升降围压对含瓦斯煤渗透率影响研究

以贵州矿区具有突出危险性的五轮山8#煤层型煤试件为研究对象,借助自主研发的三轴渗流设备开展了2次升降围压条件下的三轴渗流试验,重点剖析了围压对含瓦斯煤渗透率演化规律及2次升降围压过程中含瓦斯煤渗透率最大损失率变化趋势。     

煤体温度压力变化对瓦斯吸附性能影响的实验研究

从微观上分析研究了煤吸附瓦斯的本质,进而根据等温吸附实验结果研究了不同温度、不同瓦斯压力情况下煤的吸附性能变化规律,并讨论了Langmuir常数随温度的变化关系式,为研究瓦斯在煤层中赋存规律提供了理论基础。     

温度对煤的瓦斯吸附常数影响实验研究北大核心

采用HCA-1型高压容量法瓦斯吸附装置,对煤样进行了不同温度下的吸附瓦斯等温线测试,研究了温度对煤的瓦斯吸附常数的影响,并结合物理化学方法,建立了煤的瓦斯吸附常数随温度变化的函数关系。在进行深部矿井瓦斯抽采工程设计中,该研究成果可为煤层气资源评价提供科学依据和理论指导。     

压力对煤体瓦斯吸附规律影响的实验研究

为探究压力对瓦斯吸附规律的影响,设计并组装了瓦斯恒温定压动态吸附实验系统,研究了4种煤样在4组不同初始瓦斯压力下的吸附特性。通过处理实验数据,得到不同初压下的累计瓦斯吸附量随时间变化的实测曲线和吸附速率随时间变化的实测曲线,进而建立了与实测曲线拟合度很高的瓦斯吸附数学模型。结果表明:煤样瓦斯的极限吸附量与压力呈正相关;瓦斯吸附的初压越大,吸附速率越快。     

煤对瓦斯吸附特征研究

通过分析煤对瓦斯的吸附作用,指出温度和瓦斯压力对煤体的吸附量影响显著,瓦斯压力越大,温度越低,吸附量越大。吸附温度对吸附常数a,b都有显著影响a,随温度的升高而降低。煤体放散瓦斯的速度符合文特式和孙重旭式,在初期,瓦斯放散的速度极快,并迅速衰减,决定突出强度。     

采场压力对瓦斯涌出量和煤与瓦斯突出的影响

从实测采场压力和瓦斯涌出量曲线中，发现二者多数峰值变化基本步距一致，通过分析论证，找出了采场压力与瓦斯涌出量、煤与瓦斯突出三者的变化规律。     

含瓦斯煤多级式卸围压变形破坏及渗透率演化规律实验

以重庆松藻煤电有限责任公司的典型煤与瓦斯突出矿井--打通一矿7号煤层为研究对象,利用自行研制的“含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置”,进行了不同初始围压和不同瓦斯压力组合条件下,含瓦斯煤多级式卸围压变形破坏及渗透率演化规律实验研究。研究结果表明：开始卸围压后,煤岩并不是立即被破坏失稳,而是维持在σu1一段时间,经历n级卸围压作用后才会失稳;在煤样失稳前,每一级卸围压过程中煤样的变形和渗透率变化速度都是不一样的,均呈加速增大的趋势;在每一级围压恒定阶段,随着围压的降低,煤岩的蠕变速度和渗透率也均是加速增大的;卸围压阶段比围压恒定阶段变形和渗透率增大速度快得多;无论是卸围压过程还是恒定围压阶段,围压降低引起的横向变形的变化速度均大于轴向变形的变化速度。     

含瓦斯煤卸围压蠕变试验及其理论模型研究

以重庆松藻煤电公司打通一矿突出煤层取得的煤样为研究对象,运用自制的含瓦斯煤三轴蠕变加载渗流试验系统,进行了含瓦斯煤卸围压蠕变与渗流试验研究,分析了其黏塑性本构关系与考虑Klinkenberg效应的卸压瓦斯渗流规律。结果表明：通过卸围压可使含瓦斯煤加速破坏,对于脆性煤岩体则容易引起冲击地压或煤与瓦斯突出。由于煤样在加压再卸压的过程中产生大量的宏观裂隙,优化了煤体中孔隙的连通性,会引起瓦斯流动速度显著增加。改进了Chaboche黏塑性本构模型,可用以描述含瓦斯煤的卸压短期蠕变破坏。通过实验数据可以获得该本构模型中的系列参数,并使之与含瓦斯煤的卸压变形吻合。通过试验得出了考虑Klinkenberg效应的卸围压过程中瓦斯流量的变化规律、视渗透率与滑脱系数。     

煤吸附瓦斯过程的研究

叙述了煤的物理结构及煤吸附瓦斯气体的本质;形象描述了煤体吸附瓦斯气体的全过程;分析得出不同控制步骤下,煤吸附瓦斯气体的吸附速率方程及相互间的关系。     

温度对煤体瓦斯吸附量影响规律的试验研究

为了研究恒压条件下,随着温度的升高煤吸附的瓦斯量以及吸附速率的变化情况,选取粒度为60~80目的安泽矿煤样,依次测试出煤样在压力0.6 MPa,温度为35、50、65、80、105℃条件下的等温吸附线,以及吸附量与时间的关系曲线。研究表明:随着温度的升高,煤吸附的瓦斯量下降,温度越高,这种趋势越明显;随着时间的增加,各温度下的吸附速率逐渐减小。当吸附进行至200 min时,各温度下的吸附速率已低于0.005 cm~3/(g·min),而后吸附速率缓慢下降;在吸附过程中,温度越高,同一时间点下的吸附速率越小。     

深部煤层瓦斯吸附规律研究

瓦斯吸附常数是煤层瓦斯基础参数中重要组成部分,通过采集平顶山矿区深部煤层不同地点煤样,利用WY-98A型瓦斯吸附常数测定仪进行高压等温吸附试验,试验结果表明,吸附曲线符合langmuir吸附方程,吸附曲线随着吸附压力升高,先表现为吸附量急剧增大,后吸附量缓慢增加,当吸附压力达到5 MPa左右时,吸附曲线平缓,逐渐达到极限吸附量。在吸附阶段前期,吸附瓦斯量快速增加,在饱和吸附量中占比超过70%,同时瓦斯吸附量与煤质参数中挥发分关系密切,呈现出挥发分越大、吸附量越小的反比关系。     

基于瓦斯解吸规律的掘进落煤瓦斯涌出量预测

为了准确预测掘进落煤瓦斯涌出量,搭建了大质量瓦斯解吸实验系统,进行了不同瓦斯压力条件下瓦斯解吸实验,研究了余吾煤业3#煤瓦斯解吸规律,建立了掘进落煤瓦斯涌出量预测模型,对不同瓦斯压力在不同掘进速度的落煤瓦斯涌出量进行了预测,查明了影响掘进落煤瓦斯涌出量的主要因素。研究结果表明:余吾煤业3#煤瓦斯解吸采用对数函数公式具有较高的拟合精度,拟合参数A和B受到煤层瓦斯压力或瓦斯含量的控制,影响掘进落煤瓦斯涌出量的主要因素为煤层原始瓦斯压力或瓦斯含量、割煤速度及落煤停留时间。     

含瓦斯煤渗透性影响分析

以屯兰矿8#煤层低渗透含瓦斯煤为研究对象,采用电液伺服渗流装置进行了轴压、围压与瓦斯压力的交叉试验,以分析含瓦斯煤渗透性影响因素及其重要程度.结果表明,在恒定的应力场中,含水率的变化对于煤体渗流特性影响很大,渗透率的变化与含水率呈现负指数函数形式,与轴压、围压也呈现负指数函数变化;通过比较拟合函数中的拟合系数a发现在含...     

基于水分影响的加-卸载围压条件下含瓦斯煤渗流特性研究

利用自行研制的"受载含瓦斯煤温控三轴加载渗流实验装置",以河南方山煤矿煤样为研究对象,进行了不同含水率条件下2次加-卸载围压的三轴渗流实验,系统研究了水分和加-卸载围压对含瓦斯煤渗透特性的影响规律。研究结果表明:1)围压及煤样的含水率对型煤煤样渗透率控制性较强,型煤渗透率与水分及围压大小都呈负相关关系;2)2次加载过程相比,第2次加载过程中渗透率变化明显较第1次平缓,且两者渗透率与围压的关系曲线路径不同;3)2次卸载过程中,渗透率都有一定程度升高,但均恢复不到初始值,且随着煤样含水率越高其恢复程度越小;4)同一次加载或卸载过程中,含水率越高的煤样渗透率变化曲线越平缓。第1次加载后,进行第1次卸载及2次加卸载过程中,水分对煤体渗透率的控制性要显著高于围压对其控制性。实验结论对处于反复加-卸载情况下,煤层瓦斯渗透率主要控制因素选择有一定意义。     

低渗透煤的孔隙结构特征及其瓦斯吸附特性

采用压汞实验和高压等温吸附实验分析不同变质程度煤的孔隙结构特征及瓦斯吸附能力,并结合煤样工业分析数据,进一步探讨孔隙结构特征对煤层瓦斯渗透性影响。研究表明:2种煤样的压汞孔隙率随煤级的升高呈现出从高到低的变化趋势;松河3号煤样的孔径分布呈现出微小孔径的单峰特点,而林华9号煤样的孔径分布呈现出小孔径和中、大孔径的双峰特点;高压等温吸附实验测的松河3号煤的瓦斯吸附能力要强于林华9号煤。结论认为:煤的孔隙特征、孔隙率和瓦斯吸附能力均受煤变质程度的影响,且在低变质煤特征突出。     

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。     

不同轴压条件下煤粒瓦斯吸附规律和机理研究

为了研究不同轴压条件下煤粒瓦斯吸附规律和机理,通过自行研制的可以控制温度、瓦斯压力和轴压的吸附实验系统,研究了3种不同变质程度煤样在不同温度、瓦斯压力和轴压条件下的瓦斯吸附规律,讨论了轴压对煤粒瓦斯吸附的影响机理。结果表明：在温度相同时,不同瓦斯压力下吸附量不随轴压的增大单调变化,在瓦斯压力较高时,吸附量随轴压的增大先减小后增大;在瓦斯压力较低时,吸附量随轴压的增大而减小,这是由于瓦斯压力和轴压共同改变了煤的孔隙结构,从而影响了煤的吸附特性;随着轴压的增大,煤的孔隙结构变化存在孔隙压缩、孔隙转变、孔隙压实3个阶段,对应3种吸附量变化阶段。     

不同围压条件下含瓦斯煤的三轴压缩试验研究

利用改造后的伪三轴渗流设备,以贵州玉舍煤矿K1煤层的型煤试件为研究对象,进行了恒定温度和瓦斯压力,不同围压条件下含瓦斯煤的三轴压缩试验,探究了实验条件下含瓦斯煤的变形特性及其力学参数的变化规律。结果表明:随着围压的增加,含瓦斯煤的应力-应变曲线斜率有变陡趋势,峰值应变有增加趋势,抗压强度和弹性模量逐渐增大,泊松比减小。     

酸液改性煤的瓦斯吸附规律试验研究

为提高煤层气的采出率,通过酸液浸泡对煤样改性,利用高压压汞法对改性后煤样微观结构进行表征,并利用高温高压吸附仪对煤样瓦斯吸附规律开展试验研究。结果表明:酸液浸泡后煤样的退汞效率提高、总的孔容增加、比表面积减小,相应微孔的孔容比例和比表面积均减小;酸改性后的煤样吸附瓦斯量减少,即改性后煤样降低了瓦斯的吸附能力。     

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。