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。     

温度和放散空间体积对等容变压法测定瓦斯放散初速度的影响分析

在煤矿煤与瓦斯突出防治工作中,瓦斯放散初速度（ΔP）是一个重要的指标。通过资料对比、理论分析、实验研究对瓦斯放散初速度测定中温度、放散空间体积等对测定的影响进行了研究。研究表明瓦斯放散初速度在煤样一定的情况下与放散空间体积和实验温度有关。随着温度的升高,瓦斯放散初速度减小,减小的幅度和煤样自身的瓦斯放散初速度大小有关。放散空间体积越大,瓦斯放散初速度越小;不同煤样放散空间体积对瓦斯放散初速度影响不同。建议瓦斯放散初速度测定应在恒定温度下进行,实验温度建议与井下温度相同,仪器的放散空间体误差应小于1 mL。     

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。     

无烟煤放散初速度与煤样湿度关系研究

针对目前煤与瓦斯突出参数测定是否考虑湿度的问题,通过理论分析和实验研究,得知随着无烟煤煤体内水份的增大、瓦斯放散初速度Δp随之减小,且影响较大,误差可达到56.67%。这使原本在临界值10 mm Hg之上的瓦斯放散初速度Δp会减小到临界值之下,造成误判断。所以,对煤样湿度和放散初速度关系的研究将直接影响到突出鉴定、突出预测结果的准确性。     

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。     

基于瓦斯放散特性单因素的煤与瓦斯突出模拟实验研究

使用三维煤与瓦斯突出模拟装置进行不同瓦斯放散特性煤样的煤与瓦斯突出模拟实验,分析单因素条件下煤样瓦斯放散特性对煤与瓦斯突出的影响。模拟实验进一步验证了煤体吸附瓦斯会在一定程度上降低煤体强度。实验结果表明,煤样瓦斯放散初速度与突出发生后残留煤体的坚固性系数呈负相关,瓦斯对煤样的粉碎作用会随瓦斯放散初速度增大而增强。提出突出强度系数综合表示突出发生的强度,数据显示:突出强度与煤样瓦斯放散初速度呈正相关,对于具有煤与瓦斯突出危险的煤层存在1个突出强度会急剧增加的阈值,当煤层的瓦斯放散初速度高于该数值时突出强度将明显增强。对于五轮山煤矿的5-3号煤层,该值介于13.9~16.8之间。     

水分对瓦斯吸附常数及放散初速度影响的实验研究

利用瓦斯吸附常数测定仪及瓦斯放散初速度测定仪,分别对高瓦斯煤样进行了水分影响甲烷吸附特性及瓦斯放散初速度的实验研究。研究结果表明:水分与吸附常数a、水分校正系数倒数以及瓦斯放散初速度之间呈一次线性关系,而水分与吸附常数b之间则没有固定的关系式。实验结果对于进一步研究煤对甲烷吸附特性,以及煤体扰动后发生瓦斯动力规律具有一定的理论价值。     

煤样粒径对瓦斯放散初速度的影响

分析粒径对瓦斯放散初速度指标的影响,有助于完善放散初速度测定方法以及准确进行煤与瓦斯突出鉴定工作.在理论分析煤样粒径对瓦斯放散初速度影响的基础上,实验测定了贵州3对矿井不同粒径下瓦斯放散初速度.对比实验结果表明瓦斯放散初速度受煤样粒径大小影响较大,粒径越小瓦斯放散初速度越大.     

温度对瓦斯放散初速度测定的影响研究

通过理论分析及在同一试验条件下,对不同温度下的煤样进行瓦斯放散初速度实验研究,得出了瓦斯放散初速度和温度差值存在着二次项关系,且温度越高瓦斯放散初速度越小。指出了瓦斯放散初速度测定必须在恒定温度下进行,对准确进行突出危险性鉴定有着十分重要的意义。     

吸附平衡时间对瓦斯放散初速度的影响

安全生产行业标准AQ 1080—2009《煤的瓦斯放散初速度指标(Δp)测定方法》中规定的煤样吸附时间为90 min,为了验证该标准在具体应用中的局限性,选用5个煤矿挥发分相差较大的煤样进行瓦斯放散初速度测定试验,分析了吸附平衡时间对瓦斯放散初速度的影响,研究了不同变质程度煤样的吸附平衡时间对瓦斯放散初速度的影响规律。试验结果表明:煤的挥发分越低,所需的吸附平衡时间越长,瓦斯放散初速度的测值越高;瓦斯放散初速度受吸附平衡时间的影响较大,吸附平衡时间超过90 min后,瓦斯放散初速度仍在不断增加,最终趋于稳定。最后通过试验分析了现用标准对不同煤种的适用性,说明《煤的瓦斯放散初速度指标(Δp)测定方法》规定的吸附时间具有一定局限性,尤其对于高变质程度的煤样,其测值达不到吸附饱和值的要求,应适当延长吸附平衡时间。     

不同因素对煤瓦斯放散特性的影响程度分析

煤的瓦斯放散特性是预测煤矿井下煤与瓦斯突出的关键,而瓦斯放散特性受不同因素的影响程度有所不同。利用单因素影响试验来研究煤的变质程度、含水率及粒径对煤样瓦斯放散初速度的不同影响,在不考虑因素间交互作用的情况下,通过正交试验和方差分析等方法对3种因素进行研究,同时研究其对煤样瓦斯放散初速度的影响程度。结果表明,煤的瓦斯放散速率随着煤样变质程度的增大而呈正相关关系,随着粒径的增大和含水率的增大呈负相关关系;对试验数据进行拟合,可得瓦斯放散速率与煤样变质程度呈对数函数关系,与粒径呈指数函数关系,与含水率呈二次函数关系;三因素指标同时存在时,含水率对煤样瓦斯放散初速度的影响程度最大,煤的变质程度次之,粒径最小。     

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。     

瓦斯放散初速度对掘进面初始瓦斯涌出量的影响研究

瓦斯放散初速度Δp表征了煤层初始释放瓦斯的强度,对掘进工作面煤体初期瓦斯涌出量的大小具有重要影响作用。通过实验参数测定并结合现场数据监测,研究分析了高河能源3~#煤层同一巷道不同区域瓦斯放散初速度与不同进尺工作面瓦斯涌出量之间的相关性。研究结果表明,掘进工作面瓦斯涌出量随着单位时间进尺的增加呈线性函数增长;且在相同掘进条件下,瓦斯放散初速度越大,掘进工作面单位时间涌出量越大。     

构造煤对煤体瓦斯放散性影响的实验研究

为了研究构造煤对煤体瓦斯放散性的影响,分别取典型地质构造的煤样在0.1和2MPa压力下吸附瓦斯,考察煤样的瓦斯放散性。实验结果表明:随着煤样粒径的减小,煤样的瓦斯放散性增加。构造煤对煤与瓦斯突出的作用不仅体现在对煤体的强度影响,而且体现在对煤体瓦斯放散性的影响。     

瓦斯放散初速度影响因素实验研究

通过实验测定了吸附时间、粒径、水分对瓦斯放散初速度的影响,并运用菲克定律进行了分析,为煤吸附解吸瓦斯机理的揭示提供一定的理论基础。结果表明,在煤样吸附瓦斯饱和前,吸附时间对瓦斯放散初速度影响较大,当吸附饱和后瓦斯放散初速度不再受吸附时间的影响;瓦斯放散初速度随粒径的减小而增大;瓦斯放散初速度随水分的增加而减小。     

煤的吸附孔结构对瓦斯放散特性影响的实验研究

为揭示煤的吸附孔结构对瓦斯放散特性影响机理,选择新疆阜康矿区典型矿井煤样,进行低温氮吸附及瓦斯放散初速度实验,研究了煤的吸附孔特征参数及其对瓦斯放散初速度的影响。结果表明:实验范围内阜康矿区煤的吸附孔中瓦斯的主要放散方式是Knudsen及过渡型;吸附孔各参数对瓦斯放散特性的影响不同,平均孔径越大,瓦斯扩散阻力越小,瓦斯放散初速度越大;孔隙及各孔径下的比表面积和孔容越大,瓦斯放散初速度越小;瓦斯放散初速度与微孔和过渡孔的孔容占比为负线性关系,与中孔的孔容占比为正线性关系,与各孔径下比表面积占比无明显关系;煤的孔隙在研究尺度范围内分形特征显著,瓦斯放散初速度随分形维数的增大而线性减小。     

注气增产对煤层突出危险性的方差分析

为了探究注气开采煤层气后煤层突出危险性发生的变化,以煤的瓦斯放散初速度ΔP作为重要指标,开展了常压吸附下CO_2和CH_4的放散试验。得到在CO_2纯气体下,白龙山煤矿煤样瓦斯放散初速度ΔP为39.5 mmHg,是纯CH_4气体下ΔP(18.6 mmHg)的两倍多。单因素方差分析结果表明,检验统计量F值为7.18,处于显著影响数值范围内,进一步证实了不同CO_2浓度对煤层突出危险性的显著性。     

静电场下煤体放散瓦斯时间记忆效应研究

针对含瓦斯煤体在电场作用下表现出的放散初速度时间记忆效应特征,建立瓦斯放散测定实验系统,研究不同变质程度和破坏类型煤体静电场下的时间记忆效应。实验结果表明:静电场可以增大煤体瓦斯放散能力,随着加电电压的升高,瓦斯放散初速度呈先增大后减小变化趋势,并在某一特征电压下取到最大值,且构造煤相比原生结构煤特征电压较大;在连续加载8kV电压下,瓦斯放散初速度随加电时间增加呈上下波动的趋势,撤掉电场后,瓦斯放散初速度并未回落至未加电时的状态且放散速度值均高于初始状态,具有一定时间记忆效应,其中无烟煤经过电场作用后相较于未加电场在时间记忆效应内,瓦斯放散初速度增长在5%～9%之间,原生结构煤与构造煤变化量没有明显的区别;而贫煤原生结构煤在记忆效应内瓦斯放散初速度变化在5%～8%,构造煤则变化13%～18%;产生时间记忆效应的原因是一方面在静电场作用后煤体表面仍然呈现为静电状态,煤体表面电牵引力强于未加电,引起瓦斯吸附量的增大进而作用于瓦斯的放散;另一方面,在电场作用下煤体会产生激发极化电荷构成激发电场在失去电场后仍会继续影响瓦斯的放散,促进煤体瓦斯的解吸。     

九里山矿马坊泉断层对煤与瓦斯突出的影响

为了研究断层构造对煤与瓦斯突出的影响,以九里山矿马坊泉断层为例,选取了距离断层不同位置的6个煤样进行了瓦斯含量、瓦斯压力的现场测定及工业分析、吸附常数、瓦斯放散初速度、真密度、视密度、坚固性系数的实验室测定。结果显示,随着与断层的靠近,6个煤样的变质程度和水分逐渐降低,而灰分却先急剧升高后逐渐降低,此外,断层构造导致煤样坚固性系数的变化无规律且幅度大;6个煤样的真密度和视密度均是先急剧增加后逐渐减小,且与灰分表现出明显的正相关,同时孔隙率也表现出了相同的规律;断层构造附近瓦斯压力和含量并不太大且无规律性,但朗格缪尔体积和瓦斯放散初速度却比较大,也无规律性。结果表明,马坊泉断层是一个开放性断层,释放了煤层瓦斯,但是断层构造改变了煤体成分,造成了部分煤体强度降低以及地应力非均匀分布,总体上增加了区域煤与瓦斯突出的危险性。     

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。