基于多元线性回归的瓦斯放散初速度影响因素试验研究北大核心

煤的瓦斯放散初速度指标△p在判定煤矿是否具有突出危险性中起到重要作用。通过从全国13个省市的77个煤矿采取77个煤样,在实验室实测煤样的水分、灰分、挥发分、真密度、视密度、孔隙率、常压瓦斯吸附量、瓦斯吸附常数、煤的坚固性系数、瓦斯放散初速度等11个瓦斯基础参数,利用SPSS数据分析软件,采用逐步多元线性回归法进行统计分析,得出对△p产生显著影响的因素为常压瓦斯吸附量、瓦斯吸附常数b和煤的坚固性系数,且常压瓦斯吸附量对△p的影响最为显著。试验结果表明:常压瓦斯吸附量和瓦斯吸附常数b与△p呈正相关性;煤的坚固性系数与△p呈负相关性,同时建立了多元线性回归模型,拟合相关系数为0.892。     

直流电场作用对煤瓦斯吸附性影响试验研究

采用直流电场作为物理场,研制了一种直流电场作用煤瓦斯吸附性试验装置,在该装置上对煤瓦斯的吸附性进行了试验研究,并进一步分析了电场作用对煤瓦斯饱和吸附量和吸附常数等吸附性质的影响。试验结果表明:直流电场作用能够降低煤对瓦斯的吸附性,对煤吸附瓦斯的吸附等温线有影响,且电压作用对煤瓦斯吸附量的影响大于频率对其的影响;直流电场作用下煤对瓦斯吸附的饱和吸附量和吸附常数减小,随着电压或频率的增加,煤对瓦斯的饱和吸附量呈线性规律减小,吸附常数呈指数规律减小。     

不同温压条件下煤瓦斯吸附特性的试验研究

为研究温度、压力对煤吸附瓦斯性能的影响,进行了不同温度下煤的瓦斯等温吸附试验。试验测试出煤样在35℃、50℃、65℃、80℃、105℃下的等温吸附线。研究表明:随着温度的升高,同一压力下煤样的吸附量减小,温度越高,吸附量减小趋势越明显;温度相同时,煤样的吸附量随着压力的增大而增大;在某一温度区间内,随着温度的升高,煤样的吸附常数a、b值线性递减。     

2种仪器测定煤吸附性能的对比研究

为了对比HCA高压容量吸附试验装置以及iSorb HP2高压气体吸附分析仪测定煤吸附性能的准确性,以沙曲矿的焦煤为研究对象,对两者的测定结果进行对比.结果表明:2种仪器获得的吸附常数存在较大差异,HCA高压容量吸附装置测得的吸附常数a较iSorb HP2高压气体吸附分析仪小,差值为5.557 6～5.994 0 cm3/g;b值反之,差值为0.501 4～0.664 4 MPa-1.根据试验测得的a、b值计算煤层原始瓦斯含量与实测的原始瓦斯含量相比,HCA高压容量吸附装置偏差在-0.91～-2.47 m3/t,iSorb HP2高压气体吸附分析仪偏差在-0.09 ～-2.92 m3/t,这2种仪器虽然测得的吸附常数差别较大,但在计算煤的原始瓦斯含量时却差别较小.     

含瓦斯煤的吸附量与孔隙率及变形的映射规律研究

为厘清含瓦斯煤的吸附量与孔隙率及变形的映射规律,以高压容量法测试煤吸附瓦斯等温曲线的过程为条件,针对煤样在不同瓦斯压力的作用下,吸附量对煤孔隙率、变形的影响进行了理论分析;利用工业CT技术与高压容量法相结合的方法,研究含瓦斯煤的吸附量与孔隙率、变形的映射规律。结果表明:随着吸附瓦斯量的增加,煤的孔隙率逐渐降低,并趋于稳定值;煤的变质程度越高,其孔隙率演化的趋势越缓;煤的体积应变呈现近似于线性增长的特征。     

朗格缪尔方程改直方式对瓦斯吸附常数计算结果的影响

对朗格缪尔方程进行改直,是利用等温吸附平衡试验数据计算吸附平衡常数的常见做法。选取6组不同矿区的煤样瓦斯等温测试数据,分析了朗格缪尔方程不同改直方式对吸附常数回归计算结果的影响。研究表明:对于同一组瓦斯吸附平衡数据（p_i,x_i）,采用不同方式对朗格缪尔方程改直,回归得到的吸附常数往往不一致,有时甚至差异很大,这种差异产生的主要原因是测试数据本身的误差所致;无论采用何种方式对朗格缪尔方程进行改直,回归过程均会产生计算误差,从回归运算次数分析、数据点分布和相对误差来看,改直表达式（2）计算准确度优于表达式（3）,利用LINGO软件编写程序直接对朗格缪尔方程进行求解,吸附常数的计算准确度最高;利用表达式（2）、表达式（3）得到的吸附常数计算煤层瓦斯吸附量也会存在误差,其相对误差具有随瓦斯压力升高而减小的趋势,由表达式（2）产生误差小于表达式（3）。     

温度对Langmuir吸附常数影响的实验研究

为探索深部煤体中地温对瓦斯赋存的影响,基于单分子层吸附理论,采用热力学理论推导出Langmuir方程,得到了温度与Langmuir吸附常数a、b随温度变化的理论表达式,进行了不同温度下的煤与瓦斯等温吸附实验;实验表明,对于给定气-固吸附体系,Langmuir吸附常数a值只与吸附质和吸附剂的自身属性有关,并由吸附剂的固有总吸附位数决定,而与外界的温度和压力无关;对于同一种煤而言,可以认为a值是一个常数。不同吸附剂的b值因吸附剂自身物理特性的不同也会有一定的差异;b值随温度的升高逐渐减小,用导出的理论方程证明了温度与a、b值的统计热力学关系,并用实验进行了证实,澄清了以往温度与a、b值关系的实验性争议。工程应用中,在一定温度区间内,吸附常数b值与温度的关系可以采用线性减函数简化描述。     

用脱气仪测定煤对甲烷吸附量的新方法

根据容量法测定煤对甲烷吸附常数的技术特点，通过试验分析研究出一种用测定瓦斯含量的脱气仪测定煤对甲烷吸附常数的新方法。     

煤对N2-O2混合气体吸附规律的试验研究

为研究空气代替N2驱替煤层瓦斯的可行性,基于高压容量法,研究了煤对不同浓度配比的N2-O2混合气体的竞争吸附特性,得到试验煤样对N2-O2混合气体竞争吸附规律以及煤对混合气体中O2的吸附规律.研究表明:煤对N2-O2二元混合气体的吸附常数介于煤对单组分的N2与O2的吸附常数之间,并且随着N2浓度的提高,吸附常数也逐渐增大,趋近于煤对单组分的N2的吸附常数;煤对混合气体中O2的吸附量处于很低水平,试验测试点范围内最大吸附量仅为1 mL/g,并没有达到自燃的界限.根据试验结果可知,用空气代替N2驱替煤层瓦斯是可行的.     

煤层温度与瓦斯赋存状态和抽采率关系的实验研究

为了探索温度对瓦斯赋存状态与抽采效果的影响,实验研究了煤样在不同温度下的吸附解吸变化规律。根据实验数据,给出Langmuir吸附常数a和b值随温度变化的回归方程及扩散速度随温度、时间的回归方程。实验结果表明:吸附常数a和b值都随温度的升高而降低,a随温度变化符合二次函数关系,b则符合线性函数关系;相同压力作用下,解吸量、扩散速度和总扩散量随温度的升高而增大;温度越高,扩散初速度越大;温度不变时,扩散速度随时间延长呈负指数迅速衰减。根据实验结论和相关物理学原理,煤层外加的电场、交变电磁场、功率超声波等方法能提高煤层温度,具有促进瓦斯解吸和增大扩散速率的作用,能提高瓦斯抽采率;瓦斯扩散初速度越大,煤层突出危险性越高,所以降低煤层温度,可以减小煤层的突出危险性。