韩城矿区构造煤瓦斯吸附性能试验研究

利用自主研制的煤样瓦斯吸附解吸装置,在恒温、相同初始压力条件下,对比研究了韩城矿区的块状原生结构煤和构造煤的瓦斯吸附规律,分析了其影响因素。试验结果显示:在平衡状态下,糜棱煤、碎裂煤和鳞片煤的单位质量瓦斯吸附量分别为原生结构煤的2.11、2.26、2.52倍。所有煤样的瓦斯吸附速率随时间的变化规律均呈单调递减的曲线形式,在吸附的初始阶段,构造煤的瓦斯吸附速率更快,尤其是在0~2 min时间段内这种差异最明显。构造煤在更短时间内达到吸附平衡,吸附效率更高。良好的致密性和原生裂隙不发育的特点决定了原生结构煤较强的瓦斯"封存"能力。良好的孔隙和后生裂隙的发育决定了构造煤在吸附性能方面要优于原生结构煤,而不同级别的孔隙发育比例和裂隙结构连通的差异性则是构造煤吸附性能差别的主因素。     

煤层软硬分层吸附瓦斯性能差异性及其对瓦斯赋存的影响

为研究煤层软、硬分层吸附瓦斯性能差异性及其对瓦斯赋存的影响,分析了煤层内软分层的形成机理及结构特征,采集了我国多个煤与瓦斯突出矿井的煤样作为试验对象,应用高压容量法开展了软、硬分层煤样吸附瓦斯性能参数的对比试验,探讨了软煤、硬煤吸附性能的差异性。在此基础上,对煤层软、硬分层吸附瓦斯性能差异性与瓦斯赋存特征之间的关联进行了研究,结果表明：试验煤样软分层的极限吸附量均大于硬分层;随着瓦斯压力的增加,试验煤样软、硬分层瓦斯含量的差值逐渐增大,其曲线的变化特征与Langmuir方程类似,并且软、硬分层瓦斯含量数值的差异主要由吸附量差值构成;煤层软、硬分层吸附瓦斯性能的差异不仅对煤层原始瓦斯赋存特征有着显著的影响,同时还将影响煤巷掘进、瓦斯抽采过程中煤体内瓦斯流场的分布规律,需要根据煤层软、硬分层的组合特点,制订切实有效的瓦斯抽采技术方案。     

不同粒度软煤与硬煤吸附性能差异性研究

为了研究不同粒度软硬煤的吸附性能差异,进行实验室模拟实验,采用高压容量法测定不同粒度软硬煤的吸附量和吸附常数,拟合出吸附等温曲线,分析了软硬煤的吸附性能差异性随粒度的变化规律。结果表明:随着粒度的减小软硬煤吸附常数a值均增大,增大的趋势随着粒度的减小而减小。软煤在0.1 mm的粒度达到最大吸附量,而硬煤却在0.20~0.25 mm粒度时产生最大吸附量。粒度1~3 mm软煤的吸附等温曲线始终在硬煤之上,当粒度为0.20~0.25 mm和0.1 mm时硬煤和软煤的吸附等温线有1个交点,硬煤的吸附量反超了软煤。比较软硬煤吸附差值,发现随着粒度的减小,软硬煤吸附量差距减小。     

构造煤纳米级孔隙对瓦斯吸附能力的影响研究

为研究煤的纳米级(100 nm)孔隙对瓦斯吸附能力的影响,对3种不同煤样的原煤和构造煤孔隙结构进行研究,并建立温度-压力综合吸附模型分析煤体的吸附瓦斯能力。研究结果表明:纳米级孔隙(孔径小于100 nm)是煤对瓦斯吸附强的决定因素,纳米级孔隙微孔的比表面积是影响瓦斯吸附量的主要因素;在相同温度压力下,古汉山矿煤样瓦斯吸附量是薛湖矿煤样和平顶山矿煤样的1.3～1.8倍和1.02～1.2倍;微小孔的孔容与瓦斯吸附量呈现出明显的正相关;通过建立温度-压力模型预测瓦斯吸附量是可行的。     

余吾矿构造煤吸附动力学特性

针对构造煤瓦斯吸附动力学特性,以山西潞安余吾煤矿为工程背景,选取了4种不同破坏类型的构造煤样,进行了压汞测试和瓦斯等温吸附实验,获得了煤体孔隙分布特征和瓦斯吸附动力学曲线,并分析了吸附压力、吸附量及吸附速率随时间的变化规律。研究结果表明:吸附压力随吸附时长的增加而不断降低,在吸附开始的前20 min内压力急剧降低,降幅高达60%以上;随吸附时长的增加,各煤样瓦斯吸附量经历了先急剧增大再缓慢增加最后达到平衡的非线性变化过程;吸附速率曲线表明,随煤体破坏程度的增加,瓦斯吸附速率逐渐增大,吸附性增强。不同破坏类型构造煤孔隙分布差异显著,进而影响瓦斯吸附动力学特性,在煤矿瓦斯治理和煤层气开发中应予以考虑。     

不同孔隙应力下瓦斯吸附与解吸初速率研究

从煤层中不同的瓦斯孔隙应力出发,阐明煤层中瓦斯吸附与解吸的初速率与孔隙应力的关系.在实验室模拟实际地层进行实验研究,结果表明:瓦斯吸附与解吸的初速率与煤层孔隙应力成正比,且相同的实验时间内,解吸能力要强于吸附能力,孔隙应力与吸附和解吸初速率均呈线性关系.     

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。     

不同类型构造煤特性及其对瓦斯突出的控制研究

通过对9个不同类型构造煤样与原生结构煤样的显微构造、压汞试验、高压等温吸附试验及瓦斯突出参数等测试与分析,研究了不同类型构造煤特性及其对突出的控制作用。结果表明：碎粉煤、鳞片煤和糜棱煤发育部位的构造应力作用明显,是煤与瓦斯突出的易发地带;煤的孔隙度和孔容与构造煤的变形程度呈正相关,比表面积在碎粉煤之前逐渐增大,其后减小,且最大吸附量受比表面积的控制明显;随着构造煤变形程度的增加,煤的普氏系数逐渐减小,瓦斯放散初速度在鳞片煤之前逐渐增大,至糜棱煤阶段则急剧减小,而孔容与比表面积均与突出综合指标K值呈正相关,最大吸附量与各突出参数间的关系不明显。     

东曲矿软硬煤瓦斯吸附特性对比研究

为研究不同软硬煤瓦斯吸附特性,以山西古交矿区东曲矿为研究对象,针对2组不同变质程度的软硬煤,通过高压容量法测试了其瓦斯吸附性能;同时对不同软硬煤开展了低温液氮吸附实验,分析了其孔隙结构特征,从煤体微结构层面揭示了不同软硬煤的瓦斯吸附控制机理。研究结果表明:不同软硬煤之间存在较大的吸附差异性,瓦斯吸附参数VL最大值是最小值的1.5倍;在不同软硬煤中,微孔所占比例均大于50%,煤中的孔比表面积主要由小于10 nm的微孔所贡献;构造变形作用使得煤层中的原生孔隙裂隙系统被破坏,孔隙直径减小,微孔比例增加,孔隙比表面积也在不断增大,因而,软煤较硬煤拥有更强的吸附性能。     

不同浸水时间风干煤样瓦斯吸附解吸规律实验

为了研究浸水风干煤样瓦斯吸附解吸规律,选择未浸水的原煤样和浸水3、15、30 d风干煤样进行恒温动态瓦斯吸附解吸实验,得到瓦斯累积吸附解吸量随时间变化的实测曲线。对所选煤样进行比表面积及孔径分析,得到其比表面积、孔容和孔径分布。结果表明:浸水风干煤样瓦斯累积吸附量随压力变化的趋势与原煤样一致;浸水风干煤样解吸初始20 min内解吸量倒数与时间函数成线性关系;浸水时间增加,风干煤样的饱和吸附量、比表面积、总孔容、微孔孔容先减小后增大,平均孔径先增大后减小。     

王庄煤矿后备区瓦斯涌出量预测与抽放可行性研究

对王庄煤矿后备区瓦斯涌出量进行了预测,并对瓦斯抽放可行性进行了分析,根据邻近矿井、本矿井的其它采区的瓦斯抽采情况及煤层赋存情况,认为王庄煤矿后备区抽采瓦斯是可行的.     

王庄煤矿煤与瓦斯突出预测指标敏感性分析

煤与瓦斯突出预测指标的敏感性分析对矿井瓦斯治理工作意义重大。在分析钻屑量、钻屑瓦斯解吸指标等突出预测指标的基础上,结合现场煤巷掘进,跟踪考察突出预测参数,采用三率法综合确定王庄煤矿3号煤层突出预测敏感指标。结果表明,煤钻屑瓦斯解吸指标K_1的预测准确率和预测不突出准确率分别为80%、98.9%,比煤钻屑瓦斯解吸Δh_2和钻屑量指标S的敏感度大,钻屑瓦斯解吸指标K_1值可作为王庄煤矿的突出预测敏感指标。     

王庄煤矿沿空掘巷煤柱合理宽度研究

针对王庄煤矿7105工作面辅助进风巷沿空掘巷煤柱宽度留设的问题,采用理论计算得出合理的煤柱宽度B≥8.08 m,运用FLAC3D数值模拟研究得出合理的煤柱宽度为8 m。综合数值模拟和理论计算结果,确定合理的煤柱宽度为8 m比较合理,建议在7105辅助进风巷掘进时按此尺寸留设煤柱。     

西南地区构造煤吸附解吸特性研究

在系统采集西南地区典型矿井构造煤样的基础上,通过等温吸附解吸实验,探讨了不同变质变形条件下构造煤瓦斯特性。中高变质作用阶段,变质程度对瓦斯吸附的影响作用大于变形强度,无论变形强弱,低变质煤的吸附量均低于中高变质煤;在低阶煤阶段,影响甲烷吸附量的主控因素则为构造煤变形强度。解吸较好的样品主要为高变质或高变形构造煤,瓦斯解吸量和解吸应力敏感性符合文特式。瓦斯解吸初期应力敏感性强弱为:高变质弱变形煤中变质煤及高变质强变形煤低变质煤。     

金黄庄矿构造特征及其对矿井水和瓦斯的控制

在分析金黄庄煤矿矿井构造特征及演化的基础上,探讨了矿井水和瓦斯赋存的构造控制机理。研究表明,在以印支、燕山和喜山期为主构造运动的作用下,矿井构造总体表现为向西凸出的弧形褶皱和逆冲断层,并受后期NE和NNE向为主正断层的改造,呈现出构造叠加、阶梯状断层组合和东西分异、南北分级的特征。矿井构造控制了矿井水文地质边界、地下水补、径、排等条件,而地质构造和地下水动力场的共同作用控制了矿井瓦斯的赋存。     

采空区埋管抽放瓦斯在王庄矿6206综放面的应用

采空区埋管抽放瓦斯是在靠近上隅角的采空区内产生负压区域以减少漏向上隅角的瓦斯,将高浓度瓦斯通过抽放系统引至安全地点释放的瓦斯治理方法。采空区埋管抽放瓦斯降低了上隅角的瓦斯浓度,有利于工作面的瓦斯管理。     

不同吸附气体对煤的渗透率的影响

对电容器的内外部故障及对应的保护方式进行了分析,明确了现行电容器保护的整定原则,从一、二次设备协调一致的角度对电容器不平衡型继电保护进行了分析比较,给出了该类保护的选型技术原则。文章分别以CH4,CO2及He为吸附气体,进行了相同实验条件下煤的三轴渗流实验,分析和探讨了上述气体对煤的渗透率的影响规律,实验结果对研究煤矿瓦斯抽放与瓦斯突出具有一定的现实意义。