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。     

基于瓦斯涌出量的煤体瓦斯解吸特性研究

为了实时动态分析煤体的瓦斯解吸特性,基于瓦斯解吸速度幂关系式提出了一个表征煤体瓦斯解吸特性的新参数n,在现有矿井安全监测监控系统的基础上构建煤体瓦斯涌出监测系统,可实时计算n值,分析工作面前方煤体的解吸特性,并在卧龙湖煤矿进行了现场验证。结果表明,煤体瓦斯涌出监测系统可计算出掘进面每天的n值,n曲线与传统的瓦斯解吸指标K1、Δh2曲线的变化趋势正好相反,指标n能够表征煤体瓦斯的解吸特性。通过对比K1的突出危险临界值,可得到n的突出危险临界值,为煤与瓦斯突出的工作面预测提供依据。     

煤体含水量对瓦斯解吸特性影响规律实验研究

为了验证含水量对煤体中瓦斯解吸特性的影响,以新景矿3号煤层为实验对象对煤体的饱和吸附量、解吸量和解吸速度进行了测试。结果表明:随着煤体含水量的增加,煤体的瓦斯吸附量逐渐减少,且减少幅度越来越小;随着煤体含水量的增加,煤体的瓦斯解析量减少且解吸速度越慢;含水量达到11.5%后,含水量对煤体的瓦斯解吸特性影响非常小。研究结果对确定瓦斯压力和突出风险具有重要的作用。     

基于红外作用条件下瓦斯解吸特征实验研究

为了研究红外作用条件下的颗粒煤吸附/解吸特征,采用自主研发的红外条件下的吸附/解吸装置,通过不同红外温度条件下颗粒煤解吸实验以及红外和水浴条件下颗粒煤解吸对比实验,结合不同吸附/解吸公式对实验数据进行拟合分析。研究结果表明:红外能够促进颗粒煤解吸,增大解吸速率,增加解吸量;在相同的吸附条件下,红外作用下的解吸总量是水浴条件下的1.3~1.4倍;红外作用下颗粒煤的解吸符合有上限单调递增函数,且王佑安式能很好的描述解吸特性。     

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。     

煤体瓦斯常压解吸释放趋向性研究

为了获得常压环境下煤体瓦斯解吸释放趋向性规律,利用自主设计的瓦斯解吸参数测试系统装置,在环境温度15℃、瓦斯吸附平衡压力2.0 MPa条件下,开展了垂直、平行和斜交等不同层理面煤样的瓦斯常压解吸释放对比实验,结果表明:不同的解吸层理面对瓦斯解吸参数影响显著,斜交层理面煤样瓦斯最终累计解吸量分别是垂直层理煤样、平行层理煤样的1.2倍和1.7倍,且随着解吸时间的延长趋向性差异越明显。     

煤体瓦斯解吸实验的研究现状及进展

在煤矿开采过程中,瓦斯从煤体中解吸出来,可能会造成瓦斯事故,如果能够合理开发利用,它也可以作为一种清洁高效的资源。因此对煤体瓦斯解吸规律进行深入分析探讨具有非常重要的意义。以此为出发点,从瓦斯解吸的影响因素、解吸的实验方法及总结的经验规律等方面分析了煤体瓦斯解吸实验的研究现状,对现有研究成果进行了总结,并提出了在瓦斯解吸研究方面存在的不足之处以及未来研究的思路。     

低温条件下煤体瓦斯解吸规律研究

实验研究了3个不同温度条件下的煤体瓦斯解吸规律,结果表明,在常温下,煤体瓦斯解吸量的增加趋势随着时间逐渐减缓,即瓦斯解吸速度随时间缓慢下降;冷冻后恒温条件下的解吸规律与常温下大致类似,所不同的是解吸量相对较小;冷冻后变温条件下的解吸量与解吸时间平方根之间基本呈线性关系,证明在低温条件下煤体瓦斯解吸速度比常温下和变温条件下慢许多.     

煤体瓦斯解吸规律研究综述

通过对温度、压力、水分含量、煤样粒度、孔隙度、变质程度等6种影响煤体瓦斯解吸的因素进行说明,综述了我国目前就这6种因素对瓦斯解吸的影响规律。结果表明:不同因素对瓦斯解吸具有规律性,但由于得到的规律忽略了煤地质环境的复杂性与各种因素之间存在相互影响,只是针对1种影响因素进行的研究,存在一定的片面性,因此在将来的研究中应尽量对多个因素进行综合研究,才能获得更准确的结论。     

煤体吸附-解吸瓦斯变形特征实验研究

在煤层瓦斯抽放过程中,煤体瓦斯处于吸附-解吸状态,煤体发生膨胀和收缩。利用自主设计的煤体变形实验装置,分析了杜儿坪煤矿原煤在不同方式下吸附-解吸全过程中变形特征。实验结果表明：煤体变形量随着瓦斯压力的增加而增大,垂直层理方向变形量大于平行层理方向变形量;煤体在一次加压吸附实验中分为变形下降阶段、变形快速上升阶段和变形平稳上升至稳定阶段3个阶段;等梯度加压吸附-降压解吸过程中,0→0.5 MPa阶段变形量最大;等梯度加压吸附煤体变形量大于一次加到目标压力值的吸附煤体变形量,且等梯度解吸煤体残余变形量较大;煤体吸附-解吸变形可分为充气下降阶段、吸附快速上升阶段、吸附变形平稳上升至平稳阶段、解吸变形快速下降阶段和解吸平稳下降至稳定阶段。     

承压煤体瓦斯解吸-扩散特性实验研究

为了研究承压条件下含瓦斯煤的解吸-扩散特性,建立了受载煤体瓦斯扩散系数的动态演化模型,并采用单孔模型和双孔模型计算了粒度0.25~0.5,0.5~1和1~2 mm煤样在0~12 MPa轴向压力条件下的瓦斯扩散系数。实验结果表明:双孔模型计算结果与实验数据相关性系数均稳定在99.5%以上,拟合效果优于单孔模型,其中,宏观有效扩散系数在10~(-4)s~(-1)数量级上,高出微观有效扩散系数1~2个数量级;瓦斯解吸量、宏观/微观有效扩散系数随轴压升高呈先下降后波动上升的趋势,与受载煤体扩散动态理论模型相符;煤样粒度越大,宏观/微观有效扩散系数对应力越敏感,并且宏观有效扩散系数对应力的敏感性高于微观有效扩散系数;瓦斯解吸量、宏观/微观有效扩散系数随煤样粒度减小而增大。研究结果能为井下构造煤瓦斯扩散规律提供借鉴。     

表面活性剂影响煤体瓦斯吸附解吸性能的实验研究

在新鲜煤壁瓦斯涌出强度大的问题上,根据表面活性剂的润湿性、分散性、稳定性以及考察目的,选择十二烷基苯磺酸钠与洗涤灵按2∶1的比例配制了实验试剂,提出了利用表面活性剂降低瓦斯涌出强度的技术方案,并在实验室做了颗粒煤对瓦斯的吸附与解吸实验。实验结果表明:颗粒煤经过喷洒十二烷基苯磺酸钠和洗涤灵配制的表面活性剂溶液后,表面活性剂溶液能够很好地渗透煤体,使煤样润湿程度增加,堵塞了瓦斯的运移通道;活性剂溶液渗透到煤体孔隙内部,对煤体起到了降温的作用,低温有利于瓦斯吸附,抑制吸附瓦斯转化为游离瓦斯,瓦斯涌出强度会降低10%~40%左右,从这两方面达到降低瓦斯涌出强度、避免瓦斯超限的目的。     

煤的瓦斯解吸扩散规律实验研究

为了进一步研究煤层中瓦斯解吸扩散的特征及其规律,设计了等温瓦斯吸附解吸实验系统,该系统主要由温度控制系统,瓦斯吸附解吸系统和数据采集与处理系统3部分组成。通过自制煤样,实验研究了2种煤质、2种粒度的4种不同煤样在30℃恒定温度、不同吸附平衡压力点下的瓦斯解吸扩散规律。通过对比分析,提出了瓦斯累计解吸量与时间之间的关系式,建立的煤的瓦斯累计解吸量的数学模型,并分析了影响模型中各参数变化的因素。     

煤体变形与瓦斯解吸/吸附关系的研究实验

专门针对瓦斯解吸及吸附作用与煤岩形变的相关性做出实验认证,条件是恒压恒温,利用物理上的排水法间接获得瓦斯体积,又由于解吸量与吸附量是一对互逆过程,那么即可利用回归分析便能够算出朗格缪尔体积常数a以及压力常数b,进而把所获得数据进行拟合分析,得到了体积变化与解吸量的关系式,最终分析出瓦斯解吸及吸附作用和煤岩体积形变的定量关系。     

煤体吸附解吸瓦斯规律及细观特征研究

煤体对瓦斯的吸附解吸特征对防止瓦斯事故以及煤层气抽采技术都具有重要的意义。对不同温度下的煤体吸附解吸规律做了量化研究,同时从细观角度对实验后的煤样做了渗透性分析,得到如下结论:煤体吸附和解吸瓦斯的过程均可分为3个不同的阶段,解吸率与温度呈对数关系变化;从20℃变化到80℃,孔隙率呈现先增后减的趋势;从煤体解吸率和渗透性的角度综合分析,认为60℃是煤体吸附解吸瓦斯的最佳温度。     

煤体瓦斯解吸模型验证分析

为选取合适的煤体瓦斯解吸模型,选取某4个试验矿井的煤样进行煤样瓦斯解吸试验,并运用Langmuir单分子层吸附理论,Freundlich理论,weibull函数理论对试验数据进行拟合,对比并选择更合适的解吸模型。研究结果表明:Langmuir单分子吸附模型,Freundlich模型,Weibull函数模型均适用于煤体瓦斯解吸;Langmuir单分子吸附模型次之拟合度均大于0.99,Freundlich模型拟合度最低均小于0.99,Weibull函数模型拟合度最高均大于0.999更适于描述煤体瓦斯解吸过程。3种模型的准确度存在差别,因此选取合适的煤体瓦斯解吸模型对于研究煤体瓦斯解吸理论有一定的指导意义。     

利用瓦斯解吸特征指标预测煤与瓦斯突出的实验研究

理论分析了掘进工作面瓦斯涌出主要受到瓦斯含量、煤体物理力学性质的影响,并通过实验室煤样解吸试验,研究了同一煤质、不同瓦斯压力、不同粒径、不同煤体力学性质的煤样在瓦斯解吸过程中存在的显著差异,指出瓦斯解吸特征指标α可以较好地反映煤体的瓦斯含量、煤体物理力学性质的变化情况。通过现场实例验证了瓦斯解吸特征指标α对于预测预报煤与瓦斯突出危险的可靠性。     

静电场对煤放散瓦斯特性影响的实验研究

研究静电场作用下含瓦斯煤体的放散特性和致因机理,结果表明：静电场主要影响了Δp的45～60 s的放散过程;放散初速度随着电压的升高而变大（变小）,在某一特征电压下达到最大值,其后逐渐趋近平缓;特征电压累计加电时,Δp呈现上下波动中趋大（趋小）的现象,在撤掉电场时Δp并未回落至初始值,并保持一定的时间记忆效应,可能使煤体发生了塑性损伤。其机理是静电场使得煤表面的吸附势阱深度增加和电负性增强两者相互竞争的结果。     

不同温度压力下低渗煤体瓦斯的解吸规律

以平顶山低渗煤体为研究对象,研究了不同温度和瓦斯平衡压力对瓦斯的解吸速率的影响。在瓦斯解吸初期,温度和瓦斯平衡压力对解吸速率的影响程度不一,但在解吸基本平衡之后,瓦斯解吸速率随温度的增加呈正比例上升,且1.5~2.0 MPa瓦斯压力的影响程度比0.74~1.50 MPa瓦斯压力的影响程度大。     

煤体电阻率随吸附/解吸瓦斯变化特性实验

通过利用高精度电阻测试实验装置,对煤样在连续吸附/解吸与等体积吸附/解吸条件下的电阻值变化规律分别进行测定,以研究吸附/解吸瓦斯对煤体电阻率的影响。研究结果表明:吸附/解吸瓦斯对煤体电阻率具有明显的影响,且煤样在连续吸附/解吸与等体积吸附/解吸条件下呈现出相同的规律,即:在吸附瓦斯过程中,煤体电阻率随着瓦斯吸附量先逐渐减小,后趋于平稳;而在瓦斯解吸过程中,煤体电阻率与煤中瓦斯含量呈线性关系。不同吸附方式下,对比同一瓦斯含量对应的电阻率,可以发现等体积吸附实验电阻率改变较连续吸附实验明显,且等体积解吸结束时,煤体电阻率距离原始值较远。