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。     

突出煤层表面裂隙特征与瓦斯吸附/放散特性关系实验研究北大核心

瓦斯吸附、放散特性对于煤与瓦斯突出灾害预测、检验与防治十分重要,且与煤体裂隙结构特征密切相关。选取东曲煤矿2#、4#、8#和9#煤层的煤体试样,利用分形维数表征煤体表面裂隙特征,研究了煤体裂隙分布与瓦斯吸附、放散特性参数之间的关系。结果表明:基于分形理论求解了煤体表面裂隙分布的分形维数,取值范围为1.4~1.5,原生裂隙发育程度为9#煤层>4#煤层>8#煤层>2#煤层;通过瓦斯吸附、放散实验测试分析了煤体等温吸附常数及瓦斯放散初速度,吸附常数a取值范围为34.180~36.920 m3/t,瓦斯放散初速度取值范围为12~18 mmHg,上述参数的大小顺序与分形维数值一致。统计分析了东曲煤矿煤体分形维数与瓦斯吸附、放散特性参数的相关性,结果表明二者呈显著正相关性,分形维数能够表征该煤矿煤体瓦斯吸附与放散的特性与能力。     

脉冲超声对煤的孔隙结构及瓦斯解吸特性影响的实验研究

为探究脉冲超声对煤体孔隙结构及瓦斯解吸特性的影响,利用全自动压汞仪和自主研发的脉冲超声激励煤吸附解吸瓦斯实验系统,分析不同脉冲次数超声激励前后煤体孔容、比表面积及瓦斯解吸量变化,研究脉冲超声激励对煤体孔隙结构特征及瓦斯解吸的影响。实验结果表明：随着脉冲超声次数增加,中大孔孔隙连通程度明显增大,微小孔孔隙连通程度无显著变化,仍以半封闭孔和封闭孔为主;各孔径段孔容和比表面积均有所增加,其中中大孔孔容与微小孔比表面积增加最为显著;脉冲超声激励后的煤体具有明显分形特征,且分形维数随脉冲次数的增加呈下降趋势;脉冲次数增加,煤体瓦斯解吸量增多,解吸速率加快,且最大解吸量、最大解吸速率与脉冲次数均呈线性正相关关系。实验表明脉冲超声使煤体原生孔隙得到有效改善,孔隙之间相互连通,促进了瓦斯解吸。     

突出区域煤层孔隙瓦斯赋存规律研究

论文以淮南矿业集团丁集煤矿突出煤层为试验点,采用压汞试验法对煤层孔隙进行研究,得出孔隙半径不同时,瓦斯赋存状态不同,游离和吸附的瓦斯含量也不同。在此基础上,利用高压容量法对煤样进行吸附试验,并结合工业分析结果,分析煤层瓦斯吸附量,根据丁集煤矿实际情况,考虑温度因素对瓦斯吸附试验的影响,为煤与瓦斯防突预测提供依据。     

含瓦斯煤吸附特性影响因素研究

为研究含瓦斯煤物质组成成分和孔隙结构参数对煤吸附能力的影响,采用压汞试验测试了5种煤样的孔隙结构,并研究了含瓦斯煤比表面积、平均孔径、孔隙度和分形维数等4种孔隙结构参数,分析了含瓦斯煤物质组成成分和孔隙结构参数对瓦斯吸附能力的影响。研究表明:水分、挥发分、比表面积与瓦斯极限吸附量(V_L)呈二次函数关系,灰分和V_L呈负相关,平均孔径和孔隙度与V_L呈正相关。Langmuir压力(P_L)随着灰分和挥发分的增大而增大,随平均孔径和孔隙度的增大而减小,且与比表面积呈二次函数关系。煤样在不同压力阶段具有不同分形特征,因此具有不同的分形维数D_1(r10nm)和D_2(r10nm)。D_1和D_2均大于2.9,分形特征明显。V_L随着D_1的增大而增大,随着D_2的增大而减小。分形维数与P_L的关系不明显。     

突出孔洞构造煤与原生结构煤瓦斯吸附特性对比研究

为研究突出孔洞构造煤与原生结构煤孔隙特征对瓦斯吸附特性的影响,以三甲煤矿突出孔洞构造煤和原生结构煤为研究对象,运用压汞和液氮吸附实验相结合的方法对不同结构煤体孔隙结构进行研究;结合Menger几何模型分析不同结构煤体孔隙分形特征,进一步阐述孔隙结构分形特征对瓦斯吸附特征的影响。结果表明:原生结构煤与突出孔洞构造煤均存在滞后环,且突出孔洞构造煤的滞后环明显大于原生结构煤的滞后环;突出孔洞构造煤分形维数大于原生结构煤,突出孔洞构造煤孔隙复杂程度比原生结构煤高,突出孔洞构造煤孔隙复杂程度为瓦斯的吸附准备了良好条件;突出孔洞构造煤整体孔隙发育情况比原生结构煤要好,微孔、小孔阶段孔隙发育情况远大于原生结构煤。     

煤的孔隙结构与煤层瓦斯动力特性的关系

本文根据苏联、英国关于煤及共生岩层的孔隙结构、吸附能力、吸附动力特性的物理化学研究的最新观点对煤及共生岩层甲烷涌出过程进行了解释。通过实验室及现场研究对煤层的地质环境特别是地质构造破坏程度、成灰物质分布对煤及共生岩层的瓦斯动力特性的影响进行了考察。同时,对伴随瓦斯涌出而产生的温度效应也进行了讨论。实验结果表明:试样中的灰分含量决定试样的吸附能力,甲烷涌出速度取决于试样中单位体积大孔隙数量及其分布。证实了用未配对电子浓度(顺磁中心)表示的煤分子破坏程度与煤的吸附动力特性存在密切的关系。同时表明:试样的这些特征与深孔甲烷涌出速度、煤层钻孔孔壁温降等现象有关。当煤层垂直方向、水平方向的地质构造变化时,在短距离内煤层的上述特性会出现较大变化,因而,它们可以用来确定破坏区内煤层突出危险性及瓦斯涌出量大小。     

不同埋深煤体孔隙结构特征及瓦斯吸附特性研究

为研究同一煤层煤体孔隙结构及其瓦斯吸附性能与埋深的关系，通过等温吸附试验、低温N₂吸附试验，测定了4个不同埋深煤样的瓦斯吸附量和孔容、孔比表面积等孔隙结构参数，应用孔隙分形理论研究了不同埋深煤样的分形特征，并确定了孔隙结构参数与吸附常数的关系。结果表明：随着埋深的增加，煤样的孔比表面积增加，瓦斯吸附量增加；4个煤样中埋藏最深的煤样较最浅煤样比表面积增加了1.2603 m²/g,总孔容减小了0.0026 mL/g,瓦斯吸附量增加了67%,吸附饱和度降低了7.4%;吸附常数a与孔比表面积和分形维数的幂函数呈正相关关系，吸附常数b与吸附常数a呈幂函数关系。因此，可根据不同埋深煤样孔隙结构参数量化瓦斯吸附性能，为细化同一煤层瓦斯灾害防治方案提供了理论依据。     

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。     

贵州三甲煤矿突出煤体结构参数及孔隙特征研究

为揭示突出煤体与原生煤体微晶结构参数和孔隙结构差异,基于XRD、低温液氮吸附、压汞等实验方式并结合分形维数理论,研究了三甲煤矿突出孔洞内外煤样结构参数和分形特征。结果表明：突出煤侧链含量、芳氢率和芳碳率高于原生煤;并且突出煤具有更好的生烃潜力;突出煤芳香度I₁与I₂均大于原生煤,说明突出煤脂肪官能团高于芳香结构官能团;由于煤中稠环结构产生一定改变,突出煤有效堆砌芳香片数低于原生煤;煤化度指标有小幅度升高,说明原生煤中侧链的含量低于突出煤,导致相对的芳香环数量增大;根据压汞数据得到原生煤的综合几何分形维数为3.30,突出煤为3.37;突出煤和原生煤微孔表面积分形维数分别为2.62和2.13,小孔表面积分形维数分别为2.45和2.23。     

不同变质程度煤孔隙结构分形特征对瓦斯吸附性影响

为研究不同变质程度煤孔隙结构分形特征及其对瓦斯吸附特性的影响,通过压汞试验测试了9组不同变质程度煤样孔隙结构,利用Menger海绵模型分析了不同变质程度煤孔隙结构分形特征,结合煤样吸附常数,研究了孔隙结构分形特征对瓦斯吸附特性的影响。研究结果表明,煤孔隙在不同孔径段具有不同的分形特征,渗流孔分形维数D_1和吸附孔分形维数D_2均随变质程度的增加呈线性增大。煤孔隙分形特征对瓦斯吸附特性具有一定的影响,渗流孔分形维数D_1与吸附常数b呈良好的线性关系,与极限吸附瓦斯量a的关联性不大,表明渗流孔分形维数D_1对吸附瓦斯速率影响较大,对吸附能力影响较小;吸附孔分形维数D_2与极限吸附量a呈正相关关系,与吸附常数b关联关系不明显,说明吸附孔分形维数D_2对瓦斯吸附能力影响较大,对吸附瓦斯速率影响不明显。     

瓦斯在煤层中流动的机理

煤层是孔隙、裂隙结构组成的物质，瓦斯在孔隙结构中的流动主要是扩散，符合菲克定律。在煤层裂隙系统的流动属于渗透，符合达西定律，根据这一规律可用代数方法建立数学模型用电子计算机求解，用相似理论从计算结果中导邮购的单向和径向瓦斯流动曲线与单纯使用达西定律计算的结果相近，煤层瓦斯的流动决定于裂隙系统的特性，鸸 不决定于孔隙结构，用达西定律作为基本规律研究煤层瓦斯流动的机理是完全可行的。     

岩浆侵入对煤层瓦斯成藏及突出的影响

岩浆侵入的矿井往往存在煤与瓦斯突出危险性,为了研究岩浆侵入对矿井煤层瓦斯成藏和突出灾害的控制作用,基于理论分析和实验研究,探讨了岩浆侵入的一般规律,研究了岩浆侵入对煤层的破坏以及对瓦斯生成-圈闭的作用,并以淮北卧龙湖井田岩浆侵蚀严重的10煤层为研究对象,验证岩浆侵入对煤层的瓦斯圈闭和突出的控制作用.结果表明:在岩浆的热演化作用下,煤的变质程度增加,比表面积增大,微孔较发育,吸附、解吸瓦斯能力增强,岩浆的侵入对瓦斯突出灾害具有控制作用.     

突出煤层掘进煤与瓦斯突出的防治

本文就在有解放层，但受火成岩侵入，造成有煤与瓦斯突出危险的煤层中掘进时，如何保证不发生突出事故和不伤人，从预测预报，防治措施和安全防护措施几方面做了介绍，并重点介绍了超前排放钻孔的设计，施工及其在防治突出中所起的作用，最后对突出煤层中掘进的防治突出作出了结论。     

黄山煤矿鸡窝状煤层煤与瓦斯突出规律的研究

黄山煤矿位于山东省郯城县黄山镇境内,1985年建井,设计生产能力为9万t/a,根据矿井开采实际揭露,矿井主采的山西组第三层煤由于受燕山晚期岩浆岩的多次侵蚀,煤层赋存极不规律,多呈鸡窝状、串珠状等形态赋存,地质条件复杂.随着开采深度的增加,1994年在五采区北翼-250m水平发生第一次煤与瓦斯突出,随后几年共发生大小突出25次,最大一次突出煤量412t,涌出瓦斯约1万m3.对矿井安全生产造成极大威胁.     

低渗透煤层孔隙结构及瓦斯涌出规律分析

本文以王庄煤矿9105工作面为例,采用煤层取样和钻孔的方式对工作面煤层孔隙结构、煤层瓦斯含量及分布、瓦斯涌出量等进行分析,预测了9105工作面相对瓦斯涌出量为9.43m^3/t,绝对瓦斯涌出量为37.50m^3/min,对后续工作面设计及瓦斯防治提供了基础数据,为低渗透煤层开采的瓦斯防治工作提供了借鉴。