煤体吸附瓦斯过程表面电位特征实验研究

为了研究煤体吸附瓦斯过程表面电位特征规律,设计了煤体吸附瓦斯过程的表面电位实验系统,测试了不同压力下煤体吸附瓦斯的电位信号。实验结果表明,煤体在吸附瓦斯过程中能够产生表面电位信号,且随着吸附时间的增长表面电位信号逐渐增大。对于同一个煤样,不同瓦斯压力下吸附过程中煤体产生的表面电位信号对前一次吸附瓦斯压力下煤体产生的电位信号具有记忆效应,当吸附瓦斯压力超过前一次吸附瓦斯压力值时,煤体产生的表面电位信号较大。而当吸附瓦斯压力低于前一次吸附瓦斯压力值时,煤体产生的表面电位较小。煤体吸附瓦斯产生表面电位信号的主要原因是瓦斯气体在煤体孔隙内渗流时产生流动电势,以及瓦斯气体对煤体微裂纹、裂隙的破坏产生的自由电荷等。     

温度对含瓦斯煤体吸附性能影响试验研究

为了深入分析温度对煤体瓦斯吸附特性的影响,利用自行研制的煤层气高压吸附装置,开展不同温度条件下的含瓦斯煤体吸附试验。试验结果显示:吸附压力对煤体吸附性能的影响具有明显的阶段性;吸附常数a随着温度的增加呈现出先增大后减小的变化特征,具有明显的阶段性;吸附常数b值随温度的增加逐渐降低,但降低幅度逐渐变缓,并最终趋于恒定。     

气煤的孔隙分形特征对瓦斯吸附的影响

为了研究气煤的孔隙的分形特征对瓦斯吸附的影响,通过低温液氮吸附法对阜康气煤的孔隙结构进行测试,采用FHH模型对实验煤样进行分形维数计算,运用高压容量法测定煤样的吸附特性,分析了气煤的分形维数与瓦斯吸附性能的关系。实验结果表明:表面分形维数D_1与Langmuir体积V_L呈正相关,与Langmuir压力p_L呈负相关;但结构分形维数D_2与煤样的Langmuir体积V_L和Langmuir压力p_L之间的相关性不明显;通过分析可知,气煤中孔隙结构的分布和孔隙类型同时影响着瓦斯气体在煤体孔隙中的运移。     

温度对煤体瓦斯吸附量影响规律的试验研究

为了研究恒压条件下,随着温度的升高煤吸附的瓦斯量以及吸附速率的变化情况,选取粒度为60~80目的安泽矿煤样,依次测试出煤样在压力0.6 MPa,温度为35、50、65、80、105℃条件下的等温吸附线,以及吸附量与时间的关系曲线。研究表明:随着温度的升高,煤吸附的瓦斯量下降,温度越高,这种趋势越明显;随着时间的增加,各温度下的吸附速率逐渐减小。当吸附进行至200 min时,各温度下的吸附速率已低于0.005 cm~3/(g·min),而后吸附速率缓慢下降;在吸附过程中,温度越高,同一时间点下的吸附速率越小。     

表面酸液改性作用下的煤体瓦斯吸附特性

为研究煤体表面酸液改性对瓦斯吸附特性的影响,通过酸液浸泡方式对煤样进行改性。采用等温吸附仪对各改性煤样瓦斯吸附规律开展实验研究,并利用高压压汞仪测试各煤样的孔隙结构特征。研究结果表明：酸液改性对煤体孔隙结构有显著影响,酸化作用能够打通煤体内部孔隙,煤样经酸液浸泡后其吸附孔数量减少,中孔和大孔数量增加;随着酸液浸泡时间的增加,煤体瓦斯吸附能力曲线呈现先快后慢的非线性变化;酸液作用下,煤体瓦斯吸附能力减小,吸附速率降低。     

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。     

煤体理化结构特征及其对瓦斯吸附热力学的影响

为研究煤的理化结构特征及其对瓦斯吸附热力学的影响,通过低温液氮吸附实验和傅里叶红外光谱实验对煤的理化结构进行了表征,采用等温吸附实验测定了不同温度下贫煤和长焰煤的瓦斯吸附曲线,利用Langmuir模型和Freundlich模型分别对吸附数据进行了拟合,并基于2种模型计算了吸附热力学参数△G°。研究结果表明:基于Freundlich模型的吸附△G°适合描述瓦斯吸附热力学特性,不同温度下煤对瓦斯的吸附均为自发过程;长焰煤的孔隙结构更有利于吸附过程的进行,而贫煤的表面化学结构更有利于瓦斯的吸附;煤对瓦斯的吸附量受煤体孔隙结构及表面化学官能团的共同作用,吸附△G°可较好的体现煤体孔隙结构特征的差异,结合吸附量和吸附△G°可更全面地评价不同变质程度煤对瓦斯的吸附性能。     

瓦斯突出煤体的粒度分形研究

煤与瓦斯突出是含气多孔固体介质的力学破坏过程,煤体结构破坏是这一力学过程的物质基础和必要的介质条件。通过首次研究相同破坏条件下的煤体结构类型的分形特征及分形维数与瓦斯突出参数的关系,为从更深层次上认识瓦斯突出煤体和非突出煤体和采用瓦斯突出煤体分布探测技术进行瓦斯突出预测提供理论基础。     

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。     

煤表面分子片段模型与瓦斯吸附分子力学模拟

采用分子力学模拟的方法研究了煤表面分子片段模型与瓦斯气的吸附作用,主要研究了煤表面分子的苯环和侧链对CH4、CO2、N2和O2的吸附作用,得到了吸附能,计算出了在不同位置吸附的概率。研究结果表明,煤表面对CH4、N2和O2的吸附计算结果相似,主要是在苯环上吸附,还存在含N侧链位置的吸附作用;而煤表面对CO2的吸附计算明显的不同,主要在含N侧链位置和含N侧链在同一侧的苯环位置吸附,可能是由于NH与C=O形成了氢键,有待进一步研究。     

高瓦斯矿井综放开采中预抽钻孔影响区域的分形研究

为保障高瓦斯矿井综放工作面安全高效回采,对综放工作面顺层预抽钻场的抽采效果进行研究。运用分形理论对裂隙发育程度进行描述,分析了沿工作面倾向不同位置的煤体内部裂隙发育程度,得出抽采效果最佳的区域;对比分析了不同钻孔间距时钻孔周围煤体的裂隙发育程度,并结合抽采要求确定5.0 m孔间距为合理间距,并在现场进行了工业验证。     

瓦斯抽采过程中煤体低温氧化对煤岩动力灾害的影响

为了探究瓦斯抽采过程中煤岩动力灾害演化过程,了解煤体低温氧化对瓦斯突出影响的作用机理,通过保水法测孔隙率、P波波速测量、瓦斯放散初速度△p和煤岩坚固性系数f来评估瓦斯抽采过程中煤体低温氧化对煤岩动力灾害发生的影响。实验表明:随着煤体氧化温度的升高,煤体质量和P波波速持续降低,煤体内部裂隙逐步发育,孔隙率提高了73.3%;由于煤体内部裂隙发育,煤体结构遭到破坏,坚固性系数随着煤体氧化温度的升高而降低;与煤体坚固性系数相反,由于煤体内部裂隙发育,为瓦斯释放提供了通道,导致瓦斯放散初速度随着煤体氧化温度的升高而增加,并且升高速率逐步增加。煤体的低温氧化过程会导致煤体强度降低,瓦斯涌出压力增加,引发瓦斯突出综合预测指标K值大幅增加,煤岩动力灾害发生可能性也随着增加。     

皮老荒矿区煤体垮塌诱发煤岩瓦斯动力灾害分析

针对宜昌秭归皮老荒矿区深部矿井煤层瓦斯地质特征,分析了煤巷掘进工作面煤体垮塌的摩擦滑动失稳力学机制,并由此诱导瓦斯大量涌出或煤与瓦斯动力灾害的发生。通过分析此类事故的发生机理及矿区目前的开采现状,针对性地提出了预防措施及改进方法,避免同类事故的再次发生。     

吸附条件下瓦斯压力对煤体强度影响的实验研究

煤体强度的测定一般在实验室非吸附条件下完成,为了揭示吸附条件下煤体强度随瓦斯压力的变化规律,基于瓦斯防治理论和现场实践,研制了可实现封闭充气环境下煤坚固性系数的自动化测试装置,研究了吸附条件下瓦斯压力对煤体强度的影响规律。实验表明:煤的坚固性系数受煤样瓦斯压力的影响明显,瓦斯压力越大,煤体强度越小,用以抵抗外力破碎的能力越差。     

煤体裂隙发育促进瓦斯解吸的分形研究

基于煤体裂隙分形演化特征,研究了煤体裂隙发育对瓦斯解吸的影响。将煤体简化为裂纹-基质块结构,分析了煤体裂隙长度与基质块尺寸关系,由裂隙发育的分形特征得到了煤基质块尺度演化规律及煤中瓦斯解吸速度变化规律。解吸速度在裂隙演化初期随分维数近似于线性增长,而在后期,大量微裂纹的产生使得煤基质块尺寸迅速减小,解吸速度随分维数增加迅速提高。根据现场实测煤体裂隙分维数在采动前后的变化,发现基质块尺寸会减小为原尺寸的1/5,瓦斯解吸速度变为原来的21.6倍,采动引起的裂隙发育会对瓦斯扩散运动产生较大影响。     

分光光度法研究JFC在煤尘表面的吸附行为

提出了用KI-I2做显色剂的分光光度法测定非离子表面活性剂JFC浓度的新方法。实验表明,该方法的最佳实验条件是测定波长为510 nm,显色时间为30 min,工作曲线线性相关系数为0.999 3。该方法显色迅速、工作曲线线性相关性好、试剂易得、操作简单,利用该方法研究了JFC在煤尘表面的吸附行为。研究发现,在稀溶液范围内,JFC在上煤样的吸附均符合Lang-muir等温方程,且吸附量的大小随挥发分的增加逐渐增大,随粒度的减小而逐渐增大。     

煤矿井下喷雾吸收H_2S技术研究

首先对喷雾吸收药剂进行了对比优选,得出了质量浓度为1%的Na2CO3溶液用于井下H2S气体治理效果最佳。然后优选了干雾级喷雾装置用于井下H2S气体治理,并进行了现场试验研究。试验结果表明:经喷雾试验后,H2S气体浓度由6×10-6降至1×10-6,H2S去除率达83%,通过喷雾吸收H2S技术能够有效治理矿井H2S气体灾害。     

地质因素和煤体结构对煤与瓦斯突出的影响

介绍了滴道煤矿煤与瓦斯突出与地质因素、煤体结构的关系,为治理瓦斯提供了基础资料。