;大孔孔容是影响束缚流体饱和度的主控因素,微孔起到正向促进作用,得到束缚流体饱和度S与大孔孔容V_A、微孔孔容VD的耦合关系式:S=94. 86-1 078. 96V_A+261. 24VD。滞留在煤体内的束缚水阻塞了瓦斯流动通道,是造成水锁效应的根本原因,增加煤层的孔隙裂隙以及选用合适的表面活性是减缓煤层水锁效应的有效措施。     

酸液改性煤的瓦斯吸附规律试验研究

为提高煤层气的采出率,通过酸液浸泡对煤样改性,利用高压压汞法对改性后煤样微观结构进行表征,并利用高温高压吸附仪对煤样瓦斯吸附规律开展试验研究。结果表明:酸液浸泡后煤样的退汞效率提高、总的孔容增加、比表面积减小,相应微孔的孔容比例和比表面积均减小;酸改性后的煤样吸附瓦斯量减少,即改性后煤样降低了瓦斯的吸附能力。